CN106903310A - 基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征是首先建立三维模型，在三维模型中预留出导电通道的空间位置，将其导入立体光固化成形机床，利用激光面成像方式使有机金属复合物液体材料层层固化，每固化完一层，利用机床外三倍频Nd：YAG激光扫描预留导电通道的外边缘使其活化，如此层层循环，即完成部件基体的成形，再将基体放进镀铜溶液中进行电镀，使预留的导电通道内充满金属铜，最后经后处理完成加工。本发明方法可实现结构部件内复杂三维电路的一体化打印，工艺简单，免装配，在航空航天与精密电子电器领域有着良好的应用前景。

Description

基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法
技术领域
本发明涉及一种3D打印技术，尤其是一种三维模型互连3D-MID的技术，具体地说是一种基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法。
背景技术
三维模型互连3D-MID（Three-dimensional Moulded Interconnect Device的缩写）技术，是在注塑成型的塑料壳体上，制作有电气功能的导线、图形，从而将普通的电路板的电气互连功能、支承元器件的功能和塑料壳体的支撑、防护等功能实现于一个器件上，形成立体的、集机电功能于一体的电路载体，即三维模塑互连器件。3D-MID技术可根据设计需要选择适合的形状，功能多，可减少安装层次、降低元器件数量，目前已经在汽车、工业、计算机、通讯等领域得到应用。
目前，在3D-MID领域新兴一种新的工艺方法，即激光直接成形LDS（Laser DirectStructuring）法，该技术的主要流程如下：采用通用的工艺将具有LDS性能的塑料注射成型，然后用激光光束照射，即激光成形，把设计的电路图案用激光转移到塑料壳体上。它突破了传统MID技术的一些限制，其产品在电气性能、结构和抗氧化性能方面有突出的优点，现已经成功运用到手机天线等零部件的制作上。
但是无论是传统3D-MID技术，还是最近取得重大突破的LDS技术，都存在以下问题：工艺流程繁琐，只能在零部件表面生成简单的二维导电通道，若要生成内部导电通道还需要复杂的装配过程，所以应用领域受到极大限制。
因此，有必要寻找一种全新的可以在结构件内部生成复杂三维导电通道的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中无法结构件内部生成复杂三维导电通道的方法的问题，发明一种基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法。
本发明的技术方案是：
一种基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于，立体光固化成形技术与外投射三倍频Nd：YAG激光活化的配合使用，实现结构电路一体化部件的层层打印，具体包括步骤如下：
1）在建模软件中建立所需加工的结构电路一体化部件的三维模型，预留出导电通道的位置并用圆孔代替；
2）利用切片软件对上述三维模型进行分层切片生成扫描切片程序并导入立体光固化成形机床；
3）控制机床内激光投影面完成实体面成形，成形完每一层，利用外投射激光扫描模型中预留导电通电外边缘，如此循环往复，直至完成整个部件实体的加工；
4）将打印好的结构部件取出干燥后放入镀铜溶液中电镀，镀完经后处理完成加工；
优选地，上述步骤1）中具体包括：将预留导电通道位置用直径2mm圆孔代替。
优选地，上述步骤2）中具体包括：在生成扫描切片程序时，设定立体光固化成形机床内激光曝光时间为10～20秒，最佳为12秒；照射完单层切片后间歇延时5-10秒钟，最佳为6秒。
优选地，上述步骤3）中具体包括：立体光固化成形机床采用半导体激光器，功率800mW，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm。
优选地，上述步骤3）中具体还包括：材料选用添加有机金属复合物的光敏树脂液体材料，金属复合物添加比例不超过10%。
优选地，上述步骤3）中具体还包括：三倍频Nd：YAG激光导电通道圆孔边缘扫描宽度为50μm，扫描速度为100mm/s。
优选地，上述步骤4）中具体还包括：经立体光固化成形实体取出后用酒精擦拭使其干燥，再放入硫酸铜电镀溶液中镀铜，电镀层厚度为1mm。
本发明的有益效果：
1.本发明通过将LDS技术的工艺方法优化并创新性地运用到立体光固化成形技术上，解决了利用传统加工方式难以在结构部件内部加工出导电通道的问题；
2.本发明利用立体光固化成形技术，实现了部件基体与导电通道的一体化分层打印，可打印出任意复杂的三维导电通道；
3. 本发明加工出来的结构电路一体化部件可完全摒弃复杂的电缆接线，使该部件大幅减重；
4.本发明工序极少，工艺简单，免装配，生产周期短，尤其适合于产品的设计研发与小批量生产。
附图说明
图1是本发明的结构电路一体化部件打印方法示意图。
图2是本发明的结构电路一体化部件的整体结构示意图。
图3是本发明的结构电路一体化部件的内部细节示意图。
图中，1、半导体激光器及投影系统，2、Nd：YAG激光器及其振镜系统，3、刮板，4、添加有机金属复合物的光敏树脂液体材料，5、立体光固化成形机床成形缸体，6、升降台，7、待打印实体，8、基板，7A、预留导电通道，7B、Nd：YAG激光扫描活化层，7C、导电金属电镀层。
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。
如图1-3所示，
一种于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，于实施例中，具体包括步骤如下：
（1）运用计算机中的三维建模软件建立所需加工的结构电路一体化部件的三维模型，如图2所示，对需要布置导电通道的位置用圆孔代替，圆孔直径2mm，建模完成后保存为STL文件。
（2）将三维模型导入到切片软件中进行分层切片与参数设置，曝光时间为10～20秒，本实施例的最佳曝光时间为12秒，单层曝光完的间歇延时为5-10秒钟，本实施例的最佳间歇延时为6秒，生成相应的程序并导出；
（3）将以上生成的程序导入到立体光固化成形机床的控制系统内进行实体模型的打印，打印材料选用添加有机金属复合物的光敏树脂液体材料，金属复合物添加比例不超过10%，本实施例的添加比例为8%，在打印每一层时，先开启立体光固化成形机床内半导体激光器在液面成像，控制立体光固化成形机床采用半导体激光器，功率800mW，从而使该液面层固化，然后延时2秒，开启三倍频Nd：YAG激光器通过其振镜扫描该层预留导电通道圆孔边缘使距圆孔边缘0.1mm圆环区域粗糙活化，有金属原子出露形成薄金属层，为后续化学镀提供条件，再利用刮板将液面刮平，这样层层打印，最终叠加成部件实体，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm，扫描宽度为50μm，扫描速度为100mm/s；
（4）将打印成功的部件实体取出去支撑，再用酒精擦拭使其干燥，然后置于CuSO4电镀液中进行镀铜，直至导电通道内铜层厚度达到1mm。
（5）将结构部件从溶液中拿出进行烘干，打磨，抛光并去除溢镀层，测试结构部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 (6)

