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用于制造具有导电线圈的3D物品的方法

阅读：1015发布：2020-05-12

专利汇可以提供用于制造具有导电线圈的3D物品的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种用于制造3D物品(10)的方法，该3D物品包括具有导电线(51)中的至少一部分导电线(51)的导电线圈(140)，其中方法包括使用熔融沉积成型 (FDM)3D 打印机 (500)来打印可3D打印材料(201)，其中可3D打印材料(201)包括导电线(51)，以提供包括导电线圈(140)的3D物品(10)。，下面是用于制造具有导电线圈的3D物品的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种使用熔融沉积成型3D 打印机(500)制造3D物品(10)的方法，所述3D物品(10)包括具有导电线(51)中的至少一部分导电线(51)的导电线圈(140)，其中所述方法包括以下步骤：
在打印阶段期间，打印可3D打印材料(201)，以提供包括所述导电线圈(140)的所述3D物品(10)，
其中所述可3D打印材料(201)包括所述导电线(51)以及与所述导电线(51)导电接触的电子组件(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融沉积成型3D打印机(500)具有带有打印机喷嘴(502)的打印机头(501)，并且其中所述方法还包括以下步骤：
通过在所述打印机头(501)中组合丝(320)和包括所述电子组件(40)的所述导电线(51)来提供所述可3D打印材料(201)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融沉积成型3D打印机(500)具有带有打印机喷嘴(502)的打印机头(501)，并且其中所述方法还包括以下步骤：
经由单独的路径将丝(320)和包括所述电子组件(40)的所述导电线(51)馈送到所述喷嘴(502)中，以及
通过在所述打印机喷嘴(502)的下游组合所述丝(320)和包括所述电子组件(40)的所述导电线(51)来提供所述可3D打印材料(201)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述电子组件(40)包括以下中的一者或多者：热电偶、热电堆、电阻器、晶体管、二极管、电池、电容器、超级电容器、加热电阻器、霍尔传感器、PV单元、有机半导体、加速度计、电子罗盘、陀螺仪和电子电路。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述电子组件(40)或者所述电子组件(40)和所述导电线(51)一起具有所述熔融沉积成型(FDM)3D打印机(500)的至少打印机头(501)的长度的长度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括电路生成阶段，其中所述电路生成阶段包括：将所述电线(51)的线材部分(151)与另一导电部分(153)关联，以提供包括电子组件(40)的电路(154)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述电路生成阶段包括将所述线材部分(151)与引线框架(160)关联，其中所述电子组件(40)与引线框架(160)功能地耦合，其中所述电路生成阶段包括利用所述3D打印机(500)的打印机喷嘴(502)按压包括所述线材部分(151)的可
3D打印材料(201)的丝(320)，所述线材部分(151)的至少一部分在所述引线框架(160)的接收器部分(161)中。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，包括控制包括所述导电线(51)的所述可
3D打印材料(201)的所述打印，以在所述打印阶段期间以线圈配置提供经3D打印的材料(202)，并且由此提供所述导电线圈(140)。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中所述可3D打印材料(201)包括所述导电线圈(140)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述导电线(51)的至少一部分处于压缩状态，从而在丝伸长阶段(505)拉伸所述可3D打印材料(201)时，允许所述导电线(51)的伸长。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述导电线(51)包括稳定元件(330)，所述稳定元件(330)用于维持在所述3D打印机(500)的打印机喷嘴(502)的下游的丝(320)的所述可3D打印材料(201)中嵌入的所述导电线(51)。

说明书全文

用于制造具有导电线圈的3D物品的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于使用熔融沉积成型打印机制造3D物品的方法。

背景技术

[0002] 具有输入的3D打印在本领域中是已知的。

[0003] WO-2015/077262描述了包括丝的3D打印机输入，丝包括分离的层或区段。这些输入(特别地，包括丝)可以通过共挤出、微层共挤出或多组分/分形共挤出制备。这些输入(并且具体地，丝)使得能够在所谓的3D打印过程期间通过一个或多个喷嘴同时将不同的材料分层或组合。这些技术促进了较小的层尺寸(毫米、微米和纳米)的不同层配置，以及整合在标准3D打印机方法中否则将无法使用的材料的潜力。另外，该文献提到了挤出3D打印机偏转输出流的3D打印机喷嘴或热端，其中所述输出包括诸如电子、光学、磁性、金属、生物、结构、耐用性、热、医学、光伏或制药的附加元件。

[0004] US-2014/361460公开了一种使用3D打印机和增强丝来制造物体的方法，其中增强丝被馈送到3D打印机的挤出喷嘴中。增强丝包括芯和围绕芯的基质材料，芯可以是连续或半连续的。在从挤出喷嘴挤出丝之前，增强丝被加热至高于基质材料的熔化温度并且低于芯的熔化温度的温度。该方法用于制造具有经打印的子组件的物体，该经打印的子组件形成电机的绕Z方向缠绕的导电线圈。

发明内容

[0005] 在接下来的10-20年内，数字制造将越来越多地改变全球制造业的本质。数字制造的方面中的一个是3D打印。当前已经开发了许多不同的技术，以便使用诸如陶瓷、金属和聚合物的各种材料来生产各种经3D打印的物体。3D打印还可用于生产模具，然后然后该模具可以被用于复制物体。

[0006] 为了制造模具，已经建议使用多喷射技术。该技术利用可光聚合材料的逐层沉积，在每次沉积后该可光聚合材料被固化以形成固体结构。尽管该技术产生光滑的表面，但是可光固化材料不是非常稳定，并且它们还具有相对较低的导热率而不能用于注射成型应用。

