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麻省理工新技术通过“随形”设计,赋予电子设备3D打印原型新功能!

时间:2020-03-08 21:32 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

     3D打印技术最初作为快速原型制造技术出现在制造领域,随着3D打印装备、材料和软件技术的发展,3D打印技术的角色出现了变化,从原型制造向成为一种生产技术转变。但尤其对于塑料3D打印技术而言,它们在产品原型制造中的地位并没有淡化, 不仅如此,用于原型制造的3D打印技术,在色彩、细节、材料的功能性,以及成本节约等方面得到了不断的提升。

       麻省理工媒体实验室研发了一种可以将试验电路板与智能穿戴、消费电子产品的3D打印物理原型集成在一起的技术,这项技术为3D打印原型赋予了新的功能,即除了进行产品设计外观测试以外,还能够进行产品电子功能的快速测试。这一技术将进一步丰富电子产品3D打印快速原型的功能。

3D打印“曲线电路板(CurveBoards)”及专用设计软件

3D打印“曲线电路板(CurveBoards)”及专用设计软件。来源:MIT

block 试验电路板也能实现“随形”设计了

    广泛用于电子原型制造的平台是“试验电路板(breadboard)”,麻省理工学院的研究人员发明的新技术,能够将试验电路板直接集成到物理原型上,目的是提供一种更快,更轻松的方法来试验电路功能,在智能设备和柔性电子在产品开发阶段即可实现交互。传统的试验电路板是规则的矩形板,表面上钻有许多针孔,孔之间具有金属连接和接触点。工程师可以将电子系统的组件(从基本电路到完整的计算机处理器)插入他们希望连接的针孔中。然后,根据需要快速测试,或重新排列和重新测试组件。

传统平板状的试验电路板

传统平板状的试验电路板。来源:Paixin.com

       但是测试电路板几十年来一直保持相同的形状,而可穿戴设备和各种智能设备的外观和触感却在快速迭代。通常,工程师需要首先在传统测试电路板测试电路,然后安装到产品原型上,如果需要修改电路,则返回电路板进行测试,当再遇到问题时,仍需重复这一过程。

集成了试验电路板的3D打印电子设备原型-“曲线电路板(CurveBoards)

集成了试验电路板的3D打印电子设备原型-“曲线电路板(CurveBoards)”。来源:MIT

       麻省理工学院研究团队针对以上问题研发了新型的“曲线电路板(CurveBoards)”。顾名思义,这种电路板将不再是传统电路板那样的矩形板,而是具有3D形状。也可以说,这是一种集成了试验电路板的3D打印原型,既有电子产品的外观,表面上又具有试验电路板的结构和功能。“曲线电路板(CurveBoards)中的核心技术是一种自定义设计编辑软件。该软件能够自动设计电子产品的原型,并自动将所有针孔均匀地映射到整个对象。然后,用户为连接通道选择自动或手动布局。在自动选项中,用户只需单击按钮即可在所有针孔中探索不同的连接布局。在手动选项中,则可以使用交互式工具来选择针孔组并指示针孔之间的连接类型。最终,设计将导出到文件中进行3D打印。

       正如研究团队在论文中所描述的那样,曲线电路板“保留了电子产品的外观和感觉”同时使设计人员可以在原型迭代过程中尝试组件配置并测试交互式场景。在上传3D对象之后,该软件将其形状表示为众多微小的“小方块”,每个小方块都有各自的参数。通过这种方式,小方块之间就有了固定的间距。圆锥状的针孔,将被放置在正方形正方形角接触的每个点上。此外,某些几何技术可确保选定的通道将连接所需的电气组件,而不会彼此交叉。

在这项技术研发的过程中,研究人员柔软、耐用、不导电的有机硅材料,3D打印曲线电路板。但为了形成连接通道,他们还开发了一种定制的导电硅材料,将材料注入针孔,然后在打印后流过这些通道。该材料是一种硅树脂混合物,开发该材料的目的是实现最小的电阻,从而在制造各种类型的电子器件时起作用。

安装了电子元器件的3D打印曲线电路板

安装了电子元器件的3D打印曲线电路板。来源:MIT

       为了验证曲线电路板,研究人员3D打印了多种智能产品原型-曲线电路板,并在这些原型上安装了电子元器件。例如,配备扬声器和音乐流功能的菜单控件的耳机;带有数字显示器的交互式手镯;可配有小型照相机的茶壶;带有柔性显示屏的可穿戴电子书阅读器。研究团队开发曲线电路板的最终目的是实现更快、更好的电子产品原型制造。他们对CurveBoards原型的优势进行了验证。参与验证的设计师被分为两组:一组使用传统方形测试电路板和单独的3D打印原型,另一组直接使用3D打印的曲线电路板。反馈表明,曲线电路板总体上更快,更容易使用。

       研究人员表示与传统将方形测试电路板安装在产品的外观原型上的方式相比,这种将试验电路板与原型集成在一起的3D打印技术,旨在实现“中等保真度”的电子产品快速原型,尤其是在需要将产品与人进行交互测试时,使用曲线电路板更加适合。这一技术中的核心软件仍将继续优化,研究人员希望设计穿戴电子设备的通用模板,例如帽子和手环模板。有了现成的模板,设计人员在设计同类产品时,可以在前期快速试验基本电路和用户交互。此外,研究人员希望将一些早期原型制作步骤完全移至软件中,在软件生成的3D模型上设计和电路测试,甚至可以进行用户交互。经过多次迭代,他们可以3D打印更最终的曲线电路板。

       不得不说,麻省理工学院开发的曲线电路板是极具颠覆性的,它一改传统试验电路板保持多年的“刻板形象”,借助3D打印技术能够实现复杂设计的优势,实现了试验电路板的“随形”设计,同时也给电子产品的3D打印原型赋予了新的电路测试功能。在产品研发中,研究团队使用了FDM 3D打印机。3D科学谷期待这一技术将来与市场上更多已商用的塑料3D打印技术,包括MJF、Polyjet等彩色3D打印技术相兼容,为重视用户交互的穿戴电子产品原型制造带来更丰富的解决方案。

(责任编辑:中国3D打印网)

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