Australský start-up Syenta vyvinul 3D tiskárnu schopnou tisknout vysoce komplexní a funkční elektroniku, jako je fotovoltaika, baterie, senzory a další, přičemž slibuje, že to udělá způsoby, které jsou rychlejší, levnější a spotřebovávají méně energie.
Odštěpený závod Australské národní univerzity (ANU) Syenta právě dokončil v přepočtu 56,2 mil. Kč počátečního financování, aby pomohl dodat své 3D elektronické tiskárny prvním zákazníkům. Poté, co na produktu pracovala poslední tři roky, spoluzakladatelka a generální ředitelka Jekaterina Viktorová řekla, že start-up bude brzy hledat zpětnou vazbu na svou první tiskárnu, která dokáže vytvářet elektronické prototypy.
Australský start-up Syenta
„Říkáme tomu tiskárna pro elektroniku, ale ve skutečnosti je to jen multi-materiálový 3D tisk. Můžete vyrobit doslova cokoli, co chcete,“ říká Ben Wilkinson, vedoucí výzkumu a vývoje Syenta.
Syenta tiskne elektrochemií čistě aditivní metodou. Tento přístup má potenciál změnit výrobní náklady díky jednoduchosti, ale také proto, že tiskárna používá v podstatě výchozí materiály. To znamená, že pokud někdo chce tisknout mědí, „inkoust“ by byl ve skutečnosti síran měďnatý. „Naše metoda mění surovinu na měď, když ji tiskneme,“ říká Wilkinson.
„Další skvělá věc na tom je, že náš proces může fungovat i obráceně. Takže bychom použili napětí k přeměně například mědi zpět na síran měďnatý, a to se stane novým inkoustem, který můžeme znovu použít,“ dodává. ,,Je to mnohem blíže k tomu, jak to dělá biologie – kde lze každý zdroj znovu použít a je plně kruhový.“
Pro Viktorovou je to krása elektrochemie. ,,Je to reverzibilní a ve srovnání s jinými metodami je to vysoce účinné.“
Tradiční výroba
Tento přístup odstraňuje mnoho procesních vrstev spojených s tradiční výrobou. Čímž se snižuje množství energie i materiálů, které se při výrobě elektroniky použijí. Také osvobozuje technologie od jejich dodavatelských řetězců, což v průmyslu obnovitelných zdrojů vypadá stále cenněji.
Na druhé straně návrhu je to, co může samotná 3D tištěná elektronika nabídnout odvětvím, jako je solární a bateriová úložiště. „Můžeme pak vytvářet mnohem sofistikovanější návrhy a mít tak složité geometrie, které zlepšují výkon baterií a solárních článků a zároveň snižují náklady,“ říká Wilkinson.
„Geometrie těchto dvou technologií (solární a baterie) velmi silně určuje výkon. Jak daleko se tedy musí fyzicky ionty v bateriích posunout, aby se nabily nebo vybily? Nebo jaký je u solárních článků odpor elektronů pohybujících se solárním článkem? Pokud to dokážeme udělat opravdu, opravdu malé, v nanoměřítku, můžeme dramaticky snížit odpor nebo dobu nabíjení.“
Pomineme-li potenciální aplikace, současná tiskárna Syenta – která se zaměřuje na to, aby umožnila svým zákazníkům vytvářet technologické prototypy – se vejde na stůl. „Dalším krokem je vlastně uvolnění produktu,“ říká Viktorová. „Ve skutečnosti aktivně hledáme lidi, kteří jsou ochotni vyrábět prototypy pomocí naší technologie, a nechat to informovat o naší budoucí činnosti v oblasti tvorby kompletních produktů, což bude produkt, který skončí na našich webových stránkách a bude expedován do celého světa.“
Ambicí společnosti se nakonec stává zaměřit se na velkovýrobu elektroniky. „Myslíme si, že v mnoha stávajících výrobních krocích pro elektroniku můžeme být lepší,“ říká Wilkinson.
„Potenciál naší technologie je opravdu vysoký, pokud jde o to, jak rychle může jít, ale v tuto chvíli je způsob, jakým to děláme, docela pomalý,“ dodává. ,,Zaměřuje se na prototypování, ale myslíme si, že dokážeme vyrábět ve velkém měřítku a tento proces je pro to opravdu vhodný, ale k vybudování této schopnosti se musí stát jen spousta inženýrství.“
Vize škálovatelné aditivní výroby z 3D tisku zůstává dodnes nenaplněna.
Příběh Syenty
Jádro technologie Syenty začalo pozdním nočním e-mailem mezi Viktorovou a jejím tehdejším vedoucím PhD – nyní spoluzakladatelem – profesorem Lukem Connalem. Druhý den v laboratoři ANU začala Viktorová experimentovat.
Zatímco několik akademiků zkoušelo podobný přístup dříve, Viktorová říká, že to nikdo neudělal úplně stejným způsobem. A co je možná důležitější, její doktorát znamenal, že se mohla roky věnovat vylepšování a testování, aby to bylo správné.
„Načasování a kombinace dovedností byly pro nás správné, abychom se dostali k dalšímu kroku komercializace,“ dodává.
