CN206811964U - 一种柔性电子产品3d打印自动化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种柔性电子产品3D打印自动化装置,包括机架、设置在机架上的自动传送机构和设置在自动传送机构的传送路径上的打印检测区、嵌入区以及产品完成区，嵌入区设置在打印检测区与产品完成区之间，打印检测区中设有3D打印机构及多传感器检测系统，嵌入区中设有用以抓取元器件的自动抓取机构。采用3D打印技术用于柔性电子产品的制造，在打印过程中嵌入电子元器件，封装组成一个完整的电子产品，3D打印技术使电子产品的制造更加容易和高效，而且在打印过程中嵌入电子元器件及电路也可以使电子产品具有防尘、防水的功能，优化了材料的使用和装配时间，极大地减少了需要的后处理环节，能够提高生产效率。

Description

一种柔性电子产品3D打印自动化装置

技术领域

本实用新型涉及一种柔性电子产品3D打印自动化装置。

背景技术

智能电子产品出现后，生产制造水平的提高推动智能电子产品往更小、更快、更高效的方向发展。柔性电子产品是现阶段的研究热点，主要应用领域有可穿戴电子产品、人机交互接口以及柔性机器人。这些新兴设备需要新的制造方案是电子产品集成异形结构及柔性材料。由于柔性电子产品具有柔性可变形的特点，已经不能用传统刚性电子产品、集成电子设备来代替。柔性电子产品通常是将电子元器件通过可变形的导电材料连接，封装在绝缘的材料中。现阶段柔性电子产品的生产制造方法存在扩展性差、高成本、耐久性差及缺乏制造的延伸性等缺点，严重制约柔性电子产品的制造生产及发展推广。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够使得柔性电子产品的制造更加容易、提高生产效率的柔性电子产品3D打印自动化装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用这样的技术方案：

一种柔性电子产品3D打印自动化装置,包括机架、设置在机架上的自动传送机构和设置在自动传送机构的传送路径上的打印检测区、嵌入区以及产品完成区，嵌入区设置在打印检测区与产品完成区之间，打印检测区中设有3D打印机构，嵌入区中设有用以抓取元器件的自动抓取机构。

作为本实用新型的一种优选方式，所述自动抓取机构包括三轴运动平台和设置在三轴运动平台上的气动吸盘。

作为本实用新型的一种优选方式，所述3D打印机构包括安装在所述机架上的打印机械臂、设置在打印机械臂上的第一打印喷头和第二打印喷头、与第一打印喷头连通的液体金属输送装置以及与第二打印喷头连通的绝缘材料输送装置。

作为本实用新型的一种优选方式，还包括计算机和PLC控制器，所述 3D打印机构、所述三轴运动平台以及所述自动传送机构均连接至所述PLC 控制器，PLC控制器连接至计算机，还包括设置在3D打印机构两侧的多传感器检测系统，多传感器检测系统连接至计算机，多传感器检测系统包括用以进行打印产品图像采集的工业相机和用以采集打印产品位置信息的激光传感器。

作为本实用新型的一种优选方式，所述自动传送机构为直线电机和配合在直线电机上的打印工作台。

作为本实用新型的一种优选方式，还包括用以抓取置于所述打印工作台上的打印产品的夹持机械臂，夹持机械臂设置于所述打印检测区。

作为本实用新型的一种优选方式，所述直线电机的输出轴沿水平方向设置，所述打印工作台的移动方向为左右方向，所述三轴运动平台具有前后、左右以及上下三个方向直线移动自由度。

采用本实用新型的技术方案后，采用3D打印技术用于柔性电子产品的制造，在打印过程中嵌入电子元器件，封装组成一个完整的电子产品，3D 打印技术使电子产品的制造更加容易和高效，而且在打印过程中嵌入电子元器件及电路也可以使电子产品具有防尘、防水的功能，优化了材料的使用和装配时间，极大地减少了需要的后处理环节，能够提高生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的系统流程框图；

