CN110300652A - 具有嵌入的感测设备的3d打印对象 - Google Patents

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Abstract

根据示例,三维(3D)打印对象可以包括由非导电材料形成的主体。另外,导电通道、感测设备和信号发射器可以嵌入在主体内。感测设备可以与导电通道电连通,使得感测设备被通过导电通道施加的电流的破坏所影响。另外,信号发射器可以响应于感测设备被所施加电流的破坏所影响而发射无线信号。

Description

具有嵌入的感测设备的3D打印对象
背景技术
采用增材制造技术来建构或打印部件的3D制造装置越来越受欢迎和使用越来越多。一些增材制造技术采用分层工艺,其中建构材料的颗粒扩散到层中并选择性地熔合在一起。在该工艺之后,将另外的颗粒扩散到另一层中并熔合在一起。该工艺可以重复多次以建构具有期望配置的3D部件。
附图说明
通过示例的方式示出了本公开的特征,并且本公开的特征不限于以下附图,其中相同的数字表示相同的元件,其中:
图1A示出了示例三维(3D)打印对象的简化等距视图,其中内部部件被描绘为可见的;
图1B至图1D分别示出了其他示例3D打印对象的简化框图;
图2A和图2B分别示出了可以实现为制造图1A至图1D所描绘的3D打印对象的示例装置;
图3示出了另一示例装置的简化框图;以及
图4示出了用于制造具有嵌入的感测部件的3D打印对象的示例方法的流程图。
具体实施方式
本文公开了3D打印对象以及用于制造3D打印对象的方法和装置。本文公开的3D打印对象可包括由非导电材料形成的主体。嵌入在主体内的可以是导电通道、与导电通道电连通的感测设备、以及信号发射器。感测设备可以受到通过导电通道施加的电流的破坏的影响,并且信号发射器可以响应于感测设备受到破坏的影响而发射无线信号。嵌入在主体内的还可以是电流供应设备,例如电池和/或感应能量到电能转换器。电流供应设备可以向导电通道和信号发射器供应电流。
导电通道、感测设备、信号发射器和电流供应设备可以在主体的增材形成期间布置。例如,这些部件中的一些或全部可以通过施加各种熔合和/或导电剂并将其与用于增材形成主体的非导电材料颗粒混合来形成。在其他示例中,这些部件中的一些或全部可以在引入主体内之前形成,并且先前形成的部件可以在主体形成期间放置在主体的层上。
对象可能因破裂和/或磨损而出故障。破裂故障可能是由机械过载、疲劳、应力腐蚀裂缝等引起的。对于疲劳和应力腐蚀裂缝,可能会出现断裂,并可能在对象突然破裂之前传播。因此,在其早期阶段发现裂缝能够防止对象破裂故障,这可以避免对包括对象的整个系统的损坏。然而,手动检查裂缝是不可靠和费力的,特别是当裂缝微小或窄小时。
通过实施本文公开的方法和装置,可以利用嵌入的感测设备和信号发射器以自动检测并通知3D打印对象中的断裂来制造3D打印对象。例如,当在3D打印对象中发生诸如断裂的故障时,断裂可能导致导电通道破裂。嵌入的感测设备可能受到破裂的影响,并且信号发射器可以输出信号以指示发生破裂。因此,可以检测和定位断裂,而不会破坏3D打印对象,例如,以非破坏性方式,无需实时或间歇地手动检查3D打印对象的断裂,基本上不影响3D打印对象的物理特性,在3D打印对象的外部不可见,基本上不限制3D打印对象的几何形状等。
在继续之前,应注意,如本文所用,术语“包括”意指但不限于“包括”和“至少包括”。术语“基于”意指但不限于“基于”和“至少部分地基于”。
首先参考图1A,示出了示例三维(3D)打印对象100的简化等距视图,其中内部部件被描绘为可见的。应该理解,图1A所描绘的3D打印对象100可以包括附加部件,并且可以在不脱离本文公开的3D打印对象100的范围的情况下去除和/或修改本文描述的一些部件。
可以通过任何合适的增材3D打印或制造技术来打印3D打印对象100。3D打印或制造技术可以包括基于粉末的熔合技术,基于粉末的熔合技术包括将熔剂施加到建构材料颗粒的选定区域上,随后加热和固化上面已沉积有熔剂的建构材料颗粒。其他合适的技术可以包括光固化(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、可固化液体光聚合物喷射(Polyjet)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、3D粘合剂喷射等。在任何方面,3D打印对象100可以包括由非导电材料形成的主体102。非导电材料可以是塑料、陶瓷、聚合物等材料。为了说明的目的,在图1A中非导电材料被描绘为透明的,但是应该理解,非导电材料可以是透明的或不透明的,或者可以包括不透明和透明的部分。
