基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法技術

一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征是首先建立三維模型，并預留出導電通道位置，利用雙噴頭熔融沉積機床實現結構件單層基體與導電通道外邊緣分開打印，再使用機床外三倍頻Nd：YAG激光掃描導電通道的外邊緣使其活化，如此層層循環，即完成部件實體的成形，最終將實體放進鍍銅溶液中進行電鍍，使預留的導電通道內充滿金屬銅，即完成加工。本發明專利技術方法可實現結構部件內復雜三維電路的一體化打印，工藝簡單，免裝配，在航空航天與精密電子電器領域有著良好的應用前景。

Method for making structural circuit integrated parts based on fused deposition forming technology

A method of making the circuit structure of the integrated part fused deposition modeling based on the characteristics of the first is the establishment of three-dimensional model, and set aside a conductive channel position, the structural parts the outer edge of the base and the conductive channel to separate the single print using double nozzle fused deposition machine, then use the outer edge machine three harmonic Nd:YAG laser scanning conductive channel the activation, so layers of circulation, forming complete component entities, entities will eventually put into the copper plating solution for electroplating, the conductive channel is reserved for full metal copper, complete processing. The method of the invention can realize the integrated printing of the complex three-dimensional circuit in the structural component, the process is simple, the assembly free, and the utility model has a good application prospect in the field of aerospace and precision electronic and electrical equipment.

