CN106696475A - 3d打印机及利用3d打印机打印电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印机，包括有传送带及位于所述传送带上的打印装置组合，所述传送带上安装有托盘，所述托盘上设有感应器，所述感应器用于感应所述托盘上是否固定有电路板，并在感应到电路板置于托盘上时发送感应信号至驱动装置，所述传送带用于受驱动装置驱动而带动所述托盘位于所述打印装置组合中的每一打印装置处，以供每一打印装置打印电路板。本发明还进一步提供了一种利用3D打印机打印电路板的方法。

Description

3D打印机及利用3D打印机打印电路板的方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印机及利用3D打印机打印一电路板的方法。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
电路板可称为印刷线路板或印刷电路板，英文名称为（Printed Circuit Board）PCB。电路板系统分类为以下三种：单面板Single-Sided Boards单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。双面板Double-Sided Boards这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的桥梁叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。在较复杂的应用需求时，电路可以被布置成多层的结构并压合在一起，并在层间布建通孔电路连通各层电路。铜箔基板先裁切成适合加工生产的尺寸大小。基板压膜前通常需先用刷磨、微蚀等方法将板面铜箔做适当的粗化处理，再以适当的温度及压力将干膜光阻密合贴附其上。将贴好干膜光阻的基板送入紫外线曝光机中曝光，光阻在底片透光区域受紫外线照射后会产生聚合反应（该区域的干膜在稍后的显影、蚀铜步骤中将被保留下来当作蚀刻阻剂），而将底片上的线路影像移转到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保护胶膜后，先以碳酸钠水溶液将膜面上未受光照的区域显影去除，再用盐酸及双氧水混合溶液将裸露出来的铜箔腐蚀去除，形成线路。最后再以氢氧化钠水溶液将功成身退的干膜光阻洗除。对于六层（含）以上的内层线路板以自动定位冲孔机冲出层间线路对位的铆合基准孔。为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。如此，采用传统的制作PCB的方法过程繁琐，且采用的化合物对人体会造成一定的伤害。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种能打印电路板的3D打印机。
一种3D打印机，包括有传送带及位于所述传送带上的打印装置组合，所述传送带上安装有托盘，所述托盘上设有感应器，所述感应器用于感应所述托盘上是否固定有电路板，并在感应到电路板置于托盘上时发送感应信号至驱动装置，所述传送带用于受驱动装置驱动而带动所述托盘位于所述打印装置组合中的每一打印装置处，以供每一打印装置打印电路板。
进一步地，所述打印装置组合包括有打孔装置、线路图打印装置、绿油阻焊层打印装置、白油文字及标记打印装置及锡液打印装置，所述打孔装置用于为所述电路板打孔，所述线路图打印装置用于打印电路板的线路图，所述绿油阻焊层打印装置用于打印电路板的绿油阻焊层图形，所述白油文字及标记打印装置用于打印电路板的文字与标记，所述锡液打印装置用于为所述电路板上锡。
进一步地，所述线路图打印装置使用的耗材为导电胶水或导电墨水。
进一步地，所述3D打印机包括有一进料装置，所述进料装置包括有进料盒及设于进料盒上的齿轮，所述进料盒用于收容电路板，所述齿轮用于将电路板置于所述托盘上。
进一步地，所述齿轮设于所述进料盒的两相对侧面上。
进一步地，所述3D打印机还包括有一翻面装置，所述翻面装置用于翻转电路板。
进一步地，所述翻面装置包括有一固定杆、一能够转动的第一爪牙及一能够转动的第二爪牙，所述第一爪牙与第二爪牙分别连接于固定杆的两端。
进一步地，所述3D打印机还包括有一绝缘粘合剂刷，所述绝缘粘合剂用于涂抹绝缘粘合剂在电路板上。
一种利用3D打印机制作电路板的方法，包括以下步骤：
一位于传送带上的一托盘固定电路板；
