New technique enables precise coating of complex 3D-printed parts at nanoscale
Researchers have developed a method to apply patterned coatings thinner than a virus onto curved and angled surfaces of 3D-printed objects—a capability critical for soft robotics, medical devices, and advanced sensors. The breakthrough solves a decades-old manufacturing bottleneck that has limited production of sophisticated miniaturized devices across aerospace, healthcare, and consumer electronics.
Originaltitel: Lithographic patterning of conformal thin films on 3D structures using Scaffold-architected Lift-off masks.
KTH har utvecklat en ny litografisk teknik för att mönstra tunna konfforma skikt direkt på komplexa 3D-strukturer, från 100 μm ned till under 30 nm. Metoden använder en scaffoldarkkitekturerad liftoff-mask (SALO) som möjliggör högupplöst patterning på böjda ytor och vinklar upp till 90 grader — en utmaning befintliga tekniker misslyckats lösa. Tekniken är agnostisk mot depositionsmetod och fungerar med atomlagrdeposition (ALD), något konventionell shadowing-baserad liftoff inte klarar. Detta öppnar väsentliga möjligheter för tillverkning av 3D MEMS-anordningar, optiska komponenter och mjukrobotik i större skala. För teknik- och produktchefer är detta relevant eftersom det löser ett fabrikationsbottleneck för strukturerade 3D-enheter. Leverantörer av depositionsutrustning kan integrera SALO-processen, och hårdvaruföretag targeting mikro- och nanoskala 3D-applikationer får tillgång till tidigare otillgängliga designmöjligheter. Kommersialisering från denna KTH-forskning kan påskynda tidslinjen för nästa generation strukturerade funktionskomponenter.
Micro- and nanoscale patterning of conformal thin-film coatings on the exterior surfaces of complex three-dimensional (3D) structures is essential for emerging applications such as soft robotics, photonics, and functional 3D-printed MEMS devices. However, existing methods struggle to deliver high-resolution patterning on complex 3D structures and often suffer from poor thickness control, and inadequate surface conformity of the thin-film coatings. Here we present a robust approach for patterning of conformal thin-film coatings on complex 3D structures, including on sloped surfaces with angles up to 90°, with multiscale dimensions from 100 μm to 100 nm, and even down to the sub-30 nm scale when mask shrinkage techniques are used. This patterning approach utilizes a lithographically defined 3D Scaffold-Architected Lift-Off (SALO) mask in the lift-off process. It is agnostic to the used thin-film deposition process and enables even lift-off patterning of atomic layer deposited (ALD) conformal coatings, a task infeasible for conventional shadowing-based lift-off processes. Our approach opens opportunities for manufacturing complex 3D structures at the micro- and nanoscale by enabling lithographic patterning on the exterior surfaces of arbitrary 3D structures.