DIW+FDM，西蒙弗雷澤大學(xué)研究人員使用雙機(jī)械臂打印 3D 結(jié)構(gòu)化電子產(chǎn)品

2022年12月6日，南極熊獲悉，加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)的工程師開發(fā)了一種使用雙機(jī)械臂打印 3D 結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品的方法。

具體而言，該技術(shù)是一臺機(jī)器人使用基于漿料的直接墨水書寫 (DIW) 方法進(jìn)行打印，另一臺使用 FDM，兩臺機(jī)械臂并排工作以制造三維電子產(chǎn)品。

該研究以題為“通過多向機(jī)器人 3D 打印實(shí)現(xiàn) 3D 結(jié)構(gòu)電子學(xué)”的論文被發(fā)表在Advanced Materials Technologies 期刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202201349

六軸 ABB 機(jī)械臂沉積了 PLA 塑料層，形成了結(jié)構(gòu)的主體矩陣。ABB 使用了 Typhoon 的長絲擠出機(jī)。

在打印品中形成導(dǎo)電軌道的介質(zhì)由未固化的銀漿制成，由另一個機(jī)器人六軸 Fanuc 機(jī)械臂施加。漿料是從安裝在 Fanuc 上的 Musash DIW 打印頭打印出來的。

△雙機(jī)器臂，一臺用于銀漿，一臺用于 PLA。（圖片來源：西蒙弗雷澤大學(xué)）

該設(shè)備還能夠?qū)崿F(xiàn)打印塑料層后，在塑料表面印刷銀漿。額外的塑料層可以沉積在銀上以形成功能性嵌入式傳感器，并且可以讓印刷軌道相互交叉而不相交。

當(dāng)加熱的塑料與擠出的糊狀物接觸時，會導(dǎo)致糊狀物快速固化，研究人員將其稱為自動燒結(jié)。軌道以每 10 毫米 14.5 Ω 的最小電阻固化。

雙機(jī)器人

這種雙機(jī)械臂打印方法具有更多的自由度，使得在沒有 FDM 打印中典型的支撐材料的情況下制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計成為可能。原則上，它還可以允許更高密度的電路，這在體積空間有限的情況下是有益的。

在打印過程中，銀漿的電導(dǎo)率取決于從熱 PLA 轉(zhuǎn)移的能量，而這又取決于 FDM 打印參數(shù)。這些參數(shù)包括噴嘴溫度、打印速度以及打印頭和基板之間的間隙。

△銀漿的自發(fā)固化。（圖片來源：西蒙弗雷澤大學(xué)）

最低電阻 14.5 Ω 是在打印機(jī)頭內(nèi)部溫度最高 (210 °C)、速度最慢 (1 mm s−1) 和最小間隙 (1 mm) 時獲得的。

雙機(jī)械臂團(tuán)隊(duì)展示了具有電感和電容傳感功能的雙螺旋設(shè)計壓力傳感器的打印。此外，還印刷了多層 PCB。多層三維 PCB 設(shè)備互連到不同顏色的 LED 并由電池供電以用于演示目的。

△螺旋傳感器中的壓力傳感。（圖片來源：西蒙弗雷澤大學(xué)）

西蒙弗雷澤大學(xué)機(jī)電系統(tǒng)工程學(xué)院教授 Woo Soo Kim 說：“當(dāng)我看到多個 6 軸機(jī)器人協(xié)同焊接和電弧焊時，我對汽車裝配線上的動態(tài)場景很感興趣。我們?yōu)槭裁床豢梢詫�協(xié)作式多向機(jī)器人運(yùn)動帶入多材料 3D 打印世界？我在 2020 年初有了這個想法和概念。我們用兩個協(xié)作機(jī)器人展示了這種方法，用于 3D 打印電子產(chǎn)品和三維結(jié)構(gòu)集成。我們相信協(xié)作機(jī)器人3D打印將為多材料3D打印技術(shù)的結(jié)構(gòu)集成開辟一條新路徑�！