一种拼接式电路教具及其制作方法

本发明涉及一种拼接式电路教具及其制作方法。

背景技术：

1、模块拼接式教具大多采用扭转卡扣式、磁吸式。插接类模块多用于usb、type-c、耳机孔等外设插接。有的面包板与外设采用引脚插接。

2、现有一种steam教育教具，课外培训机构根据课程内容设计需要向工厂定制教具套组内的各器件种类及数量，在应用steam教具的过程中，无论是课堂、家庭使用还是课外培训机构，学生只是已开发教具的使用者而无法成为教具的开发设计者，学生在存在特定想法和问题时，无法快速获得可支持的教具，不能灵活参与教具的设计。其存在着拓展性差的问题，表现在利用率低、教具外形固化、不兼容等，缺少了学生自我发挥的过程。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种拼接式电路教具及其制作方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种拼接式电路教具，包括用于拼接成电路的结构性模块和功能性模块，所述功能性模块含有电子器件，所述电子器件通过与导电的所述结构性模块相连而接入电路中，或所述电子器件组装于导电的两个所述结构性模块中，所述结构性模块与所述功能性模块之间或者多个所述结构性模块之间自由组合实现机械拼接及导电连接。

4、进一步地：

5、所述结构性模块包括一体式结构，所述一体式结构包括具有空腔的绝缘块和形成在绝缘块上的一个或多个管状凸起，所述管状凸起内填充有导体，其与所述空腔内的导体相连。

6、所述结构性模块包括卡扣式结构，所述卡扣式结构包括具有开孔的上绝缘块和下绝缘块，所述上绝缘块和所述下绝缘块两者通过卡扣将带有中部凸缘的一个或多个导电块固定在两者之间。

7、所述结构性模块还包括侧面开有导电口的三通、类三通、四通或转折件模块。

8、所述电子器件为电阻类基础电子器件、输入型器件或输出型器件。

9、所述功能性模块为定值电阻模块，含有定值电阻，所述定值电阻组装于两个一体式结构的结构性模块中，所述一体式结构包括具有空腔的绝缘块和形成在绝缘块上的管状凸起，所述管状凸起内填充有导体，其与所述空腔内的导体相连，所述定值电阻的两端分别连接所述两个一体式结构的结构性模块内侧的导体，所述两个一体式结构的结构性模块外侧的管状凸起由液态金属固化后封装。

10、所述功能性模块为led模块，含有led灯，所述led灯的两个引脚连接所述结构性模块上的两个不同导体。

11、一种拼接式电路教具的制作方法，包括通过3d打印制作结构性模块的绝缘块的过程，以及制作所述绝缘块中的导电结构的过程。

12、所述结构性模块为一体式结构，所述方法包括如下步骤：

13、用绝缘材料3d打印制作所述绝缘块；

14、将绝缘块放入真空室内抽真空以排除空腔内空气，再向真空室内通大气压以将融化状态的液态金属注入绝缘块的空腔内；

15、冷却至液态金属凝固。

16、所述结构性模块为卡扣式结构，所述方法包括如下步骤：

17、用绝缘材料3d打印制作上绝缘块和下绝缘块；

18、用牺牲材料3d打印制作所述牺牲模块；

19、将所述牺牲模块放置于pdms溶液中，固化所述pdms溶液；

20、溶解所述牺牲模块，形成pdms模具；

21、使用所述pdms模具，真空注入液态金属制作导电块；

22、将所述上绝缘块、所述下绝缘块和所述导电块组装成所述结构性模块；

23、优选地，制作的pdms模具具有连通外界和模腔内的液态金属注入通道，所述导电块制作成型后，物理去除所述导电块上的通道部分。

24、本发明具有如下有益效果：

25、与现有的steam教育的教具存在着拓展性差，利用率低、教具外形固化、不兼容等问题，本发明拼接式电路教具有着扩展性高的优势，支持学生的自主设计，应用范围广泛。同时，该拼接式电路教具的制作具有工艺简单、快速，成本低，产品品质好的优势。