图3为本实用新型系统控制总线原理框图；

图中：

10-机架 20-自动传送机构

21-打印工作台 30-打印区

40-嵌入区 50-产品完成区

60-打印机械臂 61-第一打印喷头

62-第二打印喷头 63-液体金属输送装置

64-绝缘材料输送装置 65-夹持机械臂

66-多传感器检测系统 70-三轴运动平台

71-气动吸盘 80-打印产品

81-元器件

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图3，一种柔性电子产品3D打印自动化装置,包括机架10、设置在机架10上的自动传送机构20和设置在自动传送机构20的传送路径上的打印检测区30、嵌入区40以及产品完成区50，嵌入区40设置在打印检测区30与产品完成区50之间，打印检测区30中设有3D打印机构，嵌入区40中设有用以抓取元器件81的自动抓取机构。本实用新型还包括计算机和PLC控制器，通过计算机和PLC控制器实现各部件动作时序的控制。

作为本实用新型的一种优选方式，所述自动传送机构20为直线电机和配合在直线电机上的打印工作台21。作为本实用新型的一种优选方式，还包括用以抓取置于所述打印工作台21上的打印产品80的夹持机械臂65，夹持机械臂65设置于打印检测区30。打印工作台21安装在直线电机上，直线电机具有X轴方向(即下面将要叙述到的左右方向)的直线移动的自由度，由直线电机实现打印产品81在三个区域间的传输，高精度直线电机驱动保证打印状态下的稳定性和传送位置的精确定位，直线电机的结构在现有技术中已有介绍，这里不再详述。

作为本实用新型的一种优选方式，所述直线电机的输出轴沿水平方向设置，以所述打印工作台21的移动方向为左右方向，所述三轴运动平台71 具有前后、左右以及上下三个方向直线移动自由度，具体的三轴运动平台 71可以有沿前后方向布设的第一气缸、沿左右方向布设的第二气缸以及沿上下方向设置的第三气缸配合组成，以实现气功吸盘71运动方向的三维控制。

作为本实用新型的一种优选方式，所述自动抓取机构包括三轴运动平台70和设置在三轴运动平台70上的气动吸盘71。本实用新型还包括计算机和PLC控制器，所述3D打印机构、所述三轴运动平台71以及所述自动传送机构20均连接至所述PLC控制器，PLC控制器连接至计算机。利用计算机和PLC控制器进行3D打印控制的技术在现有技术中已有公开。本实用新型中，嵌入区40的功能是实现电子产品中嵌线材料的嵌入。嵌线材料主要为电子元器件，包含电阻、电容、晶体管及传感器等元器件81，放置在嵌入区40内。在打印模型中可精确定位出嵌线材料打印位置，计算机控制三轴运动平台XY两个方向(即前后、左右两个方向)的运动，进入电子元器件81的放置区域，精确定位到需要抓取的电子元器件81上面，通过气动吸盘71取出电子元器件81，定位到打印产品80需要嵌线打印的位置，通过Z轴方向(即上下方向)的运行将电子元器件81嵌入到打印产品80 中，实现电子元器件81的嵌线打印。嵌入工序完成后，通过计算机判断打印产品80是否需要返回打印检测区30进行打印及检测。如果打印产品80 需要返回打印检测区30，则由PLC控制器给出指令控制直线电机传输打印产品80返回到打印检测区30。如果打印产品80不需要返回打印检测区30，则说明系统完成打印产品80的打印检测工作，由PLC控制器给出指令控制直线电机传输打印产品80返回到成品完成区50，结束当前电子产品的3D 打印制造。

作为本实用新型的一种优选方式，所述3D打印机构包括安装在所述机架10上的打印机械臂60、设置在打印机械臂60上的第一打印喷头61和第二打印喷头62、与第一打印喷头62连通的液体金属输送装置63以及与第二打印喷头62连通的绝缘材料输送装置64。其中，液体金属输送装置63 用以输送锡合金、铜合金等导电金属液体，用于打印电子产品的导电线路，绝缘材料输送装置64用于输送PLA塑料、ABS塑料及尼龙等热塑性塑料，用于打印电子产品的基层及外部结构。计算机根据打印需求控制打印机械臂60进行第一打印喷头61和第二打印喷头62的位置切换。第一打印喷头 61和第二打印喷头62切换后，根据产品的三维数据信息，利用已有3D打印路径生成软件(Slic3r等)，生成路径中经过的三维数据点坐标，根据点到点的坐标，通过控制算法实现打印机械臂60轨迹规划，同时需要保证打印机械臂60的重复精度，在打印机械臂60运动过程中进行误差补偿。在打印机械臂60运动的同时，运用PID算法在第一打印喷头61和第二打印喷头62处对不同材料进行温度、流量、压力的控制。