[0007] 最广泛使用的增材制造技术是被称为熔融沉积成型(FDM)的过程。熔融沉积成型(FDM)是一种通常用于成型、原型设计和生产应用的增材制造技术。FDM根据“增材”原理通过以层的方式铺设材料来工作；塑料丝或金属线从线圈上松开，并且提供材料以生产部件。可能地，(例如，对于热塑性塑料)丝在被放下之前被铺设并挤出。FDM是一种快速原型设计技术。FDM的其他术语是“熔融丝制造”(FFF)或“丝3D打印”(FDP)，它们被认为等同于FDM。通常，FDM打印机使用热塑性丝，该热塑性丝被加热到其熔点，然后被逐层挤出(或者实际上是丝接丝挤出)以创建三维物体。FDM打印机相对快速，并且可以用于打印复杂的物体。

[0008] 可能特别有资格作为可3D打印材料的材料可以选自由以下组成的组：金属、玻璃、热塑性聚合物、硅酮等。特别地，可3D打印材料包括(热塑性)聚合物，该(热塑性)聚合物选自由以下组成的组：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、尼龙(或聚酰胺)、醋酸盐(或纤维素)、PLA(聚乳酸)、对苯二甲酸酯(诸如，PET聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸酯、有机玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、聚丙烯(polypropylene)(或聚丙烯(polypropene))、聚苯乙烯(PS)、PE(诸如，发泡高冲击聚乙烯(Polythene)(或聚乙烯(polyethene))、低密度(LDPE)、高密度(HDPE))、PVC(聚氯乙烯(polyvinyl chloride))、聚氯乙烯(polychloroethene)等。可选地，可3D打印材料包括选自由以下组成的组的可3D打印材料：
尿素甲醛、聚酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛、聚碳酸酯(PC)、橡胶等。可选地，可3D打印材料包括选自由以下组成的组的可3D打印材料：聚砜、聚醚砜、聚苯砜、酰亚胺(诸如聚醚酰亚胺)等。

[0009] 术语“可3D打印材料”还可以指两种或更多材料的组合。通常，这些(聚合物)材料具有玻璃化转变温度Tg和/或熔化温度Tm。在可3D打印材料离开喷嘴之前，它会被3D打印机加热到至少玻璃化转变温度的温度，并且通常加热到至少熔化温度的温度。因此，在特定的实施例中，可3D打印材料包括具有玻璃化转变温度(Tg)和/或熔点(Tm)的热塑性聚合物，并且打印机头动作包括：将接收器物品和沉积在接收器物品上的可3D打印材料中的一个或多个加热到至少玻璃化转变温度的温度，特别地加热到至少熔点的温度。在又一个实施例中，可3D打印材料包括具有熔点(Tm)的(热塑性)聚合物，并且打印机头动作包括：将接收器物品和沉积在接收器物品上的可3D打印材料中的一个或多个加热到至少熔点的温度。

[0010] 可以使用的材料的具体示例可以例如选自由以下组成的组：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、木质素、橡胶等。

[0011] FDM打印机相对快速、低成本，并且可以用于打印复杂的3D物体。这种打印机用于使用各种聚合物来打印各种形状。该技术还在 LED灯具的生产和照明解决方案中得到进一步发展。但是，对于包括电子组件，常规的解决方案可能会使生产过程复杂化，因为正在构造的经3D打印的物体可能必须离开打印阶段才能包括电子组件。

[0012] 因此，本发明的一个方面是提供一种备选的3D打印方法，其优选地进一步至少部分地消除了上述缺陷中的一个或多个缺陷。该方法使用熔融沉积成型3D打印机来以相对容易的方式为经3D打印的物体提供电子组件、电线和其他导电部件中的一者或多者。

[0013] 似乎期望能够集成导电线并将其连接到电子组件(诸如LED)和无源组件(诸如电阻器和电容器)。其中对于导电性，提出了具有高可靠性和低电阻的电线的3D打印。但是，在打印过程期间，使用焊接很难获得电线与组件的可靠电连接。因此，本文还尤其建议在丝的制造过程期间、或在打印机本身中挤出的瞬间、甚至在打印期间，使小电路(例如，亚毫米尺寸)成为FDM打印中使用的挤出丝的一部分。目的是将完整的电路直接嵌入到产品(例如灯具)的壳体中，而无需单独的组装步骤。电路可以经由在打印过程期间形成(或在可3D打印材料中的过程之前提供)的感应环路来相互交换信号和功率。

[0014] 因此，本文提出对FDM打印机使用包含导电线和/或其他元件(诸如LED)的丝。本文建议使用带有夹杂物的预先配置的丝，其中可以放置(物体，诸如)导电线和/或其他元件(诸如LED)。为此，可以使用驱动打印机产生3D物体的软件来生成用于配置丝的指令，以将导电线和/或其他元件(诸如LED)放置在所需位置。

[0015] 因此，在第一方面，本发明提供了一种用于使用熔融沉积成型(FDM)3D打印机(“打印机”或“3D打印机”)制造3D物品的方法，该3D物品包括至少一部分导电线(“线材”)的导电线圈，其中该方法包括以下步骤：在打印阶段期间，打印可3D打印材料(“可打印材料”)以提供3D物品(“物品”或“经3D打印的物品”或“经打印的物品”)，3D物品包括导电元件，诸如特别是导电线圈。可3D打印材料包括导电线和与导电线导电接触的电子组件。利用这种方法，例如可以一次打印丝和导电元件两者。尽管可以使用两个(或更多)打印机头，但是不必须使用两个打印机头。甚至，不必须从该阶段移除正在构造的经3D打印的物体和/或不必须引入例如另一机器人设备以用于在该阶段引入电子器件。另外，利用本方法，电子器件可以被完全地嵌入在经3D打印的物体中。因此，利用本发明，在实施例中，基于与一个或多个导电元件(诸如电线、被配置成线圈的电线)组合的(聚合物)丝，电气组件与丝材料可以被一起打印，即作为可打印材料被提供，并且被打印在基板上或被打印在基板上已经3D打印的层上。然而，利用本发明，还可以通过将导电线配置成线圈配置来在打印阶段期间创建导电线圈。线圈可以用于无线供电、用于通信等。另外，3D打印方法允许导电元件的精确定位。这允许电路可以经由感应回路来相互交换信号和功率。

