CN106449423B - 基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，通过选区激光烧结技术与电沉积技术相结合，在建模软件中建立模型，利用添加微滴喷射装置的SLS机床打印结构件，将打印好的结构件清理后放入硫酸铜溶液中进行电沉积，使空心圆管内部被金属铜填满，进行后处理。本发明方法制备的结构件内部电路可具有复杂的结构，可降低装配难度，提高空间利用率，在航空航天与武器装备领域有着良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于制备具有导电通道的结构件的技术领域，具体指代一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法。
背景技术
具有导电通道的结构件是指具有特定结构形状，且内部分布有复杂导电通道的特殊零件。随着科技的不断发展，产品的不断更新换代，人们对零件的性能提出了更高的要求。具有导电通道的结构件兼具结构支撑和线束导电功能，可对现有布线方式进行全新优化；在进行结构设计时可直接对电路布局与承载方式进行综合考虑，合理利用空间，免去复杂的电路搭接，排布电线等复杂过程，降低装配难度。同时通过对结构的拓扑优化可以有效地减轻结构件自身的重量。这些优势使得具有导电通道的结构件在航空航天，武器装备，精密电器等领域有着良好的应用前景。
目前，制作这类具有导电通道的结构件的传统工艺如下：首先利用各种机床加工出特定结构的金属件；根据零件的形状制作与之相匹配的模具；再利用注塑工艺将金属件与导线固定包覆在塑料内，最终形成具有导电通道的结构件。然而传统加工方法工艺流程繁琐，小批量生产成本偏高，且只能在零件内部加入简单电路，难以满足客户对具有复杂导电通道的结构件的更高要求。
因此，有必要寻找一种全新的可以制备具有导电通道的结构件的方法。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，以解决现有技术中传统的制备具有导电通道的结构件中难以加入复杂电路的问题。
为达到上述目的，本发明的一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，通过选区激光烧结技术与电沉积技术相结合，具体包括步骤如下：
1）在建模软件中建立所需加工的具有导电通道的结构件的模型，导电通道位置用空心圆管代替；
2）将上述建立得到的模型导入切片软件中进行前处理；
3）利用添加微滴喷射装置的选择性激光烧结机床打印上述结构件的模型；
4）将打印好的结构件清理后放入硫酸铜溶液中进行电沉积，使结构件的空心圆管内部被金属铜填满，形成铜线；
5）将结构件从溶液中拿出进行烘干，并进行后处理。
优选地，上述步骤1）中具体包括：结构件内部电路部分在模型生成时，用半径2mm，厚度0.2mm的空心圆管进行替代。
优选地，上述步骤2）中具体包括：在参数选择时，选择用辅助材料打印结构件中的空心圆管结构，用基体材料打印结构件的其余结构。
优选地，上述步骤2）中具体还包括：选取非导电粉末材料作为基体材料，粉末粒径为50um， 纯度大于或等于99.9%，熔点为200℃；选取导电材料作为辅助材料，材料纯度大于或等于99.9%，熔点低于200℃。
优选地，上述步骤3）中具体包括：将处理过的文件导入到机床控制系统内，在打印每一层时，首先通过控制微滴喷射装置打印可导电的空心圆管结构，再通过控制电机与激光器振镜的运动进行铺粉并打印出非导电基体结构，然后进行下一层的打印，直至最终打印完整个结构件。
优选地，上述步骤4）中具体包括：将打印好的结构件浸没在浓度为50g/L的硫酸铜溶液中，将结构件的导电空心圆管一端接在电源负极，将同样浸没在硫酸铜溶液中的一铜块接电源正极，电源电压为220v，利用电沉积原理将结构件的空心圆管内部充满导电性良好的纯铜。
优选地，上述步骤5）中具体包括：对烘干后的结构件进行打磨，抛光处理。
本发明的有益效果：
1.通过利用选区激光烧结技术与电沉积技术相结合的方式解决了利用传统加工方式难以加工具有复杂导电通道结构件的问题；
2.利用SLS技术加工出的具有导电通道的结构件可具有较为复杂的，用传统加工方式难以加工的结构，适用范围广，同时可有效减轻结构自身重量；
3.利用本发明加工出来的结构件内部导通电路具有复杂的结构，尤其可在三维空间内任意排布，使立体集成电路的设想有了理论依据；
4.本发明工艺流程简单，生产周期短，柔性化高，尤其适合于产品的设计研发与小批量生产。
