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CN107405826A - 制作具有互连和嵌入式部件的3d打印形状 - Google Patents

制作具有互连和嵌入式部件的3d打印形状 Download PDF

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CN107405826A CN201680016460.0A CN201680016460A CN107405826A CN 107405826 A CN107405826 A CN 107405826A CN 201680016460 A CN201680016460 A CN 201680016460A CN 107405826 A CN107405826 A CN 107405826A
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S·P·R·利班
D·A·范邓恩德
E·R·雅各布斯
D·博蒙特
K·H·杰瑞耐克
R·A·M·希克梅特
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Philips Lighting Holding BV
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Abstract

用于产生3D打印物体(100)的方法和装置，其中方法包括(i)3D打印阶段，3D打印阶段包括3D打印3D可打印材料(110)，以提供3D打印物体(100)，其中3D打印阶段还包括在3D打印期间在构造中的3D打印物体(100)中形成通道(200)，其中方法还包括(ii)填充阶段，该填充阶段包括：用可流动材料(140)填充通道(200)，其中可流动材料(140)包括功能材料(140a)，其中功能材料(140a)具有导电特性、导热特性、透光特性以及磁特性中的一个或多个；以及使所述功能材料(140a)固定。

Description

制作具有互连和嵌入式部件的3D打印形状
技术领域
本发明涉及一种用于产生特别地包括功能部件的3D打印物体的方法。本发明还涉及比如可用这种方法获得的这种物体本身。本发明进一步涉及一种3D打印机，该3D打印机比如可以用在用于产生特别地包括功能部件的3D打印物体的这种方法中。
背景技术
本领域中已知增材技术，在增材技术中，材料被并入经由这种技术制作的物体中。US2013303002比如描述了用于微电子设备的三维互连结构和用于产生这种互连结构的方法。该方法包括其中使用增材逐层制造过程来制造主干结构的步骤。主干结构包括三维包覆骨架和支撑结构。包覆骨架包括分层自由形式骨架部分，在主干结构上应用导电材料之后，分层自由形式骨架部分将形成互连结构的电触头之间的电互连。支撑结构支撑分层自由形式骨架部分。可以去除支撑结构的部分，以隔离和/或暴露电互连。包覆骨架可以由绝缘材料嵌入，以便提供另外的支撑。除了别的之外，包覆骨架部分形成单个连接管，通过使电镀流体冲洗通过管以形成电互连，来在内表面上包覆该单个连接管。
增材制造(AM)是成长中的材料处理领域。它可以用于快速原型化、定制、后期配置或在生产时制作小型系列。在创建3D打印物体中的新功能的许多情况下，导线或导电路径(“轨道”)对于电力是必要的。例如，当封装LED时，可能需要导线，以便驱动并开关它。在3D打印部分中装配线需要复杂的打印几何结构且限制打印自由度。另外，在打印期间应用线严重阻碍打印过程和速度(例如，打印必须暂停，以插入线)。同样，穿线连接可能保持弱点。在部分中打印纯金属导电路径凭借当前3D打印技术是不可能的。进一步地，允许打印金属的技术(激光或电子束诱导的金属颗粒烧结/熔化)不允许另一种材料的伴随打印。允许多材料打印的技术(像熔融沉积成型(FDM)或喷射等)又不允许导电金属的打印。为了克服该问题，可以使用显示较好导电特性的金属基打印复合物丝。但这些丝将必须与绝缘丝交替，以创建3D导电通道。
当考虑制作3D电子电路时，存在添加部件和/或电路的不同可能方式：所有部件(或电子电路)被置于建造平台上，并且在它们的顶部周围和顶部上打印3DP(3D被打印或3D打印)部分；贯穿3DP过程在各种层上添加多个部分。部件可以遍及部分来分布；首先打印3D部分，然后将部件附接到表面；以及打印一部分，并且将部件拉入/注入该部分中(例如，折曲条或其他菊花链)。当然，必须连接各种电子部分，以便形成电路。对于这些选项中的一些，这看起来(较)直接，并且连接可以用传统接线法来实现。还存在已经尝试将互连添加到这种3D打印物体的各种策略。比如，策略可以包括在3D形状的表面上添加互连(诸如使用例如喷射技术套印具有导电轨道的3D形状、或使用例如具有多个喷嘴的多材料FMD过程打印导电轨道)。在其表面上具有互连和电路的类似3D形状可以通过更多传统大规模制造过程(例如，模塑互连设备(MID)技术)来实现。可能还可以将部件添加在3DP部分内部。比如，通过沉积粉末膜并使用激光来熔化应形成出售部分的区域，可以建立层。比如，可以使用包括以下的过程：沉积粉末膜，使用修改真空工具来吸出粉末腔，使部件落入腔中，然后继续打印过程。
具有嵌入式电子器件的3DP原型(由此)可以在部分的外部具有互连(即，电气互连)和部件。这将部件暴露于机械损坏，并且可能使得电路更脆弱且易于损坏。它还使轨道和部件焊盘(pad)暴露，导致用户的潜在健康风险(例如，触电)和产品的可靠性风险(例如，湿度诱导的短路和腐蚀)。如果一个喷嘴用于打印导电材料，则可能能够垂直将部分连接的一种技术是上面提及的多喷嘴FDM过程。该方法的缺点是FDM兼容导电材料不广泛可用，并且通常也不是高度导电和导热的(当然是与金属线相比)。这意味着用于连接部件的3D打印导电轨道将具有较大电阻，且不能用于传导大电流。在电路中使用这些材料将导致大损耗、发热以及低效率。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种另选的用于打印3D物体的方法，该方法优选地还至少部分免除上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的另一个方面是提供一种另选的特别是可用这种方法获得的打印3D物体，该另选的打印3D物体优选地还至少部分免除上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的又一个方面是提供一种另选的、比如用在用于打印3D物体的这种方法中的3D打印机，该另选的3D打印机优选地还至少部分免除上述缺点中的一个或多个缺点。
这里，我们提出一种基本上一旦完成打印过程(或其一部分)则将导电(或绝缘)轨道添加到3DP部分内部的简单方式。诸如电气部件(例如，表面安装设备(SMD)、有机发光设备(OLED)、(小)印刷电路板(PCB)、传感器、薄膜晶体管(TFT)电路(例如，其打印在柔性箔上))之类的功能部件，例如可以通过使用拾取和放置工具或通过使用卷对卷过程插入柔性电路，在打印过程期间嵌入到各种层中。下表显示了可以使用的3DP过程中的一些和可以为最合适的插入方法。最后，可以通过将液体(导电或绝缘的)注入到在3DP部分内部制造的中空隧道中，来添加导电轨道(这另选地或另外地还可以通过将部件浸入液体浴中来进行)。液体例如可以在通道内部固化，或者密封通道，以将液体保持在内部。