[0016] 在本文中，术语“导电元件”指代电流可以流过和/或可以被配置在电路中的任何组件。术语“导电元件”还可以指代多个(不同的)导电元件。在特定的实施例中，导电元件中的两个或更多可以在功能上耦合，诸如电子组件与导电线在功能上耦合，或者诸如电子组件与导电线和线圈在功能上耦合(用于无线功率传输)。因此，术语“导电元件”可以指代导电线、电子组件(诸如LED)以及导电元件(诸如电子电路)的组合。在特定的实施例中，术语“导电元件”还可以指代半导体。

[0017] 术语“导电元件”可以指代导电线。导电线特别地可以包括铜作为导电材料。

[0018] 如本领域中已知的，这种线材可以包括电隔离涂层。当线材包括电隔离涂层时，原则上线材可以是多芯电缆，诸如双芯电缆。然而，特别地，线材在包括电绝缘时包括单芯电缆。

[0019] 在实施例中，这种线材也可以不包括电隔离涂层，这可以促进例如通过物理接触线材的两个部分来闭合电路。

[0020] 这种线材还可以包括具有电隔离涂层的部分和没有电隔离涂层的部分，诸如具有和没有电隔离涂层的交替部分(沿着线材的长度)。这还可以促进例如电路的闭合(见上文)，同时还具有隔离性质。可3D打印材料(基本上)是电绝缘的。

[0021] 在本文中，导电材料可以特别地具有至少1·105S/m(诸如，至少1·106S/m)的电导率(在室温下)。在本文中，绝缘材料的电导率可以特别地等于或小于1·10-10S/m，特别地等于或小于1·10-13S/m。在本文中，隔离材料(绝缘体)的电导率与导电材料(导体)的电导率之比可以特别地被选择为小于1·10-15。

[0022] 术语“导电元件”还可以指代电子组件。电子组件可以包括有源或无源电子组件。有源电子组件可以是具有电控制电子流(电控制电)的能力的任何类型的电路组件。其示例是二极管，特别是发光二极管(LED)。在本文中还利用更一般的术语固态照明设备或固态光源来指示LED。因此，在实施例中，电子组件包括有源电子组件。特别地，电子组件包括固态光源。有源电子组件的其他示例可以包括电源(诸如电池)、压电设备、集成电路(IC)和晶体管。在又一些其他实施例中，电子组件可以包括无源电子组件。不能凭借另一个电信号来控制电流的组件被称为无源器件。电阻器、电容器、电感器、变压器等可以被认为是无源器件。

[0023] 在一个实施例中，电子组件可以包括RFID(射频标识)芯片。RFID芯片可以是无源的或有源的。

[0024] 特别地，电子组件可以包括固态光源(诸如LED)、RFID芯片和IC中的一个或多个。

[0025] 电子组件的另外的示例是热电偶、热电堆、电阻器(特别地，被配置用于感测模式中)、晶体管(特别地，被配置用于感测模式中)、二极管(例如肖特基二极管、齐纳二极管、TVS(瞬态电压抑制)二极管))、电池、超级电容器、加热电阻器、霍尔传感器、PV单元、有机半导体(例如发光)、加速度计、电子罗盘、陀螺仪和电感器等。

[0026] 导电线圈可以在功能上与电子组件耦合。

[0027] 当然，可以应用多个(不同的)电子组件，诸如两个或更多电子组件的电路。

[0028] 因此，在实施例中，电子组件包括以下中的一个或多个：热电偶、热电堆、电阻器、晶体管、二极管、电池、电容器、超级电容器、加热电阻器、霍尔传感器、PV单元、有机半导体、加速度计、电子罗盘、陀螺仪、电子电路。在实施例中，二极管可以包括发光二极管。在特定的实施例中，电子组件包括电子电路。

[0029] 术语“电子组件”还可以指代多个相似或多个不同的电子组件。

[0030] 在实施例中，电子组件可以包括线圈(或线材线圈)。这种线圈可以被配置成用于无线功率传输，特别地，在实施例中被配置成经由感应来从(在经3D打印的物品的外部的)外部源接收电功率。备选地或附加地，线圈可以被配置成电磁波的发射器或接收器。在实施例中，线圈可以被配置成换能器。因此，导电线圈因此也可以是电子组件，但是通常被定义为单独的电子组件；即，术语“电子组件”指代如本文所定义的电子组件，但不是线圈，因为在实施例中，线圈本身是可用的。

[0031] 3D打印机的打印机喷嘴下游的丝可以具有选自0.1mm-50mm(诸如，特别地0.5mm-5mm)的范围内的丝直径。

[0032] 电子组件具有一定尺寸，以便其能够被嵌入在也在打印机喷嘴的下游的可3D打印材料中。因此，电子组件具有一定尺寸，该尺寸选自例如小于打印机喷嘴的下游的丝的丝直径的宽度和高度和(多个)直径，诸如最大为丝直径的80％，例如最大为丝直径的50％。在实施例中，电子组件具有一定尺寸，该尺寸选自例如具有选自1μm-500μm范围的值的宽度和高度和(多个)直径。长度可以在相同范围内，但是也可以更长，诸如0.5mm-10mm，例如0.5mm-5mm。

[0033] 同样，导电线(可选地包括绝缘涂层)具有一定尺寸，使得其可以被嵌入在也在打印机喷嘴下游的可3D打印材料中。因此，导电线具有一定尺寸，该尺寸选自例如小于打印机喷嘴的下游的丝的丝直径的宽度和高度和(多个)直径，诸如最大为丝直径的80％，例如最大为丝直径的50％。在实施例中，导电线具有一定尺寸，该尺寸选自例如具有选自1μm-500μm范围的值的宽度和高度和(多个)直径。长度可以在相同范围内，但是也可以更长，诸如0.5mm-10mm，例如0.5mm-5mm，但是也可以长得多，诸如至少5mm，例如至少10mm，诸如至少
10cm，例如甚至至少50cm，诸如至少1m。

