爆改拓竹AI，3D打印與銅電鍍“同步”進(jìn)行！

3D打印技術(shù)參考注意到，來自意大利巴里理工大學(xué)的研究團(tuán)隊通過對一臺拓竹A1 3D打印機(jī)進(jìn)行改造，使其可以邊打印邊電鍍，從而能夠?qū)~結(jié)構(gòu)直接嵌入聚合物結(jié)構(gòu)中，不需要后續(xù)獨立處理步驟。

整個電鍍裝置經(jīng)過設(shè)計，可安裝在3D打印機(jī)上，從而實現(xiàn)打印過程中的電鍍。系統(tǒng)由一根裝有電解液和銅的聚四氟乙烯（PTFE）管組成。陽極浸入電解液中，待電鍍部件則位于管外。

在管出口處，一個定制的塑料接頭內(nèi)裝有一個浸有電解液的6毫米球形海綿，該海綿直接接觸待電鍍部件表面的特定區(qū)域。連接到接頭的銅刷構(gòu)成閉合電路。該銅刷由一根柔性銅線組成，可與下方的導(dǎo)電聚合物建立電接觸，從而實現(xiàn)電路閉合。由于其柔韌性，銅刷能夠與基材保持輕柔的接觸，確保可靠的電連接，而不會造成機(jī)械損傷。

該系統(tǒng)作為輔助“電鍍頭”安裝在打印機(jī)龍門架上，獨立于擠出頭運行。該裝置連接到一個由定制的控制單元驅(qū)動的緊湊型外部注射器。注射器以0.5mL/min的受控速率（通過步進(jìn)電機(jī)-絲杠機(jī)構(gòu)）分配電解液，確保海綿持續(xù)浸潤并保持電氣連續(xù)性。電鍍頭可沿3D打印機(jī)x軸和y軸移動，能夠在復(fù)雜幾何形狀上沉積銅。

該工藝首先擠出介電熱塑性聚合物（如PLA或TPU）形成結(jié)構(gòu)基底。然后，將導(dǎo)電聚合物（如導(dǎo)電PLA，CPLA）沉積到該基底上。CPLA擠出后，3D打印過程暫時停止，以便使用機(jī)載電鍍頭對導(dǎo)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍。電鍍完成后，打印恢復(fù)，并在新鍍的銅層上繼續(xù)沉積介電聚合物，將銅結(jié)構(gòu)完全嵌入周圍的聚合物基體中。

值得一提的是，與傳統(tǒng)的槽式電鍍不同，該研究提出的電鍍工藝是一種局部電鍍。浸有電解液的海綿每次只對一個區(qū)域進(jìn)行電鍍。由于海綿為直徑6毫米的圓柱體，因此可電鍍的最大面積為28.27平方毫米。在對第一個區(qū)域進(jìn)行電鍍后，電鍍頭移動到下一個區(qū)域（可以是x軸或y軸方向），依此類推，直至整個目標(biāo)部件完成銅電鍍。此外，電鍍頭的設(shè)計可兼容不同尺寸的海綿，因此可以輕松安裝直徑小至1毫米、大至10毫米的海綿。為了展示所提出方法的潛力，研究人員制作并表征了幾個功能性演示樣品。

首先是采用單片集成的方式制造了一個簡單的雙軌器件，該器件長40mm，包含兩條嵌入式銅導(dǎo)線，并覆蓋有0.6mm厚的PLA層（相當(dāng)于三層打印層）。每條銅導(dǎo)線（35mm×2mm）均被完全封裝，僅在其端子處預(yù)留了1mm×1mm的開口，以便于焊接導(dǎo)線。當(dāng)連接到LED電路并以9V的電壓供電時，LED成功點亮。此外，當(dāng)器件浸入水中并在相同電壓下運行時，未觀察到短路或性能下降，這表明擠出在鍍銅層上的PLA實現(xiàn)了完全封裝和水密密封。

這個簡單的演示器件顯示了所提出的方法在無需組裝即可制造適用于水下或潮濕環(huán)境的銅基電路方面的潛力。

進(jìn)一步的，研究人員制作了一個能夠檢測附近金屬物體的接近傳感器。該傳感器由一塊60mm×60mm的PLA基板（厚度0.4 mm）構(gòu)成，基板上印有一個基于CPLA的平面螺旋線圈，該線圈有8匝，線圈寬度為2mm。在印刷導(dǎo)電圖案后，在優(yōu)化的條件下對螺旋線圈進(jìn)行銅電鍍，然后用兩層額外的PLA層（總厚度0.4 mm）完全封裝。測試發(fā)現(xiàn)，隨著磁體靠近，傳感器的電感逐漸增大，電感與磁體接近程度之間存在明顯的正相關(guān)性。

該演示裝置展示了所提出的原位電鍍方法如何顯著擴(kuò)展擠出3D打印技術(shù)的功能，實現(xiàn)金屬導(dǎo)體的直接集成以及復(fù)雜金屬基傳感器件的制造。

總的來說，研究人員所開發(fā)的原位電鍍方法，能夠?qū)~電路直接集成到3D打印部件中，僅需極少的后處理，能夠?qū)崿F(xiàn)多材料、多功能、一體化制造，特別適用于柔性電子、可穿戴設(shè)備和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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