CN114745873B - 一种多层柔性及可拉伸电子电路一体化3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多层柔性及可拉伸电子电路一体化3D打印方法，包括，打印预处理、打印约束牺牲层、打印柔性衬底层、打印导电线路层、放置功能部件、打印介电层、在第一介电层上打印第二层导电线路层；重复打印步骤，直至打印完所需层数后，打印电介质封装层，脱模约束牺牲层，得到多层柔性及拉伸电子器件。本申请的打印方法对工作环境没有苛刻的要求，且材料利用率接近100％，具备操作简便、集成度高、制造精度高、绿色环保等优势。
Description
技术领域
本发明属于柔性电子领域，涉及一种多层柔性及可拉伸电子电路一体化3D打印方法。
背景技术
可拉伸柔性电子是将有机或无机导电材料与柔性及拉伸基板相结合构成的新一代电子产品，解决了传统电子器件硬脆且无法实现拉伸、弯曲的问题，以良好的柔性、轻薄性、可拉伸性和生物相容性等特性在柔性存储设备、薄膜晶体管、软体机器人、可穿戴设备、健康检测设备、生物医疗等领域得到广泛应用。然而，现有的柔性及可拉伸电子通常采用大面积、低密度和单层结构设计，往往会降低器件的集成密度和功能复杂性。随着柔性电子产品在尺寸、功能、功耗以及芯片集成方面要求的不断提高，多层电路成为集成各种组件和模块以实现复杂功能的有效方法。因此，制造具有高空间集成密度和小尺寸的多层柔性及可拉伸电子成为被关注的焦点。
目前，大多数柔性及可拉伸电子制造技术仅仅适用于单层结构制造，在多层柔性及拉伸电子制造方面具有一定挑战。根据现有国内外已经公开的研究成果和信息，已经提出很多用于制造多层柔性及拉伸电子电路的方法，例如喷墨打印、典型的浇铸方法、转印及多层组装技术、FDM3D打印技术、电流体动力喷射技术、混合3D打印技术等。然而，喷墨打印技术在打印材料方面受限，无论是电介质材料还是导电材料，均需要配制成较低粘度墨水才可打印，限制了材料适用性，同时喷墨打印技术难以直接成型互联导线；典型的浇铸方法需要结合其他技术(打孔、电镀、电流体动力喷射技术等)才能制造多层柔性可拉伸电子电路，工艺过程复杂且分离，难以保证制造精度；转印及多层组装技术制造过程复杂，且仍然需要结合打孔工艺；利用FDM3D打印制造多层电子电路的介电层不具备柔性，无法实现柔性及可拉伸电子电路的制造；利用两种或多种混合3D打印技术制造多层柔性及可拉伸电子电路不仅过程复杂，还会出现机械强度、耐久性差，降低电子电路的空间分辨率，以及难以实现多层柔性及拉伸电子电路制造等问题。此外，多层柔性及可拉伸电子电路的制造目前还无法完成衬底、导电线路、电子元器件以及功能器件、介电层及封装层的一体化集成制造。
层间互联导线的制造是多层电路制造的关键，在传统的硅基半导体制造中，层间垂直互联导线的制造是基于光刻、蚀刻和材料沉积，这需要使用苛刻的化学物质和工艺条件，如等离子体和高温，并不适用于多种柔性及可拉伸衬底。因此，研究人员提出了采用激光或者机械加工等方式在多层电路层间钻孔，然后用导电材料填充孔，将上下层的器件电连接。同时，采用液态金属和固相导电材料填充层间孔洞形成垂直互连导线。但是，此类方法在其制造过程中存在许多局限性和限制，对于液态金属，由于其液相特性，很难封装物理开放的垂直互联孔，且液态金属存在容易泄露等问题；而对于固相材料，额外的钻孔/充填过程会限制可加工性，使得整个制造过程繁琐及分离。
综上所述，现有技术在实现多层柔性及可拉伸电子电路制造方面仍然存在诸多不足，比如制造过程复杂、制造设备昂贵、制造效率低、与电子元器件集成度低、制造方法达不到一体化制造的程度等。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出一种基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造方法。其目的在于，采用3D打印制造方法，无需光刻、纳米压印、电镀、溅射等额外复杂工艺，实现柔性基底、柔性层间互联导线、介电层、电子元器件、封装层一体化制造，尤其是实现层间互联导线(垂直互联，交叉互联等)3D打印成型。一体化3D打印多层柔性及可拉伸电子电路对工作环境没有苛刻的要求，且材料利用率接近100％，具备操作简便、集成度高、制造精度高、绿色环保等优势。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：
本公开提供了一种多层柔性及可拉伸电子电路一体化3D打印方法，包括如下步骤：
步骤1：打印预处理：对打印基板进行无尘化处理并固定在打印工作台上，打印喷头组装满相应的打印材料，各部分结构的工作位置和各打印参数进行相应调整，导入打印路径程序，做好打印准备工作；
步骤2：打印约束牺牲层：启动约束牺牲层打印装置，按照设定的程序进行约束牺牲层的打印，完成约束牺牲层的打印与固化。
步骤3：打印柔性衬底层：启动衬底层材料打印喷头，按照设计的程序运行路径将其移动到初始工作位置，开启气压阀工作，在约束牺牲层内打印并固化柔性衬底层；
步骤4：打印导电线路层：启动导电层材料打印喷头，按照设计的程序运行路径将其移动到初始工作位置，开启气压阀工作，从而进行层内导线以及层间互联导线的打印；在打印导线的同时，预留出器件中放置电子元器件的位置；首次在衬底层上打印的导电线路层作为第一导电层；
步骤5：放置电子元器件以及其他功能部件：启动自动拾取和放置装置，将电子元器件按照规划设定顺序放置到电路中的预留位置；
步骤6：打印介电层：启动介电层材料打印喷头，运行打印程序的同时开启气压阀打印介电层，首次打印的介电层作为第一介电层；
步骤7：重复以上4、5、6步骤，直至打印完所需层数后，打印电介质封装层，脱模约束牺牲层，得到多层柔性及拉伸电子器件。
所述步骤1打印准备工作具体如下：