在增材3D打印工艺期间,3D打印对象100可以形成为包括各种感测部件,以感测主体102中的断裂,例如裂缝、破裂等。由于机械过载、疲劳、应力腐蚀裂缝等,在主体102的制造期间或在制造之后随着时间的推移,断裂可能发生在主体102中。如图1A所示,感测部件可以包括导电通道104(其在本文中也称为导电部件),导电通道104定位成延伸穿过主体102中的某些位置。导电通道104可以是导线或其他部件,通过该导线或其他部件可以从电池或其他源(未示出)传导电流,如本文更详细地讨论的。在这方面,导电通道104可以被形成为闭环,使得可以通过导电通道104施加电流。另外,导电通道104可以被形成为在任何方向(包括水平、垂直、对角线和其他方向)上延伸穿过主体102的某些区域,并且可以形成多个导电通道104。通过将导电通道104嵌入主体102内,可以保护导电通道104免受腐蚀性环境的影响和/或可以增强3D对象的外观,因为可以隐藏导电通道104。
导电通道104可以延伸穿过主体102的可能易于断裂的位置、主体102的可能是关键的位置,等等。作为特定示例,导电通道104可以定位成在主体102的外表面附近延伸,因为这些区域可能比主体102的内部区域更容易断裂。另外或作为另一示例,导电通道104可以定位成延伸穿过主体102的相对薄的部分。作为另一示例,导电通道104可以定位成延伸穿过主体102的可能对3D打印对象100关键的部分,例如,可能对3D打印对象100或其他对象的操作和性能关键的部分。在其他示例中,导电通道104可以延伸穿过主体102的可能不是关键的其他位置。在任何方面,导电通道104穿过主体102的内部的布置可以使得能够对3D打印对象100执行非破坏性断裂感测。
感测设备106可以定位成被通过导电通道104的电流流动的破坏所影响。也就是说,当通过导电通道104的电流流动不被破坏时,电流可以流过感测设备106。然而,当通过导电通道104的电流流动被破坏时,流过感测设备106的电流也可以离散地或连续地改变。例如,当导电通道104中发生部分或完全破裂时(当主体102中的导电通道104所穿过的一部分破裂时可能发生这种情况),可能破坏通过导电通道104的电流流动。感测设备106可以包括可被通过导电通道104施加的电流的破坏所影响的电阻器或其他设备。换句话说,感测设备106可以是可被流过包含导电通道104的电路的电流变化所影响的任何合适的设备。
还如图1A所示,3D打印对象100可以包括嵌入在主体102中的信号发射器108。根据示例,信号发射器108可以响应于感测设备106被通过导电通道104施加的电流的破坏所影响而发射无线信号。例如,信号发射器108可以检测感测设备106何时被流过导电通道104的电流的破坏所影响,并且可以在进行这样的检测时发射无线信号。
无线信号可以是BluetoothTM信号、wifi信号、电磁信号(例如射频信号)等。无线信号还可以或在其他示例中是声学、光学等信号。在无线信号是声学或光学信号的示例中,主体102可以被形成为包括开口,声学或光学信号可以通过该开口被引导出主体102。在一些示例中,信号发射器108可以发射新的无线信号,例如,可以响应于感测设备106被流过导电通道104的电流的破坏所影响而开始发射无线信号。在信号发射器108已经发射无线信号的其他示例中,信号发射器108可以修改无线信号。
在任何情况下,读取设备(未示出)可以接收所发射的无线信号,并且可以由读取设备、用户或两者确定流过导电通道104的电流已经被破坏。另外,检测到的破坏可以被解释为在主体102中发生断裂并且断裂具有足以破坏通过导电通道104的电流流动的大小的指示。一旦确定可能发生断裂,可以使用可采用电磁铁的电线跟踪设备来识别导电通道104断裂的位置。
尽管感测设备106和信号发射器108已经被描绘为单独的元件,但是根据示例,感测设备106和信号发射器108可以是组合元件,该组合元件被讨论为信号发射器108。感测设备106和信号发射器108可以在放置在主体102中之前形成为组合元件(例如,信号发射器108),或者可以在形成主体102期间形成为组合元件。在这些示例中,当通过导电通道104的电流流动的破坏发生时,组合元件可以自动发射无线信号。另外或在其他示例中,感测设备106和信号发射器108可以在不会不利地影响主体102的结构完整性或以其他方式削弱主体102的位置处嵌入在主体102中。换句话说,感测设备106和信号发射器108可以嵌入在主体102的非关键位置。
