3D 打印的柔性显示器可以在家里制造

为了将增材制造 (AM) 发展到直接生产功能性终端产品的程度——想想智能手机、平板电脑、传感器等——电子产品的 3D 打印将不得不继续推进。明尼苏达大学双城分校的研究人员最近的一项研究证明了这一点，他们开发了一种 3D 打印柔性有机发光二极管 (OLED) 显示器的方法。该团队认为，这一过程有朝一日可以让普通消费者在家中 3D 打印这些低成本的电子产品。

OLED 是大多数现代电视和智能手机显示的基础，其重量轻、用电效率高、薄而灵活，以及宽视角和高对比度。然而，正如该研究的资深作者、明尼苏达大学教授迈克尔麦卡尔平指出的那样，它们是在昂贵的设施中制造的：

“OLED 显示器通常在大型、昂贵、超清洁的制造设施中生产。我们想看看我们是否可以将所有这些基本上浓缩并在我们的桌面 3D 打印机上打印 OLED 显示器，这是定制的，成本与特斯拉 Model S 大致相同。”

在Science Advances上发表 的一篇论文中详细介绍了该研究的特点，该打印机由 Aerotech 的AGS1000直接驱动龙门架组成，配备 Ultimus V 压力分配器和 Nordson EFD 的打印喷嘴。印刷过程从安装有电气连接引脚的 PET 薄膜开始，全部用硅胶 (PDMS) 包裹。使用 Nordson 气动分配系统用银纳米粒子墨水印刷银互连。随后是一层由聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）制成的导电聚合物，构成阳极。

然后通过喷涂印刷程序中断沉积过程，其中将发光所需的电致发光聚合物 MDMO-PPV 沉积在薄层中。为此，Nordson 的 781Mini 喷雾阀与气动沉积头集成到同一台打印机中。之所以选择喷涂机制，是因为过去对这种材料使用气动沉积已被证明是有问题的，因为这种发光层没有达到足够的均匀性。作者指出：

“总体而言，有源层缺乏均匀性导致同一批次设备中有源区域的发光变化很大，这表明需要替代挤出印刷来制造大型显示设备。因此，我们开发了一种喷涂方法来沉积 MDMO-PPV，以提高有源层的均匀性。”

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然后打印机换回气动头并执行其余作业，如上面的视频所示。这包括硅基绝缘层、共晶镓铟 (EGaIn) 以形成阴极，以及银浆作为终端接触层。然后，用 3D 打印的硅胶模具封装整个设备，形成一个由 64 个像素组成的柔性透明 OLED 显示器，每边大约 1.5 英寸。

“我以为我会得到一些东西，但也许不是一个完全正常的展示。但事实证明所有像素都在工作，我可以显示我设计的文本。我的第一反应是“这是真的！” 我整晚都睡不着，”第一作者苏瑞涛说。Su 补充说：“该设备在 2,000 次弯曲循环中表现出相对稳定的发射，这表明完全 3D 打印的 OLED 可以潜在地用于软电子和可穿戴设备的重要应用，”Su 说。

现在该团队已经 3D 打印了这个简单的设备，目标是生产出具有更高分辨率和亮度的东西。他们还将研究将晶体管和电容器集成到设备的生产中。McAlpine 暗示了在家中实际生产此类显示器的可能性：

“我们研究的好处在于，制造都是内置的，所以我们并不是在谈论 20 年之后的一些'天上掉馅饼'的愿景。这是我们在实验室中实际制造的东西，不难想象，您可以在短短几年内将其转化为在家中或旅途中使用小型便携式打印机打印各种显示器。”

没有解释在家中 3D 打印这种显示器的优势，但可以想象某种一体式 3D 打印机，与Inkbit 正在开发的产品不同，它可以生产任何和所有电子设备。这样，消费者就可以在舒适的客厅里升级智能手机或购买平板电视。

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