個(gè)性化形式的傳感器對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)中的任務(wù)很有趣，因?yàn)樗鼈兛梢造`活地用于各種應(yīng)用。電感式接近傳感器采用圓柱形金屬外殼，其中線圈、電路板和插頭以固定配置安裝 - 具有固定幾何形狀的標(biāo)準(zhǔn)組件。

在自動(dòng)化技術(shù)中，電感式接近傳感器被大量用于金屬物體的非接觸式檢測(cè)。在工業(yè)應(yīng)用中，他們不僅可以記錄組件的接近程度，還可以記錄它所在的距離。

然而，由于外殼的形狀，直到現(xiàn)在還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出用于集成在特定環(huán)境中的電感式接近傳感器——例如機(jī)械臂抓手。

任何形狀的外殼

因此出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：為什么不用塑料打印傳感器外殼，使其可以制成任何形狀？這正是弗勞恩霍夫制造工程與自動(dòng)化 IPA 研究所增材生產(chǎn)中心的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在所取得的成就。該團(tuán)隊(duì)得到了塑料加工機(jī)械制造商 ARBURG GmbH & Co. KG 以及傳感器和自動(dòng)化專家 Balluff GmbH 的同事的支持。

傳感器外殼需要具有高介電強(qiáng)度和阻燃性能的塑料。專家們選擇了半結(jié)晶塑料聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)，它被用作生產(chǎn)電子外殼的標(biāo)準(zhǔn)注塑材料。然而，這種類型的材料尚未用于 3D 打印，因此需要具有開(kāi)創(chuàng)性的工作。

不同生產(chǎn)階段定制傳感器的演示模型：CAD 概念（左上）、電子元件集成后（右上）和完成的演示模型（下）。（圖片：弗勞恩霍夫制造工程與自動(dòng)化研究所）

3D 打印中的導(dǎo)體軌道

塑料以顆粒形式送入“freeformer”，這是 ARBURG 的工業(yè)增材制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用帶有特殊塑化螺桿的材料制備單元。在熔化標(biāo)準(zhǔn)顆粒后，不使用模具的自由成型過(guò)程如下：高頻噴嘴閉合釋放微小的塑料液滴，可以在可移動(dòng)部件載體的幫助下精確定位。

通過(guò)這種方式，freeformer 逐層創(chuàng)建了帶有空腔的 3D 組件，可以在打印過(guò)程中將組件插入其中。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，freeformer 會(huì)自動(dòng)中斷每一層的流程，以便可以非常精確地集成線圈、電路板和插頭。在一個(gè)單獨(dú)的過(guò)程中，然后使用分配器在外殼內(nèi)生產(chǎn)銀導(dǎo)體軌道。為了完成這個(gè)過(guò)程，所需要做的就是套印空腔，然后將它們裝入聚氨酯中。

該團(tuán)隊(duì)以這種方式制作了 30 多個(gè)定制傳感器的演示模型，然后按照他們的步驟進(jìn)行測(cè)試：組件必須能夠承受溫度變化和振動(dòng)，必須防水并通過(guò)電絕緣測(cè)試。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，最終成功完成了測(cè)試。

增材制造組件中的電子功能集成研究項(xiàng)目持續(xù)了 18 個(gè)月。在 Fraunhofer IPA 領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的 Stefan Pfeffer 目前正與 ARBURG（阿博格）合作，研究未來(lái)如何使用導(dǎo)電塑料來(lái)開(kāi)拓其他應(yīng)用領(lǐng)域。