用于制作印刷电路板的3D打印系统及其打印方法与流程

本发明属于印刷电路板制作方法技术领域，具体涉及一种用于制作印刷电路板的3d打印系统，本发明还涉及利用上述3d打印系统打印印刷电路板的方法。

背景技术：

随着电子信息的快速发展，印刷电路板作为电子设备的关键互连件，在任何电子设备中均需配备，具有越来越广泛的应用。

目前的印刷电路板具有高密度、高精度、高可靠性、可设计性以及可维护性等特点，因而被广泛应用在电子元器件的电气连接中。但印刷电路板还具有不易分解及容易污染环境等缺点，特别在印刷制造单件小批量电路板时其效率低和成本高的缺陷。

近年来，经过相关领域人员的伸入研究发现：可使用3d打印的原理(即逐层累加制造)对电路板进行印刷制造，即通过熔融沉积成型的方法使用可降解环保材料pla成型电路板基板，还通过紫外光固化导电油墨的方法成型电路，具有效率高、成本低和绿色无污染等众多优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于制作印刷电路板的3d打印系统，能对实现电路板的快速印刷制造，且具有成本低和绿色无污染的特点。

本发明的另一目的在于提供利用上述3d打印系统打印印刷电路板的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，用于制作印刷电路板的3d打印系统，包括有arduino控制器，arduino控制器的输入端与计算机连接，arduino控制器的输出端与步进电机-喷头驱动电路连接，步进电机-喷头驱动电路与基于3d打印技术的电路板制造机构连接。

本发明第一种技术方案的特点还在于：

arduino控制器的输入端与计算机之间通过usb线连接。

基于3d打印技术的电路板制造机构，包括有支撑框架，支撑框架的顶部中央垂直设置有驱动轴a，驱动轴a的上端与z轴步进电机连接，且驱动轴a伸入支撑框架内并在驱动轴a的下端连接有喷头固定板，在喷头固定板上呈左右对称设置有熔融沉积成型喷头、油墨喷头，熔融沉积成型喷头通过供料管a连接pla材料供料单元，油墨喷头通过供料管b连接导电油墨供料单元；在支撑框架内的顶壁上设置有紫外线照射单元，紫外线照射单元与喷头固定板之间水平的设置有驱动轴c，且驱动轴c伸出支撑框架的侧壁与x轴步进电机连接；熔融沉积成型喷头和油墨喷头的下方水平的设置有工作平台，工作平台通过驱动轴b与y轴步进电机连接，y轴步进电机固设于支撑框架内的底部；x轴步进电机、y轴步进电机、z轴步进电机、熔融沉积成型喷头、油墨喷头、紫外线照射单元均与步进电机-喷头驱动电路连接。

紫外线照射单元由呈左、右对称设置的紫外光灯a、紫外光灯b，且紫外光灯a和紫外光灯b均与步进电机-喷头驱动电路连接。

工作平台上设置有温度传感器，传感器与arduino控制器信号相接，能将实时检测温度数据发送给arduino控制器。

本发明所采用的第二种技术方案是，利用用于制作印刷电路板的3d打印系统打印电路板的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、启动计算机1，通过计算机1使用protel软件完成电路原理图设计并对各个元器件进行封装，再根据设计完成的电路原理图使用solidworks建立电路板三维几何模型，之后对获取的电路板三维模型进行分层，分层依据是按照导电部分和不导电部分进行划分；

其中，对不导电部分设定由熔融沉积成型喷头7喷射pla材料进行打印；对导电部分设定由油墨喷头12喷射油墨进行打印，并生成g代码；

步骤2、启动arduino控制器2，将步骤1中生成的g代码通过usb通讯方式传输至arduino控制器2内；

步骤3、经步骤2后，由arduino控制器2输出指令给步进电机-喷头驱动电路3，再由步进电机-喷头驱动电路3驱动x轴步进电机8、y轴步进电机5、z轴步进电机10工作，从而带动熔融沉积成型喷头7和油墨喷头12在工作平台4上方运动，期间控制熔融沉积成型喷头7打印步骤1中设定的不导电部分，控制油墨喷头12打印步骤1中设定的导电部分，同时还要控制紫外光灯a9、紫外光灯b11的亮、灭以及点亮时的亮度；

步骤4、待步骤3完成后，关闭arduino控制器2和计算机1，取出工作台4上打印好的电路板，完成电路板的印刷制造。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统结构简单、易于实现，适合批量生产并投入市场使用。

(2)使用本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统，印刷电路板可以在一台设备一次成型，能有效提高制作效率。

(3)本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统，其内部采用3d打印方式，柔性更好且精度更高，还可用于打印复杂印刷电路板。

(4)本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统在实际的使用中避免了传统印刷电路板易虚焊、易粘连及铜箔易脱落的缺点，使用pla可降解环保材料，具有绿色、环保及无污染的优点。

