本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品和增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能顯示保質(zhì)期智能瓶蓋及其3D打印制造方法及容器。

背景技術(shù)：

目前，短保質(zhì)期商品尤其是醫(yī)藥用品的質(zhì)保問題受到社會的極大關(guān)注，過期產(chǎn)品(特別是醫(yī)藥產(chǎn)品，如疫苗等)對消費者的危害極大，嚴重威脅消費者健康甚至危及生命。目前產(chǎn)品保質(zhì)期通常直接打印在瓶蓋或標簽上，然而該方式很容易被人為的涂改，有時還會出現(xiàn)模糊不清，識別困難等問題。

嵌入式電子產(chǎn)品(功能性結(jié)構(gòu)電子)是近年伴隨著增材制造的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型的電子產(chǎn)品，在打印物體結(jié)構(gòu)同時，將傳感器、控制器、天線、電池等電子元器件同時嵌入到被打印的物體中，并將一些簡單的電路、連接電路等直接打印出來，真正實現(xiàn)功能性結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品一體化制造。

3D打印技術(shù)實現(xiàn)了幾乎任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造，目前已經(jīng)被應(yīng)用于航空航天、組織工程、生物醫(yī)療、汽車、家電、新材料、新能源、機器人、建筑等諸多領(lǐng)域，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，近年3D打印已經(jīng)開始被應(yīng)用于電子行業(yè)，為柔性電子、可穿戴設(shè)備、智能傳感、嵌入式電子產(chǎn)品、功能性結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)RFID、光電子等新一代電子產(chǎn)品的開發(fā)提供一種全新的制造方法，尤其是為嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)和一體化制造提供了一種全新的解決方案，在材料、結(jié)構(gòu)與器件的一體化制造方面顯示出巨大潛能和廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決一些重要產(chǎn)品保質(zhì)期顯示、識別和安全性的問題，結(jié)合嵌入式電子產(chǎn)品和3D打印的優(yōu)勢，為了使消費者更清楚的了解短期限商品的所剩有效期、防止保質(zhì)期被人為篡改，本發(fā)明提供一種能顯示保質(zhì)期的智能瓶蓋，可以簡單控制顯示商品保質(zhì)期的剩余時間，以及對于失效和過期產(chǎn)品，可通過指示燈提示，尤其是不能涂改保質(zhì)期，以確保商品的安全。

本發(fā)明還提供一種容器，該容器由智能瓶蓋封口，可以方便的觀測到容器盛放物品是否處于保質(zhì)期內(nèi)，可以提示人們在保質(zhì)期內(nèi)使用，更好的保障人們使用其中物品的安全性。

本發(fā)明還提供一種智能瓶蓋的3D打印制造方法，結(jié)合熔融沉積3D打印和電噴印3D打印，能夠高效快速方便的打印智能瓶蓋。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種能顯示保質(zhì)期的智能瓶蓋，包括蓋體，所述蓋體上設(shè)置有時鐘電路，所述時鐘電路與控制器連接，所述控制器與時間顯示元件連接，控制器還分別與第一指示燈和第二指示燈連接；所述時鐘電路、控制器、時間顯示元件均嵌入在蓋體中；控制器控制時間顯示元件顯示設(shè)定時間的剩余時間，超過設(shè)定時間時，控制器控制第一指示燈亮；未超過設(shè)定時間時，控制器控制第二指示燈亮。

所述控制器與供電裝置連接，所述供電裝置還分別與時鐘電路、時間顯示元件、第一指示燈和第二指示燈連接，所述供電裝置嵌入于蓋體中。供電裝置為各元件提供電源。

所述第一指示燈為紅色LED燈，所述第二指示燈為綠色LED燈，所述時間顯示元件為LED數(shù)碼管。第一指示燈和第二指示燈以不同顏色顯示，更好的區(qū)別開。

優(yōu)選的，所述控制器還與報警器連接。在超過保質(zhì)期的設(shè)定時間時，進行報警。

一種容器，包括瓶體，所述瓶體上配合設(shè)置如上所述的智能瓶蓋。

一種智能瓶蓋的3D打印制造方法，包括以下步驟：

步驟1：對瓶蓋蓋體的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；

步驟2：采用熔融沉積3D打印出瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)；

步驟3：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的暫停位置，暫停熔融沉積3D打印，將電子元件嵌入到瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)的設(shè)定位置；

步驟4：在設(shè)定位置采用電噴印3D打印出電子元件間的連接電路；

步驟5：連接電路完全固化后，采用熔融沉積3D打印出瓶蓋蓋體的頂層結(jié)構(gòu)，以及完成瓶蓋蓋體封裝結(jié)構(gòu)的打印。

首先采用熔融沉積3D打印制造瓶蓋蓋體的結(jié)構(gòu)；利用熔融沉積3D打印中斷暫停功能，暫停打印時在瓶蓋蓋體內(nèi)嵌入電子元件；以導(dǎo)電材料為打印材料，使用電噴印3D打印制造電子元件間的連接電路。采用熔融沉積3D打印和電噴印3D打印技術(shù)結(jié)合制造瓶蓋蓋體，打印過程方便快捷高效。

