XTOM高精度3D扫描仪用于导电电路复杂纹理3D建模与3D打印

3D打印增材制造，可用于电子电路复杂曲面打印制造，可适应复杂的表面拓扑结构，为电路设计提供灵活性。

新拓三维XTOM高精度3D扫描仪，可获取电路曲面形态3D数模，根据曲面的曲率提升打印精度，有助于在在曲率不同表面上均匀地打印出精细的导电图案。

XTOM高精度3D扫描仪，蓝光3D扫描、路径规划和速度自适应电液动力打印的集成方法，能够直接在各种曲面上，打印出具有微米级分辨率和高均匀性的导电电路。

在现有的诸如喷墨或挤出式打印等技术，无法在具有曲率变化的直由曲面上沉积出微来级的贴合导电电路。

1、采用一种创新的电液动力学（EHD）打印策略，可根据曲面的曲率自适应地调整喷嘴与基底的距离以及打印速度，直接在各种由面打印出具有微采级分辨率和高均匀性的导电电路。

2、开发了一种路径规划算法，该算法能够根据曲面的曲率变化来规划打印路径，从实现高精度的曲面导电电路打印。

作为概念验证，在直然绝缘的海螺壳上EHD打印出具有良好导电性的均匀雪化图案，最小线宽为35.74±4.24微米。

图1.在不同曲面目标上进行共形EHD打印的3D路径规划和平台设置流程图。

（a）对自由曲面进行3D扫描以获取代表目标表面信息的点云数据。（b）使用KNN算法将设计的2D图案投影到目标表面以获得相应的投影3D点（i）（ii）的示意图。（c）将投影点偏移为EHD打印的轨迹点。（d）共形EHD打印平台和（e）在海螺表面制造导电图案的自适应速度共形EHD打印策略示意图。

自由曲面的共形EHD打印三维路径规划

路径规划对于在EHD制造过程中，采用XTOM高精度3D扫描仪获得3D数据模型曲面信息，与实际打印轨迹之间的联系至关重要。

上图展示了通过3D扫描和路径规划，在自由曲面进行共形EHD打印的关键步骤。

1、使用新拓三维XTOM高精度3D扫描仪，快速获取目标曲面（即基底）的形态。

2、将扫描的表面数据转换为3D点云数据，以在投影三维坐标系中描述曲面基底的信息。

3、在扫描模型的顶面构建二维平面，用一组分散的点定义二维图案，通过KNN算法将这些点投影到曲面上,调整参数将二维数据映射到二维坐标。

4、对预测的点进行偏移，以生成最终的打印轨迹点-作为在各种基底上进行共形EHD打印的路径。共形EHD打印平台，在各种基底上打印各种复杂自由曲面螺面图案。

优化工艺参数提升打印精度

优化诸如投影点数量以及路径规划相关的KNN算法参数等工艺参数，对于确保电液动力EHD打印精度和效率至关重要。

1、采用XTOM高精度3D扫描仪，获取高密度扫描点数据集作为训练数据集，设计的二维图案点作为测试数据集，用于KNN算法训练，用于打印路径规划中的优化。

2、XTOM高精度3D扫描仪获取点云数据，通过在扫描路径中优化投影点数量，提升打印的图案保真度和移动平台的稳定性。

3、通过优化在曲面进行电液喷射（EHD）打印的阈值，以恒定的10毫米/秒的打印速度，电液喷射打印出了连续性和高保真度的雪花图案。

图2.基于所选阈值路径规划算法中投影敎据的优化，以实现EHD在自由曲面上打印高保真图案的同时保持移动平台的稳定定性

(a)设计的和扫描的目标曲面轮廓的比较。(b)使用不同度量标准对测试性能和训练性能进进行的精度比较。(c)基于优化的KNN算法获取的雪花图案的投影点。(d)不同阈值设置的打印路径投影点。(e)在四种不同阈值下的EHD打印雪花图案。(f)在四种不同阈值下轨迹点对曲面的适应性。比例尺：1亳米。

在电子打印领域，XTOM高精度3D扫描仪与直接墨水写（DIW）工艺相结合，在曲面上制造贴合电路。通过直接墨水书写工艺贴合的电路，分辨率通常大于1毫米。3D扫描技术与直接激光书写相结合，可制作出线宽最小为100微米的贴合电路。

采用XTOM高精度3D扫描仪，与路径规划/速度自适应电液动力打印的集成方法，能够直接在各种曲面上，打印出具有微米级分辨率和高均匀性的导电电路。随着电液喷射打印技术的进一步发展，有望简化弯曲功能器件的制造工艺，为具有电磁调节等更具复杂功能的先进三维电子器件铺平道路。

案例摘自：【岳俊宇，西安交通大学制造系统工程国家重点实验室 面向自由曲面微尺度共形电路的流速自适应电液喷印技术】