CN107159885B - 一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件及其制备方法，该方法包括：步骤一：应用金属增材制造技术建立下部部件，该下部部件的结构中包括用来植入电子组件的内腔；步骤二：植入预先准备好的电子组件，并在被植入的电子组件上方放置一层温度绝缘体；步骤三：在温度绝缘体上方设置覆盖件，完全覆盖处于下层的温度绝缘体；步骤四：在覆盖件及已建立的下部部件的结构基础上继续利用金属增材制造技术建立余下的上部部件。本发明可使嵌入的电子组件避免因金属增材制造技术产生的高温而损坏，并能够实现定制金属零部件的功能。
Description
技术领域
本发明有关一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件及其制备方法。
背景技术
有很多高端系统都需要借助传感器来进行流程控制及优化、关键零部件的状况监测、系统维护和寿命管理。有些情况下，传感器需要在高温、高压及腐蚀性等恶劣环境下运作。传感器一般都是连接及安装在已制成的组件上，而传感器安装必须经高昂及复杂的封装。如果对传感器保护不足会缩短其寿命及降低其可靠性，最终导致传感器所测量出的数据与实际情况有很大差异。为简化传感器的安装、封装及增强系统稳定性和可靠性的研究在工业及学术界不断地进行。
增材制造技术提供了一种新方法来制造复杂形状的零部件，并可减少零部件的数量来建立复杂结构。由于在零部件生产过程中无需模具，利用增材制造技术来生产定制零部件的成本较低。现时已普及的增材制造技术是将热塑性塑料加热成半液态，然后挤出到工作平台上，基于积层方法来建立所需的零部件形状。由于塑料的熔化温度大大低于金属熔化温度，利用该种塑料增材制造技术可把一些电子组件（例如传感器）直接在建立零部件过程中段嵌入在已建立的结构，然后继续建立剩余部份，从而把电子组件封装。然而，传统的塑料增材制造技术一般只能用来制造样品，因其力学性能、尺寸精度及表面光洁度都不能达到最终产品要求。
随着科技发展，金属增材制造技术已发展成熟并应用在工业界。该技术的原理是把金属粉末局部熔化烧结，一层一层地叠加金属增材来建立所需的零部件形状。现时最先进的金属增材制造技术结合高速切削加工技术所生产的零部件尺寸精度高、表面光洁度良好、密度高及力学性能优良。生产出的零部件已可直接使用到最终产品上。不同工业领域已应用该制造技术，例如模具、汽车零部件、医疗植入件、航空及航天零部件、昂贵饰物等。然而，熔合烧结金属粉末的温度远超传统塑料的增材加工温度。若在金属增材加工过程中套用传统的电子组件嵌入方法是不可行的，因为金属粉末会直接在电子组件上熔合烧结而损坏传感器。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件及其制备方法。
本发明提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤一：应用金属增材制造技术建立下部部件，该下部部件的结构中包括用来植入电子组件的内腔；
步骤二：植入预先准备好的电子组件，并在被植入的电子组件上方放置一层温度绝缘体；
步骤三：在温度绝缘体上方设置覆盖件，完全覆盖处于下层的温度绝缘体；
步骤四：在覆盖件及已建立的下部部件的结构基础上继续利用金属增材制造技术建立余下的上部部件。
所述内腔形状与被植入的电子组件的形状相互配合，防止电子组件在内腔内产生移动空间。
所述温度绝缘体的材质为塑料或陶瓷，其外形需要配合被植入的电子组件的形状及内腔的形状，防止温度绝缘体在内腔内产生移动空间。
所述覆盖件的形状与处于其下层的温度绝缘体及内腔相互配合，防止覆盖件、温度绝缘体及电子组件具有移动空间。
所述覆盖件与温度绝缘体之间形成空心结构。
所述覆盖件完全密封所述内腔的开口方向，且覆盖件的上表面与内腔顶部的侧壁相平齐。
所述上部部件的材料与下部部件及覆盖件的材料具有接合性。
本发明还提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件，包括分别通过金属增材制造技术制备的下部部件和上部部件，所述下部部件处于上部部件的下方，所述下部部件朝向上部部件的一侧具有向内凹设的内腔，所述内腔中具有电子组件，所述电子组件的上方顺次设置有温度绝缘体和覆盖件，所述温度绝缘体和覆盖件也处于该内腔中，且所述覆盖件密封该内腔的开口方向，且所述覆盖件与所述温度绝缘体之间形成有空心结构。
本发明具有的优点在于：本发明能够在进行金属增材制造过程中把电子组件植入到金属零部件内，借此实现定制智能金属零部件的功能。本发明关键技术点在于空心结构以及应用绝缘材料的设计，可使嵌入的电子组件避免因金属增材制造技术产生的高温而损坏。
附图说明
图1为本发明专利中应用增材制造技术植入电子组件的金属零部件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明主要目的在于提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件及其制备方法，关键在于避免了金属粉末熔合烧结时的高温直接传达到电子组件上。该制备方法包括以下几个步骤：
步骤一：应用金属增材制造技术建立下部部件，该下部部件的结构中包括用来植入电子组件的内腔。内腔形状与被植入的电子组件相互配合，防止电子组件在内腔内产生移动空间。利用金属增材制造技术所制作的内腔不需要冷却，因为在加工时热量很好就会消失。
