本發(fā)明涉及一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的系統(tǒng)及打印方法。

背景技術(shù)：

智能電子產(chǎn)品出現(xiàn)后，生產(chǎn)制造水平的提高推動智能電子產(chǎn)品往更小、更快、更高效的方向發(fā)展。柔性電子產(chǎn)品是現(xiàn)階段的研究熱點，主要應(yīng)用領(lǐng)域有可穿戴電子產(chǎn)品、人機交互接口以及柔性機器人。這些新興設(shè)備需要新的制造方案是電子產(chǎn)品集成異形結(jié)構(gòu)及柔性材料。由于柔性電子產(chǎn)品具有柔性可變形的特點，已經(jīng)不能用傳統(tǒng)剛性電子產(chǎn)品、集成電子設(shè)備來代替。柔性電子產(chǎn)品通常是將電子元器件通過可變形的導(dǎo)電材料連接，封裝在絕緣的材料中?，F(xiàn)階段柔性電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造方法存在擴展性差、高成本、耐久性差及缺乏制造的延伸性等缺點，嚴重制約柔性電子產(chǎn)品的制造生產(chǎn)及發(fā)展推廣。

鑒于此，本發(fā)明人對上述問題進行深入的研究，遂有本案產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使得柔性電子產(chǎn)品的制造更加容易、提高生產(chǎn)效率的用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的打印方法，該打印方法能夠提高柔性電子產(chǎn)品的打印效率和制造質(zhì)量。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用這樣的技術(shù)方案：

一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的系統(tǒng),包括機架、設(shè)置在機架上的自動傳送機構(gòu)和設(shè)置在自動傳送機構(gòu)的傳送路徑上的打印檢測區(qū)、嵌入?yún)^(qū)以及產(chǎn)品完成區(qū)，嵌入?yún)^(qū)設(shè)置在打印檢測區(qū)與產(chǎn)品完成區(qū)之間，打印檢測區(qū)中設(shè)有3d打印機構(gòu)，嵌入?yún)^(qū)中設(shè)有用以抓取元器件的自動抓取機構(gòu)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述自動抓取機構(gòu)包括三軸運動平臺和設(shè)置在三軸運動平臺上的氣動吸盤。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述3d打印機構(gòu)包括安裝在所述機架上的打印機械臂、設(shè)置在打印機械臂上的第一打印噴頭和第二打印噴頭、與第一打印噴頭連通的液體金屬輸送裝置以及與第二打印噴頭連通的絕緣材料輸送裝置。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，還包括計算機和plc控制器，所述3d打印機構(gòu)、所述三軸運動平臺以及所述自動傳送機構(gòu)均連接至所述plc控制器，plc控制器連接至計算機，還包括設(shè)置在3d打印機構(gòu)兩側(cè)的多傳感器檢測系統(tǒng)，多傳感器檢測系統(tǒng)連接至計算機，多傳感器檢測系統(tǒng)包括用以進行打印產(chǎn)品圖像采集的工業(yè)相機和用采集打印產(chǎn)品位置信息的激光傳感器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述自動傳送機構(gòu)為直線電機和配合在直線電機上的打印工作臺。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，還包括用以抓取置于所述打印工作臺上的打印產(chǎn)品的夾持機械臂，夾持機械臂設(shè)置于所述打印檢測區(qū)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述直線電機的輸出軸沿水平方向設(shè)置，所述打印工作臺的移動方向為左右方向，所述三軸運動平臺具有前后、左右以及上下三個方向直線移動自由度。

本發(fā)明還提出一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的打印方法，包括如下步驟：

a、計算機輸出產(chǎn)品三維模型，模型為stl格式文件，計算機進行3d打印路徑的規(guī)劃，生成3d打印的位置控制指令，控制打印機械臂完成基層的打印；

b、通過夾持機械臂抓取步驟a得到的半成品，通過多傳感器檢測系統(tǒng)檢測半成品，根據(jù)檢測結(jié)果判斷半成品是返回打印區(qū)繼續(xù)打印還是進入嵌入?yún)^(qū)；

c、將通過步驟處理得到的合格半成品通過直線電機運動平臺送入嵌入?yún)^(qū)，由三軸運動平臺控制氣動吸盤的空間運動，進行元器件的抓取并嵌入半成品中；

d、步驟c處理后的半成品，若需要繼續(xù)進行打印或者封裝則返回打印區(qū)重復(fù)步驟a至步驟c的步驟，不需要打印或者封裝則進入成品完成區(qū)，完成電子產(chǎn)品的3d打印。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，采用3d打印技術(shù)用于柔性電子產(chǎn)品的制造，在打印過程中嵌入電子元器件，封裝組成一個完整的電子產(chǎn)品，3d打印技術(shù)使電子產(chǎn)品的制造更加容易和高效，而且在打印過程中嵌入電子元器件及電路也可以使電子產(chǎn)品具有防塵、防水的功能，優(yōu)化了材料的使用和裝配時間，極大地減少了需要的后處理環(huán)節(jié)，能夠提高生產(chǎn)效率。