(1)准备打印基板：打印基板为硬质浮法玻璃片，首先将整个浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥内80℃加热烘干5min做无尘化处理；同样将聚酰亚胺薄膜做无尘化处理后贴附在已经预处理的硬质浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺薄膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度；在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的PDMS脱模剂硅油；将贴附聚酰亚胺薄膜的硬质玻璃片放置于打印平台上并固定；
(2)准备打印材料：根据所制造的3D器件所需材料，约束牺牲层打印喷头装满需打印的约束牺牲层材料、衬底层材料打印喷头装满需打印的衬底层材料、导电层材料打印喷头装满需打印的导电层材料、介电层材料打印喷头装满需打印的介电层材料、封装层材料打印喷头装满需打印的封装层材料；
(3)准备打印程序：根据所制造器件的结构，利用打印路径软件将打印路径雕刻出并转化成G代码导入到3D打印机中；
(4)准备需集成的电子组件：将器件中所需要的电子元器件以及其他功能部件按照程序设定的路径依次放置在打印平台上的自动拾取和放置装置的吸取区域。
(5)调整打印参数：设置打印气压、打印速度、打印平台温度等打印参数，若打印不同功能层采用的材料不同，则各参数也不相同；
(6)将XYZ三轴运动平台、气压阀等各部分机构调至初始工作状态。
所述步骤2打印约束牺牲层过程具体如下：
启动约束牺牲层打印装置，热塑性聚合物被FDM3D打印喷头以熔融状态挤出，按照设定的程序进行约束牺牲层的打印，约束牺牲层打印完成后，进行下一步打印操作。
所述步骤3打印柔性衬底层过程具体如下：
启动衬底层材料打印喷头，根据制造的3D器件的结构和尺寸，将打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位固化(热及紫外光)等参数调好后，开启衬底层材料喷头的正压气路，按照设计的程序运行路径进行3D器件衬底结构层的打印，打印完成后，程序内自动关闭衬底层材料打印喷头的正压气路，固化完成后，进行下一步打印。
所述步骤4打印导电线路层过程具体如下：
启动导电层材料打印喷头：根据器件所设计的电路分布，调整好打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位热固化等参数，开启导电层材料打印喷头的正压气路，按照设定的程序运行路径进行多层电路器件中层内导线的打印以及层间互联导线的打印；在打印导线的同时，预留出器件中放置电子元器件的位置；导电线路打印完成后，关闭导电层材料打印喷头的正压气路，导电线路在设定的该温度下烧结固化完成后进行下一步打印操作。
所述步骤5放置电子元器件以及其他功能部件过程具体如下：
启动自动拾取和放置装置：按照规划的电子元器件放置顺序和放置路径，降下真空吸放装置并运动到电子元器件及其他功能器件上方，施加真空效果吸收器件，按照程序设定放置到电路中的预留位置，全部器件放置完成后释放真空效果并升起真空吸放装置。
所述步骤6打印介电层过程具体如下：
启动介电层材料打印喷头：根据多层电路器件的整体尺寸和结构，将打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位固化(热及紫外光)调到合适参数值，运行打印程序的同时开启介电层材料打印喷头的正压气路打印介电层。介电层打印完成后，关闭介电层材料打印喷头的正压气路，该介电层打印需要确保将器件中的导电线路以及放置的电子元器件全部封装(隔离)在内。
进一步地，重复步骤4、步骤5、步骤6，用于制备第n层介电层和第(n+1)层导电电路层，获得多层柔性及可拉伸电子电路，所述n为自然数，n大于等于2。
进一步地，循环打印完成所有层内导线、层间互联导线、介电层和所有功能器件吸收装置后，打印封装层，最后进行打印后处理(固化处理、导电化处理)。
进一步地，打印喷头组包括约束牺牲层打印喷头、衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头以及原位固化单元。
进一步地，打印工作台同时作为加热板，对需要加热固化的电介质以及导电线路进行烧结后处理。
进一步地，约束牺牲层用于限制打印空间范围；如果打印层未完全固化且没有约束牺牲层的辅助，难以精准控制三维结构的几何形状。
进一步地，层间互联导线材料为可满足直接打印成型要求的固态材料。
进一步地，层间互联导线包括交叉互联导线、垂直互联导线等。
进一步地，真空吸放装置是将需要放置和嵌入到该层的电子元器件逐个从打印平台上吸取，然后按照规划设定放置到电路中的预留位置。
进一步地，制造多层电路的过程中，介电层用于隔离相邻两层导电电路层。
进一步地，若层间互联导线选择垂直互联导线，注意在打印介电层时需要留出与下一层电路电气连接的垂直互联导线顶端，用于连接相邻两层导电电路层。
可选的，约束牺牲层可以选用但不限于水溶性材料、HIPS等特殊材料、ABS、PLA等材料。
可选的，进一步地，原位固化单元可为激光热固化及UV固化单元，可对电介质材料以及导电材料进行热固化及紫外固化。
可选的，衬底层、介电层、封装层可以选用但不限于PDMS、Ecoflex、SEBS、DragonSkin、TPU、PEN、水凝胶等材料。
可选的，层内导电线路层所用的材料可以是纳米银浆、纳米银线、碳纳米管、石墨烯、导电聚合物、导电胶等材料。
可选的，电子元器件可以选用但不限于传感器件、发光器件、电池、芯片、石墨片。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
提出的一种基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造方法，通过采用基于多材料的3D打印系统，能实现多层柔性及可拉伸电子电路高效率、低成本及一体化制造。具有以下突出优势：
(1)制造过程无需其他复杂制造工艺和昂贵的设备参与，整个制造过程均使用基于多材料的3D打印机，使制造工艺流程变得简单，低成本且高效率。
(2)提出一种层间互联导线(垂直和交叉互联)直接打印成型新方法，和传统层间互联导线制造相比，该方法可直接成型盲孔、通孔、以及埋孔型垂直互联导线，以及多角度多类型交叉互联导线。避免了传统制造工艺复杂且分离的制造工序，真正实现了多层柔性及拉伸电路的一体化3D打印。