现在转向图1B至图1D,图1B至图1D分别示出了其他示例3D打印对象120、130、140的简化框图。应该理解,图1B至图1D所描绘的3D打印对象120、130、140可以包括附加部件,并且可以在不脱离本文公开的3D打印对象120、130、140的范围的情况下去除和/或修改本文描述的一些部件。
3D打印对象120、130、140中的每一个可以包括由非导电材料形成的主体102、导电通道104、感测设备106和信号发射器108。部件102-108可以类似于图1A所描绘并且上面关于3D打印对象100进行讨论的相应部件102-108。因此,关于图1B至图1D不再重复对这些部件102-108的详细描述。然而,应该注意,感测设备106和信号发射器108可以被形成为上面讨论的组合元件。
首先参考图1B,3D打印对象120可以包括与感测设备106和信号发射器108电连通的电池110。电池110可以通过导电通道104供应电流。电池110还可以向信号发射器108供应电流,使得信号发射器108可以响应于感测设备106被流过导电通道104的电流的破坏所影响而发射无线信号112。
现在参考图1C,3D打印对象130被描绘为包括可拆卸电池114。也就是说,3D打印对象130可以形成有槽116,可拆卸电池114可以插入槽116中,如箭头118所示。如图所示,导电通道104可以包括在槽114处终止的电接头。虽然未明确示出,但是可拆卸电池114还可以包括电接头,当可拆卸电池114插入槽116中时,该电接头分别与导电通道104的电接头配合或电接触。在一个方面,例如,一旦可拆卸电池114已经用完,可以更换可拆卸电池114。
现在参考图1D,3D打印对象140可以包括用于将感应能量转换成电能的功率转换器150。特别地,功率转换器150可以耦合到将接收感应能量的天线152。如图1D所示,感应能量源160可以产生并向3D打印对象140发射感应能量162。根据示例,当要确定流过导电通道140的电流流动是否已被破坏时,感应能量源160可以被实施为将感应能量162引向3D打印对象140。在这方面,3D打印对象140可以不包括电池,而是可以根据需要被供电。
当感应能量162被引导到功率转换器150时,功率转换器150可以通过任何合适的无线功率传输技术将接收的感应能量转换成电能。另外,功率转换器150可以将电能作为电流供应通过导电通道104。感测设备106可能被通过导电通道104的电流流动的破坏所影响,并且感测设备108可以响应于感测设备106被破坏所影响而发射无线信号112。
现在参考图2A和图2B,分别示出了示例装置200、230,装置200、230可以被实现为打印/制造任何3D打印对象100、120-140。应该理解,图2A和图2B所描绘的装置200、230可以包括附加部件,并且可以在不脱离本文公开的装置200、230的范围的情况下去除和/或修改本文描述的一些部件。
装置200、230中的每一个可以是三维(3D)打印机,并且可以包括由元件202表示的成形部件。成形部件202可包括例如用于增材打印/制造3D打印对象100、120-140的主体102的各种部件。在装置200、230是实施基于粉末的熔合技术的3D打印机的示例中,成形部件202可以包括重涂器、熔合设备、熔剂递送设备等。在装置200、230是熔融沉积成型3D打印机的示例中,部件可以包括挤出喷嘴、用于保持熔合材料的储存器等。在任何方面,一些或所有成形部件202可以如箭头204所示在打印床206上扫描,以打印/制造3D打印对象100、120-140的主体102。
成形部件202可以被实施为由打印床206上的建构材料的多个层208形成主体102。也就是说,例如,成形部件202可以包括用于施加建构材料的层208的部件,建构材料可以是粉末形式的非导电材料的颗粒。另外,成形部件202可以包括用于在每层的某些区域中选择性地熔合建构材料颗粒以形成主体102的部件。在图2A和图2B中,主体102的一部分210被描绘为形成在最顶层208上。应该理解,主体102的其他部分也可以形成在一些或所有其他层208中。根据示例,成形部件202可以如箭头204所示移动,以在相应层上形成主体102的部分210。另外,打印床206可以在箭头214所示的方向上移动,以使得主体102的附加部分210能够形成在多个层208中。
