科学家开发出用于创建混合电子的新型低成本AJP 3D打印机

　　aau讯（编辑 吴昕烜）据外媒报道，德克萨斯大学埃尔帕索分校（UTEP）的研究人员于近日开发出一种新型低成本气溶胶喷射打印（AJP）系统，该系统能够制造混合电子设备。

　　据了解，该设备仅售12,000美元，其基于32位微控制器（MCU），可与具有先进图案形成功能的外围设备连接。利用其灵活的功能，该机器能够将电子墨水沉积到复杂的设计中，从而使其有可能在研究、原型设计和教育应用中成为制造电子产品的更可行的方法。

　　科学家使用总价值12,000美元的组件来制造其低成本AJP 3D打印机。通过增材制造杂志拍摄。

　　使AJP更可实现

　　数字运动控制系统不仅代表AJP设置，而且代表FFF、材料喷射和薄片层压系统，是许多3D打印机的核心组件。从本质上讲，这些设备用于在打印过程中定向系统的工具头，而FFF中低成本MCU的普及是该技术在实验室、制造商车间和学术环境中采用的关键。

　　但是，传统上，可访问的运动控制系统受到精度的限制，这使得它们在工作于10-100 μm范围内的AJP机器中不太有用。AJP MCU还需要具有广泛的多任务处理能力，以创建商业标准的电子产品，通常需要包括价格昂贵的功能强大的硬件。

　　而且，高性能微控制器通常是使用专有软件构建的，从而阻碍了所有者针对特定应用定制其机器的能力。为了使AJP更加易于使用，UTEP科学家开发了一种更便宜的体系结构以及提供支持的实时操作系统（RTOS），该系统能够处理移动中的多个任务。

　　利用他们的AJP系统，该团队能够3D打印温度敏感电阻器。通过增材制造杂志拍摄。

　　AJP系统预算

　　由于其竞争规格，该团队选择使用40美元的德州仪器（TI）Cortex-M4F MCU作为其新机器的基础。该微控制器具有内置的UART发送器和（I2C）电路接口，具有足够的能力来控制打印机，同时将外围设备与其运动控制系统同步。

　　该MCU内置于定制的AJP 3D打印机中，该打印机具有3轴电机平台，以及用于墨水雾化的继电器模块、机械快门和超声波雾化器。为了给他们的系统提供高速处理能力，该团队随后使用FreeRTOS应用程序创建了一个OS，该OS将其操作分解为简单的任务，使其既可管理又可模块化。

　　科学家完善算法并组装好系统后，便用银墨水武装它，并制造出一系列对称图案。通过初步测试后，研究人员通过将导电银沉积到“蛇形”电阻器中来评估其机器对更苛刻应用的适用性。

　　UTEP团队使用导电NP墨水制作了大学的徽标（如图）。图片来自《增材制造》杂志。

　　最终的检测器具有温度感应功能，并被证明能够在加热和冷却评估期间提供准确的读数。但是，尽管该团队的机器能够达到50 μm的打印分辨率，但他们在测试一些较复杂的测试对象时仍会散布墨水，他们推测可以通过添加加热床进行纠正，以更好地控制沉积速率。

　　科学家开发的AJP机器的步进速度也比低成本FFF系统的步进速度快，但仍比许多高端3D打印机慢。为了解决这个问题，研究小组建议可以通过升级算法来进一步优化其方法，并确定在机器快门等时间紧迫的部件中进行改进的特殊机会。

　　在不久的将来，工程师还打算通过GitHub公开提供其低成本AJP 3D打印机的精确规格，以使其电子3D打印功能尽可能提供给多地用户。同时，可以在下面找到自定义系统的简要分类。

　　AJP的电子应用

　　在AJP研发期间，基本上可以将导电油墨喷涂到2D或3D表面上，使其非常适合生产PCB和消费电子设备。

　　总部位于阿尔伯克基的Optomec在这方面是专家，它最近推出了Aerosol Jet HD2 3D打印机，该打印机专门用于创建5G电路板。在其他地方，三星电子还安装了该公司的设备，以加快其电子生产过程。

　　更具实验意义的是，卡内基梅隆大学的研究人员获得了195万美元的奖励，用于开发新型的AJP 3D打印神经探针。通过他们的项目，该团队旨在创建一种具有神经学监测功能的低成本可重复生产脑植入物的方法。

　　同样，佐治亚理工学院和汉阳大学的科学家也开发了一种新颖的AJP 3D打印血液监测生物传感器。可伸缩的电子系统具有无电路且低矮的设计，使其可以被部署为识别脑动脉瘤治疗的一种手段。

　　据悉，研究人员的发现在题为“开发可支持用于打印电子的多功能、低成本气溶胶喷射平台的模块化运动控制软件”的论文中进行了详细介绍。这项研究是由得克萨斯大学埃尔帕索分校、桑迪亚国家实验室和爱荷华州立大学的lejandro Martinez-Acosta、Rebecca R. Tafoya, Stella A. Quinones和Ethan B. Secor共同撰写的。

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