3D打印在工業(yè)制造領(lǐng)域正變得日益重要！它不僅可以制造出采用傳統(tǒng)方法幾乎不可能生產(chǎn)的非常復(fù)雜的形狀，還能低成本地實(shí)現(xiàn)小批量的生產(chǎn)。然而，迄今為止，集成電子元器件從而生產(chǎn)出訂制化的傳感器尚面臨挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，德國(guó)弗勞恩霍夫IPA與阿博格和Balluff公司合作，在此方面實(shí)現(xiàn)了突破。



訂制傳感器在不同生產(chǎn)階段的演示模型：左上為CAD 概念，右上為集成了電子元器件之后，下部為成品的演示模型件（圖片來(lái)自Fraunhofer IPA）

個(gè)性化的傳感器對(duì)于采用自動(dòng)化技術(shù)的生產(chǎn)任務(wù)而言極具吸引力，因?yàn)樗鼈兛梢造`活地適應(yīng)各種應(yīng)用。感應(yīng)接近傳感器是將線(xiàn)圈、電路板和插頭等以固定結(jié)構(gòu)安裝到圓柱形金屬外殼中的一種擁有固定形狀的標(biāo)準(zhǔn)部件。在自動(dòng)化技術(shù)中，感應(yīng)接近傳感器通常被用于對(duì)金屬物體進(jìn)行非接觸式探測(cè)。在工業(yè)應(yīng)用中，它們不僅可以記錄元器件的接近程度, 還可以記錄元器件所處位置的距離。然而，由于其外殼形狀，能夠集成到特定應(yīng)用環(huán)境中，如機(jī)械手臂爪狀手指中的感應(yīng)接近傳感器，直到目前才被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

任何形狀的外殼

于是，問(wèn)題就來(lái)了：為什么不采用塑料來(lái)打印傳感器的外殼以便可以將其制成任何形狀呢？這正是德國(guó)弗勞恩霍夫制造工程與自動(dòng)化研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)IPA）增材制造中心的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)目前所取得的成果。該團(tuán)隊(duì)得到了來(lái)自塑料加工機(jī)械制造商阿博格和專(zhuān)業(yè)的傳感器Balluff 的同伴們的支持。傳感器外殼要求使用一種具有高介電強(qiáng)度和阻燃性能的塑料，為此，專(zhuān)家們選用了半結(jié)晶的塑料——聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT），將它作為標(biāo)準(zhǔn)的注射成型材料用于生產(chǎn)電子元器件的外殼。然而，這類(lèi)材料尚未被用于3D打印，還需要開(kāi)展開(kāi)拓性的研究工作。

在3D打印中生產(chǎn)出導(dǎo)體軌道

他們將粒料形式的塑料送入阿博格的工業(yè)化增材制造系統(tǒng)freeformer中，該機(jī)器采用了一種材料制備裝置和一種特殊的塑化螺桿。標(biāo)準(zhǔn)粒子熔融后，即開(kāi)始無(wú)模的自由成型過(guò)程：高頻的噴嘴閉合，釋放出微小的塑料液滴，借助可移動(dòng)的部件載體，即實(shí)現(xiàn)了精確定位。

這樣，freeformer就一層一層地創(chuàng)建出帶有空腔的三維部件。在打印過(guò)程中，還可以嵌入電子元器件。為使之成為可能，當(dāng)打印到每一個(gè)相應(yīng)的層時(shí)，freeformer就會(huì)自動(dòng)中斷生產(chǎn)過(guò)程，以便可以非常精確地集成線(xiàn)圈、電路板和插頭。在一個(gè)單獨(dú)的工藝中，采用一個(gè)分配器，即可在外殼內(nèi)制造出銀導(dǎo)體軌道。要完成這一過(guò)程，需要疊層打印這些空腔，然后用聚氨酯澆注。

采用這種方法，該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)出了30多個(gè)訂制傳感器的演示模型，然后進(jìn)行測(cè)試：這些部件必須能夠承受溫度的變化和振動(dòng)，它們必須防水，并通過(guò)電絕緣測(cè)試。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終，他們成功地完成了這些測(cè)試。

這項(xiàng)“將電功能集成到增材制造的部件中”的研究經(jīng)歷了18個(gè)月的時(shí)間，弗勞恩霍夫IPA的Stefan Pfeffer領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。目前，他正與阿博格合作，研究未來(lái)如何也能將導(dǎo)電塑料用于其他的應(yīng)用領(lǐng)域。