如图2A和图2B所示,成形部件202还可以形成用于感测断裂并在感测到断裂时发送信号的各种部件,使得各种部件嵌入在主体102内。例如,成形部件202可以在一个或多个层208中布置导电通道216。也就是说,导电通道216可以布置成在任何方向(包括水平、垂直、对角线和其间的其他方向)上延伸穿过主体102的某些区域。因此,例如,导电通道216可以延伸跨越多个层208,例如,除了x和y方向之外,还在z方向上延伸。
根据示例,导电通道216可以通过施加导电材料(例如,流体形式的金属油墨或其他导电材料)来布置在一个或多个层208的选定位置。在这些示例中,成形部件202可以包括用于递送熔剂的递送设备、以及用于将导电材料递送到建构材料颗粒的层208上使得导电材料可以与非导电建构材料颗粒混合的递送设备。在其他示例中,导电通道216可以在布置在层208上之前形成。在这些示例中,成形部件202可以包括用于将形成的导电通道216放置在层208上的设备。
成形部件202还可以将感测设备218和信号发射器220布置在层208中或跨越多层208。根据示例,并且如图2A所示,成形部件202可以由多个层208中的建构材料颗粒形成感测设备218、信号发射器220或两者。在这些示例中,成形部件202可以包括多个流体递送设备,用于将不同类型的流体或试剂递送到建构材料颗粒上,使得不同类型的流体或试剂与非导电建构材料颗粒混合以形成感测设备218、信号发射器220或两者的部件。在通过将不同流体施加到建构材料颗粒上而不能形成感测设备218和/或信号发射器220的情况下,成形部件202可以另外包括用于为可能无法通过施加各种流体而形成的感测设备218和信号发射器220中的其中一个或两者布置先前形成的元件的设备。在任何方面,成形部件202可以将导电通道216布置成电连接到感测设备218和信号发射器220上的适当位置。
在其他示例中,并且如图2B所示,成形部件202可以布置导电通道216,如上面关于图2A所讨论的。然而,在图2B中的装置230中,成形部件202可以通过放置先前制造的感测设备218和先前制造的信号发射器220以在多个层208之间延伸来布置感测设备218和信号发射器220。在这些示例中,成形部件202可以包括操纵设备,用于抓住先前制造的感测设备218和先前制造的信号发射器220并将它们放置在层208上。在任何方面,成形部件202可以将导电通道216布置成电连接到被放置的感测设备218和信号发射器220上的适当位置。另外,成形部件202可以继续围绕被放置的感测设备218和信号发射器220形成主体102。在上面关于图2A和图2B讨论的任何示例中,成形部件202可以将感测设备218和220布置为组合元件而不是单独的元件。另外,或者在其他示例中,可以手动放置先前制造的感测设备218和先前制造的信号发射器220以在多个层208之间延伸。在这些示例中,感测设备218和信号发射器220之间的电连接可以手动或通过成形部件202布置。
尽管未在图2A和图2B中示出,但是电池110、功率转换器150(图1B至图1D)或两者也可以被布置成在主体102的制造期间嵌入在主体102内。也就是说,例如,成形部件202还可以通过在制造主体102期间,在单层或多层208上打印和/或放置电池110和/或功率转换器150的元件来布置电池110和/或功率转换器150。在其他示例中,电池110和/或功率转换器150可以手动布置以嵌入在主体102内。电池110和/或功率转换器150可以在制造主体102期间以上面关于图1B至图1D所讨论的任何方式被布置。
装置200、230还可以包括控制器222,控制器222用于控制成形部件202的操作。控制器222可以是计算设备、基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)和/或其他类型的硬件设备。控制器222可以与数据储存器224通信,数据储存器224可以是随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储设备、光盘等。数据储存器224可以在其上存储与要由装置200、230打印的3D部件有关的数据。例如,数据可以包括每层208中将布置主体102、导电通道216、感测设备218、信号发射器220、电池110、功率转换器150等中的部分的位置。