[0034] 在特定的实施例中，电子组件可以具有小于打印期间丝的最小弯曲半径的尺寸。如果使用引线框架(进一步参见下文)，则特别地，这种引线框架也可以具有小于打印期间丝的最小弯曲半径的尺寸。同样，特别地，导电线组件可以具有小于打印期间丝的最小弯曲半径的尺寸。最小弯曲半径可以约为丝(在打印机喷嘴的下游)的直径。在实施例中，尺寸小于最小弯曲半径的80％，诸如最小弯曲半径的50％。在又一些其他实施例中，尺寸例如选自小于丝的直径的80％(在打印机喷嘴的下游)的宽度和高度和(多个)直径，诸如，丝(在打印机喷嘴的下游)的直径的50％。

[0035] 特别地，当电子组件是刚性的时，这种尺寸可以是相关的。然而，当电子组件或其一个或多个部件是柔性的时，一个或多个尺寸也可以更大。

[0036] 在实施例中，电子组件可以在功能上与导电线耦合。特别地，在实施例中，电子组件可以在电子组件的两个电连接处与导电线在功能上耦合。在这种实施例中，导电线的总长度在实施例中可以是至少10mm，诸如至少20mm，例如至少50mm。

[0037] 在可3D打印材料的打印期间，电子组件和/或线圈还可以被加热。因此，尺寸可以被选择，使得在打印期间，仅电子组件和/或线圈的一部分被加热，而另一部分不被(直接)加热，因为尺寸可以被选择，使得在打印过程期间，电子组件的一部分或线圈的一部分在温度上低于另一部分，在温度上较低的部分可以用作导热体，以将热量引导走。为此目的，还可以应用(剩余的)导电线。因此，在实施例中，电子组件或电子组件与导电线一起具有至少熔融沉积成型3D打印机的打印机头的长度的长度。以这种方式，例如引线框架或电气组件或电路可以(在长度上)被优化以在打印期间将热量引导走。

[0038] 如上所述，在一个方面，本发明还提供了一种导电线圈，例如以用于无线功率传输或用于接收器、发射器和换能器中的一个或多个。可以以不同的方式来创建一个或多个线圈，诸如通过3D打印来创建线圈，或者通过3D打印线圈本身来创建线圈。

[0039] 在前者实施例中，喷嘴(和/或(或可选地)接收器物品，也参见下文)的移动在3D构建3D物品期间创建丝的图案，该图案包括线圈的图案，从而包括盘绕的线材。因此，在实施例中，方法包括控制包括导电线的可3D打印材料的打印，以在打印阶段期间以线圈配置提供经3D打印的材料，并且由此提供导电线圈。因此，在这些实施例中，线圈在可3D打印材料中不可用，但是线圈(形状)在打印过程期间被创建(并且因此在经3D打印的材料中被获得)。

[0040] 在后者实施例中，可3D打印材料包括导电线圈。换句话说，线圈被引入在打印机喷嘴中或其上游的可3D打印材料中。

[0041] 当然，还可以应用可不同地获得的线圈的组合。

[0042] 对于无线功率传输，线圈可以具有一个或多个绕组，每个绕组均具有至少约5mm(诸如，约5mm-200mm，诸如至少10mm)的等效圆直径。由于整个经3D打印的物体可以用于嵌入线圈，因此还可以应用较大的等效圆直径。这里，应用术语等效圆直径，因为绕组不一定被配置成圆形，但是还可以被配置成(圆化的)矩形(包括正方形)等。因此，当在打印期间创建线圈时，线材的长度为至少50mm。

[0043] 在打印期间，可3D打印材料被引导通过打印机喷嘴。通常，这包括伸长阶段。打印机头可以包括漏斗状的元件，其中打印机喷嘴的上游的(等效圆)直径大于打印机喷嘴的(等效圆)直径。因此，在实施例中，电子组件可以以使得在打印时基板将随着经打印的材料的长度释放的方式来是以下中的一个或多个：(内部)盘绕、编织(braid)、织(weave)、折叠或堆叠。同样地，在实施例中，导电线可以以使得在打印时基板将随着经打印的材料的长度而释放的方式来是以下中的一个或多个：(内部)盘绕、编织、织、折叠或堆叠。因此，在实施例中，导电线被包括在3D打印机的打印机喷嘴的上游的可3D打印材料中，其中当可3D打印材料在丝伸长阶段被拉伸时，导电线的至少一部分处于压缩状态，从而允许导电线的伸长。

[0044] 备选地(或附加地)，可以在这种伸长阶段的下游提供导电元件，诸如特别是导电线。因此，在实施例中，方法包括：在3D打印机的打印机喷嘴的下游组合导电线和可3D打印材料。备选地或附加地，在实施例中，该方法包括：在3D打印机的打印机喷嘴的下游将电子组件(诸如LED)或导电元件(诸如电子电路等)的组合与可3D打印材料组合。

[0045] 在丝的沉积期间，特别是例如当打印机头相对于沉积的材料转动或旋转时，在打印机喷嘴的下游的丝中的导电元件或导电元件的组合可能会经受应力或其他作用力。由于可3D打印材料可以比可3D打印材料更加柔性并且可以具有不同的弯曲和/或旋转行为，因此可能存在导电元件至少部分地从丝延伸的风险。为了防止这种行为或减小趋势，导电元件可以包括用于将导电元件维持在丝中的稳定元件。

[0046] 因此，在特定的实施例中，导电线包括稳定元件，该稳定元件用于维持在3D打印机的打印机喷嘴的下游的丝的可3D打印材料中嵌入的导电线。术语“稳定元件”还可以指代多个稳定元件。稳定元件可以例如具有销、鳍、脊等的形状，其可以相对于导电元件在远离丝的长度轴线或伸长的轴线的方向上延伸。这种稳定元件可以具有龙骨、鳍或尾鳍(skeg)的形状。另外，稳定元件可以包括至少两个或更多部分，该至少两个或更多部分以选自45°-135°的范围的(多个)相互角度进行配置。

