Due to its natural warmth, wood is frequently used to produce touchable objects such as furniture and signboards. Laser cutting machines are becoming common in personal wood processing to cut and engrave wood. In this paper, we propose a method and workflow for producing various sensors and electrical circuits for interactive devices by partially carbonizing the wood surface with a laser cutting machine. Similar to wiring on a conventional printed circuit board (PCB), the carbonized part functions as a conductive electrical path. A method for creating electronic circuits and sensors made of carbon graphene on botanical materials has been proposed. This technique makes use of a raster-scanning femtosecond (fs) laser, which is less common for personal fabrication than a constant-wave (CW) laser. Moreover, raster-scanning requires a substantial amount of time to create a circuit that is mainly made of conductive lines. This paper extends the method with a defocused vector-scanning CW laser beam and reduces the time and cost required for fabrication. The proposed method uses an affordable CW laser cutter to fabricate an electrical circuit, including touch sensors, damage sensors, and load sensors on wood boards. The circuit can be easily connected to traditional PCBs and electric parts such as one-board microcomputers using metal screws and nails typically used in DIY woodworking. We develop ease of use software design tool that supports the creation and fabrication of carbon paths. In addition, we report on a series of investigations, including optimizing wood materials and laser parameters to establish design guidelines. 

本研究では，レーザー加工機で木材表面を部分的に炭化させ，木材に直接センサや回路を作成する手法を提案する．一般的なプリント基板（PCB）の配線と同様，炭化部分は導電性を有する配線として機能する．先行研究として，フェムト秒（fs）レーザーをラスタスキャニングし小規模なグラフェンを作成する手法が提案されているが，fsレーザーは連続波（CW）レーザーと比較するとパーソナルファブリケーションに不向きである．また，ラスタスキャンでは配線が主体の回路を作成する場合多くの時間を要する．そこで我々は，CWレーザーによるベクタスキャニングを利用し，炭による回路の作成に必要なコストと時間を低減する．提案手法では，パーソナルファブリケーションで頻繁に使用されるCWレーザー加工機を用いて，タッチセンサ，ダメージセンサ，荷重センサなどのさまざまなセンサや回路を木材表面に直接作成することができる．さらに，作成したセンサや回路は木工DIYで一般的に使用される金属製のネジや釘を使用しPCBやマイコンなどに容易に接続できる．

Publication  

石井 綾郁, 加藤 邦拓, 池松 香, 川原 圭博, 椎尾 一郎,CWレーザー加工機による木板の炭化を利用した回路基板作成手法, コンピュータ ソフトウェア, 2023, 40 巻, 2 号, p. 2_129-2_145. [link]

Ayaka Ishii, Kunihiro Kato, Kaori Ikematsu, Yoshihiro Kawahara, and Itiro Siio. 2022. CircWood: Laser Printed Circuit Boards and Sensors for Affordable DIY Woodworking. In Proceedings of the 16th International Conference on Tangible, Embedded and Embodied Interaction (TEI ’22). ACM, New York, NY, USA, Article 11, 1–11. [doi]

石井 綾郁, 加藤 邦拓, 池松 香, 川原 圭博, 椎尾 一郎, CircWood: CWレーザー加工機による炭化を利用した木製回路基板, 第 29回インタラクティブシステムとソフトウェアに関するワークショップ(WISS2021) 論文集, 6 pages (ショート発表採択) [link]

Ayaka Ishii, Kunihiro Kato, Kaori Ikematsu, Yoshihiro Kawahara, and Itiro Siio. 2021. Fabricating Wooden Circuit Boards by Laser Beam Machining.  In Proceedings of the 34th Annual Symposium on User Interface Software and Technology (UIST’ 21 Adjunct). ACM, New York, NY, USA, pp. 109–111 [doi]