Tiến sĩ Palumbo thực hiện các phép đo quang học trên các bộ phận in
Điện tử in liên quan đến việc in 3D nhiều loại vật liệu hoạt động điện như kim loại hoặc polyme pha tạp carbon để tạo thành các thiết bị như bóng bán dẫn, tụ điện và điện trở, cùng với các đầu nối điện liên kết chúng với nhau.
Rita Palumbo, thành viên nghiên cứu nội bộ của ESA, giám sát một nhóm làm việc mới về chủ đề này giải thích: “Các thành phần EEE được in và linh hoạt đang nhanh chóng viết lại tương lai của thiết bị điện tử. “Vì vậy, chúng tôi đang xem xét không gian có thể hưởng lợi như thế nào từ bước thay đổi này.”
Nhóm làm việc đa ngành của Tiến sĩ Palumbo bao gồm nhiều địa điểm ESA và tập hợp các chuyên gia từ các lĩnh vực chuyên môn khác nhau, chẳng hạn như vật liệu, linh kiện, ăng-ten và trọng tải vi sóng, bao gồm bốn Ban Giám đốc ESA – Quan sát Trái đất; Kỹ thuật Con người và Người máy; Công nghệ, Kỹ thuật và Chất lượng; và Ứng dụng Viễn thông và Tích hợp – với mục tiêu tạo ra một lộ trình chung cho việc đưa thiết bị điện tử in vào lĩnh vực vũ trụ.
Các bộ phận EEE được in có ưu điểm chính là tính linh hoạt, có thể được in ở hầu hết mọi hình dạng, với chất nền mềm dẻo được đặt dọc theo hình học phức tạp, theo những cách mà quy trình sản xuất truyền thống gần như không thể thực hiện được.
Phần EEE được in mẫu
Chúng cũng có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn nhiều – theo đơn đặt hàng rẻ hơn 95% so với các bộ phận EEE tiêu chuẩn theo gã khổng lồ công nghệ Mercury Systems – và được sản xuất tại địa phương mà không cần phải sản xuất các bộ phận trên khắp thế giới tại các nhà máy chế tạo ở châu Á và tương thích với các yêu cầu hỗn hợp đa dạng, khối lượng thấp của ngành công nghiệp vũ trụ. Điều này cũng làm giảm đáng kể thời gian quay vòng – từ 3-4 tháng xuống còn 12 giờ.
Ngoài ra, có thể khai thác các vật liệu rẻ hơn so với những vật liệu thường được sử dụng trong ngành công nghiệp vi điện tử silicon truyền thống, chẳng hạn như polyester hoạt tính điện hoặc nhựa PEEK. Các mạch được in trên các chất nền mỏng và có thể được in trên các bề mặt cấu trúc hoặc phần cứng hiện có. Việc sử dụng in 3D mở ra một chiều hướng thiết kế mới, cho phép tạo ra các mạch tích hợp nhúng hoặc xếp chồng lên nhau mới lạ.
Chồng đĩa đã in
Theo truyền thống, các liên kết hàn đại diện cho một điểm chính có thể dẫn đến hỏng hóc đối với các bộ phận EEE – đến mức ESA đã tổ chức một mạng lưới các trường dạy hàn trên khắp Châu Âu. Thay vào đó, các mối hàn hoặc kết nối silicon mỏng manh có thể được thay thế bằng ‘ngăn mực’ bền hơn nhiều về mặt cơ học, có khả năng tồn tại tốt hơn trước những căng thẳng khi phóng.
Ngoài ra, in 3D mở ra triển vọng sửa chữa tại chỗ và sản xuất các bộ phận tại các địa điểm như Trạm vũ trụ quốc tế, Mặt trăng hoặc Sao Hỏa.
Tiến sĩ Palumbo cho biết thêm: “Cuối cùng, thiết bị điện tử in đưa ra một cách tiếp cận bền vững hơn nhiều về mặt sản xuất, hướng tới một tương lai nơi tính bền vững trở thành một yêu cầu pháp lý. “Chúng có thể được sản xuất với lượng chất thải ít hơn 65-80%, ít dụng cụ sản xuất hơn và ở nhiệt độ thấp hơn, với lượng khí thải carbon giảm đáng kể về mặt vận chuyển, đồng thời sử dụng nhựa tái chế và nhựa sinh học cũng như bạc có khả năng tái chế.”
Ra mắt các mảng năng lượng mặt trời được trang bị cho ISS
Hạn chế chính là các thiết bị điện tử in chưa có độ chính xác và khả năng phân giải cực cao của các phương pháp chế tạo phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp vi điện tử silicon.
Một vấn đề khác là khả năng tương thích với môi trường không gian cũng chưa được thiết lập đầy đủ, ngoại trừ một số trường hợp. Ví dụ, Dây điện màu đỏ đã cung cấp cho NASA Mảng năng lượng mặt trời triển khai (ROSA), các mảng năng lượng mặt trời hoàn toàn linh hoạt và có thể triển khai được sử dụng trên Trạm vũ trụ quốc tếtrên sứ mệnh DART năm ngoái đã tác động đến tiểu hành tinh Dimorphos và sẽ được áp dụng cho yếu tố Sức mạnh và Lực đẩy trên trạm Cổng quanh Mặt trăng.
In thành phần EEE
Và gần đây, xưởng đúc vũ trụ đã phát triển một công nghệ In Plasma Jet đột phá tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA (ARC), thử nghiệm thành công trong môi trường vi trọng lực, trong khi các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Iowa đã làm việc với NASA để thử nghiệm thiết bị điện tử in 3D trong điều kiện không trọng lượng.
Tiến sĩ Palumbo giải thích: “Các thiết bị điện tử in không nhằm mục đích cạnh tranh mà là bổ sung cho ngành công nghiệp điện tử silicon truyền thống. “Hướng hứa hẹn nhất thực sự là ‘In lai’, kết hợp chất nền in và mực chức năng với các thành phần truyền thống để tận dụng tốt nhất cả hai thế giới.”
Kết hợp các chuyên gia từ các lĩnh vực khác nhau, nhóm làm việc của ESA hiện đang nghiên cứu tất cả các ứng dụng có thể có của công nghệ cho không gian, trước khi thu hẹp chúng thành một số hướng thay đổi cuộc chơi tương thích với các yêu cầu về không gian để ưu tiên đầu tư.