(3)采用打印约束牺牲层的方式可提高多层柔性及拉伸电路的成型精度，同时提高制造效率(无需实现完全固化即可继续打印，约束牺牲层可限制打印材料铺展，保证精度)。
(4)可实现牺牲层材料、衬底材料、导电材料、介电材料、封装材料的一体化打印，解决了传统多层电子电路一体化制造水平低的问题，实现了高度集成、高效率数据传输、低能量损耗的多层集成的柔性及拉伸电子与电路，为多层集成柔性及拉伸电子与电路的制造开辟了新道路。
附图说明
图1是本发明基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造工艺流程图。
图2是本发明基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造原理示意图。
其中，电介质材料打印喷头主要用于打印器件的衬底层、介电层以及封装层。衬底层、介电层以及封装层可以是同一种电介质打印材料，也可以是不同种材料；当衬底层、介电层以及封装层的打印材料不相同时，电介质材料打印喷头的数量会相应增加。
图3是本发明基于多材料3D打印的双层柔性及可拉伸电子电路一体化制造过程图一。
图4是本发明基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造过程图二。
图5是本实施例1中基于多材料3D打印的各种3D复杂导电结构图。
a为由垂直互联导线打印的3D复杂导电结构，其中(i)为简单三层结构，(ii)为三层“房屋”式结构，(iii)为六层“房屋”式结构；b为“圆盘”式导电结构；c为“垂直”式导电结构；d为“垂直弧形”式导电结构；e为3D无电接触导电结构。
图6是本实施例2中基于多材料3D打印的双层柔性灯阵显示器件功能示意图。
a为双层柔性灯阵显示器件的三维图；b为双层柔性灯阵显示器件的打印过程图；c为双层柔性灯阵显示器件的最大拉伸率；d为双层柔性灯阵显示器件经拉伸循环测试后的电阻率变化；e为双层柔性灯阵显示器件经弯曲循环测试后的电阻率变化；f为双层柔性灯阵显示器件经拉伸、卷曲循环测试后的LED灯亮度的变化情况。
图7是本实施例3中基于多材料3D打印的3×5柔性灯阵显示器件功能示意图。
a为3×5柔性灯阵显示器件的制造过程图；b为3×5柔性灯阵显示器件的电路图及打印实物图；c为3×5柔性灯阵显示器件的平面数字显示；d为3×5柔性灯阵显示器件的卷曲时序数字显示。
图8是本实施例4中基于多材料3D打印的NE555定时器器件功能示意图。
a为NE555定时器器件的制造过程图；b为NE555定时器器件的实物图。
图9是本实施例5中基于多材料3D打印的3D柔性灯阵显示器件功能示意图。
a为3D柔性灯阵显示器件的三维图；b为3D柔性灯阵显示器件的打印过程图；c为3D柔性灯阵显示器件的最大拉伸率；d为3D柔性灯阵显示器件经多次拉伸循环测试后的电阻率变化；e为3D柔性灯阵显示器件经多次弯曲循环测试后的电阻率变化；f为3D柔性灯阵显示器件经拉伸、卷曲循环测试后的LED灯亮度的变化情况。
图10是本实施例6中基于多材料3D打印的多层柔性红外热成像信息加密显示器件功能示意图。
a为多层柔性红外热成像信息加密显示器件的实物图；b为多层柔性红外热成像信息加密显示器件手动弯曲测试图；c为多层柔性红外热成像信息加密显示器件制造过程图；d为多层柔性红外热成像信息加密显示器件的实验效果图。
图11是本实施例7中基于多材料3D打印的多层柔性温度开关传感器器件功能示意图。
a为多层柔性温度开关传感器器件的三维图；b为多层柔性温度开关传感器器件的实物图；c为多层柔性温度开关传感器器件的实验效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，衬底层选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号为21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施例通过打印层间互联导线(垂直互联导线、交叉互联导线)制造3D复杂导电结构，如图5所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据3D复杂导电结构的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头内装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10∶1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据3D复杂导电结构的电路尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为85℃，在该参数下，打印尺寸为80mm×80mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤3：打印导电电路层。
启动导电层材料打印喷头。确定好打印喷嘴与衬底之间的高度(喷嘴与衬底之间的距离设定为0.2mm)并设定好打印气压后，施加正压使打印喷头挤出拉伸银浆，在拉伸银浆与衬底之间建立接触，使垂直互联导线具有稳定性良好的底部支撑，接着喷头以设定的速度沿着Z轴方向直接打印垂直互联导线；当垂直互联导线打印到设定高度时，关闭正压气路，整体保持静止状态；设定打印工作台温度，对垂直互联导线烧结固化；当垂直互联导线经烧结完全固化后，以1mm/s的速度快速移走喷头，将喷嘴与导线断开。打印交叉互联导线是在垂直互联导线完全固化的基础上，喷头以缓慢的速度沿着X(Y)轴方向缓慢移动、弯曲，形成具有X(Y)、Z两个方向上的交叉互联导线。
步骤4：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。按照规划的电子元器件放置顺序和放置路径，通过真空吸放装置将电子元器件逐个从打印平台上的吸取，按照程序设定放置到电路中的预留位置。