一感应器发送一感应信号至驱动装置；
所述传送带转动而带动托盘位于打印装置组合中的每一打印装置处；及
打印电路板。
进一步地，所述打印装置组合的一打孔装置为所述电路板打孔，所述打印装置组合中的一线路图打印装置打印电路板的线路图，所述打印装置组合的一绿油阻焊层打印装置打印电路板的绿油阻焊层图形，所述打印装置组合中的一白油文字及标记打印装置打印电路板的文字与标记，所述打印装置组合中的一锡液打印装置为所述电路板上锡。
与现有技术相比，在上述3D打印机及利用所述3D打印机打印电路板的方法中，感应器感应到托盘上电路板置于托盘上时发送感应信号至驱动装置，所述传送带即可带动所述托盘位于所述打印装置组合中的每一打印装置处，让每每一打印装置自动打印电路板。如此，整个打印过程非常简单，且不用人为地去打印电路板，亦减少了对人体的伤害。
附图说明
图1是本发明3D打印机的一较佳实施方式的一立体图。
图2是图1中3D打印机中的II部分的一放大图。
图3是图1中3D打印机中的III部分的一放大图。
图4是图1中3D打印机中的一翻面装置的一立体图，其中，翻面装置的一第一爪牙抓取一电路板。
图5与图4相似，其中，所述第一爪牙翻转所述电路板。
图6与图4相似，其中，所述翻面装置的一第二爪牙抓取所述电路板。
图7是本发明3D打印机的一用户使用界面的一示意图。
图8是本发明3D打印机打印电路板50的方法流程图。
主要元件符号说明
3D打印机 100
从传送带 10
进料装置 11
进料盒 112
齿轮 114
打孔装置 12
第一线路图打印装置 13
第一绝缘粘合剂刷 14
翻面装置 15
固定杆 151
第一爪牙 153
第二爪牙 155
第二线路图打印装置 16
第二绝缘粘合剂刷 17
中间传送带 20
主传送带 30
压合器 31
绿油阻焊层打印装置 33
白油文字及标记打印装置 35
锡液打印装置 37
托盘 40
第一感应器 41
第二感应器 43
电路板 50
上层 51
底层 53
出货口 60
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
在下列叙述中，各式特定细节系用以提供本发明实施例的通盘了解。本发明将配合其较佳实施例与后附的图式详述于下，应理解的是本发明中所有较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制本发明。熟之该项技术者亦应理解，本发明的实施不须一或多特定细节，或其他特定方法。本发明可以应用于各种3D打印机，以下做一说明。
请参阅图1，在一实施方式中，一3D打印机100包括有至少一从传送带10、至少一中间传送带20、及一主传送带30。在一实施方式中，所述至少一从传送带10的数量为3个，当然，还可以设置多个（图未示）。所述三从传送带10并列排列在一起，其延伸方便大致垂直于每一中间传送带20的延伸方向。
每一从传送带10、每一中间传送带20及所述主传送带30上间隔设置有多个能够自由收缩的托盘40。每一托盘40用于固定一电路板50。一第一感应器41及一第二感应器43设置在每一托盘40上（见图2）。所述第一感应器41用于感应所述电路板50是否落入所述托盘40中。所述托盘40在电路板50未落入时处于一张开状态，当第一感应器41感应到所述电路板50落入所述托盘40中时，所述托盘40的四角开始收缩，直到所述托盘40能够夹紧所述电路板50。所述第二感应器43用于感应所述托盘40的位置。当托盘40被至少一从传送带10、至少一中间传送带20、或主传送带30传送到一预定工作站位置时，所述第二感应器43发送一停止信号至一驱动器（图未示）而让所述驱动器停止运行至少一从传送带10、至少一中间传送带20、或主传送带30。在一实施方式中，所述驱动器可为一步进电机。当所述托盘40在预定工作站位置完成相应的工作流程后，所述第二感应器43发送一启动信号至所述驱动器，而让所述驱动器运行所述至少一从传送带10、至少一中间传送带20、或主传送带30，从而让至少一从传送带10、至少一中间传送带20、或主传送带30上的托盘40带动电路板50运行到下一工作站。
每一从传送带10上安装有一进料装置11、一打孔装置12、一第一线路图打印装置13、一第一绝缘粘合剂刷14、一翻面装置15、一第二线路图打印装置16及一第二绝缘粘合剂刷17。在一实施方式中，所述进料装置11、打孔装置12、第一线路图打印装置13、第一绝缘粘合剂刷14、翻面装置15、第二线路图打印装置16及第二绝缘粘合剂刷17依次排列。