[0047] 导电元件的其他实施例还可以包括一个或多个这种稳定元件。

[0048] 在根据本发明的方法中，可3D打印材料进一步包括与导电线导电接触的电子组件。当然，可3D打印材料还可以包括与一个或多个导电线导电接触的多个电子组件。在实施例中，多个电子组件被串联配置。因此，在这种实施例中，可以有效地获得具有串联配置的电子组件的单个线材。具有组件的这种单个线材也可以利用本文描述的方法和/或3D打印机进行3D打印。

[0049] 上面提供了(多个)电子组件的示例。在特定的实施例中，电子组件包括以下中的一个或多个：固态光源和传感器(诸如光学传感器)。

[0050] 在另外的实施例中，电子组件在功能上与引线框架耦合。在又一些另外的实施例中，多个(不同的)电子组件在功能上与单个引线框架耦合。以这种方式，引线框架可以容纳一个或多个电路，每个电路包括一个或多个电子组件和/或线圈。另外，这种引线框架可以包括一个(特别地，(至少)两个)导电线，以用于与功率源或线圈连接。功率源可以被配置在3D物品的外部，或者还可以被嵌入在3D物品中。利用线圈，可以经由感应对引线框架供电。

[0051] 当例如在打印期间生成线圈，或当经由丝在3D物品中实施线材时，(在打印后)(线圈的)线材的末端可能会突出或可能会从3D物品中突出，以用于与功率的外部源物理耦合或用于其他功能耦合。但是，还可以闭合电路，并且在经3D打印的材料中提供整个电路。例如，这可以通过将线材的末端部分打印在线材的另一末端部分上，或者通过将线材的末端部分打印在电路中功能上可用的导电部分上来实现。例如，打印机头可以将丝、并且因此将线材(末端部分)推向线材的另一个末端部分或电路中可用的导电部分，例如，引线框架的一部分。

[0052] 因此，在实施例中，方法可以进一步包括电路生成阶段，其中电路生成阶段包括：将电线的线材部分与另一导电部分相关联，以提供包括电子组件的电路。在特定的实施例中，电路生成阶段可以包括：将线材部分与引线框架相关联，其中电子组件与引线框架在功能上耦合，其中电路生成阶段包括利用3D打印机的打印机喷嘴按压可3D打印材料的丝，可
3D打印材料的丝包括线材部分，线材部分的至少一部分在引线框架的接收器部分中。

[0053] 在实施例中，(i)丝和(ii)导电元件(诸如，特别地，导电线圈、导电线和电子组件中的一个或多个)被提供为集成丝(例如在丝辊上)。在又一些其他实施例中，3D打印机被配置成组装包括丝的导电元件。这(组装)将在喷嘴的上游执行，诸如在打印机头(包括液化器)中执行，或者甚至在打印机头的上游执行。

[0054] 如上面已经指示的，可打印材料可以已经包括与电子组件的电线连接。因此，在实施例中，可3D打印材料包括所述电子组件和一个或多个电导体，该一个或多个电导体用于将电子组件与电能源在功能上耦合(其中所述一个或多个电导体与所述电子组件在功能上耦合)。这里，术语“电导体”或“布线”或“电布线”或“电线”特别(至少)指代用于传输电的线材或电缆，即“铜”。线材可以是绝缘的或非绝缘的。由于聚合物材料可以是电绝缘的，因此后者的实施例也可以被应用。

[0055] 在特定的实施例中，电连接的固态光源的链可以被应用，其可以嵌入在可打印材料中。因此，在实施例中，与电导体串联或并联电连接的多个固态光源被可3D打印材料的丝包括，其中特别地，电导体被配置成与丝的纵向轴线(A)平行。因此，多个电连接的固态光源可以在丝内延伸几十厘米，甚至几米。

[0056] 包含具有功能上耦合的电导体的电子组件的可打印材料或丝可以被提供为(例如，在丝辊上的)集成丝。在又一些其他实施例中，3D打印机被配置成将电子组件与包括丝的布线组装。这将在喷嘴的上游执行，诸如在打印机头(包括液化器)中执行，或者甚至在打印机头的上游执行。因此，在实施例中(其中熔融沉积成型(FDM)3D打印机包括打印机喷嘴)，方法可以包括提供所述(a)与所述电导体串联或并联电连接的多个固态光源以及(b)丝，并且方法可以进一步包括在打印机喷嘴的上游将与所述电导体串联或并联电连接的所述固态光源与所述丝组合，以在所述打印机喷嘴的下游提供可打印材料，该可打印材料包括与所述电导体串联或并联电连接的所述多个固态光源。

[0057] 在打印时，打印机头中可能出现一些挤出。鉴于本发明，在实施例中，该挤出功能可以被减少或甚至可以不存在。备选地或附加地，为了应对挤出影响，电布线可以包括允许丝(和电布线)的拉伸的弹性单元。因此，在实施例中，向熔融沉积成型(FDM)3D打印机提供的一个或多个电导体具有类似于弹簧的段，从而至少允许平行于一个或多个电导体的长度(轴线)的伸长(还参见上文)。

[0058] 用于执行根据本发明的方法的熔融沉积成型3D打印机可以包括：(a)包括打印机喷嘴的打印机头，和(b)被配置成向打印机头提供可3D打印材料的可3D打印材料提供设备。另外，熔融沉积成型3D打印机可以包括(c)导电元件提供设备，诸如特别是导电线提供设备，其被配置成例如在丝伸长阶段的下游向丝提供导电元件，特别是导电线。

[0059] 熔融沉积成型3D打印机可以被配置成：在3D打印机的打印机喷嘴的下游将导电元件(诸如，特别是导电线)和可3D打印材料组合。

[0060] 可3D打印材料提供设备可以是丝提供设备。丝提供设备可以包括一个或多个丝辊或用于一个或多个丝辊的接收器。辊上的丝可以已经包括一个或多个导电元件。术语“3D打印机”还可以指代3D打印机系统。

