DIW+FDM，西蒙弗雷泽大学研究人员使用双机械臂打印 3D 结构化电子产品

2022年12月6日，南极熊获悉，加拿大西蒙弗雷泽大学的工程师开发了一种使用双机械臂打印 3D 结构电子产品的方法。

具体而言，该技术是一台机器人使用基于浆料的直接墨水书写 (DIW) 方法进行打印，另一台使用 FDM，两台机械臂并排工作以制造三维电子产品。

该研究以题为“通过多向机器人 3D 打印实现 3D 结构电子学”的论文被发表在Advanced Materials Technologies 期刊上。

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202201349

六轴 ABB 机械臂沉积了 PLA 塑料层，形成了结构的主体矩阵。ABB 使用了 Typhoon 的长丝挤出机。

在打印品中形成导电轨道的介质由未固化的银浆制成，由另一个机器人六轴 Fanuc 机械臂施加。浆料是从安装在 Fanuc 上的 Musash DIW 打印头打印出来的。

△双机器臂，一台用于银浆，一台用于 PLA。（图片来源：西蒙弗雷泽大学）

该设备还能够实现打印塑料层后，在塑料表面印刷银浆。额外的塑料层可以沉积在银上以形成功能性嵌入式传感器，并且可以让印刷轨道相互交叉而不相交。

当加热的塑料与挤出的糊状物接触时，会导致糊状物快速固化，研究人员将其称为自动烧结。轨道以每 10 毫米 14.5 Ω 的最小电阻固化。

双机器人

这种双机械臂打印方法具有更多的自由度，使得在没有 FDM 打印中典型的支撑材料的情况下制造复杂结构设计成为可能。原则上，它还可以允许更高密度的电路，这在体积空间有限的情况下是有益的。

在打印过程中，银浆的电导率取决于从热 PLA 转移的能量，而这又取决于 FDM 打印参数。这些参数包括喷嘴温度、打印速度以及打印头和基板之间的间隙。

△银浆的自发固化。（图片来源：西蒙弗雷泽大学）

最低电阻 14.5 Ω 是在打印机头内部温度最高 (210 °C)、速度最慢 (1 mm s−1) 和最小间隙 (1 mm) 时获得的。

双机械臂团队展示了具有电感和电容传感功能的双螺旋设计压力传感器的打印。此外，还印刷了多层 PCB。多层三维 PCB 设备互连到不同颜色的 LED 并由电池供电以用于演示目的。

△螺旋传感器中的压力传感。（图片来源：西蒙弗雷泽大学）

西蒙弗雷泽大学机电系统工程学院教授 Woo Soo Kim 说：“当我看到多个 6 轴机器人协同焊接和电弧焊时，我对汽车装配线上的动态场景很感兴趣。我们为什么不可以将协作式多向机器人运动带入多材料 3D 打印世界？我在 2020 年初有了这个想法和概念。我们用两个协作机器人展示了这种方法，用于 3D 打印电子产品和三维结构集成。我们相信协作机器人3D打印将为多材料3D打印技术的结构集成开辟一条新路径。”