附图说明
图1绘示实施例中结构件模型结构的示意图。
图2绘示电沉积原理示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1、图2所示，本发明的一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，通过选区激光烧结技术与电沉积技术相结合，于实施例中，具体包括步骤如下：
（1）在计算机中用三维建模软件建立所需加工的具有导电通道的结构件三维模型，如图1所示，结构件中导电通道1A用半径2mm，壁厚0.2mm的空心圆管进行代替，以STL文件格式保存。
（2）将三维模型导入到切片软件中进行添加支撑，分层切片，参数选择；其中，选择用辅助材料打印结构件中的空心圆管1A，用基体材料打印结构件的基体结构1B；
选取尼龙作为基体材料，其粒径为50um左右，纯度大于或等于99.9%，熔点为220℃；选取导电胶作为辅助材料，其纯度大于或等于99.9%，将基体材料装入安装有微滴喷射装置的选择性激光烧结（SLS）机床粉箱中，导电胶装入微滴喷射装置料筒中。
（3）将后处理过的文件导入到控制系统内，在打印每一层时，首先通过控制微滴喷射装置打印可导电的空心圆管结构，再通过控制电机与激光器振镜的运动进行铺粉并打印出非导电基体结构，然后进行下一层的打印，直至最终打印完整个结构件；
在烧结非导电基体结构时激光功率为200w，扫描速度为5m/s，扫描间距为0.1mm；在用微滴喷射装置打印空心圆管结构时料筒温度为100℃，料筒压力为5MPa，扫描步距为0.1mm。
（4）经过去支撑，去除多余粉末材料后进行电沉积处理。如图2所示，将打印好的结构件1浸没在浓度为50g/L的硫酸铜溶液3中，将结构件的导电空心圆管一端接在电源4负极，将同样浸没在硫酸铜溶液中的一铜块2接电源4正极，电源电压为220v，利用电沉积原理将空心圆管内部充满可导电性良好的纯铜，形成铜线。
（5）将结构件从溶液中拿出进行烘干，并进行打磨，抛光等后处理，测试结构件是否能够正常工作，导电通道是否可以导通，最终完成具有导电通道的结构件的加工。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，其特征在于，通过选区激光烧结技术与电沉积技术相结合，具体包括步骤如下：
1)在建模软件中建立所需加工的具有导电通道的结构件的模型，导电通道位置用空心圆管代替；
2)将上述建立得到的模型导入切片软件中进行前处理；
3)利用添加微滴喷射装置的选择性激光烧结机床打印上述结构件的模型；
4)将打印好的结构件清理后放入硫酸铜溶液中进行电沉积，使结构件的空心圆管内部被金属铜填满，形成铜线；
5)将结构件从溶液中拿出进行烘干，并进行后处理；
上述步骤1)中具体包括：结构件内部电路部分在模型生成时，用半径2mm，厚度0.2mm的空心圆管进行替代；
上述步骤2)中具体包括：在参数选择时，选择用辅助材料打印结构件中的空心圆管结构，用基体材料打印结构件的其余结构；
上述步骤3)中具体包括：将处理过的文件导入到机床控制系统内，在打印每一层时，首先通过控制微滴喷射装置打印可导电的空心圆管结构，再通过控制电机与激光器振镜的运动进行铺粉并打印出非导电基体结构，然后进行下一层的打印，直至最终打印完整结构件。
2.根据权利要求1所述的基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，其特征在于，上述步骤2)中具体还包括：选取非导电粉末材料作为基体材料，粉末粒径为50um，纯度大于或等于99.9％，熔点为200℃；选取导电材料作为辅助材料，材料纯度大于或等于99.9％，熔点低于200℃。
3.根据权利要求1所述的基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，其特征在于，上述步骤4)中具体包括：将打印好的结构件浸没在浓度为50g/L的硫酸铜溶液中，将结构件的导电空心圆管一端接在电源负极，将同样浸没在硫酸铜溶液中的一铜块接电源正极，电源电压为220v，利用电沉积原理将结构件的空心圆管内部充满导电性良好的纯铜。
4.根据权利要求1所述的基于选区激光烧结技术制备具有导电通道的结构件的方法，其特征在于，上述步骤5)中具体包括：对烘干后的结构件进行打磨，抛光处理。
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