因此，在第一方面中，本发明提供了一种用于产生3D打印物体(“物体”或“3D物体”)的方法，其中，方法包括(i)3D打印阶段，3D打印阶段包括3D打印3D可打印材料，以(由至少所述可打印材料)提供3D打印物体，其中，3D打印阶段还包括在3D打印期间在(构造中的)3D打印物体中形成通道(即，实际上打印3D通道)，其中，方法还包括(ii)填充阶段，该填充阶段包括：用可流动材料填充通道，其中，可流动材料包括功能材料，其中，功能材料具有导电特性、导热特性、辐射透过特性以及磁特性中的一个或多个；以及使所述功能材料固定。在本文中，术语“辐射透过特性”特别提及透射UV辐射、可见辐射以及IR辐射的材料，在本文中进一步还被指示为“透光特性”。
凭借这种方法，比如可以产生(高度)导电轨道。进一步地，凭借这种方法，可能向3D打印物体提供整体嵌入在3D打印物体中的功能部件(但部分嵌入也可以为选项)。进一步地，可以用较容易的方法提供鲁棒的导电轨道。比如，使用现有技术解决方案(诸如包括电镀)，可能的是，可流动材料漏掉和/或电气轨道较弱。进一步地，由本发明提供的导电轨道可以比用例如另选选项(诸如使用特定导电聚合物的一些选项)提供的更导电得多。进一步地，凭借本发明，现在可能以更高精度将(电气)互连结构“确切”放置在3D结构内部的正确的地点处。比如，当应用外部轨道时，这可能更复杂得多且易受损坏。
术语“3D打印物体”或“3D物体”提及经由3D打印(3D打印为增材制造过程)获得的三维物体(诸如具有高度、宽度以及长度的物体)。3D(或3DP)物体原则上可以为可3D打印的任何物体。它可以为具有使用功能的物品或纯装饰物品。它可以为物品(诸如汽车、房屋、建筑物等)的成比例模型。进一步地，3D物体可以为用于另一设备或装置中的零件或元件(诸如透镜、反光镜、反射器、窗户、准直器、波导、颜色转换元件(即，包括发光材料)、冷却元件、锁定元件、导电元件、壳体、机械支撑元件、感测元件等)。3D打印物体包括3D打印材料。
增材制造(AM)是主要借助增材过程由3D模型或其他电子数据源制作三维物体的一组过程。因此，术语“3D打印”大致等效于“增材制造”或“增材制造方法”。增材过程可以涉及粒子(经由烧结、熔化或胶合)或材料层(经由连续沉积或层的生产，例如聚合)的结合等。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)是常用于成型、原型化以及生产应用的增材制造技术。FDM通过将材料铺设为层来致力于“增材”原理；塑料丝或金属线从卷解开并供给材料，以产生部分。可能地，(例如对于热塑性塑料)，在铺设之前熔化并挤出丝。FDM是快速原型化技术。用于FDM的另一个术语是“熔丝制造”(FFF)。在本文中，应用术语“丝3D打印”(FDP)，该术语被认为等效于FDM或FFF。通常，FDM打印机使用热塑性丝，该热塑性丝被加热至其熔点，然后逐层(或实际上逐丝)挤出，以创建三维物体。FDM打印机可以用于打印复杂物体。因此，在一个实施例中，方法包括经由FDM 3D打印来产生3D打印物体。
3D打印物体特别是(至少部分地)由3D可打印材料(即，可以用于3D打印的材料)制成。
通常，这些(聚合)材料具有玻璃转变温度Tg和/或熔化温度Tm。3D可打印材料将在它离开喷嘴之前(假定例如FDM)由3D打印机加热至至少玻璃转变温度(并且通常为至少熔化温度)的温度。因此，在一个实施例中，3D可打印材料包括热塑性聚合物(诸如具有玻璃转变温度(Tg)和/或熔点(Tm))，并且打印机头动作包括将接收物品和沉积在接收物品上的3D可打印材料中的一个或多个加热至至少玻璃转变温度的温度(特别是至少熔点的温度)。在又一个实施例中，3D可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物品和沉积在接收物品上的3D可打印材料中的一个或多个加热至至少熔点的温度。(本文中)可以使用的材料的具体示例例如可以从由以下构成的组选择：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。
如上面指示的，同样可以应用除了FDM之外的技术(诸如喷墨打印、立体光刻、喷印、粉末床打印等)。如上面指示的，不论使用什么样的可打印材料，它将特别地包括导电物种或其前体。术语“可打印材料”还可以提及多种不同的3D可打印材料。术语“可打印材料”特别提及可以打印的材料。比如，在FDM的情况下，可打印材料可以包括可流动的加热聚合物。可打印材料在室温下可以为固体的，但在加热时可以变得可打印(即，尤其是可流动)。该加热特别旨在提供可流动或可打印材料。在立体光刻的情况下，可打印材料可以包括(通过光，诸如激光辐射)可固化的液体材料等。在喷墨打印的情况下，可打印材料可以包括液体中的颗粒(该液体在沉积后可以蒸发)。在粉末结合的情况下，可打印材料可以包括由结合材料(胶)保持在一起的颗粒。在粉末烧结或熔化的情况下，可打印材料可以包括通过施加热量烧结或熔化在一起的颗粒。
如上面指示的，方法包括3D打印阶段，该3D打印阶段包括3D打印3D可打印材料，以由至少所述可打印材料提供3D打印物体(即，制造3D打印物体)。术语“打印材料”在本文中特别提及已经被沉积或打印的可打印材料。因此，术语“可打印材料”在本文中特别提及(尚)未沉积或打印的材料。打印阶段除了别的之外还可以包括固化。比如，打印材料可以在打印之后固化，其后是在固化的打印材料上的进一步打印。
进一步地，打印阶段还可以包括在可打印材料的3D打印之前、可打印材料的打印期间、以及在可打印材料的打印之后，提供功能部件。因为可打印材料的打印例如在打印期间特别地是逐步过程(逐层形成)，所以功能部件可以添加到构造中的3D打印物体，其后是进一步打印可打印材料。术语“构造中”特别指示3D打印物体的第一部分的打印(t＝0)直到3D打印物体的最后一部分的打印为止之间的时间帧。特别地，在t＝0与最后一个打印动作之间获得的产品在本文中也被指示为3D物体。然而，有时在它被制作时的该物体还被指示为“构造中的3D物体”或类似术语。比如，该命名法可以用于强调在3D打印过程期间执行特定动作。
打印阶段还包括在3D打印期间在(构造中的)3D打印物体中形成通道。这暗示通过保持一部分(即，通道)无打印材料，来将通道刻意形成在3D打印物体中。通道在3D打印期间提供。3D打印产生3D物体。因此，3D打印阶段(还)包括在3D打印期间在构造中的3D打印物体中形成通道。因此，实际上打印通道(即，以在3D打印期间形成通道的这种方式打印3D物体)。在3D打印的同时，留下一部分功能地免于3D可打印材料(从而形成通道)。