所述进料装置11包括有一进料盒112及若干设于所述进料盒112上的齿轮114。每一齿槽114的深度可根据电路板50的厚度做相应的调整。在一实施方式中，所述若干齿轮114为4个，两个齿轮114安装于所述进料盒112的一第一侧面上，另外两个齿轮114安装于所述进料盒112的一与第一侧面相对的第二侧面上。安装于同一侧面上的两个齿轮114是由同一轴连接，该轴的两端连接有可移动的导轨（图未示）。在一实施方式中，连接第一侧面上两齿轮114的导轨与连接第二侧面上两齿轮114的导轨的长度相同，且相同位置的刻度亦相同。这样，可根据导轨行的刻度确定两个轴的位置来确定齿轮的位置，从而确定电路板50的形状及大小。在一实施方式中，所述四个齿轮114的转动方向一致，并同步转动，当所述齿轮114每转动一步，卡在所述齿轮114上的电路板50就会自动地落在对应的从传送带10的托盘40上，这时，下一电路板50即可卡在所述齿轮114上，等待下一次的齿轮114转动。
请一起参阅图3，所述打孔装置12用于为在所述电路板50上打孔。例如，所述打孔装置12可以开插件孔，也可开埋孔等。所述打孔装置12的打印头121可以根据打印需求在X轴、Y轴上自由移动。
所述第一线路图打印装置13用于打印所述电路板50的一上层51的线路图。在一实施方式中，所述第一线路图打印装置13使用的耗材为导电胶水或导电墨水。该导电胶水主要由树脂基体、导电粒子、分散添加剂、助剂等组成，该导电墨水为直径小于0.1微米的银纳米粒子溶解于含有聚合物胶乳的特殊溶剂，墨水干燥后数秒便会产生导电性。可以理解，根据导电胶水或导电墨水的粘稠度，改变所述第一线路图打印装置13的打印头131一定的气压，即可调节电路板50上的线路的粗细。另外，亦可在所述导电胶水或导电墨水中添加色素，而使得电路板50上的线路清晰可见。
请参阅图1，所述第一绝缘粘合剂刷14用于将绝缘粘合剂涂抹在电路板50的上层51上，而为让电路板50的上层51与一底层53相粘合做准备。当然，若所述电路板50为单面电路板，亦可省掉该第一绝缘粘合剂刷14而无需涂抹电路板50。
所述翻面装置15用于抓取所述电路板50并将所述电路板50翻转180度后使电路板50的底层53位于上方。具体地，请参阅图4-6，所述翻面装置15包括有一固定杆151、一连接固定杆151的第一端的第一爪牙153及一连接固定杆151的第二端的第二爪牙155。当电路板50位于第一爪牙153下方时，所述第一爪牙153抓取所述电路板50并旋转90度，所述第二爪牙153即可抓取电路板50并旋转90度后将电路板50再次置放于从传送带10上。
所述第二线路图打印装置16用于打印所述电路板50的底层53的线路图。在一实施方式中，所述第二线路图打印装置16使用的耗材亦为导电胶水或导电墨水。
所述第二绝缘粘合剂刷17用于将绝缘粘合剂涂抹在电路板50的底层53上，而为让电路板50的上层51与一底层53能够相粘合。
每一中间传送带20用于接收每一从传送带10传送过来的电路板50，并将其统一传送至所述主传送带30上。
所述主传送带30上安装有一压合器31、一绿油阻焊层打印装置33、一白油文字及标记打印装置35及一锡液打印装置37。在一实施方式中，所述压合器31、绿油阻焊层打印装置33、白油文字及标记打印装置35及锡液打印装置37依次排列。
所述压合器31用于使所述电路板50的上层51与底层53相粘合。当然，若所述电路板50为单面电路板，亦可省掉该压合器31。
所述绿油阻焊层打印装置33用于打印电路板50的绿油阻焊层图形。在一实施方式中，所述绿油阻焊层打印装置33的耗材为绝缘绿油或绝缘黑油等。
所述白油文字及标记打印装置35用于打印电路板50的文字与标记。在一实施方式中，所述白油文字及标记打印装置35的耗材为绝缘白油等。
所述锡液打印装置37用于为所述电路板50上锡，以方便电子器件的焊接。在一实施方式中，所述锡液打印装置37的耗材为锡液。
一出货口60设置在所述锡液打印装置37的旁侧。当所述电路板50完成上锡的动作时，即可由所述出货口60滑出3D打印机100，而落入一收纳装置（图未示）中。