现在参考图3,示出了另一示例装置300的简化框图。装置300可以包括可控制装置300的操作的控制器302,并且控制器302可以是基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或其他硬件设备。装置300还可以包括存储器310,存储器310可以在其上存储有控制器302可以执行的机器可读指令312-320(其也可以称为计算机可读指令)。存储器310可以是包含或存储可执行指令的电、磁、光或其他物理存储设备。存储器310可以是例如随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储设备、光盘等。存储器310(也可以称为计算机可读存储介质)可以是非暂时性机器可读存储介质,其中术语“非暂时性”不包含暂时传播信号。
装置300可以是计算设备,例如个人计算机、膝上型计算机、智能电话、服务器计算机、平板计算机等。在其他示例中,装置300可以是或者形成3D制造设备的一部分。控制器302可以通过有线连接、总线等通过网络将指令传送到3D制造设备或成形部件330。
参考图2A、图2B和图3,控制器302可以提取、解码和执行指令312,以由非导电材料增材形成主体102。在主体102的增材形成期间,控制器302可以获取、解码和执行指令314-320。具体地,控制器302可以执行指令314,以布置导电材料来在主体102内形成嵌入的导电通道216。另外,控制器302可以执行指令316和指令318,以分别在主体102内布置感测设备218和信号发射器220。控制器302还可以执行指令320,以将电池和功率转换器中的至少一个布置在主体102内。
可以关于图4所描绘的方法400更详细地讨论可以实现装置300的各种方式。具体地,图4描绘了用于制造具有嵌入的感测部件的3D打印对象的示例方法400的流程图。应该理解,图4所描绘的方法400可以包括附加操作,并且可以在不脱离方法400的范围的情况下去除和/或修改本文所描述的一些操作。出于说明的目的,方法400的描述是参考图1A至图3所描绘的特征进行的。
一般而言,装置300的控制器302可以实现或执行存储在存储器310上的指令312-320中的一些或全部以执行方法400。在执行方法400之前或作为方法400的执行的一部分,控制器302可以执行指令(未示出)以识别要制造的3D打印对象100、120-140。例如,控制器302可以访问信息,例如3D打印对象100、120-140的计算机辅助设计信息,该信息可以存储在数据储存器304中。计算机辅助设计信息可以识别3D打印对象100、120-140的物理特征,例如,3D打印对象100、120-140的形状和尺寸。
在框402处,控制器302可以执行指令312以由非导电材料增材形成主体102。具体地,例如,控制器302可以执行指令312以控制成形部件202在多个层208中形成主体102的部分210,如上面关于图2A和图2B所讨论的。
在框404处,控制器302可以执行指令314以在主体102的增材形成期间将导电材料布置在主体102内以形成嵌入的导电部件或通道216。也就是说,例如,控制器302可以执行指令314以控制成形部件202将导电部件216布置在建构材料的一个或多个层208上,如上面关于图2A和图2B所讨论的。
在框406处,控制器302可以执行指令316以将感测设备218布置在主体102内。控制器302可以执行指令316以控制成形部件202将感测设备218布置在建构材料的一个或多个层208上,如上面关于图2A和图2B所讨论的。
在框408处,控制器302可以执行指令318以将信号发射器220布置在主体102内。控制器302可以执行指令318以控制成形部件202将信号发射器220布置在建构材料的一个或多个层208上,如上面关于图2A和图2B所讨论的。例如,在感测设备218和信号发射器220形成为组合部件的示例中,框406和框408可以组合成单个操作。
还如上所述,控制器302可以控制成形部件202将感测设备218和信号发射器220电连接到导电部件216。根据示例,感测设备218可能被通过导电部件216的电流流动的破坏所影响。也就是说,例如,当流过导电部件216的电流被中断时,这在导电部件216延伸的位置处在主体102中发生断裂时可能发生,可能破坏通过感测设备218的电流流动。另外,信号发射器220可以与感测设备218电连通(或可以与感测设备218集成),使得当通过感测设备218的电流流动被中断时,信号发射器220可以发射无线信号。也就是说,例如,信号发射器220可以包括响应于感测设备218被通过导电部件216的电流流动的破坏所影响而自动输出无线信号的部件。