1.一种基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于通过立体光固化成形技术与外投射三倍频Nd：YAG激光活化的配合使用实现结构电路一体化部件的层层打印，具体包括步骤如下：
1）在建模软件中建立所需加工的结构电路一体化部件的三维模型，预留出导电通道的位置并用圆孔代替；
2）利用切片软件对上述三维模型进行分层切片生成扫描切片程序并导入立体光固化成形机床；
3）控制立体光固化成形机床内激光投影面完成实体面成形，成形完每一层，利用外投射激光扫描三维模型中预留的导电通道外边缘，如此循环往复，直至完成整个结构电路一体化部件实体的加工；
4）将打印好的结构电路一体化部件取出干燥后放入镀铜溶液中电镀，镀完经后处理完成加工。
2.根据权利要求1所述的基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于在生成扫描切片程序时，设定立体光固化成形机床内激光曝光时间为10～20秒，照射完单层切片后间歇延时5～10秒。
3.根据权利要求1所述的基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于立体光固化成形机床采用半导体激光器，功率800mW，外投射激光采用三倍频Nd：YAG激光器，功率2～7W，波长355nm。
4.根据权利要求1所述的基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于选用添加有机金属复合物的光敏树脂液体材料作为激光照射成型材料，金属复合物添加比例不超过10%。
5.根据权利要求3所述的基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于三倍频Nd：YAG激光导电通道圆孔边缘扫描宽度为50μm，扫描速度为100mm/s。
6.根据权利要求1所述的基于立体光固化成形技术的结构电路一体化部件的制作方法，其特征在于经立体光固化成形的结构电路一体化部件实体取出后用酒精擦拭使其干燥，再放入硫酸铜电镀溶液中镀铜，电镀层厚度为0.5～1mm。
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