其中在打印图5的各种复杂导电结构时，将打印气压设定为0.18MPa，打印速度设定为0.4mm/s，打印平台温度设置为120℃，在PDMS基底上逐层打印高度为4mm的垂直互联导线制造出如图a(i)所示的简单三维结构；将打印气压设置为0.16MPa，在其余参数保持不变的情况下，打印制造了由简单到复杂的逐层累积的三维立体“房屋”式，如图a(ii-iii)所示；将打印气压设定为0.18MPa，打印速度设定为0.35mm/s，打印平台温度设定为120℃，分别打印了高度为3mm、4mm、5mm的垂直互联导线，最后放置多个LED灯，制造了如图b所示的“圆盘”式导电结构；图c、d分别展示了“垂直”式导电结构和“垂直弧形”式导电结构；图e展示了由“弧形式”交叉互联导线构成的3D无电接触导电结构。
实施例2
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，衬底层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；电路中的电子元器件共有6个LED灯；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个双层柔性灯阵显示器件，如图6所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据双层柔性灯阵显示器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10：1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据双层柔性灯阵显示器件电路的尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为0.6mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为85℃，制作尺寸为80mm×30mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤3：打印导电线路层。
启动导电层材料打印喷头。根据设计好的双层柔性灯阵器件的电路布局，在打印气压参数设定为0.16MPa，打印速度设定为0.5mm/s，打印平台温度设定为110℃的参数下，在柔性PMDS衬底上打印层内蛇形导线。将打印速度设置成0.4mm/s，其余参数保持不变，在此参数下打印弧形导线(弧形导线的高度为1.2mm)，同时留出放置电子元器件的位置。
步骤4：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。依次从打印平台上按照程序设定的路径依靠背压依次吸取6个LED灯放置到电路的预留位置。
步骤5：打印PDMS封装层。
启动封装层材料打印喷头。将打印平台温度设定120℃，打印速度设定为10mm/s，打印气压设定为0.3MPa，根据是程序设定对双层柔性灯阵器件进行整体封装，封装层的厚度大约为1.5mm，确保导电线路以及电子元器件全部封装在PDMS内。其中，在LED灯以及弧形导线处打印保护层(PDMS∶固化剂＝1∶1)。
步骤6：打印后处理。
将打印平台温度调至130℃，固化烧结10min后，缓慢的从聚酰亚胺膜上剥离，完成双层柔性灯阵显示器件的制造。
如图6所示，对该灯阵器件进行了各种变形测试。将双层柔性灯阵显示器件放置于拉伸试验机中进行拉伸率测试，测得的最大拉伸率为56％，如图6(c)所示；如图6(d)所示，在0-40％的应变范围内进行了多次拉伸循环试验，实验结果表明，在设备上多次施加40％的大拉伸应变，电路仍然保持导电，电阻率变化约为34％，LED灯保持常亮，器件未发生任何而损坏；灯阵的弯曲循环试验如图6(e)所示，当弯曲弯曲半径为7mm时，导体的电阻在100次弯曲循环后几乎没有变化；另外，对灯阵装置还进行了拉伸率小于40％的拉伸循环测试和半径为10mm的卷曲试验后亮度的变化测试如图6(f)所示，实验结果表明，在拉伸、卷曲循环测试后，LED灯的亮度没有明显变化，器件依旧保持了良好的导电性。
实施例3
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，衬底层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；电路中的电子元器件为15个LED灯；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个具有数字时序显示功能的3×5的柔性灯阵时序显示器件，如图7所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据柔性灯阵时序显示器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10：1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，将15个LED灯放置到打印平台上的自动拾取和放置装置的吸取区域，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据3×5柔性灯阵时序显示器件电路的尺寸，将所打印衬底的线栅周期设定为0.6mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.3MPa，打印平台温度设定为85℃，制作尺寸为80mm×80mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤3：打印导电线路层。
启动导电层材料打印喷头。根据所设计的3×5灯阵时序显示器件的电路布局，在打印气压参数设定为0.18MPa，打印速度设定为0.5mm/s，打印平台温度设定为120℃的参数下，在柔性PMDS衬底上打印层内导线。将打印速度设置成0.3mm/s，其余参数保持不变，在此参数下打印“弧形式”交叉互联导线(交叉互联导线的高度为2.1mm)，同时预留出放置15个贴片式的LED的位置。
步骤4：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。将拾取和放置装置的运行速度调至0.5mm/s，然后依次从打印平台上按照程序设定的路径依靠背压将15个贴片式的LED灯吸取并放置到电路的预留位置。