[0061] 丝或可打印材料可以包括电子组件，或者包括电连接(线材)的这种电子组件可以被组装在3D打印机中。因此，3D打印机可以包括电子组件提供设备，该电子组件提供设备被配置成向丝或向打印机头提供电子组件。

[0062] 特别地，在电子组件不包括电布线的情况下，电子组件提供设备可以被配置成诸如通过按压和/或集成在丝中的空腔中来向丝提供电子组件。特别地，在电子组件还包括电布线的情况下，电子组件提供设备可以被配置成将(与电布线在功能上耦合的)电子组件提供给打印机头。在打印机头中，包括(与电布线在功能上耦合的)电子组件的可打印材料可以被组装，由此在喷嘴的下游的可打印材料(因此)包括具有(与电布线在功能上耦合的)电子组件的可打印材料。

[0063] 可能期望例如至少部分独立于经3D打印的材料的主体来打印导电元件。为此，3D打印机可以包括多于一个的打印机头。因此，在实施例中，3D打印机还包括第二打印机头，该第二打印机头被配置成3D打印不包括导电元件的可打印材料。

[0064] 通过根据本发明的方法可获得的经3D打印的物品包括：(a)经3D打印的材料，(b)在所述经3D打印的材料中嵌入的电子组件；和(c)具有至少一部分导电线的导电线圈，其嵌入在经3D打印的材料中并在功能上耦合到电子组件。

[0065] 导电线圈可以被配置成无线电功率接收模块。线圈还可以配置成接收器、发射器和换能器中的一个或多个。

[0066] 经3D打印的物品包括多个电路，每个电路均包括电子组件和导电线圈，其中两个或更多电路被电绝缘的经3D打印的材料分离。因此，本发明因此还提供了(在一个方面)可3D打印材料，该可3D打印材料包括多个电路，每个电路均包括电子组件和导电线圈，其中两个或更多电路被电绝缘的可3D打印材料分离。

[0067] 设备可以包括这种经3D打印的物品或多个这种经3D打印的物品，它们还可以可选地在功能上耦合。在经3D打印的材料中嵌入的电导体还可以部分地从经3D打印的材料中突出，诸如用于与电子组件或经3D打印的材料外部(即经3D打印的物品外部)的电能源电连接。附图说明

[0068] 现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：

[0069] 图1a-图1b示意性地描绘了3D打印机的一些总体方面；

[0070] 图2a-图2d示意性地描绘了方法和/或3D打印机的各个方面；以及

[0071] 图3a-图3i示意性地描绘了一些方面、实施例和变型。

[0072] 示意图不一定按比例绘制。

具体实施方式

[0073] 图1a示意性地描绘了3D打印机的一些方面。附图标记500指示3D打印机。附图标记530指示被配置成3D打印、特别是FDM 3D打印的功能单元；该附图标记还可以指示3D打印阶段单元。在此，仅示意性地描绘了用于提供经3D打印的材料的打印机头，诸如FDM3D打印机头。附图标记501指示打印机头。本发明的3D打印机可以特别地包括多个打印机头，但是其他实施例也是可能的。附图标记502指示打印机喷嘴。本发明的3D打印机可以特别地包括多个打印机喷嘴，但是其他实施例也是可能的。附图标记320指示可打印的可3D打印材料的丝(诸如上面所指示的)。为了清楚起见，未描绘3D打印机的所有特征，仅描绘了与本发明特别相关的那些特征(还进一步参见下文)。

[0074] 3D打印机500被配置成通过在诸如接收器物品550的基板1550(在实施例中，该基板1550可以至少暂时地被加热和冷却)上沉积多个丝320来生成3D物品10，其中每个丝20包括诸如具有熔点Tm的可3D打印材料。3D打印机500被配置成在打印机喷嘴502的上游加热丝材料。这可以利用包括挤出和/或加热功能中的一个或多个功能的设备来完成。这种设备被利用附图标记573指示，并且被布置在距打印机喷嘴502的上游(即，在丝材料离开打印机喷嘴502之前的时间)。打印机头501可以(因此)包括液化器或加热器。附图标记201指示可打印材料。在沉积时，该材料被指示为经(3D)打印的材料，并且利用附图标记202指示。

[0075] 附图标记572指示具有特别是线材的形式的材料的线轴(spool)或辊。3D打印机500将其转变成在基板1550上或在已经沉积的经打印的材料上的丝或纤维320。通常，喷嘴的下游的丝的直径相对于打印机头的上游的丝的直径减小。因此，打印机喷嘴有时(还)被指示为挤出器喷嘴。进行丝靠丝布置和丝上丝布置，可以形成3D物品10。附图标记575指示丝提供设备，这里尤其包括线轴或辊和利用附图标记576指示的驱动器轮。

[0076] 附图标记A指示纵向轴线或丝轴线。

[0077] 附图标记C示意性地描绘了控制系统，诸如特别是被配置成控制基板1550的温度的温度控制系统。控制系统C可以包括加热器，该加热器能够将基板1550加热到至少50℃的温度，但特别地达到约350℃的温度，诸如至少200℃。

[0078] 图1b以3D方式更详细地示意性地描绘了正在构造的3D物品10的打印。这里，在该示意图中，丝320的末端在单个平面中不相互连接，尽管实际上在实施例中可以是这种情况。

[0079] 因此，图1a-图1b示意性地描绘了熔融沉积成型3D打印机500的一些方面，其包括：(a)包括打印机喷嘴502的第一打印机头501；(b)丝提供设备575，其被配置成将包括可3D打印材料201的丝320提供给第一打印机头501；以及可选地(c)基板1550。在图1a-图1b中，第一或第二可打印材料或第一或第二经打印的材料利用通用指示可打印材料201和经打印的材料202来指示。