步骤二：植入预先准备好的电子组件，并在被植入的电子组件上方放置一层能够隔绝温度的温度绝缘体。该温度绝缘体的材质可以为塑料或陶瓷，其外形需要配合被植入的电子组件的形状及内腔的形状，防止温度绝缘体及电子组件具有移动空间。
步骤三：在温度绝缘体上方设置覆盖件，完全覆盖处于下层的温度绝缘体，其形状与处于其下层的温度绝缘体及内腔相互配合，防止覆盖件、温度绝缘体及电子组件具有移动空间。组装完成之后覆盖件与温度绝缘体形成空心结构，一般地，温度绝缘体是平板结构，而覆盖件是具有支端的结构，所以该空心结构是通过覆盖件的支端形成的，目的为减少覆盖件与温度绝缘体之间的接触面积，从而减少金属粉末熔合烧结过程中的热能传达到温度绝缘体上。温度绝缘体及覆盖件的形状可用传统加工技术如车、铣、磨等方式获得需要形状后再行置入。所述覆盖件完全密封所述内腔的开口方向，且优选地覆盖件的上表面与内腔顶部的侧壁相平齐。
步骤四：在覆盖件及已建立的下部部件的结构基础上继续利用金属增材制造技术建立余下的上部部件，其材料需要与已建立的下部部件及覆盖件的材料有良好的接合性，并且上部部件的材料可以一致也可以不一致，不作规定。
本发明提供一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件，其结构如图1所示，包括下部部件1和上部部件6，所述下部部件1朝向上部部件6的一侧具有向内凹设的内腔，所述内腔中具有电子组件2，所述电子组件2的上方顺次设置有温度绝缘体3和覆盖件4，所述温度绝缘体3和覆盖件4也处于所述内腔中。且所述覆盖件4与所述温度绝缘体3之间形成有空心结构5，目的为减少覆盖件4与温度绝缘体3接触面积，从而减少在建立上部部件6时金属粉末熔合烧结过程中的热能传达到温度绝缘体3上。具体地，所述覆盖件4朝向温度绝缘体3的一侧具有多个支端，通过该多个支端与温度绝缘体3之间形成空心结构5。所述覆盖件4完全密封所述内腔的开口方向，且优选地覆盖件4的上表面与内腔顶部的侧壁相平齐。所述下部部件5的上方设有上部部件6，二者无缝连接，所述上部部件6封设于所述覆盖件4的上方。所述温度绝缘体3及覆盖件4的形状可用传统加工技术获得。所述下部部件1和上部部件6通过金属增材制造技术制备。所述下部部件1和上部部件6的材料可以相同也可以不同，如不同，需要具有良好的接合性。
在本发明专利，空心结构及应用绝缘材料可被免嵌入的电子组件因上层高温加工而损坏。结合增材制造的优点，各种智能零部件可视乎不同要求来定制。其中应用可在金属模具植入无线射频传感器来管理模具数据。另一例子是可跟据最终使用者的体形来设计定制智能运动器材，并植入动作传感器来测量运动数据来优化表现。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：应用金属增材制造技术建立下部部件，该下部部件的结构中包括用来植入电子组件的内腔；
步骤二：植入预先准备好的电子组件，并在被植入的电子组件上方放置一层温度绝缘体；
步骤三：在温度绝缘体上方设置覆盖件，完全覆盖处于下层的温度绝缘体；
步骤四：在覆盖件及已建立的下部部件的结构基础上继续利用金属增材制造技术建立余下的上部部件。
2.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述内腔形状与被植入的电子组件的形状相互配合，防止电子组件在内腔内产生移动空间。
3.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述温度绝缘体的材质为塑料或陶瓷，其外形需要配合被植入的电子组件的形状及内腔的形状，防止温度绝缘体在内腔内产生移动空间。
4.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述覆盖件的形状与处于其下层的温度绝缘体及内腔相互配合，防止覆盖件、温度绝缘体及电子组件具有移动空间。
5.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述覆盖件与温度绝缘体之间形成空心结构。
6.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述覆盖件完全密封所述内腔的开口方向，且覆盖件的上表面与内腔顶部的侧壁相平齐。
7.根据权利要求1所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件的制备方法，其特征在于，所述上部部件的材料与下部部件及覆盖件的材料具有接合性。
8.一种应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件，其特征在于，包括分别通过金属增材制造技术制备的下部部件和上部部件，所述下部部件处于上部部件的下方，所述下部部件朝向上部部件的一侧具有向内凹设的内腔，所述内腔中具有电子组件，所述电子组件的上方顺次设置有温度绝缘体和覆盖件，所述温度绝缘体和覆盖件也处于该内腔中，且所述覆盖件密封该内腔的开口方向，且所述覆盖件与所述温度绝缘体之间形成有空心结构，所述覆盖件的上表面与内腔顶部的侧壁相平齐，所述下部部件与上部部件之间无缝连接。
9.根据权利要求8所述的应用金属增材制造技术植入电子组件的金属零部件，其特征在于，所述覆盖件朝向温度绝缘体的一侧具有多个支端，通过该多个支端与温度绝缘体之间形成空心结构。
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