步骤5：打印PDMS封装层。
启动封装层材料打印喷头。将打印平台温度设定130℃，打印速度设定为10mm/s，打印气压设定为0.3MPa，根据是程序设定对柔性灯阵时序显示器件进行整体封装，封装层的厚度大约为2.7mm，确保导电线路以及LED灯全部封装在PDMS内。
步骤6：打印后处理
将打印平台温度调至130℃，固化烧结10min后，缓慢的从聚酰亚胺膜上剥离，得到3×5灯阵时序显示器件。
该器件与单片机相连并接入10V电源，器件在未变形和弯曲两种状态下均能正常时序显示数字“1、2、3”，如图7(c-d)所示，证明打印交叉互联导线及导线在制造双层电路方面的可行性。
实施例4
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，衬底层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；电路中的电子元器件包括1个NE555定时器芯片和12个SDM电子元件(3个不同颜色的LED灯，3个47Ω的贴片电阻，1KΩ、10KΩ、100KΩ贴片电阻各1个、2个10uF电容和1个0.1uF电容)；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个含内嵌电子元器件的NE555定时器器件，如图8所示。
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据NE555定时器器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10：1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，将NE555定时器电路中的NE555定时器芯片以及12个SDM贴片电子元器件依次放置到打印平台上的自动拾取和放置装置的吸取区域，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据NE555定时器器件电路的尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为0.8mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.12MPa，打印平台温度设定为85℃，制作尺寸为80mm×80mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤3：打印导电线路层。
启动导电层材料打印喷头。根据设计好的NE555定时器的电路布局，在打印气压参数设定为0.18MPa，打印速度设定为0.6mm/s，打印平台温度设定为110℃的参数下，在柔性的PMDS衬底上打印层内导线。将打印速度设置成0.4mm/s，其余参数保持不变，在此参数下打印“弧形式”交叉互联导线(交叉互联导线的高度为1.5mm)，同时留出放置电子元器件的位置。
步骤4：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。依次从打印平台上按照程序设定的路径依靠背压依次吸取NE555定时器芯片以及12个SDM电子元器件放置到电路的预留位置。
步骤5：打印PDMS封装层。
启动封装层材料打印喷头。将打印平台温度设定120℃，打印速度设定为10mm/s，打印气压设定为0.3MPa，根据是程序设定对NE555定时器器件进行整体封装，封装层的厚度大约为2.1mm，确保导电线路以及电子元器件全部封装在PDMS内。
步骤6：打印后处理
将打印平台温度调至130℃，固化烧结10min后，从聚酰亚胺膜上缓慢的将器件剥离，得到如图8所示的NE555定时器器件。
在NE555定时器器件的演示中，3个发光不同的LED灯会出现不定时的闪烁状态，说明打印的双层器件具有良好的导电性。然而，在此打印过程中，因为交叉互联导线的巧妙应用，只需打印一层电路(1层衬底层、1层导电层、1层封装层)，便可以具有双层结构才能实现的功能，使得器件轻薄化，证明稳定打印交叉互联导线在制造多层柔性电路的可行性。
实施例5
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，衬底层、介电层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；电路中的电子元器件共有8个LED灯；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个3D柔性灯阵显示器件，如图9所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据3D柔性灯阵显示器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10：1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据3D柔性灯阵显示器件的尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为0.6mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为85℃，制作尺寸为80mm×30mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤3：打印第一导电层。
启动导电层材料打印喷头。根据设计好的3D柔性灯阵器件的电路布局，将打印气压参数设定为0.16MPa，打印速度设定为0.5mm/s，打印平台温度设定为110℃的参数下，在柔性的PMDS衬底上打印层内蛇形导线，将打印速度设置成0.3mm/s，其余参数保持不变，在此参数下打印垂直互联导线(垂直互联导线的高度为1.2mm)，同时留出放置电子元器件的位置。