【技術實現步驟摘要】
基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法
本專利技術涉及一種3D打印技術，尤其是一種三維模型互連3D-MID的技術，具體地說是一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法。
技術介紹
三維模型互連3D-MID（Three-dimensionalMouldedInterconnectDevice的縮寫）技術，是在注塑成型的塑料殼體上，制作有電氣功能的導線、圖形，從而將普通的電路板的電氣互連功能、支承元器件的功能和塑料殼體的支撐、防護等功能實現于一個器件上，形成立體的、集機電功能于一體的電路載體，即三維模塑互連器件。現已在汽車、工業、計算機、通訊等領域得到應用。激光直接成形LDS（LaserDirectStructuring）技術是3D-MID領域的最新研究方向，該技術引入激光成形技術，利用激光使添加有機金屬復合物的改性材料活化，再結合化學鍍方法，將設計的電路圖案用激光轉移到塑料殼體表面。它突破了傳統MID技術的一些限制，其產品在電氣性能、結構和抗氧化性能方面有突出的優點，現已經成功運用到手機天線等零部件的制作上。但是LDS技術并沒有實現整體部件的結構電路一體化制作，其只能在零部件表面生成簡單的二維導電通道，若要生成內部導電通道還需要復雜的裝配過程，所以應用領域受到極大限制。因此，有必要尋找一種全新的可以在結構部件內部加工出復雜三維導電通道的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術中無法在結構部件內部加工出復雜三維導電通道的問題，專利技術一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法。本專利技術的技術方案是：一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征在于，將熔融沉積成形技術、激光活化技術以及電鍍技術相結合，實現結構電路一體化部件的層層打印，具體包括步驟如下：1）在建模軟件中建立所需加工的結構電路一體化部件的三維模型，預留出導電通道的位置并用薄壁圓管代替；2）利用切片軟件對上述三維模型進行分層切片，生成掃描切片程序并導入熔融沉積成形機床加工程序中；3）控制熔融沉積成形機床內的雙噴頭按層分別打印基體和薄壁圓管部分，成形完每一層，利用外投射激光掃描薄壁圓管切片層表面，如此循環往復，直至完成整個結構部件實體加工；4）將打印好的結構部件取出干燥后放入鍍銅溶液中電鍍，鍍完經后處理完成加工。作為導電通道的薄壁圓管的內徑為0.5～2mm，壁厚小于或等于0.5mm。在切片控制程序中指定其中一個噴頭打印基體部分，另一個噴頭打印薄壁圓管部分；打印完一層，雙噴頭歸零位一次。打印基體的材料采用普通PLA絲材，打印導電通道外邊緣的材料為添加有機金屬復合物及粘結劑的PLA絲材，直徑均為0.8～1.0mm。熔融沉積基板的預熱溫度為60～100℃；熔融沉積成形機床整體內環境保溫在30～60℃。雙噴頭獨立設計，可實現分開控制，雙噴頭的每個噴嘴的內徑0.2mm，穿絲孔徑1.0～1.5mm；單次打印層厚0.02mm。外投射激光采用三倍頻Nd：YAG激光器，功率2～7W，波長355nm。打印好的結構部件取出去除打印實體的支撐后使其干燥，再放入硫酸銅電鍍溶液中鍍銅，電鍍層厚度為0.5～2mm。本專利技術的有益效果：1.將LDS技術的工藝方法優化并創新性地運用到熔融沉積成形技術上，解決了利用現有加工方式難以在結構部件內部加工出復雜三維導電通道的問題；2.利用熔融沉積成形技術，實現了部件基體與導電通道的一體化分層打印，可打印出任意復雜的三維導電通道；3.本專利技術工序極少，工藝簡單，免裝配，生產周期短、成本低，尤其適合于產品的設計研發與小批量生產。附圖說明圖1是本專利技術結構電路一體化部件的打印裝置結構示意圖。圖2是本專利技術結構電路一體化部件的整體結構示意圖。圖3是本專利技術的結構電路一體化部件的內部細節示意圖。圖中，1、Nd：YAG激光器及其振鏡系統，2、待打印實體，3、支撐，4、雙噴頭，5、基板，6、升降臺，2A、預留導電通道，2B、Nd：YAG激光掃描活化層，2C、導電金屬電鍍層。具體實施方式為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本專利技術作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本專利技術的限定。如圖1-3所示。一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，具體包括步驟如下：（1）運用計算機中的三維建模軟件建立所需加工的結構電路一體化部件的三維模型，如圖2所示，對需要布置導電通道的位置用薄壁圓管代替，薄壁圓管內直徑0.5-2mm，壁厚不超過0.5mm，建模完成后保存為STL文件。（2）將三維模型導入到切片軟件中進行添加支撐、分層切片、路徑規劃與參數設置，指定左噴頭打印實體的基體部分，右噴頭打印薄壁圓管部分，打印層厚為0.02mm，生成相應的程序并導出；（3）將以上生成的程序導入到熔融沉積成形機床的控制系統內，打印實體前，先完成穿絲工作，左噴頭穿普通PLA絲材（直徑為0.8-1.0毫米），右噴頭穿含有機金屬復合物的PLA絲材（直徑也為0.8-1.0毫米）；將基板5預熱至60-100（最佳80）℃，機床密封加熱保溫至30-60（最好為60）℃。（4）開始打印，噴頭加熱至220℃，在打印每一層時，左噴頭先打實體的基體部分，當打到薄壁圓管部分時，切換至右噴頭開始打印，切換時間不超過1秒，一層打完后兩個噴頭均歸零位，開啟三倍頻Nd：YAG激光器（功率2～7W，波長355nm）通過其振鏡掃描該層薄壁圓管切片層表面，使其粗糙活化，有金屬原子出露形成薄金屬層，這樣層層打印，最終打印出整個實體；（4）將打印成功的部件實體取出去支撐，然后置于硫酸銅電鍍溶液中進行電鍍，打印的結構部件因其薄壁圓管處經Nd:YAG激光活化后表面粗糙且有金屬原子出露，故表面會生成電鍍層，當導電通道內電鍍銅層厚度達到0.5mm時取出該結構部件。（5）將電鍍完的結構部件清洗，打磨，拋光并去除溢鍍層，測試結構部件是否能夠正常工作，導電通道是否可以導通，最終完成具有導電通道的結構件的加工。本專利技術具體應用途徑很多，以上所述僅是本專利技術的優選實施方式，應當指出，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本專利技術的保護范圍。本專利技術未涉及部分與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征在于，將熔融沉積成形技術、激光活化技術以及電鍍技術相結合，實現結構電路一體化部件的層層打印，具體包括步驟如下：1）在建模軟件中建立所需加工的結構電路一體化部件的三維模型，預留出導電通道的位置并用薄壁圓管代替；2）利用切片軟件對上述三維模型進行分層切片，生成掃描切片程序并導入熔融沉積成形機床加工程序中；3）控制熔融沉積成形機床內的雙噴頭按層分別打印基體和薄壁圓管部分，成形完每一層，利用外投射激光掃描薄壁圓管切片層表面，如此循環往復，直至完成整個結構部件實體加工；4）將打印好的結構部件取出干燥后放入鍍銅溶液中電鍍，鍍完經后處理完成加工。

【技術特征摘要】
1.一種基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征在于，將熔融沉積成形技術、激光活化技術以及電鍍技術相結合，實現結構電路一體化部件的層層打印，具體包括步驟如下：1）在建模軟件中建立所需加工的結構電路一體化部件的三維模型，預留出導電通道的位置并用薄壁圓管代替；2）利用切片軟件對上述三維模型進行分層切片，生成掃描切片程序并導入熔融沉積成形機床加工程序中；3）控制熔融沉積成形機床內的雙噴頭按層分別打印基體和薄壁圓管部分，成形完每一層，利用外投射激光掃描薄壁圓管切片層表面，如此循環往復，直至完成整個結構部件實體加工；4）將打印好的結構部件取出干燥后放入鍍銅溶液中電鍍，鍍完經后處理完成加工。2.根據權利要求1所述的基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征在于作為導電通道的薄壁圓管的內徑為0.5～2mm，壁厚小于或等于0.5mm。3.根據權利要求1所述的基于熔融沉積成形技術的結構電路一體化部件的制作方法，其特征在于在切片控制程序中指定其中一個噴頭打印基體部分，另一個噴頭打印薄壁圓管部分；打印...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈理達，嚴惠，謝德巧，梁繪昕，田宗軍，邱明波，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32