当然，3D物体可以包括多个通道。术语“通道”还可以提及多个通道。比如，在电应用方面，通道通常将被提供为成组的两个通道，以提供电路。通道可以具有任何(功能)长度。进一步地，通道的横截面可以为圆形、正方形、矩形等。比如，在实施例中，通道还可以具有层状形状。通常，等效圆直径(2*sqrt(面积/π)(其中，sqrt是平方根的缩写)将在0.05-100mm的范围内(诸如0.2-50mm)，这可以取决于3D物体的尺寸。如上面指示的，即使在符合该等效圆直径时，横截面的形状也可能随着通道长度而变化(但在大致整个通道长度上仍然大致符合所指示的范围)。同样，可以应用不同类型的通道。
通道的填充可以在打印期间进行。比如，形成通道的一部分，或者准备好通道，然后用可流动材料填充通道，其后为可选的固化，其后为进一步的3D打印，该进一步的3D打印可以可选地还进一步包括生成通道并用可流动材料填充通道。然而，在又一个实施例中，首先大致整体地3D打印物体，其后为填充通道。因此，方法由此可以进一步包括(ii)包括用可流动材料填充通道的填充阶段。
术语“打印阶段”和“填充阶段”不一定包括其后为填充的3D打印物体的完整打印(这实际上是本文中描述的方法的一个实施例)，而且还可以包括顺序应用的多个这种阶段。然而，在一个实施例中，首先(完整打印)3D物体，其后为用可流动材料填充通道。
如上面指示的，可流动材料包括功能材料。因此，在(构造中的)3D打印物体中引入功能材料，作为可流动功能材料(诸如例如，低熔点焊料)(进一步参见下文)。另选或另外地，功能材料用可流动载体(诸如包括银的(可流动且可固化)聚合物)来引入(进一步参加下文)。可选地，在用可流动材料填充之前，通道的通道壁例如可以用涂层来功能化，从而便于可流动材料的引入。比如，在应用含水可流动材料时，可以使得疏水通道壁更亲水等。这种功能化可能导致(轻微)减小的通道体积和通道等效圆直径。
通常，相对于包括填充有功能材料的通道的打印材料的总体积，通道(填充有功能材料的，参见下文)的总通道体积可以在0.05-20vol.％(诸如0.5-10vol.％)的范围内。进一步地，通常，通道将填充有在通道体积的至少70vol.％(诸如至少80vol.％，甚至更特别地为至少90vol.％)的范围内的功能材料(诸如大致整体填充有功能材料)。因此，在一个实施例中，通道用功能材料填充至少90vol.％。
比如通过诸如用注射器注入可流动液体，通道可以填充有液体(可流动材料)。然而，3D打印物体例如还可以浸(沉浸)入可流动材料中。
特别地，可流动材料在20℃下具有大于水的粘度，诸如等于或大于2mPa.s，诸如等于或大于5mPa.s，像等于或大于10mPa.s，诸如等于或大于50mPa.s，特别是等于或大于100mPa.s，像在20℃下具有等于或大于0.5Pa.s的粘度。然而，特别地，可流动材料在20℃下的粘度等于或小于100mPa.s，诸如等于或小于50mPa.s。特别是考虑到粉末打印或丝打印的3D物体，使用具有大于水的较高粘度(诸如至少两倍大的粘度)的可流动材料看起来是有益的。这里，粘度在固定功能材料之前来指示。另外或另选地，真空可以辅助填充。因此，在另一实施例中，填充阶段包括使3D打印物体经受低于大气压的压力，随后用可流动材料填充通道。另选或另外地，连接到(构造中的)3D打印物体中的要填充的通道的孔径可以用作真空入口。因此，考虑到流动性，在实施例中可以需要在升高温度下提供可流动材料。本领域中已知这一点。因此，术语可流动还可以提及应用温度下的可流动或液体(诸如在被加热至在50-150℃范围内的温度时可流动或液体)。短语“填充通道”特别暗示可流动或液体材料的使用(在可流动或液体材料的应用温度下，即，在用可流动或液体材料填充时)。术语“可流动材料”还可以提及多种可流动或液体材料。它们可以同时或顺序引入通道中。
进一步地，分支的使用可以辅助用可流动材料填充通道。凭借分支结构，通道可以分成(“纯分支”)两个或三个(“交叉”)或更多个通道。因此，在一个实施例中，通道包括分支结构。特别地，分支提供两个或更多个出口(或入口)。
在已经填充通道之后，固定功能材料。在一个实施例中，功能材料通过(a)封闭所述通道和(b)固化包括可流动材料的所述功能材料中的一个或多个来固定。在前者的实施例中，可流动材料可以保持其可流动特性，但流动由通道的封闭充分抑制。因此，特别是在这种实施例中，填充有可流动材料的通道至少为90vol.％(甚至更特别地为至少95vol.％，诸如特别为至少98vol.％)。这还可以应用于后者的实施例，但通过固化，可流动材料被转换成不再可以能够流动的材料。然而，同样在该实施例中，通道可以用可流动材料填充至少90vol.％(甚至更特别地为至少95vol.％，诸如特别为至少98vol.％)。进一步地，同样在该实施例中，例如由于审美和/或安全原因，通道可以在填充之后封闭。因此，固定除了别的之外可以通过将通道(大致整体)填充诸如至少90vol.％并封闭通道来实现。另选或另外地，固定除了别的之外可以通过用可流动材料填充通道并固化可流动材料来实现。因此，可流动材料可以包括可固化材料。可选地，功能材料包括可固化组，但另选或另外地，可流动材料(除了功能材料之外还)包括可固化材料。
可流动材料特别(在固化时)还可以具有低收缩率(通常小于按体积的几个％)，并且热膨胀系数在打印设备的可能操作温度的范围内特别应接近3D打印材料(的热膨胀)，以减小处理诱导的残余应力。因此，特别地，打印材料和(固化的)可流动材料的热膨胀比率特别是可以在0.6-1.4(像0.7-1.3，诸如0.8-1.2，像0.9-1.1)的范围内。
如上面指示的，可流动材料在一个实施例中可以包括可固化材料。如本领域中已知的，比如，固化可以由光和热中的一个或多个来执行。如果3D物体包括辐射透过材料(诸如透射UV、可见以及IR辐射中的一个或多个的材料)，则还可以应用由光/辐射固化。另选或另外地，可以施加热量。因此，特别地，可固化材料为热可固化材料。因此，在一个实施例中，可固化材料包括可热固化材料，并且方法还包括：使3D打印物体的至少一部分经受热量(以固化可固化材料)。因此，在构造中时和/或在完成时，3D物体例如可以由热量固化。因此，在方法的一个实施例中，可流动材料包括可固化材料，并且方法还包括：固化所述可流动材料，以提供固化的可流动(功能)材料。在另一具体实施例中，可流动材料包括可热固化材料，并且方法还包括：使(构造中的)3D打印物体的至少一部分经受热量(以固化可热固化材料)。另选或另外地，在方法的一个实施例中，可流动材料包括可聚合材料，并且方法还包括：聚合所述可流动材料，以提供聚合的可流动(功能)材料。因此，这也可以为固定功能材料的选项。可以组合不同的固定方法。
可流动材料被引入通道中，以向3D物体提供功能材料。该功能材料可以与功能元件(进一步参见下文)功能地连接。
特别地，功能材料具有导电特性、导热特性、辐射透过特性以及磁特性中的一个或多个。如上面指示的，将这种功能材料固定(在3D打印物体中)。术语“导电特性”和类似术语暗示材料为导电的；同样地，这应用于本文中指示的功能材料的其他功能特性。