附图说明

图1是本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统的结构示意图；

图2是本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统内的电路连接示意图。

图中，1.计算机，2.arduino控制器，3.步进电机-喷头驱动电路，4.工作平台，5.y轴步进电机，6.pla材料供料单元，7.熔融沉积成型喷头，8.x轴步进电机，9.紫外光灯a，10.z轴步进电机，11.紫外光灯b，12.油墨喷头，13.导电油墨供料单元，14.供料管a，15.供料管b，16.支撑框架，17.驱动轴a，18.喷头固定板，19.驱动轴b，20.驱动轴c。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统，其结构如图1所示，包括有arduino控制器2，arduino控制器2的输入端与计算机1连接，arduino控制器2的输出端与步进电机-喷头驱动电路3连接，步进电机-喷头驱动电路3与基于3d打印技术的电路板制造机构连接。

arduino控制器2的输入端与计算机1之间通过usb线连接，以实现相互之间的通信。

基于3d打印技术的电路板制造机构，如图1及图2所示，包括有支撑框架16，该支撑框架16的顶部中央垂直设置有驱动轴a17，驱动轴a17的上端与z轴步进电机10连接，且驱动轴a17伸入支撑框架16内并在驱动轴a17的下端连接有喷头固定板18，在喷头固定板18上呈左右对称设置有熔融沉积成型喷头7、油墨喷头12，熔融沉积成型喷头7通过供料管a14连接pla材料供料单元6，油墨喷头12通过供料管b15连接导电油墨供料单元13；在支撑框架16内的顶壁上设置有紫外线照射单元，紫外线照射单元与喷头固定板18之间水平的设置有驱动轴c20，且该驱动轴c20伸出支撑框架16的侧壁与x轴步进电机8连接；熔融沉积成型喷头7和油墨喷头12的下方水平的设置有工作平台4，该工作平台4通过驱动轴b19与y轴步进电机5连接，y轴步进电机5固设于支撑框架16内的底部；x轴步进电机8、y轴步进电机5、z轴步进电机10、熔融沉积成型喷头7、油墨喷头12、紫外线照射单元均与步进电机-喷头驱动电路3连接。

紫外线照射单元由呈左、右对称设置的紫外光灯a9、紫外光灯b11，紫外光灯a9、紫外光灯b11均与步进电机-喷头驱动电路3连接，步进电机-喷头驱动电路3与arduino控制器2相配合后，能用于控制紫外光灯a9、紫外光灯b11的打开、关闭以及打开状态下的亮度调节。

熔融沉积成型喷头7和油墨喷头12能面向工作平台4喷射，对电路板进行印刷制造；其中，通过熔融沉积成型喷头7实现印刷电路板不导电部分的成型，使用可的是降解pla材料绿色环保。

设置紫外线照射单元的目的在于：通过uv光固化油墨喷头12打印导电油墨进行印刷电路板导电部分的成型，具有打印速度快和精度高的优点。

工作平台4上设置有温度传感器，该传感器与arduino控制器2信号相接，能将实时检测温度数据发送给arduino控制器2。

利用用于制作印刷电路板的3d打印系统打印电路板的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、启动计算机1，通过计算机1使用protel软件完成电路原理图设计并对各个元器件进行封装，再根据设计完成的电路原理图使用solidworks建立电路板三维几何模型，之后对获取的电路板三维几何模型进行分层；

分层依据是按照导电部分和不导电部分进行划分；

对不导电部分设定由熔融沉积成型喷头7喷射pla材料进行打印；对导电部分设定由油墨喷头12喷射油墨进行打印，并生成g代码；

步骤2、启动arduino控制器2，将步骤1中生成的g代码通过usb通讯方式传输至arduino控制器2内；

步骤3、经步骤2后，由arduino控制器2输出指令给步进电机-喷头驱动电路3，再由步进电机-喷头驱动电路3驱动x轴步进电机8、y轴步进电机5、z轴步进电机10工作，从而带动熔融沉积成型喷头7和油墨喷头12在工作平台4上方运动，期间控制熔融沉积成型喷头7打印步骤1中设定的不导电部分，控制油墨喷头12打印步骤1中设定的导电部分，同时还要控制紫外光灯a9、紫外光灯b11的亮、灭以及点亮时的亮度；

步骤4、待步骤3完成后，关闭arduino控制器2和计算机1，取出工作台4上打印好的印刷电路板，完成印刷电路板的打印制造。

本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统及其打印方法，使用起来非常方便，能实现导电和不导电部分同时打印制造。本发明用于制作印刷电路板的3d打印系统及其打印方法，解决了现有印刷电路板制作效率低、成本高及污染环境的问题，实现了印刷电路板的绿色及快速制造。