[发明专利]3D机电一体化物体的增材制造的方法

说明书

本发明涉及制造具有预定的机电一体化功能的3D机电一体化物体的方法，其作为元件包括至少一个传感器和/或一个执行装置，经由导电通道连接到传感器和/或执行装置的电子线路，该元件位于主机械结构中，并且该机电一体化物体包含具有不同电子和/或电活性性能的多种聚合物，该方法的特征在于其包括如下步骤：‑根据聚合物的熔化温度、化学相容性、电性能和/或电活性性能来确定所述聚合物；‑基于物体的预定的机电一体化功能、所述聚合物的性能以及物体的规格来确定物体的3D数字模型，包括其形状和通道路由；‑根据通过所述熔化聚合物的沉积层所生成的模型，在相同的成型步骤中3D打印出传感器和/或执行装置，电子线路以及主结构，某些沉积层由多个聚合物组成，沉积层通过至少一个用于基础聚合物(1)并且连接到用于在基础聚合物中注入带电颗粒的掺杂装置(2)的沉积头来实现，该掺杂装置(2)通过间隙掺杂的方式来获得不同的聚合物。

技术领域

本发明的领域为制造3D机电一体化物体，其作为组件包括：

-传感器(力量传感器、压力传感器、弯曲传感器等)和/或执行装置(振动器、转换器等)，

-连接到传感器和/或执行装置并且提供有导电通道的电子线路，

位于主机械结构中的各种元件。

背景技术

最常见的实施用于制造3D机电一体化物体的解决方案在于：

-一方面，基于多种材料(介质材料、导电材料等)在平面基底上制造传感器和/或执行装置；

-另一方面，制造用于容纳传感器和/或执行装置的机械结构并且在该机械结构上实现相应的电子线路。

-通过将传感器和/或执行装置转移到结构中来装配所述两个元件并且将元件连接到电子线路中。

今天，增材制造(或者3D打印)技术通过增加材料使得完整的3D物体能够实现。目前存在多种方法用于控制机械性能(例如材料密度、材料类型)或者所打印的物体的外观(例如整体的或者局部的颜色、纹理)。然而，所述这些方法仅能实现没有能力来感知周围环境或者与周围环境相互影响的被动物体。

喷墨3D打印技术的存在用于打印多种电子元件例如电容、场效应晶体管、光电管、有机发光二极管甚至有机发光二极管(OLED)屏幕。为了实现需要柔性基底或者大尺寸基底的电路，例如为了打印柔性的主动矩阵有机发光二极管(AMOLED)屏幕，连续打印技术或者旋转3D打印技术(柔性版印刷、轮转影印、卷绕对位技术等)也在处于研究中。

所述多种打印技术的发展因为有机电子学的出现而成为可能。该电子学的分支使用基于碳化学聚合物成分的导电或者半导电材料。该电子学分支是相当新的，因为第一个导电聚合物在1977年研制出(Heeger,MacDiarmid,Shirakawa因此获得了2000年诺贝尔化学奖)并且第一个使用所述材料的电子元件出现在80年代中期：有机场效应晶体管(Mitsubishi,1986)；有机发光二极管(Kodak,1987)。今天，有机电子使得人们能够实现许多电子元件，从基于有机晶体三极管(OFET)的电化学生物传感器，例如pH或者酶传感器，到基于电活性聚合物(EAPS)的执行装置，例如人工肌肉或者触觉震动执行装置。然而，所述成就使用基础的制造方法，基本元件(电极，连接器等)通过该方法分别地实现，然后再组装以形成整体的电子元件。

目前有多个关注实现某种电子元件的增材制造技术的利用的研究。然而，这些方法仅仅在平面基底上实现元件或者需要额外组装操作的元件。

本发明的目的是克服所述缺陷。

发明内容

所述方法首先基于：

-材料的特别选择；涉及表现出不同机械、电气以及电活性性能的聚合物材料。

-基于物体的机电一体化功能、聚合物的性能以及技术或者人为因素的3D物体模型的自动生成。