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科学家开发出在SLA 3D打印时嵌入电子元件的方法

近日,英国先进制造研究中心(AMRC)的设计与原型团队开发出了一种方法,可以在SLA3D打印机打印的时候嵌入电子器件。为了展示自己的这一成果,科学家们3D打印出了一个U盘,这个优盘是用一台SLA3D打印机围绕着一块集成电路打印而成的,整个外壳都是一个无缝的整体,并非分别打印出两片外壳,然后组装在一起而形成。

据天工社了解,AMRC隶属于英国谢菲尔德大学,同时也是应该先进制造领域最重要的研究机构之一。当这个团队接受这个在打印过程中间结合固体物体的研究任务之后,就面临着相当大的挑战。但是一旦攻克,它所能够带来的好处也是相当明细的:它不仅能够使得电子产品的制造更加容易和高效,而且在打印过程中嵌入电子电路也可以使得产品天然具有防尘、防水的功能。更通用地说,它显然也优化了材料的使用和装配时间,极大地减少了需要的后处理环节。勿庸置疑,医疗应用也能够广泛地从该技术中获益。

据科学家们解释说,其中的关键在于:在暂停机器和插入任何您想要的物体和设备之前,需要非常仔细地追踪打印的层数。“另外,还要在预处理打印文件时,针对即将嵌入部件的对象去除任何不必要的支撑材料。构建过程需要在相关高度的层高停顿,然后充分封装部件。”研究人员说。由于他们使用的是3DSystems系统的ProJet6000SLA3D打印机,这些动作就需要相应地在该机器的管理软件3DManage上进行。

比如设计与原型团队的研究人员在操作过程中,他们把ProJet6000的层高设定为0.1毫米。这样的话,“在打印时会在到70层(7毫米)时暂定并插入部件,这样插入的部件会和顶部之间有0.2毫米的间隙。这保证了校平机不会接触到部件,从而不会损坏打印部件或者造成打印失败。另外插入部件的四边会和正在打印的外壳保持0.1毫米的间隙。”他们解释说,“一旦该部件插入到位,3D打印继续进行。该组件周围0.1和0.2毫米的间隙将会被填充未固化的环氧树脂填充,它们在整个打印过程中一直是未固化的,直到在UV室中进行后处理操作时才会完全固化。

在该部件打印完成之后,首先要进行后处理工作,其中包括清洁和去除支撑材料。USB驱动器会在固化前就进行测试。

不过这种方法也不是对于所有的结构都有用,关键在于零部件的角度。“为了防止构建失败,建议生成的支撑结构与垂直平面的夹角要大于36度。由于在构建过程中插入组件起到了支撑结构的作用,所以这一块区域就不需要设置支撑结构。”他们建议说。

3D打印的“U盘”测试正常

总而言之,这是一个很有趣的方法,值得进一步探讨。不过遗憾的是只有SLA3D打印机能够做到,这就大大限制了该技术的应用。研究人员解释说,其中的原因在于像FDM、SLS等之类的技术往往需要用高温熔化材料,很容易损害到电子元器件。