在框410处,控制器302可以执行指令320以将电池110和/或功率转换器150布置在主体102内。控制器302可以执行指令320以控制成形部件202将电池110和/或功率转换器150布置在建构材料的一个或多个层208上,如上面关于图2A和图2B所讨论的。控制器302可以控制成形部件202将电池110和/或功率转换器150电连接到导电部件216、感测设备218和信号发射器220。因此,电池110和/或功率转换器150可以向导电部件216、感测设备218和信号发射器220供电。在其他示例中,例如图1C所示的示例,可以省略框410,代替地,主体102可以形成为包括用于在制造3D打印对象130之后插入可拆卸电池114的槽116。
在方法400中提出的操作中的一些或全部可以作为实用程序、程序或子程序被包含在任何期望的计算机可存取介质中。此外,方法400可以由计算机程序体现,计算机程序可以以活跃的和不活跃的多种形式存在。例如,它们可以作为包括源代码、目标代码、可执行代码或其他格式在内的机器可读指令存在。上面中的任一种可以包含在非暂时性计算机可读存储介质上。
非暂时性计算机可读存储介质的示例包括计算机系统RAM、ROM、EPROM、EEPROM以及磁或光盘或带。因此,应当理解,能够执行上面描述的功能的任何电子设备可以执行上面列举的那些功能。
尽管在整个本公开中具体描述,但本公开的代表性示例具有广泛的用途,并且上述讨论不旨在且不应被解释为限制性的,而是作为本公开的方面的说明性讨论提供。
本文已经描述和示出了本公开的示例及其一些变型。本文使用的术语、描述和图仅是作为说明阐述的,而不旨在作为限制。在本公开的精神和范围内,许多变型是可能的,本公开的精神和范围旨在由所附的权利要求及其等同物限定,其中所有术语从其最广的合理意义上去理解,除非另外指出。

Claims (15)

1.一种三维(3D)打印对象,包括:
由非导电材料形成的主体;
被嵌入在所述主体内的导电通道;
与所述导电通道电连通的感测设备,其中所述感测设备被通过所述导电通道施加的电流的破坏所影响,所述感测设备被嵌入在所述主体内;以及
信号发射器,响应于所述感测设备被所施加的电流的破坏所影响而发射无线信号,所述信号发射器被嵌入在所述主体内。
2.根据权利要求1所述的3D打印对象,其中所述导电通道由所述非导电材料和导电剂的混合物形成。
3.根据权利要求1所述的3D打印对象,进一步包括:
被嵌入在所述主体中的电池,其中所述电池与所述导电通道和所述信号发射器电连通,并且其中所述导电通道、所述感测设备、所述信号发射器和所述电池在所有侧面被所述主体的所述非导电材料包围。
4.根据权利要求1所述的3D打印对象,进一步包括:
用于容纳可更换电池的槽,其中所述导电通道包括在所述槽处终止以在所述可更换电池插入所述槽中时与所述可更换电池电连通的接头。
5.根据权利要求1所述的3D打印对象,进一步包括:
用于将接收到的感应能量转换成电能的功率转换器,所述功率转换器与所述导电通道和所述信号发射器电连通。
6.根据权利要求1所述的3D打印对象,其中所述导电通道包括与所述感测设备形成电路的回路,并且延伸穿过所述主体的多个区域。
7.一种方法,包括:
由非导电材料增材形成主体;
在所述主体的增材形成期间,在所述主体内布置导电材料以形成嵌入的导电部件;
在所述主体内布置感测设备,所述感测设备连接到所述嵌入的导电部件,以被通过所述嵌入的导电部件施加的电流的破坏所影响;以及
在所述主体内布置信号发射器,所述信号发射器响应于所述感测设备被通过所述嵌入的导电部件的电流的破坏所影响而发射无线信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其中增材形成所述主体进一步包括:
以多层增材形成所述主体;以及
通过将所述多层中的一层中的所述非导电材料的建构材料颗粒与所述导电材料混合,在该层上形成所述嵌入的导电部件,其中所述导电材料是流体。
9.根据权利要求7所述的方法,其中增材形成所述主体进一步包括:
以多层增材形成所述主体;以及
形成所述嵌入的导电部件以在所述多层中的多个层之间延伸。
10.根据权利要求7所述的方法,其中增材形成所述主体进一步包括:
以多层增材形成所述主体;并且