请参阅图7，在打印电路板50之前，可将该3D打印机100的驱动软件安装于一3D打印机100内或一连接3D打印机100的电子装置（图未示）上。这样，所述3D打印机100内或电子装置的桌面上即可生成一可供用户选择的菜单页面。在一实施方式中，所述3D打印机100年能够将*.PCB、*.PWK、*.DXF等数据格式的文件自动转化为GERBER档，并分配给自己的每个打印装置，这些软件格式是用以下列软件设计的数据：PAD2000、POWERPCB、PROTEL、CLIENT98等。该驱动程序会直接将PROTEL或POWERPCB等画图软件作好的线路图当自动分解为各个层的打印GERBER档，并且将每个BERBER档编号，发到此打印机的打印装置组合，所述打印装置组合可包括打孔装置12、第一线路图打印装置13、第二线路图打印装置16、绿油阻焊层打印装置33、白油文字及标记打印装置35及锡液打印装置37。例如：可以对每个托盘40上的感应器41、43进行编号，如，SensorA_1、SensorA_1、SensorA_2、SensorB_2、SensorA_3、SensorB_3…等，其中，SensorA_1、SensorA_1表示第一个托盘40上的两感应器41、43，SensorA_2、SensorB_2代表第二个托盘40上的两感应器41、43。如此，在分配任务时，可以是：上层51钻孔（包括通孔，埋孔，肓孔）GERBER图档--分配至SensorB_2处打印装置，即打孔装置12处；上层51线路图GERBER档--分配至SensorB_3处打印装置，即第一线路图打印装置13处；底层板53线路GERBER图档--分配至SensorB_6处打印装置，即第二线路图打印装置16处。在一实施方式中，若电路板50为多层面板时，所述3D打印机100上的打印装置可承担多层上的打印任务，例如，所述打孔装置12可承担电路板50的第一层面的打孔任务，亦可承办第二层面或第三层面的打孔任务。
请参阅图8，采用本发明3D打印机制作所述电路板50的方法可包括以下步骤，在本实施例中，以一托盘40及一电路板50为例。
步骤801：所述进料装置11的齿轮114受驱动装置驱动而让一电路板50落入至于进料装置11正下方位置的托盘40内，所述托盘40的第一感应器41感应到电路板50落入托盘40中，而发送信号让从传送带10转动。
步骤802：所述从传送带10转动，直到第二感应器43感应到托盘40位于所述打孔装置12的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述打孔装置12根据分配的任务为所述电路板50打孔，例如，开插件孔，埋孔等。
步骤803：当所述打孔装置12的打孔任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述第一线路图打印装置13的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述第一线路图打印装置13根据分配的任务为所述电路板50的一上层51的线路进行打印。
步骤804：当所述第一线路图打印装置13的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述第一绝缘粘合剂刷14的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述第一绝缘粘合剂刷14根据分配的任务为所述电路板50的上层51涂抹绝缘粘合剂。
步骤805：当所述第一绝缘粘合剂刷14的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述翻面装置15的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述翻面装置15抓取所述电路板50而将所述电路板50翻转180度后使底层53朝上。
步骤806：当所述翻面装置15翻转电路板50后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述第二线路图打印装置16的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述第二线路图打印装置16根据分配的任务所述电路板50的一底层53的线路进行打印。
步骤807：当所述第二线路图打印装置16的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述第二绝缘粘合剂刷17的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。第二绝缘粘合剂刷17根据分配的任务为所述电路板50的底层53涂抹绝缘粘合剂。