Syenta, která nedávno změnila svůj název ze Spark3D, se nyní oddělila od ANU, i když úzká spolupráce s univerzitou pokračuje.
Aditivní tisk na bázi elektrochemie
Aby vysvětlil, jak přístup start-upu funguje, Wilkinson ukazuje na chromované kryty nábojů, které nosí luxusní auta. To pokovování, říká, je forma elektrolytického nanášení. „To, co děláme jinak, je, že nemusíme používat chrom, můžeme použít spoustu různých materiálů a také tiskneme na velmi malé ploše. S tímto druhem pokovování materiálu můžeme dělat složité vzory.“
Z hlediska „aditivní“ složky se to týká přístupu pouze přidávání materiálů. To se liší od většiny výrobních procesů, které přidávají i odečítají materiály.
„Myslím, že to je samo o sobě jedinečný hodnotový návrh,“ říká Viktorová s odkazem na aditivní přístup. ,,Nemáš tolik doslovného odpadu.“
Současná tiskárna Syenta většinou tiskne kovy, včetně mědi a stříbra, i když dokáže tisknout i zlato a nikl. Podklady pro testy jsou 5 cm x 5 cm, s tiskovou plochou 30 cm x 30 cm.
3D tiskárna dokáže vyrobit jednovrstvý tištěný obvod „za několik minut,“ říká Viktorová, „na rozdíl od jiných vyvinutých technologií, které tím tráví hodiny.“
Solární výrobní potenciál
Wilkinson poukazuje na křemíkové solární články a mikročipy jako na zajímavý způsob, jak přemýšlet o přístupu Syenty. Křemíkové mikročipy vyžadují vysoké rozlišení, jako u vysoce složitých vzorů na malém prostoru. Zatímco křemíkové solární články vyžadují mnohem méně detailů, díky čemuž jsou „nízké rozlišení“, ale vyrábějí se na mnohem větších plochách.
„Potenciál naší technologie je být schopen dělat obě tyto věci současně. Stejně jako nanoměřítko, složitost rozlišení při rychlosti a ploše solárních článků,“ říká Wilkinson.
Viktrová dodává, že technologie má „celkem zajímavý vztah mezi přesností výroby a rychlostí – je docela lineární. Což je velmi unikátní věc. Proto věříme, že i v našem prototypovém produktu existuje jedinečná škálovatelnost, která je vlastní technologii samotné.“
Viktorová popisuje solar jako zvláště zajímavý trh pro Syentu díky podobnosti nastavení; „Prostě používají jinou technologii k výrobě – obvykle aditivní v kombinaci se subtraktivním. Takže jsme velmi rádi, že tento krok navíc pro někoho ušetříme.“
Environmentální dopady
Vyrábět více věcí obecně znamená větší znečištění. Wilkinson však říká, že při použití rovnice emisního rozsahu nejsou emise z tiskárny nicotné – v ANU alespoň tiskárna běží na obnovitelnou elektřinu.
Pokud jde o rozsah dva, aditivní přístup tiskárny znamená, že není použito více materiálů, než je nezbytně nutné. To, co je uloženo, je uloženo dobře a rychle a způsobem, který jej činí recyklovatelným. Což znamená, že každý hotový, potištěný produkt má nejméně ztělesněnou energii, jakou může pro svůj výstup, říká.
A mimo tyto rozsahy, Wilkinson poznamenává, že tiskárna dává lidem možnost vyrábět lepší a levnější zařízení. Ta mohou zvýšit využívání obnovitelných technologií, ať už jde o baterie, solární zařízení, chytrá zařízení nebo způsoby připojení k internetu věcí. ,,Pokud je to opravdu levné, přijme to více lidí,“ říká Wilkinson.
Složka reverzibility technologie se jeví zvláště důležité pro uvedení do provozu. „Směřujeme k tomu, abychom mohli recyklovat vše, co vytiskneme ve 3D a to ve stejném produktu ve stejném systému,“ říká Viktorová.
Velkosériová výroba 3D tiskárnou
Pokud jde o vize velkého obrazu, tým Syenta si myslí, že jejich technologie je příslibem pro výrobu elektroniky ve velkém měřítku. Přičemž Wilkinson říká, že věří, že „hromadné“ elektronické výroby by bylo možné provést lépe pomocí této metody.
Výroba elektroniky se zakládá hlavně v Evropě, říká Viktorová, a tento bohatý ekosystém je něco, co Syenta doufá, že se do toho v blízké budoucnosti ponoří a z čeho se poučí.
„Rádi bychom vytvořili produkt, který by seděl ve stávajících dodavatelských řetězcích nebo stávajících výrobních linkách, který by byl rychlejší a levnější a měl výhodu v podobě vzorování rozlišení,“ říká Wilkinson. ,,Jsem si jistý, že se to stane, ale chce to čas a úsilí, aby se to podařilo.“
Má to také vyžadovat přiměřené množství zdrojů a financování, což se v týmu neztratí. V návaznosti na nedávné navyšování počátečního kapitálu Viktorová říká, že společnost se má snažit získat finanční prostředky pro další fáze komercializace v roce 2023.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
