3D打印集成了電子元器件的傳感器

文/ 本刊編譯（原文來自Fraunhofer IPA）

迄今為止，集成電子元器件從而生產出訂制化的傳感器尚面臨挑戰。現在，德國弗勞恩霍夫IPA與阿博格和Balluff公司合作，在此方面實現了突破。

感應接近傳感器是將線圈、電路板和插頭等以固定結構安裝到圓柱形金屬外殼中的一種擁有固定形狀的標準部件。在自動化技術中，感應接近傳感器通常被用于對金屬物體進行非接觸式探測。在工業應用中，它們不僅可以記錄元器件的接近程度，還可以記錄元器件所處位置的距離。然而，由于其外殼形狀能夠集成到特定應用環境中，如機械手臂爪狀手指中的感應接近傳感器，直到目前才被開發出來。

為什么不采用塑料來打印傳感器的外殼以便可以將其制成任何形狀呢？這正是德國弗勞恩霍夫制造工程與自動化研究所（簡稱IPA）增材制造中心的一個研究團隊目前所取得的成果。該團隊得到了來自阿博格和專業的傳感器及自動化技術公司Balluff 的支持。傳感器外殼要求使用一種具有高介電強度和阻燃性能的塑料，為此，專家們選用了聚對苯二甲酸丁二酯（PBT），將它作為標準的注射成型材料用于生產電子元器件的外殼。然而，這類材料尚未被用于3D打印，還需要開展開拓性的研究工作。

訂制傳感器在不同生產階段的演示模型：左上為CAD 概念，右上為集成了電子元器件之后，下部為成品的演示模型件（圖片來自Fraunhofer IPA）

他們將粒料形式的塑料送入阿博格的工業化增材制造系統freeformer中，該機器采用了一種材料制備裝置和一種特殊的塑化螺桿。標準粒子熔融后，即開始無模的自由成型過程：高頻的噴嘴閉合，釋放出微小的塑料液滴，借助可移動的部件載體，即實現了精確定位。

這樣，freeformer就一層一層地創建出帶有空腔的三維部件。在打印過程中，還可以嵌入電子元器件。為使之成為可能，當打印到每一個相應的層時，freeformer就會自動中斷生產過程，以便可以非常精確地集成線圈、電路板和插頭。在一個單獨的工藝中，采用一個分配器，即可在外殼內制造出銀導體軌道。要完成這一過程，需要疊層打印這些空腔，然后用聚氨酯澆注。

采用這種方法，該團隊生產出了30多個訂制傳感器的演示模型，然后進行測試：這些部件必須能夠承受溫度的變化和振動，它們必須防水，并通過電絕緣測試。通過對設計和生產工藝進行優化，最終，他們成功地完成了這些測試。