采用本發(fā)明的方法，通過計算機實現(xiàn)3d打印、元器件嵌入以及半成品傳送，通過多傳感器檢測系統(tǒng)對打印過程中的半成品進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果進行修復(fù)，從而實現(xiàn)整個制造過程的自動化生產(chǎn)，其能夠提高生產(chǎn)效率，整個打印過程可在密閉的空間中進行，使打印制造的電子產(chǎn)品具有防塵、防水的功能，有效地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)流程框圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)控制總線原理框圖；

圖中：

10-機架20-自動傳送機構(gòu)

21-打印工作臺30-打印區(qū)

40-嵌入?yún)^(qū)50-產(chǎn)品完成區(qū)

60-打印機械臂61-第一打印噴頭

62-第二打印噴頭63-液體金屬輸送裝置

64-絕緣材料輸送裝置65-夾持機械臂

66-多傳感器檢測系統(tǒng)70-三軸運動平臺

71-氣動吸盤80-打印產(chǎn)品

81-元器件

具體實施方式

為了進一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進行詳細闡述。

參照圖1至圖3，一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的系統(tǒng),包括機架10、設(shè)置在機架10上的自動傳送機構(gòu)20和設(shè)置在自動傳送機構(gòu)20的傳送路徑上的打印檢測區(qū)30、嵌入?yún)^(qū)40以及產(chǎn)品完成區(qū)50，嵌入?yún)^(qū)40設(shè)置在打印檢測區(qū)30與產(chǎn)品完成區(qū)50之間，打印檢測區(qū)30中設(shè)有3d打印機構(gòu)，嵌入?yún)^(qū)40中設(shè)有用以抓取元器件81的自動抓取機構(gòu)。本發(fā)明還包括計算機和plc控制器，通過計算機和plc控制器實現(xiàn)各部件動作時序的控制。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述自動傳送機構(gòu)20為直線電機和配合在直線電機上的打印工作臺21。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，還包括用以抓取置于所述打印工作臺21上的打印產(chǎn)品80的夾持機械臂65，夾持機械臂65設(shè)置于打印檢測區(qū)30。打印工作臺21安裝在直線電機上，直線電機具有x軸方向(即下面將要敘述到的左右方向)的直線移動的自由度，由直線電機實現(xiàn)打印產(chǎn)品81在三個區(qū)域間的傳輸，高精度直線電機驅(qū)動保證打印狀態(tài)下的穩(wěn)定性和傳送位置的精確定位，直線電機的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中已有介紹，這里不再詳述。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述直線電機的輸出軸沿水平方向設(shè)置，以所述打印工作臺21的移動方向為左右方向，所述三軸運動平臺71具有前后、左右以及上下三個方向直線移動自由度，具體的三軸運動平臺71可以有沿前后方向布設(shè)的第一氣缸、沿左右方向布設(shè)的第二氣缸以及沿上下方向設(shè)置的第三氣缸配合組成，以實現(xiàn)氣功吸盤71運動方向的三維控制。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述自動抓取機構(gòu)包括三軸運動平臺70和設(shè)置在三軸運動平臺70上的氣動吸盤71。本發(fā)明還包括計算機和plc控制器，所述3d打印機構(gòu)、所述三軸運動平臺71以及所述自動傳送機構(gòu)20均連接至所述plc控制器，plc控制器連接至計算機。利用計算機和plc控制器進行3d打印控制的技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中已有公開。本發(fā)明中，嵌入?yún)^(qū)40的功能是實現(xiàn)電子產(chǎn)品中嵌線材料的嵌入。嵌線材料主要為電子元器件，包含電阻、電容、晶體管及傳感器等元器件81，放置在嵌入?yún)^(qū)40內(nèi)。在打印模型中可精確定位出嵌線材料打印位置，計算機控制三軸運動平臺xy兩個方向(即前后、左右兩個方向)的運動，進入電子元器件81的放置區(qū)域，精確定位到需要抓取的電子元器件81上面，通過氣動吸盤71取出電子元器件81，定位到打印產(chǎn)品80需要嵌線打印的位置，通過z軸方向(即上下方向)的運行將電子元器件81嵌入到打印產(chǎn)品80中，實現(xiàn)電子元器件81的嵌線打印。嵌入工序完成后，通過計算機判斷打印產(chǎn)品80是否需要返回打印檢測區(qū)30進行打印及檢測。如果打印產(chǎn)品80需要返回打印檢測區(qū)30，則由plc控制器給出指令控制直線電機傳輸打印產(chǎn)品80返回到打印檢測區(qū)30。如果打印產(chǎn)品80不需要返回打印檢測區(qū)30，則說明系統(tǒng)完成打印產(chǎn)品80的打印檢測工作，由plc控制器給出指令控制直線電機傳輸打印產(chǎn)品80返回到成品完成區(qū)50，結(jié)束當前電子產(chǎn)品的3d打印制造。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述3d打印機構(gòu)包括安裝在所述機架10上的打印機械臂60、設(shè)置在打印機械臂60上的第一打印噴頭61和第二打印噴頭62、與第一打印噴頭62連通的液體金屬輸送裝置63以及與第二打印噴頭62連通的絕緣材料輸送裝置64。其中，液體金屬輸送裝置63用以輸送錫合金、銅合金等導(dǎo)電金屬液體，用于打印電子產(chǎn)品的導(dǎo)電線路，絕緣材料輸送裝置64用于輸送pla塑料、abs塑料及尼龍等熱塑性塑料，用于打印電子產(chǎn)品的基層及外部結(jié)構(gòu)。計算機根據(jù)打印需求控制打印機械臂60進行第一打印噴頭61和第二打印噴頭62的位置切換。第一打印噴頭61和第二打印噴頭62切換后，根據(jù)產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)信息，利用已有3d打印路徑生成軟件(slic3r等)，生成路徑中經(jīng)過的三維數(shù)據(jù)點坐標，根據(jù)點到點的坐標，通過控制算法實現(xiàn)打印機械臂60軌跡規(guī)劃，同時需要保證打印機械臂60的重復(fù)精度，在打印機械臂60運動過程中進行誤差補償。在打印機械臂60運動的同時，運用pid算法在第一打印噴頭61和第二打印噴頭62處對不同材料進行溫度、流量、壓力的控制。