26、(1)模块拼接式教具具有高拓展性。

27、本发明提供可用于编程类机器人教具系统的拼接式电路教具，该拼接式电路教具具备拓展性高的优点，其结构性模块与功能性模块的使用、组合与替换十分便捷，可像乐高积木一样快速灵活地拼接构建出各种不同功能的电路。本发明的提出可以支持使用者灵活自主地完成个性化方案的电路设计与搭建，实现了教具的结构可拓展与功能可拓展(外设的增加以及主控板的控制可以增加教具的功能)，使用场景广，应用范围广，学校/家庭/教培机构均可使用。使用者可以方便灵活地进行个性化设计和拼接。使用本发明，使用者成为了教具的设计参与者，更能激发学生的学习兴趣。

28、(2)3d打印与翻模制作的工艺降低了制作的时间与成本，产品品质好，良率高。

29、本发明实施例采用3d打印与翻模工艺进行该教具的制作，具有制作时间短、小批量生产、成本低的特点，且制作的教具产品品质好，良率高。

技术特征：

1.一种拼接式电路教具，其特征在于，包括用于拼接成电路的结构性模块和功能性模块，所述功能性模块含有电子器件，所述电子器件通过与导电的所述结构性模块相连而接入电路中，或所述电子器件组装于导电的两个所述结构性模块中，所述结构性模块与所述功能性模块之间或者多个所述结构性模块之间自由组合实现机械拼接及导电连接。

2.如权利要求1所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述结构性模块包括一体式结构，所述一体式结构包括具有空腔的绝缘块和形成在绝缘块上的一个或多个管状凸起，所述管状凸起内填充有导体，其与所述空腔内的导体相连。

3.如权利要求1或2所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述结构性模块包括卡扣式结构，所述卡扣式结构包括具有开孔的上绝缘块和下绝缘块，所述上绝缘块和所述下绝缘块两者通过卡扣将带有中部凸缘的一个或多个导电块固定在两者之间。

4.如权利要求1至3任一项所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述结构性模块还包括侧面开有导电口的三通、类三通、四通或转折件模块。

5.如权利要求1至4任一项所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述电子器件为电阻类基础电子器件、输入型器件或输出型器件。

6.如权利要求1至5任一项所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述功能性模块为定值电阻模块，含有定值电阻，所述定值电阻组装于两个一体式结构的结构性模块中，所述一体式结构包括具有空腔的绝缘块和形成在绝缘块上的管状凸起，所述管状凸起内填充有导体，其与所述空腔内的导体相连，所述定值电阻的两端分别连接所述两个一体式结构的结构性模块内侧的导体，所述两个一体式结构的结构性模块外侧的管状凸起由液态金属固化后封装。

7.如权利要求1至5任一项所述的拼接式电路教具，其特征在于，所述功能性模块为led模块，含有led灯，所述led灯的两个引脚连接所述结构性模块上的两个不同导体。

8.一种拼接式电路教具的制作方法，其特征在于，包括通过3d打印制作结构性模块的绝缘块的过程，以及制作所述绝缘块中的导电结构的过程。

9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述结构性模块为一体式结构，所述方法包括如下步骤：

10.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述结构性模块为卡扣式结构，所述方法包括如下步骤：

技术总结
一种拼接式电路教具，包括用于拼接成电路的结构性模块和功能性模块，所述功能性模块含有电子器件，所述电子器件通过与导电的所述结构性模块相连而接入电路中，或所述电子器件组装于导电的两个所述结构性模块中，所述结构性模块与所述功能性模块之间或者多个所述结构性模块之间自由组合实现机械拼接及导电连接。该拼接式电路教具具备拓展性高的优点，其结构性模块与功能性模块的使用、组合与替换十分便捷，可像乐高积木一样快速灵活地拼接构建出各种不同功能的电路。本发明的提出可以支持使用者灵活自主地完成个性化方案的电路设计与搭建。

技术研发人员：王晓浩,王芳,钱翔
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14