所述步驟2中，打印瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)時，在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)中打印出用于嵌入電子元件的預(yù)留孔槽，在設(shè)定預(yù)留孔槽之間打印出連接電路的預(yù)留溝槽。在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)上打印預(yù)留孔槽，可以在后續(xù)電子元件嵌入時起到定位作用，嵌入更加方便快速；在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)上打印預(yù)留溝槽，在后續(xù)連接電路打印時能起到定位作用，使連接電路的打印位置更加精確，打印過程更加快速。

所述步驟3中，電子元件嵌入瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)中的預(yù)留孔槽內(nèi)。預(yù)留孔槽為電子元件嵌入的設(shè)定位置，在電子元件嵌入時可快速找準嵌入位置。此外，還可以提高打印電路圖形的分辨率。

所述預(yù)留孔槽的深度與電子元件的高度相等。如此設(shè)置，可以保證電子元件很好的嵌合在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)內(nèi)，保證熔融沉積3D打印暫停后續(xù)繼續(xù)打印時在預(yù)留孔槽上方繼續(xù)打印。

所述電子元件包括時鐘電路、控制器、時間顯示元件、第一指示燈、第二指示燈和供電裝置。

所述步驟4中，以導(dǎo)電材料為打印材料，在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)的預(yù)留溝槽內(nèi)打印出連接電路。在預(yù)留溝槽內(nèi)以導(dǎo)電材料打印連接電路，保證將兩側(cè)電子元件很好的連接。優(yōu)選的，所述步驟2中，在瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)的設(shè)定位置打印出定位結(jié)構(gòu)。用于瓶蓋蓋體結(jié)構(gòu)打印過程中，更換工位或者重新放回原來位置時的精確定位。

采用電噴印3D打印時，打印噴嘴和放置電子產(chǎn)品的工作臺之間的電源的輸出脈沖電壓為0.2-5KV，輸出脈沖頻率10Hz-1000Hz。

采用熔融沉積3D打印時，打印材料的溫度低于步驟4中采用的導(dǎo)電材料的熔點。避免打印完的導(dǎo)電材料因后續(xù)打印加工過程而熔化，影響整個瓶蓋蓋體的打印。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明智能瓶蓋具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安全性高的突出優(yōu)點，該智能瓶蓋可應(yīng)用于醫(yī)藥、飲料、食品、化工等領(lǐng)域。

本發(fā)明實現(xiàn)了瓶蓋結(jié)構(gòu)和電路的一體化設(shè)計和制造。

本發(fā)明連接電路的打印采用電噴印3D打印工藝，其打印分辨率高，分辨率不受噴嘴直徑的限制，能在噴嘴不易堵塞的前提下，實現(xiàn)亞微米、納米尺度分辨率復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)的制造；而且可用于電噴印的材料范圍非常廣泛,包括從絕緣聚合物到導(dǎo)電聚合物,從懸濁液到單壁碳納米管溶液，從金屬材料、無機功能材料到生物材料等。其顯著的優(yōu)勢是兼容性好(適用材料廣泛，以及高粘度液體)、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高等優(yōu)點，尤其是對于高粘度液體能夠打印出比噴頭結(jié)構(gòu)尺寸低一個數(shù)量級的圖案。電噴印3D打印解決了目前電子產(chǎn)品3D打印分辨率低和可供打印材料種類有限兩個難題。

本發(fā)明蓋體結(jié)構(gòu)打印采用熔融沉積3D打印工藝，該工藝具有材料利用率高，材料成本低，可選材料種類多，設(shè)備操作簡單，設(shè)備成本低，軟硬件開源性高、普及率廣等優(yōu)勢；而且打印的結(jié)構(gòu)與后續(xù)電路打印兼容性好的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能瓶蓋結(jié)構(gòu)嵌入電子元件后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于3D打印智能瓶蓋制造工藝流程圖；

圖中，1蓋體，2電池，3時鐘電路，4單片機，5LED數(shù)碼管，6連接電路，7紅色LED指示燈，8綠色LED指示燈。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

實施例1：

如圖1所示，智能瓶蓋，它包括：蓋體1，供電裝置(本實施例選擇電池2)，時鐘電路3，控制器(本實施例選擇單片機4)，時間顯示元件(本實施例選擇LED數(shù)碼管5，也可以選用顯示屏等其他元件)，連接電路6，第一指示燈(本實施例選擇紅色LED指示燈7)，第二指示燈(本實施例選擇綠色LED指示燈8)。其中電池2，時鐘電路3，單片機4，LED數(shù)碼管5，連接電路6，紅色LED指示燈7，綠色LED指示燈8全部被嵌入在智能瓶蓋的蓋體1中，時鐘電路3、LED數(shù)碼管5、紅色LED指示燈7、綠色LED指示燈8通過連接電路6與單片機4相連接，電池2通過連接電路與時鐘電路3、單片機4、LED數(shù)碼管5、紅色LED指示燈7、綠色LED指示燈8相連，提供電源。單片機4實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，通過LED數(shù)碼管5顯示商品保質(zhì)期剩余時間，如果超過保質(zhì)期，紅色LED指示燈7亮，如果在商品的保質(zhì)期內(nèi)，則綠色LED指示燈8亮。

