[發明專利]3D機電一體化物體的增材制造的方法

有效

• 申請號: 201580067708.1
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN107206668B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: M·安米
• 申請（專利權）人: 國家科學研究中心;巴黎第十一大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B33Y10/00;B29L31/34
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明涉及制造具有預定的機電一體化功能的3D機電一體化物體的方法，其作為元件包括至少一個傳感器和/或一個執行裝置，經由導電通道連接到傳感器和/或執行裝置的電子線路，該元件位于主機械結構中，并且該機電一體化物體包含具有不同電子和/或電活性性能的多種聚合物，該方法的特征在于其包括如下步驟：?根據聚合物的熔化溫度、化學相容性、電性能和/或電活性性能來確定所述聚合物；?基于物體的預定的機電一體化功能、所述聚合物的性能以及物體的規格來確定物體的3D數字模型，包括其形狀和通道路由；?根據通過所述熔化聚合物的沉積層所生成的模型，在相同的成型步驟中3D打印出傳感器和/或執行裝置，電子線路以及主結構，某些沉積層由多個聚合物組成，沉積層通過至少一個用于基礎聚合物(1)并且連接到用于在基礎聚合物中注入帶電顆粒的摻雜裝置(2)的沉積頭來實現，該摻雜裝置(2)通過間隙摻雜的方式來獲得不同的聚合物。

技術領域

本發明的領域為制造3D機電一體化物體，其作為組件包括：

-傳感器(力量傳感器、壓力傳感器、彎曲傳感器等)和/或執行裝置(振動器、轉換器等)，

-連接到傳感器和/或執行裝置并且提供有導電通道的電子線路，

位于主機械結構中的各種元件。

背景技術

最常見的實施用于制造3D機電一體化物體的解決方案在于：

-一方面，基于多種材料(介質材料、導電材料等)在平面基底上制造傳感器和/或執行裝置；

-另一方面，制造用于容納傳感器和/或執行裝置的機械結構并且在該機械結構上實現相應的電子線路。

-通過將傳感器和/或執行裝置轉移到結構中來裝配所述兩個元件并且將元件連接到電子線路中。

今天，增材制造(或者3D打印)技術通過增加材料使得完整的3D物體能夠實現。目前存在多種方法用于控制機械性能(例如材料密度、材料類型)或者所打印的物體的外觀(例如整體的或者局部的顏色、紋理)。然而，所述這些方法僅能實現沒有能力來感知周圍環境或者與周圍環境相互影響的被動物體。

噴墨3D打印技術的存在用于打印多種電子元件例如電容、場效應晶體管、光電管、有機發光二極管甚至有機發光二極管(OLED)屏幕。為了實現需要柔性基底或者大尺寸基底的電路，例如為了打印柔性的主動矩陣有機發光二極管(AMOLED)屏幕，連續打印技術或者旋轉3D打印技術(柔性版印刷、輪轉影印、卷繞對位技術等)也在處于研究中。

所述多種打印技術的發展因為有機電子學的出現而成為可能。該電子學的分支使用基于碳化學聚合物成分的導電或者半導電材料。該電子學分支是相當新的，因為第一個導電聚合物在1977年研制出(Heeger,MacDiarmid,Shirakawa因此獲得了2000年諾貝爾化學獎)并且第一個使用所述材料的電子元件出現在80年代中期：有機場效應晶體管(Mitsubishi,1986)；有機發光二極管(Kodak,1987)。今天，有機電子使得人們能夠實現許多電子元件，從基于有機晶體三極管(OFET)的電化學生物傳感器，例如pH或者酶傳感器，到基于電活性聚合物(EAPS)的執行裝置，例如人工肌肉或者觸覺震動執行裝置。然而，所述成就使用基礎的制造方法，基本元件(電極，連接器等)通過該方法分別地實現，然后再組裝以形成整體的電子元件。

目前有多個關注實現某種電子元件的增材制造技術的利用的研究。然而，這些方法僅僅在平面基底上實現元件或者需要額外組裝操作的元件。

本發明的目的是克服所述缺陷。

發明內容

所述方法首先基于：

-材料的特別選擇；涉及表現出不同機械、電氣以及電活性性能的聚合物材料。

-基于物體的機電一體化功能、聚合物的性能以及技術或者人為因素的3D物體模型的自動生成。