步骤808：当所述第二绝缘粘合剂刷17的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述中间传送带20上，并传送到压合器31的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述压合器31即可粘合所述电路板50的上层51与底层53。
步骤809：所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述绿油阻焊层打印装置33的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述绿油阻焊层打印装置33根据分配的任务打印电路板50的绿油阻焊层图形。
步骤810：当所述绿油阻焊层打印装置33的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述白油文字及标记打印装置35的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述白油文字及标记打印装置35根据分配的任务打印电路板50的文字与标记。
步骤811：当白油文字及标记打印装置35的任务完成后，所述第二感应器43通知所述驱动器转动所述传送带10，直到所述托盘40位于所述锡液打印装置37的正下方时，所述第二感应器43通知驱动器而停止传送带10。所述锡液打印装置37根据分配的任务为所述电路板50上锡。
步骤812：当所述锡液打印装置37的任务完成后，所述电路板50即可落入收纳装置中，已完成打印。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印机，其特征在于：所述3D打印机包括有传送带及位于所述传送带上的打印装置组合，所述传送带上安装有托盘，所述托盘上设有感应器，所述感应器用于感应所述托盘上是否固定有电路板，并在感应到电路板置于托盘上时发送感应信号至驱动装置，所述传送带用于受驱动装置驱动而带动所述托盘位于所述打印装置组合中的每一打印装置处，以供每一打印装置打印电路板。
2.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述打印装置组合包括有打孔装置、线路图打印装置、绿油阻焊层打印装置、白油文字及标记打印装置及锡液打印装置，所述打孔装置用于为所述电路板打孔，所述线路图打印装置用于打印电路板的线路图，所述绿油阻焊层打印装置用于打印电路板的绿油阻焊层图形，所述白油文字及标记打印装置用于打印电路板的文字与标记，所述锡液打印装置用于为所述电路板上锡。
3.如权利要求2所述的3D打印机，其特征在于：所述线路图打印装置使用的耗材为导电胶水或导电墨水。
4.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述3D打印机包括有一进料装置，所述进料装置包括有进料盒及设于进料盒上的齿轮，所述进料盒用于收容电路板，所述齿轮用于将电路板置于所述托盘上。
5.如权利要求4所述的3D打印机，其特征在于：所述齿轮设于所述进料盒的两相对侧面上。
6.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述3D打印机还包括有一翻面装置，所述翻面装置用于翻转电路板。
7.如权利要求6所述的3D打印机，其特征在于：所述翻面装置包括有一固定杆、一能够转动的第一爪牙及一能够转动的第二爪牙，所述第一爪牙与第二爪牙分别连接于固定杆的两端。
8.如权利要求1所述的3D打印机，其特征在于：所述3D打印机还包括有一绝缘粘合剂刷，所述绝缘粘合剂用于涂抹绝缘粘合剂在电路板上。
9.一种利用3D打印机制作电路板的方法，包括以下步骤：
一位于传送带上的一托盘固定电路板；
一感应器发送一感应信号至驱动装置；
所述传送带转动而带动托盘位于打印装置组合中的每一打印装置处；及
打印电路板。
10.如权利要求9所述的利用3D打印机制作电路板，其特征在于：所述打印装置组合的一打孔装置为所述电路板打孔，所述打印装置组合中的一线路图打印装置打印电路板的线路图，所述打印装置组合的一绿油阻焊层打印装置打印电路板的绿油阻焊层图形，所述打印装置组合中的一白油文字及标记打印装置打印电路板的文字与标记，所述打印装置组合中的一锡液打印装置为所述电路板上锡。
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