3D打印技術(shù)參考注意到，來(lái)自意大利巴里理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)一臺(tái)拓竹A1 3D打印機(jī)進(jìn)行改造，使其可以邊打印邊電鍍，從而能夠?qū)~結(jié)構(gòu)直接嵌入聚合物結(jié)構(gòu)中，不需要后續(xù)獨(dú)立處理步驟。

整個(gè)電鍍裝置經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，可安裝在3D打印機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)打印過(guò)程中的電鍍。系統(tǒng)由一根裝有電解液和銅的聚四氟乙烯（PTFE）管組成。陽(yáng)極浸入電解液中，待電鍍部件則位于管外。

在管出口處，一個(gè)定制的塑料接頭內(nèi)裝有一個(gè)浸有電解液的6毫米球形海綿，該海綿直接接觸待電鍍部件表面的特定區(qū)域。連接到接頭的銅刷構(gòu)成閉合電路。該銅刷由一根柔性銅線(xiàn)組成，可與下方的導(dǎo)電聚合物建立電接觸，從而實(shí)現(xiàn)電路閉合。由于其柔韌性，銅刷能夠與基材保持輕柔的接觸，確保可靠的電連接，而不會(huì)造成機(jī)械損傷。

該系統(tǒng)作為輔助“電鍍頭”安裝在打印機(jī)龍門(mén)架上，獨(dú)立于擠出頭運(yùn)行。該裝置連接到一個(gè)由定制的控制單元驅(qū)動(dòng)的緊湊型外部注射器。注射器以0.5mL/min的受控速率（通過(guò)步進(jìn)電機(jī)-絲杠機(jī)構(gòu)）分配電解液，確保海綿持續(xù)浸潤(rùn)并保持電氣連續(xù)性。電鍍頭可沿3D打印機(jī)x軸和y軸移動(dòng)，能夠在復(fù)雜幾何形狀上沉積銅。

該工藝首先擠出介電熱塑性聚合物（如PLA或TPU）形成結(jié)構(gòu)基底。然后，將導(dǎo)電聚合物（如導(dǎo)電PLA，CPLA）沉積到該基底上。CPLA擠出后，3D打印過(guò)程暫時(shí)停止，以便使用機(jī)載電鍍頭對(duì)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍。電鍍完成后，打印恢復(fù)，并在新鍍的銅層上繼續(xù)沉積介電聚合物，將銅結(jié)構(gòu)完全嵌入周?chē)木酆衔锘w中。

值得一提的是，與傳統(tǒng)的槽式電鍍不同，該研究提出的電鍍工藝是一種局部電鍍。浸有電解液的海綿每次只對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行電鍍。由于海綿為直徑6毫米的圓柱體，因此可電鍍的最大面積為28.27平方毫米。在對(duì)第一個(gè)區(qū)域進(jìn)行電鍍后，電鍍頭移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域（可以是x軸或y軸方向），依此類(lèi)推，直至整個(gè)目標(biāo)部件完成銅電鍍。此外，電鍍頭的設(shè)計(jì)可兼容不同尺寸的海綿，因此可以輕松安裝直徑小至1毫米、大至10毫米的海綿。為了展示所提出方法的潛力，研究人員制作并表征了幾個(gè)功能性演示樣品。

首先是采用單片集成的方式制造了一個(gè)簡(jiǎn)單的雙軌器件，該器件長(zhǎng)40mm，包含兩條嵌入式銅導(dǎo)線(xiàn)，并覆蓋有0.6mm厚的PLA層（相當(dāng)于三層打印層）。每條銅導(dǎo)線(xiàn)（35mm×2mm）均被完全封裝，僅在其端子處預(yù)留了1mm×1mm的開(kāi)口，以便于焊接導(dǎo)線(xiàn)。當(dāng)連接到LED電路并以9V的電壓供電時(shí)，LED成功點(diǎn)亮。此外，當(dāng)器件浸入水中并在相同電壓下運(yùn)行時(shí)，未觀(guān)察到短路或性能下降，這表明擠出在鍍銅層上的PLA實(shí)現(xiàn)了完全封裝和水密密封。

這個(gè)簡(jiǎn)單的演示器件顯示了所提出的方法在無(wú)需組裝即可制造適用于水下或潮濕環(huán)境的銅基電路方面的潛力。

進(jìn)一步的，研究人員制作了一個(gè)能夠檢測(cè)附近金屬物體的接近傳感器。該傳感器由一塊60mm×60mm的PLA基板（厚度0.4 mm）構(gòu)成，基板上印有一個(gè)基于CPLA的平面螺旋線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈有8匝，線(xiàn)圈寬度為2mm。在印刷導(dǎo)電圖案后，在優(yōu)化的條件下對(duì)螺旋線(xiàn)圈進(jìn)行銅電鍍，然后用兩層額外的PLA層（總厚度0.4 mm）完全封裝。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著磁體靠近，傳感器的電感逐漸增大，電感與磁體接近程度之間存在明顯的正相關(guān)性。

該演示裝置展示了所提出的原位電鍍方法如何顯著擴(kuò)展擠出3D打印技術(shù)的功能，實(shí)現(xiàn)金屬導(dǎo)體的直接集成以及復(fù)雜金屬基傳感器件的制造。

總的來(lái)說(shuō)，研究人員所開(kāi)發(fā)的原位電鍍方法，能夠?qū)~電路直接集成到3D打印部件中，僅需極少的后處理，能夠?qū)崿F(xiàn)多材料、多功能、一體化制造，特別適用于柔性電子、可穿戴設(shè)備和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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