步骤4：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。依次从打印平台上按照程序设定的路径依靠背压依次吸取8个LED灯放置到电路的预留位置。
步骤5：打印PDMS介电层。
启动介电层材料打印喷头。将打印平台温度设定120℃，打印速度设定为10mm/s，打印气压设定为0.18MPa，根据是程序设定对柔性灯阵器件的第一层电路进行封装，确保导电线路以及电子元器件全部封装在PDMS内并留出垂直互联导线顶端。其中，在LED灯以及垂直互联导线处打印保护层(PDMS∶固化剂＝1∶1)。
步骤6：重复步骤3、4、5，完成3D柔性灯阵显示器件的第二导电层、LED灯放置、封装层的制造。
步骤7：打印后处理。
将打印平台温度调至130℃，固化烧结10min后，缓慢的从聚酰亚胺膜上剥离，完成3D柔性灯阵显示器件的制造。
如图9所示，对3D柔性可拉伸灯阵器件进行各种测试来评估其性能。将3D柔性灯阵显示器件置于拉伸试验机中，测得的最大拉伸率为50％，如图9(c)所示；如图9(d)所示，在0-40％的应变范围内进行了多次拉伸循环试验，实验结果表明，在设备上多次施加40％的大拉伸应变，电路仍然保持导电，电阻率变化约为34％，LED灯保持常亮，器件未发生任何而损坏；对灯阵显示器件进行弯曲循环试验，如图9(e)所示，当弯曲直径为7mm时，导体的电阻在100次弯曲循环后几乎没有变化；此外，对灯阵进行拉伸率小于40％的拉伸循环试验和半径为10mm的卷曲循环试验后，发现LED灯的亮度没有明显变化如图9(f)所示，证明所制造的3D柔性灯阵器件在变形下保持了良好的稳定性和导电性。
实施例6
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，约束牺牲层材料选择生物可降解的PLA丝材，衬底层、介电层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；约束牺牲层打印装置主要由FDM挤出机、步进电机、喷嘴加热块等构成；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个多层柔性红外热成像信息加密显示器件，如图10所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据多层柔性红外热成像信息加密器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10∶1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印约束牺牲层。
启动约束牺牲层打印装置。将打印速度设置为20mm/s，供料的电机转速设置为10rad/s，出料口加热块的温度设置为225℃，打印周期设置为0.34mm，在该参数下，根据设计的多层柔性红外热成像信息加密器件的尺寸，打印尺寸为90mm×90mm×15mm的约束牺牲层。接下来的制造过程均是在约束牺牲层内打印制造。
步骤3：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据多层柔性红外热成像信息加密器件的电路尺寸，将所打印衬底的线栅周期设定为0.8mm，打印速度设定为16mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为85℃，便于PDMS衬底烧结固化，制作尺寸为90mm×90mm×100urn的PDMS柔性衬底。
步骤4：打印“中”字导电线路层。
启动导电层材料打印喷头。根据所设计的多层柔性红外热成像信息加密器件的电路布局，将打印气压参数设定为0.16Mpa，打印速度设定为0.5mm/s，打印平台温度设定为110℃的参数下，在柔性PMDS衬底上打印层内导线；将打印速度设置成0.4mm/s，其余参数保持不变，在此参数下打印“弧形式”交叉互联导线(交叉导线的高度为0.3mm)，然后将打印气压设置为0.2MPa，其余参数保持不变，在此参数下打印层间连接的垂直互联导线(垂直互联导线的高度为0.5mm)，完成“中国心”中的“中”字打印。
步骤5：打印第一层介电层。
启动介电层材料打印喷头。打印速度设定为12mm/s，打印气压设定为0.22MPa，打印平台温度设定为100℃，对“中”字导电线路进行封装。根据垂直互联导线的高度，介电层的厚度要低于垂直互联导线的厚度，并将第一层介电层固化5min。
步骤6：打印干扰层。
启动导电层材料打印喷头。将打印速度设定为0.6mm/s，打印气压设定为0.16MPa，在打印平台温度为110℃的参数下，用内径为0.5mm的喷嘴打印干扰层，干扰层的打印面积要大于任何一个汉字的面积，并打印第二介电层封装干扰层。
步骤7：打印“国”、“心”字导电线路。
重复步骤4、5，完成“国”、“心”两字的打印。
步骤8：打印PDMS封装层。
启动封装层材料打印喷头。将打印平台温度设定120℃，打印速度设定为8mm/s，打印气压设定为0.3MPa，根据程序设定对中国心热成像加密显示器件进行整体封装，封装层的厚度大约为1.5mm，确保导电线路全部封装在PDMS内。
步骤9：打印后处理。
将打印平台温度调至130℃，固化烧结30min后，缓慢的从聚酰亚胺膜上剥离，得到中国心热成像加密显示器件。
通过基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造方法制造了多层柔性红外热成像信息加密显示器件，通过3D垂直互联导线实现层间电气连接，各层信息在持续通电状态下按特定的时间段逐层显示(解码)，该层显示完之后会及时隐藏已经出现(解码)的信息，下一层会按特定时间解码显示，而且每层电路解码过程互不干扰。该多层器件的稳定制造证明了基于多材料3D打印的多层电子电路一体化制造方法的可行性，可应用于信息存储、加密、防伪等领域。
实施例7
