A IDTechEx divide o setor em dois aspetos: "impressão totalmente aditiva" e "impressão 3D de superfícies". Ambos apresentam múltiplas oportunidades de aplicação que se irão desenvolver na próxima década.
Fabrico Eletrónico Totalmente aditivo:
Se tanto os aspetos estruturais como os aspetos eletrónicos de um componente forem impressos, o processo de fabrico pode ser considerado "totalmente aditivo". Esta abordagem de fabrico oferece uma grande liberdade, pois não existem restrições quanto à distribuição das pistas condutoras dentro do dielétrico estrutural impresso. Isto permite a criação de características como antenas helicoidais, condensadores integrados e vias elevadas, que são difíceis ou impossíveis de produzir utilizando métodos convencionais. Além disso, os componentes de montagem superficial (SMDs) podem ser incorporados na estrutura, se desejado.
Entre as aplicações da manufatura aditiva completa de eletrónica está a prototipagem de circuitos, dado que circuitos multicamadas complexos podem ser produzidos internamente muito mais rapidamente do que o envio de projetos para uma empresa de prototipagem externa. Outra aplicação promissora com um mercado potencialmente enorme é o encapsulamento de eletrónica avançada, no qual os chips são incorporados numa estrutura impressa contendo pistas eletrónicas finas. Uma vantagem desta abordagem em relação ao encapsulamento eletrónico convencional é que os circuitos integrados de silício podem ser colocados mais próximos uns dos outros, tornando todo o sistema mais compacto.
Impressão 3D de superfícies:
O fabrico aditivo de eletrónica pode também incluir a aplicação de funcionalidades eletrónicas a superfícies 3D existentes. Por exemplo, as pistas condutoras podem ser impressas numa peça plástica moldada por injeção utilizando métodos como a impressão por pulverização ou a extrusão de materiais. A durabilidade e a robustez podem ser melhoradas com a impressão de um material dielétrico sobre a superfície. Além disso, os componentes SMD podem ser montados na superfície 3D utilizando técnicas de pick-and-place e adesivos condutores. Este método é muito promissor para a adição de componentes eletrónicos a peças de maiores dimensões, onde o tempo de impressão do plástico estrutural seria proibitivo.
Uma das principais aplicações deste método é a substituição da cablagem em produtos de consumo, veículos e até mesmo aeronaves. Atualmente, a instalação da cablagem é uma tarefa manual trabalhosa, com potencial para erros e curto-circuitos caso os fios entrem. A impressão da cablagem diretamente numa superfície plástica 3D automatiza o processo e aumenta a durabilidade, uma vez que as pistas condutoras estão incorporadas num material dielétrico.
Incorporação de Microfluídica e Fotónica:
À medida que a fabricação aditiva de eletrónica se consolida, é provável que uma gama crescente de funcionalidades seja incorporada nos componentes fabricados por este processo. Isto pode incluir microfluídica, com sensores elétricos, atuadores piezoelétricos e até outros componentes MEMS integrados num item impresso em 3D, predominantemente feito de plástico. Os dispositivos de laboratório em chip para diagnóstico médico e os sensores wearable para análise do suor são duas aplicações promissoras.
A fabricação aditiva de eletrónica também suporta estruturas fotónicas, embora isso geralmente exija melhorias na resolução de impressão dos elementos dielétricos e condutores. Exemplos de aplicações potenciais incluem sensores fotónicos, onde o índice de refração de um caminho ótico é modificado pela temperatura ou absorção de gás, e, em última análise, componentes optoelectrónicos.
Roteiro para a Adoção:
Tendo em conta o estado atual de desenvolvimento e os requisitos adicionais, como o desempenho e a resolução de fabrico, o gráfico seguinte apresenta um roteiro para uma gama de aplicações eletrónicas de fabrico aditivo. Os protótipos de circuitos já estão disponíveis comercialmente, enquanto os dispositivos integrados com diversas funcionalidades são provavelmente os mais difíceis de desenvolver.