其中布置所述感测设备和所述信号发射器进一步包括:将所述非导电材料的建构材料颗粒与所述多层中的多个层之间的熔剂混合,以形成所述感测设备、所述信号发射器、或者所述感测设备和所述信号发射器两者。
11.根据权利要求7所述的方法,其中增材形成所述主体进一步包括:
以多层增材形成所述主体,其中布置所述感测设备和所述信号发射器进一步包括:将所述感测设备、所述信号发射器、或者所述感测设备和所述信号发射器两者放置在所述多层中的一层上,并且继续围绕所放置的感测设备、信号发射器、或者所述感测设备和所述信号发射器两者形成所述主体。
12.根据权利要求7所述的方法,进一步包括:
在所述主体内布置电池、感应能量到电能功率转换器、或者所述电池和所述感应能量到电能功率转换器两者。
13.一种装置,包括:
成形部件;
用于控制所述成形部件的控制器,所述控制器用于:
由非导电材料增材形成主体;
在所述主体的增材形成期间,
将所述非导电材料与所述主体内的导电材料混合以形成嵌入的导电通道;
在所述主体内布置信号发射器,所述信号发射器连接到所述嵌入的导电通道,以被通过所述嵌入的导电通道施加的电流的破坏所影响,并且响应于所述信号发射器被通过所述嵌入的导电通道施加的电流的破坏所影响而发射无线信号。
14.根据权利要求13所述的装置,其中,所述控制器用于控制所述成形部件以多层增材形成所述主体,并且用于在所述多层中、所述多层之间、或者所述多层中和所述多层之间布置所述导电通道和所述信号发射器。
15.根据权利要求13所述的装置,其中,所述控制器进一步控制所述成形部件,以将电池、感应能量到电能功率转换器、或者所述电池和所述感应能量到电能功率转换器两者设置在所述主体内。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220063189A1 (en) * 2019-04-29 2022-03-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printing conductive elements
US20210229091A1 (en) * 2020-01-28 2021-07-29 Rn Technologies, Llc Additive manufacturing of devices from assemblies of discretized component voxel elements

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06130039A (ja) * 1992-10-14 1994-05-13 Honda Motor Co Ltd 繊維強化プラスチック部材の欠陥検出方法
JPH06160356A (ja) * 1992-11-26 1994-06-07 Honda Motor Co Ltd 繊維強化プラスチック部材の欠陥検出方法
WO2012048237A2 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Checkit Technologies, Llc Structural integrity system and methods
GB2510965A (en) * 2012-12-21 2014-08-20 Hexcel Composites Sarl Method of producing a shaped component
CN105408095A (zh) * 2013-06-24 2016-03-16 哈佛学院院长等 打印的三维(3d)功能部件及其制造方法
WO2016094827A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Velo3D, Inc. Feedback control systems for three-dimensional printing
CN105751519A (zh) * 2016-05-17 2016-07-13 天津市希统电子设备有限公司 3d打印机的安全控制系统及控制方法
WO2016146374A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Philips Lighting Holding B.V. Making 3d printed shapes with interconnects and embedded components.