在一个具体实施例中，功能材料包括导电特性，并且通道用作导电轨道或线。因此，在一个实施例中，可流动材料包括含金属颗粒的聚合物(诸如含银颗粒的聚合物)。例如在WO2013191760中描述了这种聚合物，本文中以引证的方式将其并入。因此，在一个实施例中，可流动材料包括具有针对银凝固的稳定性的含银聚合物复合物，包括载银硅酮颗粒(特别是具有从载银硅酮颗粒总量的大约0.1wt.％至大约70wt.％范围内的载银含量)，其中，载银硅酮颗粒被加载在聚合物制剂中，该聚合物制剂包括特别在从该聚合物制剂的大约0.01wt.％至大约50wt.％范围内的一种或多种聚合物、共混聚合物或聚合物复合物。更特别地，载银硅酮颗粒具有在从载银硅酮颗粒的总量的大约0.1wt.％至大约50wt.％范围内的载银含量。特别地，包括金属颗粒的聚合物(诸如包括银颗粒的聚合物)可固化。以这种方式，可以提供导电通道。在另一个实施例中，可流动材料包括在从50-400℃范围选择的温度下熔化的低熔点焊料。比如，可流动材料可以包括任何导电液体或熔化合金(诸如低温Sn基焊料合金，像SnBi、SnBiAg、SnBiCu、SnIn等)。在又一个实施例中，可流动材料包括广泛用于印刷电路板行业中的导电墨(例如，ICA(各向同性导电粘合剂))。还将可能使用便宜的离子导电液体(例如，自来水)来实现成本降低。因此，可打印材料(在这种实施例中)或至少由此获得的打印材料将具有电绝缘特性。
当已经大致打印3D打印物体(且已经执行可选的固化)时，可以执行最终的(3D打印)动作，比如以提供封闭层来封闭通道的开口。因此，在一个实施例中，方法还包括：(iii)填充阶段之后的完成阶段，其中，完成阶段包括可选地也由3D打印来封闭通道开口。注意，该完成阶段(或更精确地为通道的封闭)不总是必要的。比如，可以接受以下事实：固化的材料在3D物体的外表面处的通道端部处可见。注意，完成阶段可选地还可以包括以下中的一个或多个：(a)(诸如通过激光和/或火焰)加热3D物体的外层的至少一部分、(b)溶剂溶解3D物体的外层的至少一部分以及(c)涂布3D物体的外层的至少一部分。另选地，完成阶段可以在填充之后，但在固化之前。因此，可选地，固化仅在整体打印3D打印物体之后进行。因此，可选地，填充阶段和完成阶段可以至少部分地重叠。
如上面指示的，功能材料的包括特别鉴于与3D物体关联的功能部件来执行。该关联可以在打印之前(功能部件可以被提供在接收物品上，在该接收物品上打印3D打印物体)、在打印阶段期间以及在打印阶段之后进行。因此，在一个实施例中，打印阶段还包括在构造中的3D打印物体中至少部分地并入功能部件，其中，填充阶段还包括通过用所述可流动材料填充所述通道来功能地连接功能部件与功能材料。因此，通道和功能部件在功能配置中来配置。比如，假定电气部件，部件可以具有在两个不同通道中延伸以便(稍后)由电源供电的两个连接器。通过用可流动材料填充通道，在该示例中特别还是导电材料的功能材料分别与两个连接器接触。可选地，方法由此可以包括另外处理所述可流动材料(诸如固化)。由此获得的通道中的功能材料可以用作对电气部件供电的电线。注意，在存在多于一个通道时，通道可以同时或顺序填充。
因此，在一个实施例中，功能部件包括电气部件、螺线管、天线、电容耦合结构以及电磁体中的一个或多个。在一个具体实施例中，功能部件包括光源(电气部件)。因此，在实施例中，功能材料特别包括导电材料。上面还提及了功能部件的其他示例。功能部件的另外示例例如可以包括以下中的一个或多个：(电气)连接器、光电检测器、电阻器、开关、换能器、半导体(像二极管、晶体管、集成电路(IC)、光电部件、显示器)、传感器、检测器、RFID芯片、天线、共振器、压电设备、保护设备(诸如电涌器或熔断器)等。
特别地，由此，功能部件和功能材料以功能关系来配置。因此，功能部件特别还可以包括一个或多个导电特性、导热特性、辐射透过特性以及磁特性。电容耦合结构或电容器可以包括由电绝缘材料(或电绝缘气体)分离的两个导电元件。比如，这种电容器可以用于对由3D打印物体包括的功能部件充电或供电。
功能部件可以部分地由3D打印物体包围。因此，可选地，功能部件的一部分可对3D物体的用户可见。然而，在另一个实施例中，功能部件完全并入3D打印物体中。因此，功能部件可以由3D打印物体完全封装。假定透光基质或基质的至少一部分透光，则光源也可以完全并入3D打印物体中。术语“功能部件”也可以涉及多个功能部件。
在另一方面中，本发明还提供了一种可由本文描述的方法获得的3D物体。特别地，本发明提供了一种3D打印物体(特别可由本文描述的方法获得的)，该3D打印物体可选地包括(i)功能部件，该功能部件至少部分地并入3D打印物体中，3D打印物体至少包括(ii)通道，该通道集成在3D打印物体中，其中，通道包括固定化功能材料，其中，功能材料包括导电特性、导热特性、辐射透过特性(诸如透射可见光)以及磁特性中的一个或多个。如上面指示的，这种3D打印物体特别包括功能部件，该功能部件在实施例中可以包括电气部件、螺线管、天线、电容耦合结构以及电磁体中的一个或多个；功能部件和功能材料功能地耦合。
在一个实施例中，功能材料为导电材料。特别地，这种功能材料的导电性由此高于周围3D打印材料(诸如至少1000倍高)。特别地，导电材料具有至少0.01S/cm(特别是至少0.1S/cm，诸如至少1S/cm，像例如在1-1000S/cm范围内)的导电率。特别地，(周围)打印材料具有最大1.10-5S/cm(甚至更特别地最大1.10-6S/cm)的导电率。因此，术语“非导电”或“电隔离”特别指示最大1.10-5S/cm的导电率；术语“导电”特别指示至少0.01S/cm的导电率。导电通道例如可以用于向电气部件(诸如光源)提供功率。因此，功能部件在一个实施例中可以包括光源(诸如LED(诸如OLED))。因此，可打印材料或特别地(由此获得的)打印材料在其中功能材料导电的实施例中电绝缘。
功能材料还可以用于热管理。因此，功能材料可以具有导热特性。特别地，这种功能材料的热导率由此高于周围3D打印材料的热导率(诸如至少5倍高)。特别地，导热材料具有至少0.5W/(m.K)(诸如至少0.5W/(m.K))的热导率。特别地，(周围)打印材料具有至少5倍低(诸如最大0.1W/(m.K))的热导率。热管理在3D打印物体中可以与升温的功能部件相关。像PCB电路的电接口经常组合电气功能和热功能。非常经常，靠近部件的金属区域被扩展为允许热传播。同样，在部件下和周围添加金属，以便到下一热接口的更多热传播、更佳热传送、或甚至直接散热。所有这些方面需要特殊处理和附加的成本。同样由于它们的典型2D性质，层将被添加到系统，从而增加部件周围的基板面(real estate)。未真正控制它们的3D形状。通过在部件附近和周围注入热结构，可以进行关于所需热管理以及还有集成的其他方面(像关于产品的尺寸/形状)给出期望形状的最佳3D折衷的形态设计。热(导热)通道还可以用于借助复杂结构从部件向散热器传送热量，从而允许使它们远离彼此以及甚至不对齐。中间传播结构也可以允许耦合或去耦合远离或靠近彼此的部件。该问题的一个示例可以在多色LED设备中找到。不同颜色的LED生成不同量的热量，并且具有不同的温度敏感性。可以精确地平衡/补偿这些差异和不完美。