本实施例以可拉伸纳米银浆为导电打印材料，约束牺牲层材料选择生物可降解的PLA丝材，衬底层、介电层、封装层均选择无色透明、透光性好、拉伸性好的PDMS材料打印制造；电路中的电子元器件包括30℃的KSD9700温度开关、60℃的KSD9700温度开关、SMD电子元件(7个贴片式的LED灯)、电源槽；约束牺牲层打印装置主要由FDM挤出机、步进电机、喷嘴加热块等构成；衬底层材料打印喷头、导电层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头均采用不锈钢点胶喷头，型号21G(外径为800μm，内径为500μm)。本实施实例制造的是一个含内嵌电子元器件的多层温度开关传感器电路，如图11所示。
具体说明基于提出方法制备的具体过程：
步骤1：打印预处理。
(1)首先将硬质衬底浮法玻璃片(尺寸：100mm×100mm×1mm)用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥箱中干燥5min后取出，同样将耐高温的聚酰亚胺膜(尺寸：90mm×90mm×0.2mm)用无水乙醇擦拭后贴附在浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺膜在硬质浮法玻璃片上有高的平整度，然后将贴附聚酰亚胺膜的硬质浮法玻璃片固定在打印平台上，在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的184/SYLGARD透明脱模硅油。
(2)根据多层温度开关传感器器件的尺寸和结构，利用雕刻软件雕刻的程序路径转成G代码并载入到3D打印机中。
(3)在衬底层材料打印喷头、介电层材料打印喷头、封装层材料打印喷头内均装入由道康宁公司生产的Sylgard184PDMS与固化剂按10：1配比混合而成的PDMS材料；在导电层材料打印喷头内装入拉伸银浆；将各打印喷头固定在打印平台的喷头支架上，同时将打印平台温度、打印气压、打印速度等参数调至初试打印值。
步骤2：打印约束牺牲层。
启动约束牺牲层打印装置。将打印速度设置为20mm/s，供料的电机转速设置为10rad/s，出料口加热块的温度设置为225℃，打印周期设置为0.34mm，在该参数下，根据设计的多层温度开关传感器器件的尺寸打印尺寸为80mm×80mm×15mm的约束牺牲层。接下来的制造过程均是在约束牺牲层内打印制造。
步骤3：打印PDMS柔性衬底层。
启动衬底层材料打印喷头。根据多层温度开关传感器器件的电路尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为85℃，在该参数下，衬底层材料打印喷头在约束牺牲层内打印尺寸为80mm×80mm×0.3mm的PDMS柔性衬底。
步骤4：打印第一导电层。
启动导电层材料打印喷头。根据所设计的多层温度开关传感器器件的电路，将打印速度设定为1mm/s，打印气压设定为0.3MPa，打印平台温度设定为100℃，打印第一层层内导线。将打印速度设定为0.4mm/s，其余参数保持不变，根据温度开关的尺寸，打印3mm高的垂直互联导线，并预留出放置电子元器件的位置。
步骤5：放置电子元器件以及其他功能部件。
启动自动拾取和放置装置。按照规划的电子元器件放置顺序和放置路径，通过真空吸放装置将30℃的KSD9700温度开关、60℃的KSD9700温度开关布置逐个从打印平台上吸取，按照程序设定放置到电路中的预留位置。
步骤6：打印第一介电层。
启动介电层材料打印喷头。根据打印完成的多层温度开关传感器器件第一层电路的尺寸，将打印衬底的线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为105℃，在该参数下，衬底材料打印喷头在约束牺牲层内打印尺寸为80mm×80mm×2.7mm的PDMS介电层，保证介电层能够把第一层电路完全封装，并且介电层的厚度要低于垂直互联导线的高度。
步骤7：重复步骤4、5、6。直到1层PDMS衬底层、5层导电层、4层PDMS介电层、1层PDMS封装层全部打印完成，其中，30℃的KSD9700温度开关、60℃的KSD9700温度开关布置在第一层PDMS衬底层上。7个贴片式的LED灯分别布置在第二、三、四层PDMS介电层上，个数分别是一个、四个和两个。电源槽布置在第五层介电层上。
步骤8：打印后处理。
将约束牺牲层打印装置、打印喷头组和自动拾取和放置装置分别从打印平台上取下；将打印平台温度调至160℃，固化烧结30min后，缓慢的从聚酰亚胺膜上剥离，得到多层柔性温度开关传感器器件。
所述步骤7中，将打印速度设定为0.6mm/s，打印气压设定为0.18MPa，打印平台温度设定为100℃，打印第二层层内导线；打印速度设定为0.4mm/s，打印气压设定为0.14MPa，打印平台温度设定为110℃，打印3mm高的垂直互联导线。将线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为115℃，打印第二层介电层。将打印速度设定为0.6mm/s，打印气压设定为0.18MPa，打印平台温度设定为110℃，打印第三层层内导线；打印速度设定为0.4mm/s，打印气压设定为0.14MPa，打印平台温度设定为110℃，打印3mm高的垂直互联导线。将线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为115℃，打印第三层介电层。将打印速度设定为0.4mm/s，打印气压设定为0.18MPa，打印平台温度设定为110℃，打印第四层层内导线；将打印速度设定为0.4mm/s，打印气压设定为0.18MPa，打印平台温度设定为140℃，打印3mm高的垂直互联导线。将线栅周期设定为1mm，打印速度设定为15mm/s，打印气压设定为0.2MPa，打印平台温度设定为140℃，打印第四层介电层。将打印速度设定为0.6mm/s，打印气压设定为0.18MPa，打印平台温度设定为150℃，打印第五层层内导线；将打印速度设定为0.4mm/s，打印气压设定为0.14MPa，打印平台温度设定为150℃，打印3mm高的垂直互联导线。将打印平台温度设定150℃，打印速度设定为10mm/s，打印气压设定为0.3MPa，根据是程序设定对多层温度传感器器件进行整体封装，封装层的厚度大约为2.5mm，确保导电线路以及电子元器件全部封装在PDMS内。
