爆改拓竹A1，3D打印与铜电镀“同步”进行！

2026年2月27日

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3D打印技术参考注意到，来自意大利巴里理工大学的研究团队通过对一台拓竹A1 3D打印机进行改造，使其可以边打印边电镀，从而能够将铜结构直接嵌入聚合物结构中，不需要后续独立处理步骤。

整个电镀装置经过设计，可安装在3D打印机上，从而实现打印过程中的电镀。系统由一根装有电解液和铜的聚四氟乙烯（PTFE）管组成。阳极浸入电解液中，待电镀部件则位于管外。

在管出口处，一个定制的塑料接头内装有一个浸有电解液的6毫米球形海绵，该海绵直接接触待电镀部件表面的特定区域。连接到接头的铜刷构成闭合电路。该铜刷由一根柔性铜线组成，可与下方的导电聚合物建立电接触，从而实现电路闭合。由于其柔韧性，铜刷能够与基材保持轻柔的接触，确保可靠的电连接，而不会造成机械损伤。

该系统作为辅助“电镀头”安装在打印机龙门架上，独立于挤出头运行。该装置连接到一个由定制的控制单元驱动的紧凑型外部注射器。注射器以0.5mL/min的受控速率（通过步进电机-丝杠机构）分配电解液，确保海绵持续浸润并保持电气连续性。电镀头可沿3D打印机x轴和y轴移动，能够在复杂几何形状上沉积铜。

该工艺首先挤出介电热塑性聚合物（如PLA或TPU）形成结构基底。然后，将导电聚合物（如导电PLA，CPLA）沉积到该基底上。CPLA挤出后，3D打印过程暂时停止，以便使用机载电镀头对导电结构进行电镀。电镀完成后，打印恢复，并在新镀的铜层上继续沉积介电聚合物，将铜结构完全嵌入周围的聚合物基体中。

值得一提的是，与传统的槽式电镀不同，该研究提出的电镀工艺是一种局部电镀。浸有电解液的海绵每次只对一个区域进行电镀。由于海绵为直径6毫米的圆柱体，因此可电镀的最大面积为28.27平方毫米。在对第一个区域进行电镀后，电镀头移动到下一个区域（可以是x轴或y轴方向），依此类推，直至整个目标部件完成铜电镀。此外，电镀头的设计可兼容不同尺寸的海绵，因此可以轻松安装直径小至1毫米、大至10毫米的海绵。为了展示所提出方法的潜力，研究人员制作并表征了几个功能性演示样品。

首先是采用单片集成的方式制造了一个简单的双轨器件，该器件长40mm，包含两条嵌入式铜导线，并覆盖有0.6mm厚的PLA层（相当于三层打印层）。每条铜导线（35mm×2mm）均被完全封装，仅在其端子处预留了1mm×1mm的开口，以便于焊接导线。当连接到LED电路并以9V的电压供电时，LED成功点亮。此外，当器件浸入水中并在相同电压下运行时，未观察到短路或性能下降，这表明挤出在镀铜层上的PLA实现了完全封装和水密密封。

这个简单的演示器件显示了所提出的方法在无需组装即可制造适用于水下或潮湿环境的铜基电路方面的潜力。

进一步的，研究人员制作了一个能够检测附近金属物体的接近传感器。该传感器由一块60mm×60mm的PLA基板（厚度0.4 mm）构成，基板上印有一个基于CPLA的平面螺旋线圈，该线圈有8匝，线圈宽度为2mm。在印刷导电图案后，在优化的条件下对螺旋线圈进行铜电镀，然后用两层额外的PLA层（总厚度0.4 mm）完全封装。测试发现，随着磁体靠近，传感器的电感逐渐增大，电感与磁体接近程度之间存在明显的正相关性。

该演示装置展示了所提出的原位电镀方法如何显著扩展挤出3D打印技术的功能，实现金属导体的直接集成以及复杂金属基传感器件的制造。