在又一个实施例中，功能材料可以包括磁性材料。比如，通道结构还可以用于由包括导电材料的通道和包括磁性材料的通道来创建螺线管。以这种方式，可以例如能够将变压器集成在3D打印物体中。比如，功能材料可以包括含铁流体和/或含铁糊状物(这两者可以包含纳米铁或铁磁颗粒)、流变(rheonetic)材料、金属基磁糊(诸如包括Fe、Co、Ni以及CrO2中的一个或多个)、分子基磁糊(通常仅在制冷温度下工作)以及磁阻材料。
在一个具体实施例中，功能材料包括导电材料，并且功能材料包括从由以下构成的组选择的一个或多个：(i)包括金属颗粒的聚合物(诸如包括银颗粒的聚合物)和(ii)在从50-400℃范围选择的温度下熔化的低熔点焊料。在又一个实施例中，功能材料可以包括石墨烯和石墨中的一个或多个。在这种情况下，可流动材料可以包括特别地高于渗透极限的功能材料(即，可流动材料(也)导电(因此固定的可流动材料也将导电))。
在又一个实施例中，功能材料包括辐射透过特性，即特别地，功能材料透射辐射(特别为UV、VIS以及IR辐射中的一个或多个，特别为UV(特别是180-380nm)和VIS(380-780nm)中的一个或多个)。术语“透过的”在本文中特别指示当辐射的一部分被耦合到辐射透过材料中时，同样耦入的光的一部分(诸如在所指示波长范围内的一个或多个波长处为至少10％)也将再次耦合出来。
在又一个实施例中，功能材料可以包括机械特性(诸如提供增强的摩擦)。在又一个实施例中，功能材料可以包括比如调谐3D打印物体(或其一部分)的共振的声音特性。然而，功能材料还可以具有化学特性，例如以提供在特定条件下可以溶解和/或用于释放活性物质的通道。
在又一个方面中，本发明还提供了一种用于提供3D打印物体的3D打印机装置，3D打印机装置包括(i)3D打印机，该3D打印机被配置为提供可打印材料，以提供3D打印物体，其中，3D打印机装置还包括：(ii)功能材料提供设备(诸如3D打印机)，该功能材料提供设备被配置为向所述3D打印物体的通道提供包括功能材料的可流动材料；和(iii)运输单元，该运输单元被配置为从存储位置向构造中的3D打印物体运输功能部件，以便将所述功能部件至少部分地集成在所述3D打印物体中。凭借这种打印机，例如可以应用本文中描述的方法。在一个具体实施例中，打印机包括FDM打印机或立体光刻打印机或喷墨打印机。因此，在另一具体实施例中，本发明提供了一种用于提供3D打印物体的3D打印机，该3D打印机包括打印机头，该打印机头包括用于将3D可打印材料打印到接收物品上的第一喷嘴，3D打印机还包括用于提供包括功能材料的可流动材料的第二打印机喷嘴，并且其中，3D打印机还包括运输单元，该运输单元被配置为从存储位置向构造中的3D打印物体运输功能部件，以便将所述功能部件至少部分地集成在所述3D打印物体中。
附图说明
现在将参照示意附图仅用示例的方式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分，并且在附图中：
图1a至图1i示意性描绘了本文所述的方法和3D打印物体的一个实施例的一些方面；
图2a至图2d非常示意性地显示了方法和3D打印物体的一个实施例的一些阶段和方面；
图3示意性描绘了3D打印机(或AM打印机)的一个实施例；以及
图4a至图4b示意性描绘了一些通道和填充方面。
示意图不一定按比例。
具体实施方式
在图1a至图1i中，示意性显示了一个示例，其中功能部件在3D打印部分(或3D打印物体100)的底部处而且被嵌入3D打印部分的内部。在该示例中，我们显示了具有三个电气部件的3DP部分。过程不限于三个电气部件的该示例，并且可以以相同方式添加多个电气部件。在图1a中，显示了处理步骤或阶段，其中，首先将电气部件400放置在建造平台上，并且将电气部件400套印有一些层(用打印材料120来指示)。开始该部分的打印，留下将形成隧道(或通道)的间隙。附图标记2120指示电绝缘的打印材料。在下一阶段中，参见图1b，添加第二电气部件。第二电气部件可以被对齐为使得导电焊盘在从第一电气部件上的导电焊盘向上延伸的期望隧道之上。可以继续3D打印，留下将形成隧道(或通道)的间隙(图1c)。用示例的方式，又可以添加第三电气部件(图1d)。第三电气部件可以被对齐为使得导电焊盘在从第一和第二电气部件上的导电焊盘向上延伸的期望隧道之上。在另外的阶段中，可以完成3D打印部分(图1e)。此时，填充阶段可以开始(图1f)，并且通过(1)注入或(2)将该部分浸入到液体浴中，来将导电液体插入到隧道或通道中。在该阶段，每个隧道或通道具有通过它可以提供液体的至少一个入口。液体例如可以为银墨或离子液体(像水)或熔化金属。这将完成电路。进一步地，可以固化液体(如果可能)，和/或可以密封隧道(图1g)。功能部件400可以为不同类型的功能部件(诸如光源、控制单元和传感器、电源等)。如所显示的，以这种方式进行互连。
可选地，电气连接可以被故意破坏或中断(图1h)。可以通过溶解选择性打印材料来使连接轨道露出(参见图1i)。这例如可以通过以下方式来实现：“同时”打印两种材料(一种耐溶解且另一种可溶解)，注入导体(并使它们硬化)，随后溶解期望用作外部连接结构的导体周围的材料。
进一步地，可选地，电路可以通过将电路浸入到水(水充当开关)中来完成。因此，在另一实施例中，电气连接所必需的第二导电焊盘可以被提供为将3D物体沉浸在导电流体、或导电涂层或填充材料的前体中。因此，比如，一个焊盘通过填充通道来提供，另一个焊盘通过用接触部件的浮现部的导电材料嵌入/电镀整个3D打印物体来提供。因此，在实施例中，液体可以为用于穿透并填充通道200的导电液体。在封闭通道200之后，(固定化的)导电焊盘可用。
上述附图是非常示意性的。为了清楚起见，未画出如通常在电气部件的情况下的双轨道。
图2a示意性描绘了如本文描述的方法的一般实施例。可以以打印(I)开始。当完成打印时或当完成一部分时，可以决定是3D打印整体准备好(Y)还是必须进行更多打印(N)(诸如包括功能部件(C))。在添加功能部件之后，可以开始3D打印(I)。这可以重复，直到3D物体准备好为止。其后，可以用可流动或液体材料填充(II)通道，并且例如，可以固化可流动材料和/或可以密封通道等(III)。如上面提及的，另选实施例也是可能的，诸如以一个或多个功能部件或中间填充(可选地以中间密封和/或固化)开始。
图2b非常示意性地显示了一个实施例的一些阶段和方面。方法包括：(i)用附图标记I指示的3D打印阶段，该3D打印阶段可以包括3D打印3D可打印材料110，以提供打印材料120的3D打印物体100，其中，3D打印阶段还包括在3D打印期间在建造中的3D打印物体100中形成通道200，其中，方法还包括：(ii)用附图标记II指示的填充阶段，该填充阶段包括用包括功能材料140a的可流动或液体材料140填充通道200，并且可选地固化可固化材料140，以提供具有功能材料140a的通道200。附图标记150指示固化的功能/可流动材料。因此，用示例的方式，这里可流动材料140已经固化。附图标记150可以另外或另选地还指示在可流动材料已经在通道200中聚合时的聚合材料。
