科學家構建了新型低成本AJP 3D打印機，用于創建混合電子
時間：2021-03-10 08:41 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網3月10日訊，德克薩斯大學埃爾帕索分校（UTEP）的研究人員開發了一種新型低成本氣溶膠噴射印刷（AJP）系統，該系統能夠制造混合電子設備。這款3D打印機僅售12,000美元，它基于32位微控制器（MCU），使其能夠與具有先進圖案形成功能的外圍設備連接。利用其靈活的功能，該機器能夠將電子墨水沉積到復雜的設計中，從而有可能使其成為在研究，原型設計和教育應用中制造電子產品的更可行的方法。
科學家使用總計12,000美元的組件來制造其低成本AJP 3D打印機。通過增材制造雜志拍攝。
使AJP更可實現
數字運動控制系統不僅代表AJP設置，而且代表FFF，材料噴射和薄片層壓系統，是許多3D打印機的核心組件。從本質上講，這些設備用于在打印過程中定向系統的工具頭，而FFF中低成本MCU的普及是該技術在實驗室，制造商空間和學術環境中采用的關鍵。
但是，傳統上，可訪問的運動控制系統受到精度的限制，這使得它們在工作于10-100 µm范圍內的AJP機器中不太有用。 AJP MCU還需要具有廣泛的多任務處理能力，以創建商業標準的電子產品，通常需要包括價格昂貴的功能強大的硬件。
而且，高性能微控制器通常是使用專有軟件構建的，從而阻礙了所有者針對特定應用定制其機器的能力。為了使AJP更加易于使用，UTEP科學家因此開發了一種更便宜的體系結構以及支持的實時操作系統（RTOS），該系統能夠處理移動中的多個任務。
科學家完善算法并組裝好系統后，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，研究人員通過將導電銀沉積到“蛇形”電阻器中來評估其機器對更苛刻應用的適用性。
UTEP團隊最后使用導電NP墨水制作了大學的徽標（如圖）。圖片來自《增材制造》雜志。
最終的檢測器具有溫度感應功能，并被證明能夠在加熱和冷卻評估期間提供準確的讀數。但是，盡管該團隊的機器能夠達到50 µm的打印分辨率，但他們一些較復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行糾正，以更好地控制沉積速率。
科學家的AJP機器的步進速度也比低成本FFF系統的步進速度快，但仍比許多高端打印機慢。為了解決這個問題，研究小組建議可以通過升級算法來進一步優化其方法，并確定在機器快門等時間緊迫的部件中進行改進的特殊機會。
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打印機的精確規格，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的簡要分類。
規格明細
.打印分辨率50 µm取決于墨水/參數
.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
.未來發展中的插值線性提前
.安全設施緊急按鈕軟/受控中止
.支持的文件已實現RS-274 Gcode自定義M代碼
.自定義MCU命令可能的編程工具路徑
科學家使用總計12,000美元的組件來制造其低成本AJP 3D打印機。通過增材制造雜志拍攝。
使AJP更可實現
數字運動控制系統不僅代表AJP設置，而且代表FFF，材料噴射和薄片層壓系統，是許多3D打印機的核心組件。從本質上講，這些設備用于在打印過程中定向系統的工具頭，而FFF中低成本MCU的普及是該技術在實驗室，制造商空間和學術環境中采用的關鍵。
但是，傳統上，可訪問的運動控制系統受到精度的限制，這使得它們在工作于10-100 µm范圍內的AJP機器中不太有用。 AJP MCU還需要具有廣泛的多任務處理能力，以創建商業標準的電子產品，通常需要包括價格昂貴的功能強大的硬件。
而且，高性能微控制器通常是使用專有軟件構建的，從而阻礙了所有者針對特定應用定制其機器的能力。為了使AJP更加易于使用，UTEP科學家因此開發了一種更便宜的體系結構以及支持的實時操作系統（RTOS），該系統能夠處理移動中的多個任務。
利用他們的AJP系統，該團隊能夠3D打印溫度敏感電阻器。通過增材制造雜志拍攝。
據中國3D打印網了解，該團隊選擇使用40美元的德州儀器（TI）Cortex-M4F MCU作為其新機器的基礎。該微控制器具有內置的UART發送器和（I2C）電路接口，具有足夠的能力來控制打印機，同時將外圍設備與其運動控制系統同步。
該MCU內置于定制的AJP打印機中，該打印機具有3軸電機平臺，以及用于墨水霧化的繼電器模塊，機械快門和超聲波霧化器。為了為他們的系統提供高速處理能力，該團隊隨后使用FreeRTOS應用程序創建了一個OS，該OS將其操作分解為簡單的任務，使其既可管理又可模塊化。科學家完善算法并組裝好系統后，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，研究人員通過將導電銀沉積到“蛇形”電阻器中來評估其機器對更苛刻應用的適用性。
UTEP團隊最后使用導電NP墨水制作了大學的徽標（如圖）。圖片來自《增材制造》雜志。
最終的檢測器具有溫度感應功能，并被證明能夠在加熱和冷卻評估期間提供準確的讀數。但是，盡管該團隊的機器能夠達到50 µm的打印分辨率，但他們一些較復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行糾正，以更好地控制沉積速率。
科學家的AJP機器的步進速度也比低成本FFF系統的步進速度快，但仍比許多高端打印機慢。為了解決這個問題，研究小組建議可以通過升級算法來進一步優化其方法，并確定在機器快門等時間緊迫的部件中進行改進的特殊機會。
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打印機的精確規格，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的簡要分類。
規格明細
.打印分辨率50 µm取決于墨水/參數
.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
.未來發展中的插值線性提前
.安全設施緊急按鈕軟/受控中止
.支持的文件已實現RS-274 Gcode自定義M代碼
.自定義MCU命令可能的編程工具路徑
.反饋數據電動機位置，MFC壓力用戶配置的數據速率
AJP的電子應用
在AJP期間，基本上可以將導電油墨噴涂到2D或3D表面上，使其非常適合生產PCB和消費電子設備。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，該打印機專門用于創建5G電路板。在其他地方，三星電子還安裝了該公司的技術，以加快其電子生產過程。
更具實驗意義的是，卡內基梅隆大學的研究人員獲得了195萬美元的獎勵，用于開發新型的AJP 3D打印神經探針。通過他們的項目，該團隊旨在創建一種具有神經學監測功能的低成本可重復生產腦植入物的方法。
同樣，佐治亞理工學院和漢陽大學的科學家也開發了一種新穎的AJP 3D打印血液監測生物傳感器。可伸縮的電子系統具有無電路且低矮的設計，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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