麻省理工學院的研究人員意外地發現了一種方法，可以在不使用半導體甚至特殊製造技術的情況下，3D 列印出主動電子元件（即用於控制電訊號的電晶體和元件）。這遠遠超出了我們目前所能使用的3D列印機。 如果這種方法得到完善，那麼它最終將成為新一輪原型設計、實驗，甚至是家庭工匠DIY 計畫的開端。

使用3D 列印技術，包括熱塑性塑膠絲、樹脂、陶瓷和金屬在內的各種材料都可以連續薄層鋪設，形成三維物件。 這意味著您可以列印各種各樣的東西，從動作人物、珠寶、家具到建築。

那麼，我們為什麼不3D 列印工作電子裝置呢？ 主要的挑戰在於，傳統上由純矽製成並切割成薄片以製成小工具晶片的半導體極其脆弱。 灰塵、空氣中的微粒和微生物，甚至溫度和濕度都會影響它們的功能。 因此，它們需要在無塵室中小心處理，空氣品質和其他因素都受到嚴格控制，以確保在無塵室中製造的晶片能夠精確工作。

此外，現代晶片設計極其複雜，數百萬或數十億個電晶體透過奈米級處理技術整合到微小的處理器中。 這比我們目前使用標準3D 列印機所能達到的精度要高得多。

作為參考，2001 年為任天堂GameCube 提供動力的IBM Gekko 晶片有2,100 萬個電晶體。 2018 iPhone XS 中的A12 Bionic 晶片有69 億個電晶體，採用7 奈米製程技術製造。

說穿了，3D 列印現代小玩意兒根本不是麻省理工學院研究人員的目的。 事實上，他們在想出這個辦法時，腦子裡根本沒有半導體。

研究人員當時正在為另一個項目使用一種名為擠出印刷的製程製造磁線圈。 就在這時，他們觀察到他們所使用的材料–一種摻雜了奈米銅粒子的聚合物長絲–在通過電流時會出現很大的電阻峰值。 而一旦他們關閉電流，這種材料的電阻就會恢復正常。

這基本上就是我們在矽等半導體中看到的特性。 這就是為什麼我們用它們來製造電晶體，在處理器中形成邏輯閘的開關。

麻省理工學院微系統技術實驗室首席研究科學家路易斯-費爾南多-貝拉斯克斯-加西亞（Luis Fernando Velásquez-García）說：”我們看到，這有助於將3D 列印硬體提升到一個新的水平。

以摻銅聚合物的薄薄痕跡製成的3D 列印設備特寫路易斯-費爾南多-貝拉斯克斯-加西亞

研究小組利用這種廉價材料展示了完全三維列印的自恢復保險絲和晶體管。 這些元件雖然簡單，但卻是電子設備中不可或缺的零件，通常使用難以處理的半導體。

這些電晶體只有幾百微米大小，在體積和性能上都不如iPhone 處理器上的電晶體。 不過，它們經久耐用，可用於一系列簡單的應用。 這包括像操作馬達的開關這樣簡單的應用，以及變成集成電路的部件。

費爾南多-貝拉斯克斯-加西亞（Fernando Velásquez-García）說：”現實情況是，有許多工程情況並不需要最好的晶片。說到底，你關心的只是你的設備能否完成任務。 這項技術能夠滿足這樣的限制。

由於採用了可生物降解的材料，而且不需要潔淨室，這種製造簡單電子器件的方法可以在高端製造困難的地方使用，例如偏遠的研究實驗室和”航天器上”。

這就是所謂的意外之喜。 有關這項研究的論文已發表在Virtual and Physical Prototyping期刊上。