麻省理工新技術通過“隨形”設計，賦予電子設備3D打印原型新功能！
3D打印技術最初作為快速原型制造技術出現在制造領域，隨著3D打印裝備、材料和軟件技術的發展，3D打印技術的角色出現了變化，從原型制造向成為一種生產技術轉變。但尤其對于塑料3D打印技術而言，它們在產品原型制造中的地位并沒有淡化， 不僅如此，用于原型制造的3D打印技術，在色彩、細節、材料的功能性，以及成本節約等方面得到了不斷的提升。
麻省理工媒體實驗室研發了一種可以將試驗電路板與智能穿戴、消費電子產品的3D打印物理原型集成在一起的技術，這項技術為3D打印原型賦予了新的功能，即除了進行產品設計外觀測試以外，還能夠進行產品電子功能的快速測試。這一技術將進一步豐富電子產品3D打印快速原型的功能。
3D打印“曲線電路板（CurveBoards）”及專用設計軟件。來源：MIT
試驗電路板也能實現“隨形”設計了
廣泛用于電子原型制造的平臺是“試驗電路板（breadboard）”，麻省理工學院的研究人員發明的新技術，能夠將試驗電路板直接集成到物理原型上，目的是提供一種更快，更輕松的方法來試驗電路功能，在智能設備和柔性電子在產品開發階段即可實現交互。傳統的試驗電路板是規則的矩形板，表面上鉆有許多針孔，孔之間具有金屬連接和接觸點。工程師可以將電子系統的組件（從基本電路到完整的計算機處理器）插入他們希望連接的針孔中。然后，根據需要快速測試，或重新排列和重新測試組件。
傳統平板狀的試驗電路板。來源：Paixin.com
但是測試電路板幾十年來一直保持相同的形狀，而可穿戴設備和各種智能設備的外觀和觸感卻在快速迭代。通常，工程師需要首先在傳統測試電路板測試電路，然后安裝到產品原型上，如果需要修改電路，則返回電路板進行測試，當再遇到問題時，仍需重復這一過程。
集成了試驗電路板的3D打印電子設備原型-“曲線電路板（CurveBoards）”。來源：MIT
麻省理工學院研究團隊針對以上問題研發了新型的“曲線電路板（CurveBoards）”。顧名思義，這種電路板將不再是傳統電路板那樣的矩形板，而是具有3D形狀。也可以說，這是一種集成了試驗電路板的3D打印原型，既有電子產品的外觀，表面上又具有試驗電路板的結構和功能。“曲線電路板（CurveBoards）中的核心技術是一種自定義設計編輯軟件。該軟件能夠自動設計電子產品的原型，并自動將所有針孔均勻地映射到整個對象。然后，用戶為連接通道選擇自動或手動布局。在自動選項中，用戶只需單擊按鈕即可在所有針孔中探索不同的連接布局。在手動選項中，則可以使用交互式工具來選擇針孔組并指示針孔之間的連接類型。最終，設計將導出到文件中進行3D打印。
正如研究團隊在論文中所描述的那樣，曲線電路板“保留了電子產品的外觀和感覺”同時使設計人員可以在原型迭代過程中嘗試組件配置并測試交互式場景。在上傳3D對象之后，該軟件將其形狀表示為眾多微小的“小方塊”，每個小方塊都有各自的參數。通過這種方式，小方塊之間就有了固定的間距。圓錐狀的針孔，將被放置在正方形正方形角接觸的每個點上。此外，某些幾何技術可確保選定的通道將連接所需的電氣組件，而不會彼此交叉。
在這項技術研發的過程中，研究人員柔軟、耐用、不導電的有機硅材料，3D打印曲線電路板。但為了形成連接通道，他們還開發了一種定制的導電硅材料，將材料注入針孔，然后在打印后流過這些通道。該材料是一種硅樹脂混合物，開發該材料的目的是實現最小的電阻，從而在制造各種類型的電子器件時起作用。
安裝了電子元器件的3D打印曲線電路板。來源：MIT
為了驗證曲線電路板，研究人員3D打印了多種智能產品原型-曲線電路板，并在這些原型上安裝了電子元器件。例如，配備揚聲器和音樂流功能的菜單控件的耳機；帶有數字顯示器的交互式手鐲；可配有小型照相機的茶壺；帶有柔性顯示屏的可穿戴電子書閱讀器。研究團隊開發曲線電路板的最終目的是實現更快、更好的電子產品原型制造。他們對CurveBoards原型的優勢進行了驗證。參與驗證的設計師被分為兩組：一組使用傳統方形測試電路板和單獨的3D打印原型，另一組直接使用3D打印的曲線電路板。反饋表明，曲線電路板總體上更快，更容易使用。
研究人員表示與傳統將方形測試電路板安裝在產品的外觀原型上的方式相比，這種將試驗電路板與原型集成在一起的3D打印技術，旨在實現“中等保真度”的電子產品快速原型，尤其是在需要將產品與人進行交互測試時，使用曲線電路板更加適合。這一技術中的核心軟件仍將繼續優化，研究人員希望設計穿戴電子設備的通用模板，例如帽子和手環模板。有了現成的模板，設計人員在設計同類產品時，可以在前期快速試驗基本電路和用戶交互。此外，研究人員希望將一些早期原型制作步驟完全移至軟件中，在軟件生成的3D模型上設計和電路測試，甚至可以進行用戶交互。經過多次迭代，他們可以3D打印更最終的曲線電路板。
不得不說，麻省理工學院開發的曲線電路板是極具顛覆性的，它一改傳統試驗電路板保持多年的“刻板形象”，借助3D打印技術能夠實現復雜設計的優勢，實現了試驗電路板的“隨形”設計，同時也給電子產品的3D打印原型賦予了新的電路測試功能。在產品研發中，研究團隊使用了FDM 3D打印機。3D科學谷期待這一技術將來與市場上更多已商用的塑料3D打印技術，包括MJF、Polyjet等彩色3D打印技術相兼容，為重視用戶交互的穿戴電子產品原型制造帶來更豐富的解決方案。
(責任編輯：admin)
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