可选地，方法还可以包括：(iii)用附图标记III指示的完成阶段，该完成阶段在填充阶段II之后，其中，完成阶段可以包括可选但不是必须地通过3D打印来封闭通道开口207。注意，填充通道和固化材料的阶段可以大致为独立的。固化不必在每个填充阶段之后发生；它可以在特定数量的填充阶段之后发生，或者可以仅在结束时发生一次——这取决于打印且可固化材料的特性和固化机制。另选地，如果环境温度足够高，则因为随着时间的过去材料将在该提升的温度下固化(即，可以自动包括固化阶段)，可能明确的固化动作是不必要的。然而，特别地，打印材料经受高于环境温度的温度。如上面指示的，固化还可以在例如完成阶段(例如，包括封闭通道200的完成阶段)的至少一部分之后进行。
图2c示意性描绘了3D打印物体100。如上面指示的，在一个实施例中，3D打印物体100包括：具有导电特性的第一类型的材料或功能材料140a(这里为导电材料1120)、和具有电绝缘特性的第二类型的(打印)材料120。用示例的方式，该物体100还具有作为电气部件420的示例集成的光源410，该光源与导电材料1120(这里为导电轨道1127)功能地连接。另外的连接器1128功能地连接到这些轨道1127，比如以便与电源(未描绘)功能连接。导电轨道1127由此可以包括具有导电特性的功能材料140a。
图2d示意性描绘了3D打印物体100，其具有包括导电材料的两个不同通道200：包括铁或铁氧体材料的第一通道120a、和第二通道120b，它们之间具有打印材料120(特别是由此不导电)。第一通道120a被布置为核心，并且第二通道120b被布置为线圈。以这种方式，可以制作电感器。比如，这种结构可以用于制作螺线管或电磁体。
图3示意性描绘了用于提供3D打印物体100的3D打印机装置5000，该3D打印机装置5000包括3D打印机500，该3D打印机被配置为提供可打印材料110，以提供3D打印物体100。3D打印机装置5000包括功能材料提供设备5502，该功能材料提供设备被配置为向所述3D打印物体100的通道(未描绘)提供包括功能材料140a的可流动或液体材料140。进一步地，3D打印机装置5000包括运输单元1100，该运输单元被配置为从存储位置1500向构造中的3D打印物体100运输功能部件400，以便将所述功能部件400至少部分地集成在所述3D打印物体100中。图3特别地示意性描绘了例如可以用于本文描述的AM方法的3D打印机的一个实施例。该图3显示了3D打印机500(或装置5000)，该3D打印机包括打印机头501，该打印机头包括用于向接收物品550打印3D可打印材料110的第一喷嘴502，3D打印机500还包括用于提供包括功能材料140a的可流动材料140的第二打印机喷嘴1502(比如来自另一个打印机头1501)，并且其中，3D打印机500(或装置5000)还包括运输单元1100，该运输单元被配置为从存储位置1500向(构造中的)3D打印物体100运输功能部件400。虚线箭头用示例的方式指示可以从存储位置向3D打印物体100运输功能部件400(诸如电气部件420，像光源410)的路径。运输单元例如可以用于拾取并放置功能部件，和/或通过使用例如卷对卷过程插入柔性电路或其他功能部件。附图标记500指示3D打印机。附图标记530指示被配置为3D打印(特别为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。这里，仅示意性描绘了用于提供3D打印材料的打印机头(诸如FDM 3D打印机头)。附图标记501指示打印机头。本发明的3D打印机特别地可以包括多个打印机头，但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打印机特别地可以包括多个打印机喷嘴，但其他实施例也是可能的。附图标记320指示可打印的3D可打印材料(诸如上面指示的)的丝。为了清楚起见，未描绘3D打印机的所有特征，仅描绘了对于本发明特别相关的那些特征。3D打印机500被配置为通过在接收物品550上沉积多个丝320来生成3D物品10，其中，每条丝320包括诸如具有熔点Tm的3D可打印材料。3D打印机500被配置为加热在打印机喷嘴502上游的丝材料。这例如可以用包括挤出和/或加热功能中的一个或多个的设备来进行。这种设备用附图标记573来指示，并且被布置在打印机喷嘴502的上游(即，在时间上在丝材料离开打印机喷嘴502之前)。附图标记572指示具有材料(特别地以线的形式)的线轴。3D打印机500将该材料变换成丝或纤维320。将丝布置在丝的旁边并且将丝布置在丝上，可以形成3D物品10。然而，本文所用的3D打印技术不限于FDM(还参见上文)。
本发明的该方法可以包括将导电/绝缘材料注入到3D打印形状中，以连接电子部件和电路。在实施例中，3D打印为可以在通道内部创建小肋状物的逐层技术。不论什么材料用于填充那些通道，这都可以特别地复制这些结构的底片，这证明该材料是在用3D打印的方式形成通道之后以液相添加的。
本发明还提供了一种能够仅设计并创建需要互连的通道的方法，通道稍后被提供有导电材料并固化为合适的导体。由于导电材料将遵循通道，所以在3D打印部分的主体内部创建总3D设计自由度。巨大益处是相同的互连材料可以用于接触板和部件，这降低组装成本。另一个益处是其后仅需要一个固化步骤(在例如载银聚合物的情况下)，并且可以使得互连通道真正为3D的。同样，将通道细分成多个通道是可能的。可能用于填充通道的具体材料例如可以从载银聚合物(各向同性导电粘合剂；银墨)或低熔点焊料中选择。两者可以需要聚合物载体的特定热预算，并且由于该原因，低Tg材料可能不那么相关。因此，用于3D打印的——本文所用的聚合物特别地可以具有70℃或更大(诸如100℃或更大，诸如大于120℃)的Tg。存在可用的载银聚合物，其可在例如80-90℃固化且仍然提供合理导电率。低熔化温度焊料提供最佳的导电率，并且可能为填充通道的更佳(且更廉价的)另选方法。低熔点焊料特别地可以在低于大约120℃时熔化。
本发明的元素是在3D打印部分的主体中创建通道。这使能其后可以通过注入(模塑)应用的数字设计和3D自由形式互连。
使得一些示例开始于设计包含通道的3D产品。在这种情况下，所设计的通道直径为1.5mm。主体将被提供有特别准备的、在触头中间具有通过打印延伸的孔的LED引擎/模块。通过设计，这些孔确切位于通道上方，以使能直接接触。在设计之后，打印具有1.5mm通道的主体，该通道延伸穿过主体。所用材料是PLA(聚乳酸)，但因为PLA的Tg为大约60℃且ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)具有大约105℃的Tg(这可以有益于承受包括功能材料的可流动材料的热固化)，所以ABS也可以是良好的选择。实验也用ABS执行。在下一步骤中，用可流动或液体导体材料填充所打印的通道。该材料从插座向在所设计灯具的光学输出侧上的LED板传送功率。像之前阐述的，这可以用载银聚合物(需要固化步骤)或用低熔化温度焊料来进行。下面将描述这两者。