在本实用新型中，所述3D打印机构、所述三轴运动平台71以及所述自动传送机构20均连接至所述PLC控制器，PLC控制器连接至计算机，还包括设置在3D打印机构两侧的多传感器检测系统66，多传感器检测系统 66连接至计算机，多传感器检测系统66包括用以进行打印产品图像采集的工业相机和用以采集打印产品位置信息的激光传感器。多传感器检测系统 66安装在打印检测区30的上部，多传感器检测系统内部设有两个工业相机及激光传感器，其中两个工业相机进行双目视觉测量，配合激光传感器由计算机采集打印产品81的三维数据信息，分析及检测出3D打印产品是否合格，是否存在打印缺陷。打印工序完成后，进行检测工序，由夹持机械臂65抓取打印产品80，通过多传感器检测系统66检测打印产品80的四面结构，根据检测数据得到需要嵌入电子元器件的具体空间位置，通过计算机控制下一步的嵌入工序，并判断打印产品80是否合格或者是否存在缺陷，如果检测结果显示不合格或者存在缺陷，则由夹持机械臂65将打印产品放回打印工作台21，进行打印修复。如果检测结果显示合格，则由夹持机械臂65将打印产品放回打印工作台21，PLC控制器给出指令控制直线电机将打印平台21传输到嵌入区40，进行嵌入工序。

本实用新型还提出一种用于智能电子产品嵌线3D打印的打印方法，包括如下步骤：

A、通过计算机输出需要高精度打印的产品三维模型，模型为STL格式文件，在打印检测区30内，计算机进行3D打印路径的规划，生成3D打印的位置控制指令，控制打印机械臂60完成打印动作，其中，打印机械臂60 为六自由度机械臂。

B、打印工序完成后，由夹持机械臂65抓取打印产品80，夹持机械臂 65为六自由度机械臂，通过多传感器检测系统66检测打印产品80，根据检测结果判断产品是返回打印检测区30继续打印或者进入嵌入区40。

C、打印产品80检测合格后，进入嵌入区40，由三轴运动平台70控制气动吸盘71的空间运动，进行电子元器件81的抓取，并嵌入到打印产品 80中。

D、嵌入工序完成后，产品需要继续进行打印或者封装则返回打印检测区30重复以上步骤，不需要则进入成品完成区50，完成电子产品的3D打印。

本实用新型的打印系统由计算机及PLC控制器完成打印机械臂60、夹持机械臂65、三轴运动平台71、多传感器检测系统66和直线电机运动平台(由直线电机和打印工作台构成)之间的运动配合控制及数据采集处理，具体控制原理参见图3。

本实用新型的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (7)

1.一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：包括机架、设置在机架上的自动传送机构和设置在自动传送机构的传送路径上的打印检测区、嵌入区以及产品完成区，嵌入区设置在打印检测区与产品完成区之间，打印检测区中设有3D打印机构，嵌入区中设有用以抓取元器件的自动抓取机构。

2.如权利要求1所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：所述自动抓取机构包括三轴运动平台和设置在三轴运动平台上的气动吸盘。

3.如权利要求2所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：所述3D打印机构包括安装在所述机架上的打印机械臂、设置在打印机械臂上的第一打印喷头和第二打印喷头、与第一打印喷头连通的液体金属输送装置以及与第二打印喷头连通的绝缘材料输送装置。

4.如权利要求3所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：还包括计算机和PLC控制器，所述3D打印机构、所述三轴运动平台以及所述自动传送机构均连接至所述PLC控制器，PLC控制器连接至计算机，还包括设置在3D打印机构两侧的多传感器检测系统，多传感器检测系统连接至计算机，多传感器检测系统包括用以进行打印产品图像采集的工业相机和用以采集打印产品位置信息的激光传感器。

5.如权利要求4所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：所述自动传送机构为直线电机和配合在直线电机上的打印工作台。

6.如权利要求5所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：还包括用以抓取置于所述打印工作台上的打印产品的夹持机械臂，夹持机械臂设置于所述打印检测区。

7.如权利要求6所述的一种柔性电子产品3D打印自动化装置,其特征在于：所述直线电机的输出轴沿水平方向设置，所述打印工作台的移动方向为左右方向，所述三轴运动平台具有前后、左右以及上下三个方向直线移动自由度。