US20160325541A1 (en) * 2014-01-17 2016-11-10 United Technologies Corporation An additive manufacturing system with ultrasonic inspection and method of operation
US20160349215A1 (en) * 2014-12-23 2016-12-01 Edison Welding Institute, Inc. Non-destructive evaluation of additive manufacturing components using an eddy current array system and method
CN106313573A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 青岛理工大学 一种嵌入式电子产品3d打印方法
US20170036394A1 (en) * 2012-10-29 2017-02-09 Makerbot Industries, Llc Three-dimensional fabrication with cavity filling

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8059008B2 (en) 2006-01-26 2011-11-15 National Research Council Of Canada Surface-mounted crack detection
JP2009006538A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Seiko Epson Corp 三次元造形装置、および三次元造形方法
US7621193B2 (en) 2007-11-16 2009-11-24 The Boeing Company Fracture detecting structural health sensor
US8999431B2 (en) 2008-12-01 2015-04-07 University Of Massachusetts Lowell Conductive formulations for use in electrical, electronic and RF applications
US8665479B2 (en) * 2012-02-21 2014-03-04 Microsoft Corporation Three-dimensional printing
US20150201500A1 (en) * 2014-01-12 2015-07-16 Zohar SHINAR System, device, and method of three-dimensional printing
US10041855B2 (en) 2014-01-21 2018-08-07 Quest Integrated, Inc. Fuse-like sensor, detection and measurement systems
JP6347543B2 (ja) 2014-06-30 2018-06-27 株式会社日立国際電気 クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP5715289B1 (ja) * 2014-09-09 2015-05-07 丸井 智敬 3dプリンタで作製された三次元造形物による電気機器。
US9887356B2 (en) * 2015-01-23 2018-02-06 The Trustees Of Princeton University 3D printed active electronic materials and devices
WO2016164514A1 (en) 2015-04-07 2016-10-13 New Hampshire Ball Bearing, Inc. Bearing with wear sensor
CN109311221B (zh) * 2016-07-21 2022-08-05 惠普发展公司,有限责任合伙企业 具有导电通道的以增材方式形成的3d物体
WO2018022034A1 (en) * 2016-07-27 2018-02-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Forming three-dimensional (3d) electronic parts

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06130039A (ja) * 1992-10-14 1994-05-13 Honda Motor Co Ltd 繊維強化プラスチック部材の欠陥検出方法
JPH06160356A (ja) * 1992-11-26 1994-06-07 Honda Motor Co Ltd 繊維強化プラスチック部材の欠陥検出方法
WO2012048237A2 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Checkit Technologies, Llc Structural integrity system and methods
US20170036394A1 (en) * 2012-10-29 2017-02-09 Makerbot Industries, Llc Three-dimensional fabrication with cavity filling
GB2510965A (en) * 2012-12-21 2014-08-20 Hexcel Composites Sarl Method of producing a shaped component
CN105408095A (zh) * 2013-06-24 2016-03-16 哈佛学院院长等 打印的三维(3d)功能部件及其制造方法
US20160325541A1 (en) * 2014-01-17 2016-11-10 United Technologies Corporation An additive manufacturing system with ultrasonic inspection and method of operation
WO2016094827A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Velo3D, Inc. Feedback control systems for three-dimensional printing
US20160349215A1 (en) * 2014-12-23 2016-12-01 Edison Welding Institute, Inc. Non-destructive evaluation of additive manufacturing components using an eddy current array system and method
WO2016146374A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Philips Lighting Holding B.V. Making 3d printed shapes with interconnects and embedded components.
CN105751519A (zh) * 2016-05-17 2016-07-13 天津市希统电子设备有限公司 3d打印机的安全控制系统及控制方法
CN106313573A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 青岛理工大学 一种嵌入式电子产品3d打印方法

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