DIW+FDM,，西蒙弗雷澤大學研究人員使用雙機械臂打印 3D 結構化電子產品

2022年12月6日,，南極熊獲悉,，加拿大西蒙弗雷澤大學的工程師開發(fā)了一種使用雙機械臂打印 3D 結構電子產品的方法,。

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

該研究以題為“通過多向機器人 3D 打印實現 3D 結構電子學”的論文被發(fā)表在Advanced Materials Technologies 期刊上,。

相關論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202201349

六軸 ABB 機械臂沉積了 PLA 塑料層,，形成了結構的主體矩陣。ABB 使用了 Typhoon 的長絲擠出機,。

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

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

該設備還能夠實現打印塑料層后,，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,。

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

雙機器人

這種雙機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雜結構設計成為可能,。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,，銀漿的電導率取決于從熱 PLA 轉移的能量，而這又取決于 FDM 打印參數,。這些參數包括噴嘴溫度,、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）

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

雙機械臂團隊展示了具有電感和電容傳感功能的雙螺旋設計壓力傳感器的打印,。此外，還印刷了多層 PCB,。多層三維 PCB 設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）

西蒙弗雷澤大學機電系統(tǒng)工程學院教授 Woo Soo Kim 說：“當我看到多個 6 軸機器人協(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)作式多向機器人運動帶入多材料 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)作機器人展示了這種方法,，用于 3D 打印電子產品和三維結構集成。我們相信協(xié)作機器人3D打印將為多材料3D打印技術的結構集成開辟一條新路徑,�,！