载银聚合物在这种情况下是需要在125℃下固化5分钟的各向同性导电粘合剂。填充由从产品底部压入到通道中的压力注射器来执行。将压力施加到注射器上引起通道的填充。执行这一点，直到材料突然出现在通道的顶侧处，此后，填充第二通道。
填充通道还使用加热注入工具插入焊料凭借Sn/Bi/Cu焊料执行。材料非常良好地流动到通道中，并且在凝固后是合适的导体。甚至可以考虑在产品顶侧处接触已经提供的LED板。随后，组装板和线。在产品的顶侧上，放置LED引擎，并且通过将ICA(各向同性导电粘合剂)分配到触头上来制作到所填充通道的接触。在底部处，线被定位到通道的前5mm中，从而制作到电源的接触。然后固化通道中的载银聚合物。在该步骤中，将整个产品置于80℃下的对流炉中达2小时，以允许载银聚合物固化并变成合适的导体。PLA主体基本上不能承受该温度，但在主体由也可以3D打印的ABS制造时，主体能够承受该温度。同样，可以想到另选固化方法(诸如对于在IC行业中固化ICA球常见的可变频率微波固化)。该方法的优点是不加热整个主体，而是加热ICA本身，直到固化点为止。因此，主体上的热负荷仅被减少到刚刚在通道外部的区域。在这些步骤之后，完成产品。测量通道的欧姆电阻在直径1.5mm的10cm通道之上产生1.2欧姆。
还可能在一个产品中设计多个通道，以使能更复杂的互连结构(比如用于连接多个板或嵌入式驱动器电子器件)。这也可能增大填充过程的复杂度。因此，在另一方面中，本发明提供一种分支结构206。填充通道的最有效方式是从它们全部集合的侧开始。如果从顶部填充，则将在第二通道的填充期间用空气填充通道的组合部分。空气需要被压出，并且那产生大量浪费材料。然而，从组合通道填充的问题是填充期间可能存在轨道中的流体电阻的差异，这在其他通道(具有更高流体电阻率)保持空时产生一个被填充的通道。该问题可以通过在通道的端部使用限制(例如，通道减小的直径或尺寸)来解决，仅允许空气逸出。随着从组合通道填充第一通道，空气借助细分通道的限制逸出。当填充材料撞击限制时，压力因为材料无法通过限制将增大，并且将填充第二细分通道。这将继续进行，直到填充所有通道且没有更多的填充材料将进入通道中为止。在金属管提供限制功能时，限制甚至可以提供到LED引擎/模块或其他电子器件的接触。参见图4a，这允许电气功能被添加到限制(其中，左图指示组合通道填充，从左边的第二图显示了具有最低流体电阻的通道的填充，随后是其他两个通道的填充)。图4a还显示了可能的限制单元的一个实施例，其中，限制单元用附图标记700来指示。附图标记710指示具有允许气体逸出的限制705的管。附图标记715例如指示PCB，并且附图标记712指示用于连接限制单元700与PCB的焊料。
进一步地，用于注入的连接器比如可以应用在通道的入口侧处。有利的是，填充步骤(不管是焊料或载银聚合物)具有到主体和通道的良好、坚固且密封的接触，以避免空气泄漏或材料溢出。因为在大多数情况下，需要到外部世界的某一形式的机械和电气连接，所以可以考虑具有用于填充过程、用于到灯具/脚的机械附接、和/或用于电气连接的连接器。在图4b中，画出了这种插座/连接器的一个示例。附图标记750指示金属配件(诸如卡口式配件)。该配件750可以被布置在通道中或可以被配置为通道(开口)的一部分。
本发明例如可以用于将电子器件深入地嵌入产品内部。比如，LED深入地嵌入灯具形状中；以这种方式，可以不需要使用传统灯泡。这适合一般LED化趋势。所实现的灯将大多数为高端设计师灯具。本发明例如还可以用于保护产品内部的脆弱设备，将它们从外部拿走(例如，湿度/气体传感器，该湿度/气体传感器深度嵌入部分内部，但仍然具有到外部的隧道连接，以允许被感测的材料到达传感器)。本发明例如还可以用于需要特别适合主体的个性化电子器件和可穿戴设备。本发明例如还可以用于产品数据保护和追踪：特殊特征或产品信息嵌入设备内部，该特殊特征或产品信息无法被容易地去除(且可能对外部完全不可见)。本发明例如还可以用于触摸安全的无PCB系统、具有离开2D平面的连接器/部件的复杂系统、关于热管理的形态平衡系统、直接打印的连接器结构等。因此，凭借本发明，可以减少部件、接合、连接的数量，从而简化组装并改善外观和感觉。
还将可能在金属3DP部分内部提供电路。通常，可以制作具有电子电路的3DP部分，涉及将导电轨道添加到非导电3D打印部分。但，存在用于制作金属部分的许多3DP方法。金属打印是不仅用于制作原型而且制作实际部分(例如在航空航天行业中)的、更多成熟3D打印方法中的一个。迄今为止所用的方法未提供在我们想要在金属3D打印部分内部创建电路时的解决方案。在这种情况下，期望在主导电部分内部创建非导电区域或轨道。我们在本文提出的方法也适用于在打印之后在3DP部分内部添加非导电材料，因此可以用于使金属3DP部分内部的导电区域绝缘。该过程通常为之前过程的镜像或者相反过程(因为在这种情况下，隧道被置于我们想要形成绝缘区域的地方)。被注入的液体是非导电的。这种情况下的挑战是将电路设计为使得正确连接焊盘，并且焊盘在必要的情况下与金属3DP结构绝缘。因此，在另一方面中，本发明提供了一种用于产生3D打印物体的方法，其中，方法包括：(i)3D打印阶段，3D打印阶段包括3D打印3D可打印材料，以提供3D打印物体，其中，可打印材料包括导电材料或导电材料的前体，其中，3D打印阶段还包括在3D打印期间在建造中的3D打印物体中形成通道，其中，方法还包括：(ii)填充阶段，该填充阶段包括用可流动(或液体)材料填充通道，其中，可流动材料包括功能材料或其前体，其中，功能材料具有电绝缘特性。在又一个方面中，本发明还提供了一种3D打印物体，该3D打印物体包括(i)功能部件，该功能部件至少部分被并入3D打印物体中；和(ii)通道，该通道集成在3D打印物体中，其中，3D打印物体包括导电材料，其中，通道包括固定化功能材料，其中，功能材料包括电绝缘材料，其中，功能部件包括电气部件、螺线管、天线、电容耦合结构以及电磁体中的一个或多个，并且其中，功能部件和导电材料功能地耦合。特别地，这里，术语“通道”还可以提及层或多个层。进一步地，这种方法还可以包括断开阶段，其中，(例如，通过去除层(的一部分))断开导电但不应彼此电接触的部分。
本领域技术人员将理解本文中的术语“大致”(诸如在“大致构成”中)。术语“大致”还可以包括具有“完全”、“完整地”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，还可以去除形容词大致。在适用情况下，术语“大致”还可以涉及90％或更高(诸如95％或更高，特别地为99％或更高，甚至更特别地为99.5％或更高，包括100％)。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由……构成”的实施例。术语“和/或”特别涉及“和/或”之前和之后提及的项中的一个或多个。比如，短语“项1和/或项2”以及类似短语可以涉及项1和项2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以提及“由……构成”，但在另一个实施例中还可以提及“至少含有所定义的物种和可选地一个或多个其他物种”。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似的元件，并且不一定用于描述先后顺序或时间顺序。要理解，这样使用的术语在适当环境下可互换，并且本文所述的本发明的实施例能够以与本文所述或图示的顺序不同的其他顺序来操作。