[0080] 下面，特别给出LED作为电子组件40的示例。然而，除非另外指示或对于本领域技术人员而言从本说明书中不明显，否则代替LED，还可以应用另一电子组件。利用附图标记141指示固态光源(诸如LED)。

[0081] 电子组件可以是诸如电池、光伏单元、传感器或任何其他小型电子元件的电子设备。还可以(附加地)包括其他元件。

[0082] 可能还期望能够制作丝320，该丝320包含结合在其中的连线的电子组件(诸如连线的LED)，该丝320可以使用FDM打印机进行打印(图2a)。附图标记A指示纵向轴线。

[0083] 在本文中，提供了各种配置、措施和材料，其使得3D打印连线的(即，连接的)LED能够被嵌入在聚合物中，同时使得能够防止诸如在打印期间的接触的断开的问题。

[0084] 在另一实施例中，连接LED的线材被成形为使得它允许柔性(图2b)。例如，可以提供(导电的)弹簧状元件52。在实施例中，利用涂层保护连接LED的线材52。在又一些其他实施例中，可以使用多个(导电)线材。可以使用的热塑性材料包括但不限于热塑性塑料ABS、ABSi、聚苯砜(PPSF)、聚碳酸酯(PC)和Ultem 9085。在又一个实施例中，丝被成形为使得它更有可能防止诸如在打印期间的接触的断开的问题。图2a可以示意性地涉及该丝。

[0085] 图2c示意性地描绘了电线51连接的电子组件40的组合，该电线51连接的电子组件40在打印机头501中与丝320组合并且在喷嘴501的下游被提供为可打印材料201。这里，电子组件提供设备500提供经由电线51电连接的电子组件。

[0086] 如上所述，3D打印机可以具有2个打印头。一个用于打印连线的LED，一个用于打印没有任何连线LED的聚合材料。这在图2d中被示意性地描绘。

[0087] 以这种方式，可以打印一种3D结构，该3D结构由包括具有连线LED的丝的区段和不包括具有连线LED的丝的区段组成。还可以利用具有连线LED等的多个丝来打印3D结构。

[0088] 施加导电线的一种方法是将线材(例如铜线材)馈送到FDM打印机的喷嘴(中的单独的路径)中。当打印机将塑料从喷嘴中挤出时，线材与挤出的塑料一起被拉出(参见图3a)。这种打印机头501可以用于在3D打印机500的打印机喷嘴502的下游组合导电线51和可
3D打印材料201。因此，图5a还非常示意性地描绘了熔融沉积成型3D打印机500的一个实施例，其包括：打印机头501，其包括打印机喷嘴502；可3D打印材料提供设备575，其被配置成向打印机头501提供可3D打印材料201；和电线提供设备580，其被配置成在丝伸长阶段505的下游向丝320提供电线51。

[0089] 扩展这种在打印时将线材合并到挤出的丝中的方法，可以考虑嵌入(细)线状导体的段，其中电子组件被集成到该(细)线状导体的段上。制作这种段的一种方式是通过引线框架，引线框架被利用形成电路的电子组件进行填充。还可以想到在生产丝本身时将这些段嵌入到丝中。

[0090] 在实施例中，本发明特别地可以包括：(i)形成包括导电线的电路；(ii)将该电路嵌入到经打印的丝中和/或使电路嵌入在待被打印的诸如丝的可3D打印材料中；和(iii)制作由嵌入的电路组成的功能系统。

[0091] 在实施例中，例如可以使用引线框架技术来形成电路。该技术是已知的并且是可靠的，并且该方式是制造电路的良好基础。另外，提出利用一种技术，在该技术中，引线框架被利用电子组件以紧凑的形状因数填充，并且然后被拉伸以形成线材。其中在WO2013/035017中对此进行了描述，其通过引用并入本文。

[0092] 可能期望在打印工艺期间保护电路免受弯曲。还期望在嵌入到丝中和打印期间保护电路免受过高的温度。这可以通过使用可承受高温(诸如至少300℃)的材料以及在嵌入和打印期间限制丝熔化所需温度(例如，选择具有低熔化温度(诸如，150℃)的丝材料)的工艺传导来解决。

[0093] 图3b示意性地示出了具有电子电路的引线框架区段的通常布局的一个实施例。层压板用于将固定电子组件的导电板与引线框架的其余部分隔离。例如，制作V型槽的目的是在电路的FDM嵌入期间将曲折的线材连接回到引线框架(稍后说明)。还可以应用多个耦合的引线框架。线材曲折可以用于拉伸线材。

[0094] 因此，图3b还示意性地描绘了与导电线51导电接触的电子组件40的实施例。如上所述，电子组件40包括固态光源和传感器中的一个或多个。这里，示意性地描绘了多个电子组件40。(多个)电子组件40这里在功能上与引线框架160耦合。这里，引线框架160包括接收器部分161，诸如V形槽。附图标记162指代可以在其上配置电子组件40的层压板。导电线51在功能上与电子组件40耦合。另外，多个电子组件40也可以在功能上耦合。

[0095] 在图3c中，示出了可能的步骤以实现适于嵌入到FDM丝中的线材部分。它从图3a的引线框架区段开始(图3c：左上方)。然后，通过具有足够耐热的材料的包覆模制来保护电子电路(图3c：右上方)。然后，将引线框架成形以制作一种围绕电子元件的刚性框架，该刚性框架防止电子元件弯曲(图3c：左下)。在成型后，V形槽被正确地定位，以用于在打印期间互连。最后，如针对一个区段所示的，引线框架被拉伸(图3c右下)。

[0096] 图3b和图3c示意性地描绘了实施例，其中导电线51的至少一部分处于压缩状态，从而允许当可3D打印材料在丝伸长阶段被拉伸时导电线51的伸长。

[0097] 具有电子元件的该框架的通常尺寸应当特别(远)低于打印期间的丝的最小弯曲半径。

[0098] 减少电路上的弯曲应力的一种措施是确保电路保持在丝的中心(中性面)。这可以利用如图3d中示意性地示出的导翼板来完成。因此，图3d示意性地描绘了一个实施例，其中导电线51包括稳定元件330(或在功能上与其耦合)，其特别地用于维持嵌入在3D打印机的打印机喷嘴的下游的丝的可3D打印材料中的导电线51(还参见图3f)。