将多层柔性温度开关传感器器件接入电源并加热，该器件随着温度的变化会使不同层的灯光处于常亮或熄灭状态，表现出良好的导电性和稳定的层间电气连接；此外，基于多材料3D打印的多层柔性及可拉伸电子电路一体化制造方法在多层柔性温度开关传感器制造中表现出了低成本、高效率、一体化制造的优势。
Claims (7)
1.一种多层柔性及可拉伸电子电路一体化3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：打印预处理：对打印基板进行无尘化处理并固定在打印工作台上，做好打印准备工作；
步骤2：打印约束牺牲层：启动约束牺牲层打印装置，按照设定的程序进行约束牺牲层的打印，完成约束牺牲层的打印与固化；
步骤3：打印柔性衬底层：启动衬底层材料打印喷头，按照设计的程序运行路径将其移动到初始工作位置，开启气压阀工作，在约束牺牲层内打印并固化柔性衬底层；
步骤4：打印导电线路层：启动导电层材料打印喷头，按照设计的程序运行路径将其移动到初始工作位置，开启气压阀工作，从而进行层内导线以及层间互联导线的打印；在打印导线的同时，预留出器件中放置电子元器件的位置；首次在衬底层上打印的导电线路层作为第一导电层；
步骤5：放置功能部件：启动自动拾取和放置装置，将电子元器件按照规划设定顺序放置到电路中的预留位置；
步骤6：打印介电层：启动介电层材料打印喷头，运行打印程序的同时开启气压阀打印介电层，首次打印的介电层作为第一介电层；
步骤7：重复以上步骤4、步骤5、步骤6，直至打印完所需层数后，打印电介质封装层，脱模约束牺牲层，得到多层柔性及拉伸电子器件；
所述步骤2打印约束牺牲层过程具体如下：启动约束牺牲层打印装置，热塑性聚合物被FDM3D打印喷头以熔融状态挤出，按照设定的程序进行约束牺牲层的打印，约束牺牲层打印完成后，进行下一步打印操作；所述步骤3打印柔性衬底层过程具体如下：启动衬底层材料打印喷头，根据制造的3D器件的结构和尺寸，将打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位固化参数调好后，开启衬底层材料喷头的正压气路，按照设计的程序运行路径进行3D器件衬底结构层的打印，打印完成后，程序内自动关闭衬底层材料打印喷头的正压气路，固化完成后，进行下一步打印；
所述层间互联导线为交叉互联导线或垂直互联导线，当为垂直互联导线时，在打印介电层时需留出与下一层电路电气连接的垂直互联导线顶端，用于连接相邻两层导电电路层；
所述步骤1打印准备工作具体如下：(1)准备打印基板：打印基板为硬质浮法玻璃片，首先将整个浮法玻璃片用无水乙醇擦拭后，放入真空干燥内80℃加热烘干5min做无尘化处理；同样将聚酰亚胺薄膜做无尘化处理后贴附在已经预处理的硬质浮法玻璃片上，保证聚酰亚胺薄膜在硬质浮法玻璃片上的平整度；在聚酰亚胺薄膜上喷涂一层薄薄的PDMS脱模剂硅油；将贴附聚酰亚胺薄膜的硬质玻璃片放置于打印平台上并固定；(2)准备打印材料：根据所制造的3D器件所需材料，约束牺牲层打印喷头装满需打印的约束牺牲层材料、衬底层材料打印喷头装满需打印的衬底层材料、导电层材料打印喷头装满需打印的导电层材料、介电层材料打印喷头装满需打印的介电层材料、封装层材料打印喷头装满需打印的封装层材料；(3)准备打印程序：根据所制造器件的结构，利用打印路径软件将打印路径雕刻出并转化成G代码导入到3D打印机中；(4)准备需集成的电子组件：将器件中所需要的功能部件按照程序设定的路径依次放置在打印平台上的自动拾取和放置装置的吸取区域；(5)调整打印参数：设置打印气压、打印速度、打印平台温度打印参数，若打印不同功能层采用的材料不同，则各参数也不相同；(6)将XYZ三轴运动平台、气压阀机构调至初始工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4打印导电线路层过程具体如下：启动导电层材料打印喷头：根据器件所设计的电路分布，调整好打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位热固化参数，开启导电层材料打印喷头的正压气路，按照设定的程序运行路径进行多层电路器件中层内导线的打印以及层间互联导线的打印；在打印导线的同时，预留出器件中放置电子元器件的位置；导电线路打印完成后，关闭导电层材料打印喷头的正压气路，导电线路在设定的该温度下烧结固化完成后进行下一步打印操作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5放置功能部件过程具体如下：启动自动拾取和放置装置：按照规划的电子元器件放置顺序和放置路径，降下真空吸放装置并运动到电子元器件及其他功能器件上方，施加真空效果吸收器件，按照程序设定放置到电路中的预留位置，全部器件放置完成后释放真空效果并升起真空吸放装置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6打印介电层过程具体如下：启动介电层材料打印喷头：根据多层电路器件的整体尺寸和结构，将打印气压、打印速度、打印平台温度或激光原位固化调到合适参数值，运行打印程序的同时开启介电层材料打印喷头的正压气路打印介电层；介电层打印完成后，关闭介电层材料打印喷头的正压气路，该介电层打印需要确保将器件中的导电线路以及放置的电子元器件全部封装在内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复步骤4、步骤5、步骤6，用于制备第n层介电层和第(n+1)层导电电路层，获得多层柔性及可拉伸电子电路，所述n为自然数，n大于等于2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，循环打印完成所有层内导线、层间互联导线、介电层和所有功能器件后，打印封装层，最后进行打印后处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，打印工作台同时作为加热板，对需要加热固化的电介质以及导电线路进行烧结后处理。
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