本文的设备除其他之外在操作期间描述。如将对本领域技术人员清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应注意，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在不脱离所附权利要求范围的情况下设计许多另选实施例。在权利要求中，置于括号之间的任意附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中叙述的那些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若干不同元件的硬件且借助于合适编程的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以由同一硬件项来具体实施。在彼此不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实不指示不可以有利地使用这些措施的组合。
本发明还适用于包括说明书中描述和/或附图中显示的表征特征中的一个或多个的设备。本发明还与包括说明书中描述和/或附图中显示的表征特征中的一个或多个的方法或过程有关。
本专利中讨论的各种方面可以组合，以便提供另外的优点。此外，特征中的一些可以形成用于一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种用于产生3D打印物体(100)的方法，其中，所述方法包括(i)3D打印阶段，所述3D打印阶段包括3D打印3D可打印材料(110)，以提供所述3D打印物体(100)，其中，所述3D打印阶段还包括在3D打印期间在构造中的所述3D打印物体(100)中形成通道(200)，其中，所述方法还包括(ii)填充阶段，所述填充阶段包括：用可流动材料(140)填充所述通道(200)，其中，所述可流动材料(140)包括功能材料(140a)，其中，所述功能材料(140a)具有导电特性、导热特性、透光特性以及磁特性中的一个或多个；以及使所述功能材料(140a)固定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述打印阶段还包括在构造中的所述3D打印物体(100)中至少部分地并入功能部件(400)，其中，所述功能部件(400)包括电气部件(420)、螺线管(430)、天线、电容耦合结构以及电磁体(440)中的一个或多个，并且其中，所述填充阶段还包括：通过用所述可流动材料(140)填充所述通道(200)，来功能地连接所述功能部件(400)与所述功能材料(140a)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述功能部件(400)包括光源(410)，并且其中，所述功能材料(140a)包括导电材料。
4.根据前述权利要求2-3中的任一项所述的方法，其中，所述功能部件(400)完全并入在所述3D打印物体(100)中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述功能材料(140a)通过(a)封闭所述通道(200)和固化包括可流动材料(140)的所述功能材料中的一个或多个来固定。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述可流动材料(140)包括可固化材料，并且其中，所述方法还包括：固化所述可流动材料(140)，以提供固化的功能材料(150)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述可流动材料(140)在20℃下具有等于或大于2mPa.s的粘度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述可流动材料(140)包括含金属颗粒的聚合物。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述可流动材料(140)包括低熔点焊料，所述低熔点焊料在从50-400℃的范围选择的温度下熔化。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述填充阶段包括使所述3D打印物体(100)经受低于大气压的压力，并且随后用所述可流动材料(140)填充所述通道(200)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述通道(200)包括分支结构(206)。
12.一种3D打印物体(100)，包括：(i)功能部件(400)，所述功能部件至少部分地并入在所述3D打印物体(100)中；和(ii)通道(200)，所述通道集成在所述3D打印物体(100)中，其中，所述通道(200)包括固定化功能材料(140a)，其中，所述功能材料(140a)包括导电特性、导热特性、透光特性以及磁特性中的一个或多个，其中，所述功能部件(400)包括电气部件(420)、螺线管(430)、天线、电容耦合结构以及电磁体(440)中的一个或多个，并且其中，所述功能部件(400)和所述功能材料(140a)功能地耦合。
13.根据权利要求12所述的3D打印物体(100)，其中，所述功能部件(400)包括光源(410)，并且其中，所述通道(200)用所述功能材料(140a)填充达至少90vol.％。
14.根据前述权利要求12-13中的任一项所述的3D打印物体(100)，其中，所述功能材料(140a)包括导电材料，并且其中，所述功能材料(140a)包括从由以下构成的组选择的一个或多个：(i)含银颗粒的聚合物和(ii)在从50-400℃的范围选择的温度下熔化的低熔点焊料。
15.一种用于提供3D打印物体(100)的3D打印机装置(5000)，所述3D打印机装置(5000)包括(i)3D打印机(500)，所述3D打印机被配置为提供可打印材料(110)，以提供所述3D打印物体(100)，其中，所述3D打印机装置(5000)还包括：(ii)功能材料提供设备(5502)，所述功能材料提供设备被配置为向所述3D打印物体(100)的通道(200)提供包括功能材料(140a)的可流动材料(140)；和(iii)运输单元(1100)，所述运输单元被配置为从存储位置(1500)向构造中的3D打印物体(100)运输功能部件(400)，以便将所述功能部件(400)至少部分地集成在所述3D打印物体(100)中。
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