科學(xué)家構(gòu)建了新型低成本AJP 3D打印機(jī),用于創(chuàng)建混合電子

科學(xué)家使用總計12,000美元的組件來制造其低成本AJP 3D打印機(jī)。通過增材制造雜志拍攝。
使AJP更可實現(xiàn)
數(shù)字運(yùn)動控制系統(tǒng)不僅代表AJP設(shè)置,而且代表FFF,材料噴射和薄片層壓系統(tǒng),是許多3D打印機(jī)的核心組件。從本質(zhì)上講,這些設(shè)備用于在打印過程中定向系統(tǒng)的工具頭,而FFF中低成本MCU的普及是該技術(shù)在實驗室,制造商空間和學(xué)術(shù)環(huán)境中采用的關(guān)鍵。
但是,傳統(tǒng)上,可訪問的運(yùn)動控制系統(tǒng)受到精度的限制,這使得它們在工作于10-100 µm范圍內(nèi)的AJP機(jī)器中不太有用。 AJP MCU還需要具有廣泛的多任務(wù)處理能力,以創(chuàng)建商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品,通常需要包括價格昂貴的功能強(qiáng)大的硬件。
而且,高性能微控制器通常是使用專有軟件構(gòu)建的,從而阻礙了所有者針對特定應(yīng)用定制其機(jī)器的能力。為了使AJP更加易于使用,UTEP科學(xué)家因此開發(fā)了一種更便宜的體系結(jié)構(gòu)以及支持的實時操作系統(tǒng)(RTOS),該系統(tǒng)能夠處理移動中的多個任務(wù)。

利用他們的AJP系統(tǒng),該團(tuán)隊能夠3D打印溫度敏感電阻器。通過增材制造雜志拍攝。
據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解,該團(tuán)隊選擇使用40美元的德州儀器(TI)Cortex-M4F MCU作為其新機(jī)器的基礎(chǔ)。該微控制器具有內(nèi)置的UART發(fā)送器和(I2C)電路接口,具有足夠的能力來控制打印機(jī),同時將外圍設(shè)備與其運(yùn)動控制系統(tǒng)同步。
該MCU內(nèi)置于定制的AJP打印機(jī)中,該打印機(jī)具有3軸電機(jī)平臺,以及用于墨水霧化的繼電器模塊,機(jī)械快門和超聲波霧化器。為了為他們的系統(tǒng)提供高速處理能力,該團(tuán)隊隨后使用FreeRTOS應(yīng)用程序創(chuàng)建了一個OS,該OS將其操作分解為簡單的任務(wù),使其既可管理又可模塊化。科學(xué)家完善算法并組裝好系統(tǒng)后,便用銀墨水武裝它,并制造出一系列對稱圖案。通過初步測試后,研究人員通過將導(dǎo)電銀沉積到“蛇形”電阻器中來評估其機(jī)器對更苛刻應(yīng)用的適用性。

UTEP團(tuán)隊最后使用導(dǎo)電NP墨水制作了大學(xué)的徽標(biāo)(如圖)。圖片來自《增材制造》雜志。
最終的檢測器具有溫度感應(yīng)功能,并被證明能夠在加熱和冷卻評估期間提供準(zhǔn)確的讀數(shù)。但是,盡管該團(tuán)隊的機(jī)器能夠達(dá)到50 µm的打印分辨率,但他們一些較復(fù)雜的測試對象仍會散布墨水,他們推測可以通過添加加熱床進(jìn)行糾正,以更好地控制沉積速率。
科學(xué)家的AJP機(jī)器的步進(jìn)速度也比低成本FFF系統(tǒng)的步進(jìn)速度快,但仍比許多高端打印機(jī)慢。為了解決這個問題,研究小組建議可以通過升級算法來進(jìn)一步優(yōu)化其方法,并確定在機(jī)器快門等時間緊迫的部件中進(jìn)行改進(jìn)的特殊機(jī)會。
在不久的將來,工程師還打算通過GitHub公開提供其低成本AJP 3D打印機(jī)的精確規(guī)格,以使其電子3D打印功能盡可能多地提供給用戶。同時,可以在下面找到自定義系統(tǒng)的簡要分類。
規(guī)格明細(xì)
.打印分辨率50 µm取決于墨水/參數(shù)
.打印速度20 mm / s,步長約為0.5 µm
.脈沖頻率30 kHz每軸,XY雙向
.未來發(fā)展中的插值線性提前
.安全設(shè)施緊急按鈕軟/受控中止
.支持的文件已實現(xiàn)RS-274 Gcode自定義M代碼
.自定義MCU命令可能的編程工具路徑
.反饋數(shù)據(jù)電動機(jī)位置,MFC壓力用戶配置的數(shù)據(jù)速率
AJP的電子應(yīng)用
在AJP期間,基本上可以將導(dǎo)電油墨噴涂到2D或3D表面上,使其非常適合生產(chǎn)PCB和消費(fèi)電子設(shè)備。總部位于阿爾伯克基的Optomec在這方面是專家,它最近推出了Aerosol Jet HD2 3D打印機(jī),該打印機(jī)專門用于創(chuàng)建5G電路板。在其他地方,三星電子還安裝了該公司的技術(shù),以加快其電子生產(chǎn)過程。
更具實驗意義的是,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員獲得了195萬美元的獎勵,用于開發(fā)新型的AJP 3D打印神經(jīng)探針。通過他們的項目,該團(tuán)隊旨在創(chuàng)建一種具有神經(jīng)學(xué)監(jiān)測功能的低成本可重復(fù)生產(chǎn)腦植入物的方法。
同樣,佐治亞理工學(xué)院和漢陽大學(xué)的科學(xué)家也開發(fā)了一種新穎的AJP 3D打印血液監(jiān)測生物傳感器。可伸縮的電子系統(tǒng)具有無電路且低矮的設(shè)計,使其可以被部署為識別腦動脈瘤治療的一種手段。
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