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斜面3D打印的研究

更新时间: 2020-01-02 17:48:54  查看次数: 66    

目前利用3D打印技术成型电子电路的设备中,大多是以平面成型为基础,在二维水平平面上成型电子电路,或通过六轴联动技术和喷墨打印技术相结合,在零件表面喷墨成型电子电路,这些都增加了普通的3D打印工程师和爱好者们对于打印电子电路在更广泛的领域扩展应用的难度。


针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种可升降式的3D打印机构,可在广泛应用的FDM打印机中使用。另外,它利用导电银浆为原料,通过上升或下降注射挤出端,从而在斜面或者曲面上成型电子电路。斜面打印喷头主要包含有三个运动部分,控制整体结构在Z轴方向变化的丝杆螺母传动结构,控制进料速度和进给量的齿轮传动结构,控制挤出导电银浆的注射挤出结构。同时,为防止晃动,增加了部分防震结构。斜面打印喷头结构整体零部件主要通过FDM打印机和激光切割机完成加工。同时,整体结构安装在H型原型机Speedymaker2.0上,以产生XY平面的运动。


通过3D打印方式在斜面上打印电子电路的过程中,通过点与点的累积打印和同一高度上的连续打印而成型。在斜面打印电子电路过程中,每一个高度对应一层电路,在同一层上经常出现需要打印多个独立的点,因而点与点之间需要有空行程阶段,即注射器针筒内的银浆无需挤出的阶段,与双层打印中的方波型路径类似。此时,需要通过丝杠机构将注射器推杆上拉一定距离,以在注射器针筒内形成一定真空度,保证空行程中注射器针筒内不会有多余的导电银浆从挤出端漏出而影响打印质量。


在斜面上打印电子电路时,经常会出现两种不同的情况,即上节所讨论的,一种是横向情况下打印的电路,打印过程中没有Z轴方向高度的变化,即同一高度连续打印;一种是竖向情况下打印的电路,打印过程中Z轴方向不断变化或喷头整体不断上移和下降,同时还会有银浆的回抽,电路通过点与点的累积打印而成。


在横向打印中,可考虑研究在不同角度下电路的打印最小宽度。实验中采用最小0.2mm口径的刚性针头,设置层厚为0.05mm,在不同角度10°到30°斜面下打印电子电路。其中,0.05mm的层厚代表喷头整体每次上下移动的距离为0.05mm。其实验结果如图,电路的宽度保持在0.9mm-1.15mm之间,斜面角度对最小宽度的影响在10-30°范围内的影响并不大,且横向打印的电路的边缘部分能够保持相对的平滑。



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