本實施例單片機4的型號STC15W204S；綠色LED指示燈的型號LED0805；紅色LED指示燈的型號LED0805；電池2的型號CR2032；時鐘電路3(時鐘芯片型號SD2068，晶振32.768KHz)；LED數(shù)碼管5的型號8041AHBH。

實施例2：

一種容器，包括瓶體，在瓶體上封口處配合設(shè)置如實施例1所述的智能瓶蓋。

該實施例中的容器可以盛裝啤酒或滴劑或飲品或藥品或禮品或調(diào)料品等。

實施例3：

采用3D打印制造智能瓶蓋的方法：首先，采用熔融沉積(FDM)3D打印制造蓋體結(jié)構(gòu)；然后，利用熔融沉積3D打印的中斷/暫停功能，將需要嵌入的電子元件放置到蓋體結(jié)構(gòu)中；隨后，以導(dǎo)電銀漿為打印材料，使用電噴印3D打印工藝打印連接電路；最后，通過熔融沉積3D打印完成瓶蓋其他結(jié)構(gòu)的打印及其最后的封裝。

如圖2所示，基于3D打印制造智能瓶蓋的具體工藝過程：

步驟1：蓋體結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計；首先，根據(jù)智能瓶蓋的功能要求，分別進行蓋體結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路設(shè)計；然后，再進行蓋體結(jié)構(gòu)1、嵌入電子元件(電池2，時鐘電路3，單片機4，LED數(shù)碼管5，紅色LED指示燈7，綠色LED指示燈8)、連接電路6集成一體化設(shè)計(確定嵌入電子元件預(yù)留孔槽位置的設(shè)置，連接電路布置和預(yù)留溝槽的設(shè)計)以及優(yōu)化設(shè)計；最后，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果，輸出3D打印STL文件；

步驟2：打印蓋體結(jié)構(gòu)1；蓋體結(jié)構(gòu)1打印材料選用ABS塑料。將STL文件導(dǎo)入FDM3D打印機。根據(jù)設(shè)計的結(jié)果，暫停設(shè)置在模型的第80層，當打印到第80層時，3D打印機執(zhí)行暫停；

3D打印機暫停后，首先將打印托盤從3D打印機中取出；然后，從托盤上將蓋體結(jié)構(gòu)1卸下；最后，將打印蓋體結(jié)構(gòu)1的支撐材料移除；

步驟3：嵌入電子元件；將需要嵌入的電子元件(電池2，時鐘電路3，單片機4，LED數(shù)碼管5，紅色LED指示燈7，綠色LED指示燈8)分別放置到預(yù)先設(shè)計位置并打印出的孔槽結(jié)構(gòu)中。

步驟4：打印連接電路；連接電路的打印材料選用導(dǎo)電銀漿，結(jié)合步驟2先打印的連接電路溝槽，利用電噴印3D打印機完成電子元件間的連接電路6的制造；

步驟5：蓋體結(jié)構(gòu)1的封裝；連接電路6完全固化后，將含有嵌入電子元件(電池2，時鐘電路3，單片機4，LED數(shù)碼管5，紅色LED指示燈7，綠色LED指示燈8)和連接電路6的蓋體結(jié)構(gòu)1重新放回到FDM 3D打印機的托盤上，并將打印托盤重新安裝到FDM3D打印機上，終止暫停，重新啟動FDM3D打印機，從第81層開始，繼續(xù)打印完成剩余蓋體結(jié)構(gòu)的打印以及最后蓋體的封裝；

步驟6：性能測試；取下打印完成的智能瓶蓋，進行其性能的測試。

本實施例所選用的導(dǎo)電銀漿粘度6000～9000cp·s，玻璃化溫度55℃，體積比電阻0.002Ω/cm，工作溫度-55℃～100℃。使用丙酮作為稀釋劑配制導(dǎo)電銀漿溶液，導(dǎo)電銀漿和丙酮體積比為1:3。

本實施例FDM 3D打印機美國Stratasys公司的FDM 3D打印機Dimension Elite。

本實施例在蓋體結(jié)構(gòu)打印時，在打印托盤上需要留下預(yù)先設(shè)置的4個定位塊，用于托盤和蓋體結(jié)構(gòu)1重新放置到FDM 3D打印機的精確定位(確保將蓋體結(jié)構(gòu)1放回取下前的位置)。

本實施例電噴印的工藝參數(shù)：噴印電壓2500V，噴頭移動速度20mm/s，噴頭與基材的距離為0.05mm。電噴印打印完全部連接電路后，室溫放置2～5小時，使其完全固化。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。