在本發(fā)明中，所述3d打印機構(gòu)、所述三軸運動平臺71以及所述自動傳送機構(gòu)20均連接至所述plc控制器，plc控制器連接至計算機，還包括設(shè)置在3d打印機構(gòu)兩側(cè)的多傳感器檢測系統(tǒng)66，多傳感器檢測系統(tǒng)66連接至計算機，多傳感器檢測系統(tǒng)66包括用以進行打印產(chǎn)品圖像采集的工業(yè)相機和用采集打印產(chǎn)品位置信息的激光傳感器。多傳感器檢測系統(tǒng)66安裝在打印檢測區(qū)30的上部，多傳感器檢測系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個工業(yè)相機及激光傳感器，其中兩個工業(yè)相機進行雙目視覺測量，配合激光傳感器由計算機采集打印產(chǎn)品81的三維數(shù)據(jù)信息，分析及檢測出3d打印產(chǎn)品是否合格，是否存在打印缺陷。打印工序完成后，進行檢測工序，由夾持機械臂65抓取打印產(chǎn)品80，通過多傳感器檢測系統(tǒng)66檢測打印產(chǎn)品80的四面結(jié)構(gòu)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)得到需要嵌入電子元器件的具體空間位置，通過計算機控制下一步的嵌入工序，并判斷打印產(chǎn)品80是否合格或者是否存在缺陷，如果檢測結(jié)果顯示不合格或者存在缺陷，則由夾持機械臂65將打印產(chǎn)品放回打印工作臺21，進行打印修復(fù)。如果檢測結(jié)果顯示合格，則由夾持機械臂65將打印產(chǎn)品放回打印工作臺21，plc控制器給出指令控制直線電機將打印平臺21傳輸?shù)角度雲(yún)^(qū)40，進行嵌入工序。

本發(fā)明還提出一種用于智能電子產(chǎn)品嵌線3d打印的打印方法，包括如下步驟：

a、通過計算機輸出需要高精度打印的產(chǎn)品三維模型，模型為stl格式文件，在打印檢測區(qū)30內(nèi)，計算機進行3d打印路徑的規(guī)劃，生成3d打印的位置控制指令，控制打印機械臂60完成打印動作，其中，打印機械臂60為六自由度機械臂。

b、打印工序完成后，由夾持機械臂65抓取打印產(chǎn)品80，夾持機械臂65為六自由度機械臂，通過多傳感器檢測系統(tǒng)66檢測打印產(chǎn)品80，根據(jù)檢測結(jié)果判斷產(chǎn)品是返回打印檢測區(qū)30繼續(xù)打印或者進入嵌入?yún)^(qū)40。

c、打印產(chǎn)品80檢測合格后，進入嵌入?yún)^(qū)40，由三軸運動平臺70控制氣動吸盤71的空間運動，進行電子元器件81的抓取，并嵌入到打印產(chǎn)品80中。

d、嵌入工序完成后，產(chǎn)品需要繼續(xù)進行打印或者封裝則返回打印檢測區(qū)30重復(fù)以上步驟，不需要則進入成品完成區(qū)50，完成電子產(chǎn)品的3d打印。

本發(fā)明的打印系統(tǒng)由計算機及plc控制器完成打印機械臂60、夾持機械臂65、三軸運動平臺71、多傳感器檢測系統(tǒng)66和直線電機運動平臺(由直線電機和打印工作臺構(gòu)成)之間的運動配合控制及數(shù)據(jù)采集處理，具體控制原理參見圖3。

本發(fā)明的產(chǎn)品形式并非限于本案圖示和實施例，任何人對其進行類似思路的適當變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。