[0099] 如图3a所示，电路可以在丝生产时或在打印期间丝的挤出时被嵌入到丝中。图3e示出了丝挤出器710的一个实施例的示意性布局，其是可3D打印材料提供设备575的一个示例。在由模具719标记的输出侧，(部分)拉伸的引线框架160、51被插入到塑料丝320中。当在丝生产嵌入电路时，一种复杂的情况是，在普通的FDM打印中，从打印机喷嘴出来的挤出的塑料直径小于丝直径。这将需要拉伸电路。解决该问题的一种可能的方式是不完全拉伸引线框架，并且在打印期间允许更多的拉伸，或者在打印期间保持挤出的丝直径等于初始直径。附图标记711指示螺钉驱动器马达，附图标记712指示料斗。进料喉利用附图标记713指示，并且附图标记714指示螺钉。附图标记715指示筒。附图标记716指示加热器，并且附图标记717指示断路器板(breaker plate)。另外，附图标记718指示进料管，附图标记719指示模具。指示160、51在本文中用于指示线材和引线框架的功能组合，诸如图3c(和图3b和图3f)中所示。

[0100] 图3f示出了具有插入有电路段的引线框架160的丝320的外观。嵌入电路的材料类型与该电路被施加到的(经打印的)基板材料可以是相同类型。这确保了可靠的融合。另一方面，可以出于对嵌入电路更有利的材料特性(例如，更软、更柔性)而有意地将其嵌入在不同的材料中。在该情况下，应当注意材料与基板材料的相容性。

[0101] 考虑到被嵌入的电路的功能可能不同，因此存在各种方法来处理将不同的电路递送给经3D打印的产品。在电路已经是丝的一部分(在丝生产期间被插入)的情况下，丝可以利用仅一种类型的电路进行填充，并且在3D打印期间使用多个丝来构造系统(需要改变丝或需要多个喷嘴打印头)。或者在丝的生产期间，电路可能已经按照正确的顺序和彼此之间正确的距离进行了预先布置，如图3g中所示。图3g示意性地描绘了实施例，其中通过示例的方式描绘了两个电路，每个电路均具有用于对(多个)电子组件40进行感应供电的线圈140，其中在右侧的一个被配置在引线框架上。在中间，描绘了电子组件40，其在功能上耦合到导电线51。稍后，这些将必须被配置在电路中，诸如通过打印或通过使线材与电能的外部源接触来提供电路。

[0102] 实际上，图3g还可以示意性地描绘一个实施例，其中经3D打印的物品10包括多个电路，每个电路均包括电子组件40和导电线圈140，其中两个或更多电路被电绝缘的经3D打印的材料分离。

[0103] 当在打印的时刻时进行电路的嵌入时(根据图3a)，经拉伸的引线框架可以按不同的电路类型按实物递送，并且以要求的顺序被插入打印中(类似于拾取和放置机器)。而且，引线框架的拉伸可以在打印的时刻立即完成，这要求以引线框架形式而不是实物提供电路。

[0104] 所提出的制作电路的方法更适合低功率(或信令)功能，而不是需要递送大量功率的电路。这里，我们考虑一种灯具产品，该灯具产品是基于具有用于干线转换、(多个)LED电流驱动器和(多个)LED板的标准电子部件的架构。由通过打印嵌入的电路提供的附加功能可以是：传感器和传感器读出、无线通信、灯具壳体中的通信中继和照明控制。

[0105] 打印电路的技术不太适合进行许多电路连接。为了解决该问题，我们利用嵌入电路之间的感应耦合。功率和信号都可以通过感应耦合传输。信号可以以串行的方式发送，这减少了信令通道的量。

[0106] 图3h示出了当引线框架的两个线材尾部盘绕成线圈以进行供电和发信号时，在一个实施例中的嵌入的电路的外观。线圈的末端经由将线材末端压入到引线框架的V形槽中而重新连接到引线框架。这闭合了感应线圈所需的环路。

[0107] 图3i示意性地示出了(优选地)经3D打印的灯具壳体，其具有经由上述打印过程嵌入的电子电路。这种情况下的电路可以例如包括传感器、用于无线通信的前端和信号中继电路。可能存在经由感应耦合链接到电路的中央驱动器/控制单元。注意，由于打印导电线，因此形成线圈140。该图非常示意性地示出了截面。经打印的丝的三个堆叠可以例如是壁。

[0108] 本领域技术人员将理解本文中的诸如在“基本上由…组成”中的术语“基本上”。术语“基本上”还可以包括具有“整个”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“基本上”还可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别地99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由...组成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及“和/或”之前和之后提到的物品中的一个或多个。例如，短语“物品1和/或物品2”和类似的短语可以涉及物品1和物品2中的一个或多个。在一个实施例中，术语“包括”可以指代“由...组成”，但是在另一实施例中可以指代“至少包含所定义的种类和任选地一种或多种其他种类”。

[0109] 另外，本说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不必用于描述依序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或图示的其他顺序来操作。

[0110] 尤其在操作期间描述本文中的设备。对于本领域技术人员将清楚的是，本发明不限于操作的方法或操作中的设备。

[0111] 应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多备选实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记不应当被解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中陈述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以借助于包括几个不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实施。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个装置可以由同一硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹的事实并不指示这些措施的组合不能用于有利。

[0112] 本发明还适用于一种设备，该设备包括本说明书中描述的和/或附图中示出的特征中的一个或多个特征。本发明还涉及一种方法或过程，该方法或过程包括本说明书中描述的和/或附图中示出的特征中的一个或多个方法或过程。

[0113] 该专利中讨论的各个方面可以被组合以便提供附加的优点。另外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合多于两个的实施例。另外，特征中的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

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