Bude elektronika vyráběna ekologicky z PET lahví?

Tags: 3D tisk | Elektronika | FEL ČVUT | PET lahve | VŠCHT Praha

V roce 2021 bylo ce­lo­svě­to­vě vy­pro­du­ko­vá­no 57,4 mi­li­o­nů tun elek­tro­nic­ké­ho od­pa­du, cel­ko­vý objem pro­duk­ce roste v prů­mě­ru o dva mi­li­o­ny tun ročně. Při­tom jen 17,4 pro­cent elek­tro­nic­ké­ho od­pa­du se sbírá a řádně recyklu­je. Při­pra­vit al­ter­na­tiv­ní pro­ces vý­ro­by elek­tro­nic­kých kom­po­nent, který bude še­tr­něj­ší k ži­vot­ní­mu pro­stře­dí, je cílem vý­zkum­ní­ků z ka­ted­ry elek­tro­tech­no­lo­gie FEL ČVUT a ústa­vu po­ly­me­rů VŠCHT Praha.

Jako per­spek­tiv­ní ma­te­ri­ál pro ná­hra­du velmi ob­tíž­ně recyklo­va­tel­ných epo­xi­do­vých prys­ky­řic se jeví po­ly­me­ry vy­u­ží­va­né pro 3D tisk.

Až 10 % z elek­tro­nic­ké­ho od­pa­du tvoří desky ploš­ných spojů, které jsou zá­klad­ním sta­veb­ním ka­me­nem pro dr­ti­vou vět­ši­nu elek­tro­nic­kých za­ří­ze­ní. Na vý­ro­bu izo­lač­ní­ho sub­strá­tu se po­u­ží­vá epo­xi­do­vá prys­ky­ři­ce vy­ztu­že­ná skel­ný­mi vlák­ny, ob­sa­hu­jí­cí další, po­měr­ně to­xic­ké látky, které slou­ží jako re­tar­dé­ry ho­ře­ní. Jde ale o prak­tic­ky ne­recyklo­va­tel­ný ma­te­ri­ál, z vy­slou­ži­lé desky ploš­ných spojů tedy vět­ši­nou lze znovu po­u­žít pouze kovy.

Vedle sku­pi­ny 3DP Lab – Vývoj a vý­zkum ma­te­ri­á­lů pro 3D tisk v elek­tro­ni­ce, je­jímž ve­dou­cím je právě dr. Ve­se­lý, se na vý­zku­mu po­dí­le­jí i pra­cov­ní­ci Ústa­vu po­ly­me­rů na VŠCHT Praha pod ve­de­ním dr. Čadka. Podle Jo­ná­še Uři­čá­ře, stu­den­ta za­po­je­né­ho do pro­jek­tu, je úko­lem právě vývoj a vý­ro­ba strun pro 3D tisk, které budou mít vhod­né vlast­nos­ti pro vý­ro­bu nos­ných sub­strá­tů. Ty bude zá­ro­veň možné po­u­žít po skon­če­ní je­jich ži­vot­nos­ti jako vstup­ní su­ro­vi­nu pro opě­tov­nou vý­ro­bu tis­ko­vé stru­ny.

3D tisk zjednoduší technologii výroby

Při kon­venč­ním způ­so­bu vý­ro­by desek ploš­ných spojů do­chá­zí k che­mic­ké­mu leptá­ní mě­dě­né vrst­vy a tím k tvor­bě vo­di­vých mo­ti­vů pro pro­po­je­ní jed­not­li­vých sou­čás­tek. Ty se pak na desku ploš­ných spojů při­po­ju­jí nej­čas­tě­ji pá­je­ním. Ta­ko­vý způ­sob vý­ro­by je však ener­ge­tic­ky ná­roč­ný a vy­u­ží­va­jí se při něm látky po­ten­ci­ál­ně ne­bez­peč­né pro ži­vot­ní pro­stře­dí a znač­né množ­ství vody.

Díky vy­u­ži­tí tech­no­lo­gie 3D tisku lze vy­rá­bět desky ploš­ných spojů s již za­pouz­dře­ný­mi elek­tro­nic­ký­mi sou­část­ka­mi v těle sub­strá­tu, které se na­vzá­jem pro­po­jí během ná­sled­né­ho po­tis­ku elek­tric­ky vo­di­vým in­kous­tem. Za­pouz­dře­ní za­jis­tí me­cha­nic­kou in­te­gri­tu ob­vo­du, která by jinak byla opro­ti kon­venč­ní­mu ře­še­ní sní­že­na kvůli hor­ším me­cha­nic­kým vlast­nos­tem recyklo­va­ných plas­tů. Tento al­ter­na­tiv­ní po­stup vý­ro­by eli­mi­nu­je ener­ge­tic­ky a che­mic­ky ná­roč­né pro­ce­sy a tím může dle dr. Ve­se­lé­ho vý­znam­ně při­spět ke sní­že­ní uh­lí­ko­vé stopy vý­ro­by elek­tro­nic­kých vý­rob­ků.

Za­po­je­ní tech­no­lo­gie 3D tisku také kromě en­vi­ro­men­tál­ní strán­ky při­ná­ší mož­nost pruž­né re­ak­ce na pří­pad­né změny ná­vr­hu vý­rob­ku a pro­ces vý­ro­by znač­ně zjed­no­du­šu­je. Tím se stává ide­ál­ním na­pří­klad pro vý­ro­bu pro­to­ty­pů či men­ších vý­rob­ních sérií, kde lze před­po­klá­dat i vý­znam­né sní­že­ní vý­rob­ní ceny. Cílem vý­zku­mu je však také po­su­nout vývoj to­ho­to ře­še­ní smě­rem k vel­ko­sé­ri­o­vé vý­ro­bě a šir­ší­mu vy­u­ži­tí v prů­mys­lo­vé praxi. Tech­no­lo­gii 3D tisku lze pro velké vý­rob­ní série na­hra­dit vstři­ko­li­so­vou vý­ro­bou s vy­u­ži­tím stej­né­ho vstup­ní­ho ma­te­ri­á­lu ve formě recyklo­va­né­ho ter­mo­plas­tu.

Vý­zkum­ní­ci z FEL a VŠCHT zatím tech­no­lo­gii tes­tu­jí na jed­no­vrs­tvých des­kách ploš­ných spojů. Pr­vot­ní vý­sled­ky pre­zen­to­va­li na me­zi­ná­rod­ní kon­fe­ren­ci In­ter­nati­o­nal Spring Se­mi­nar on Electro­nics Tech­no­lo­gy v ru­mun­ském Te­mešvá­ru v le­toš­ním květ­nu. Pro­to­že je ale pro vět­ši­nu ob­vo­dů mo­der­ní elek­tro­ni­ky za­po­tře­bí ví­ce­vrs­tvých desek (ty­pic­ky 4 až 16 vrs­tvých), budou snahy vý­zkum­né sku­pi­ny v této ob­las­ti dále po­kra­čo­vat. Spo­leč­ně po­dá­va­jí návrh pro­jek­tu do pro­gra­mo­vé výzvy Tech­no­lo­gic­ké agen­tu­ry České re­pub­li­ky s ná­zvem Pro­stře­dí pro život, která by v pří­pa­dě udě­le­ní pod­po­ry měla po­skyt­nout fi­nan­co­vá­ní pro další úspěš­ný vývoj před­sta­ve­né­ho ře­še­ní.