CN117754235A - 一种壳体制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于壳体制造技术领域，公开了一种壳体制造方法。通过此制造方法，实现多种加工技术的复配层叠，既发挥了传统加工优点，又发挥了3D打印增材制造的强项，开辟了新的成型工艺，拓展了产品成型的广度。近净工艺成形，提高了材料利用率，减少了工艺过程中的废弃物数量，来实现最终低成本且高精度的金属壳体的生产制造。通过两种工艺结合，可以实现多种材料的原位结合，即可以根据需要改变壳体底板和壳体内腔结构的成型材料，实现不同用户的异种需求，实现产品的轻量化，功能化和成本化。
Description
技术领域
本发明涉及壳体制造技术领域，尤其涉及一种壳体制造方法。
背景技术
目前，传统电子设备的壳体材质多为铝合金结构，通常是用整块铝板，经过多道CNC加工工艺，将产品的内腔面结构全铣加工成型，不仅会浪费材料，产生大量的铝屑废弃物，使得后处理成本高昂，还需要较长的加工时间，碳排放高，不利于环境保护。
此外，钛合金密度小，强度高，在消费电子高度集成化、轻量化、小型化的发展趋势下，获得极大重视，目前市场对轻量高强化的钛合金结构件产品提出了很大的需求，而传统CNC加工工艺加工钛合金耗时耗力，成本高，时间长，无法满足钛合金壳体的加工需要。
因此，需要提供一种壳体制造方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳体制造方法，此制造方法近净工艺成形，提高了材料利用率，减少了工艺过程中的废弃物数量，能够实现最终低成本且高精度的金属壳体的生产制造。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
.一种壳体制造方法，包括：
S1，通过冲压或锻造加工出壳体底板；
S2，建立壳体内腔结构的三维模型；
S3，根据建立的三维模型制定3D打印增材制造方案；
S4，进行3D打印增材制造前的准备工作；
S5，按照制定的3D打印增材制造方案在壳体底板上增材制造所述壳体内腔结构；
S6，对壳体进行后处理。
作为优选地，步骤S2具体包括：
S201，利用三维软件建立所述壳体内腔结构净尺寸的三维模型；
S202，对所述壳体内腔结构的模型进行格式转换，生成STL文件。
作为优选地，步骤S3具体包括：
S301，将STL格式文件的模型导入Magic软件；
S302，在Magic软件中修复壳体内腔结构的模型；
S303，在Magic软件中将壳体内腔结构的模型定向并摆放于底板模型中合适的位置；
S304，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；
S305，对所述壳体内腔结构的模型及所述工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件；
S306，将CLI格式层片文件导入填充软件；
S307，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；
S308，将所述包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；
S309，设定所述3D打印设备使用的第一制造参数。
作为优选地，S309中所述制造参数具体为：
填充功率为275W，填充速度为1300mm/s，填充间距为0.10mm/s，切片层厚度为0.06mm。
作为优选地，步骤S4具体包括：
S401，处理所述壳体底板并将其固定于基板；
S402，清理3D打印设备；
S403，安装所述基板，并向送粉缸中装入混合后的原材料粉末；
S404，对所述基板进行水平校准；
S405，关闭成形室舱门，抽真空并充入氩气，开启所述基板预热至150℃；
S406，使用预先设定的第二制造参数将所述壳体底板二次烧结固定于所述基板。
作为优选地，步骤S401具体包括：
S4011，将壳体底板用无水乙醇擦拭干净；
S4012，将所述壳体底板点焊固定于所述基板中心。
作为优选地，步骤S402具体包括：
S4021，将所述3D打印设备使用防爆吸尘器清理干净；
S4022，使用无水乙醇擦拭所述成形室顶部振镜区域。
作为优选地，步骤S404具体包括：
S4041，将所述基板下沉至低于打印平面1mm；
S4042，慢慢抬高所述基板，使用铺粉程序在基板上进行铺粉；
S4043，判断所述基板是否水平，如果否，则调节基板不同位置螺丝的松紧程度。
作为优选地，步骤S5具体包括：
S501，激光束按所述CLI格式层片文件中包含当前层的填充轮廓线选区融化基板上的粉末，加工出当前层；
S502，成形缸下降一个切片层厚度的距离，刮刀退回原位，送粉缸上升一个切片层厚度的距离，铺粉刮刀再在已加工好的当前层上铺送一个切片层厚度的冶金原材料粉末；
S503，所述3D打印设备调入下一层轮廓的数据进行激光选区熔化成形；
S504，所述3D打印设备判断是否完成所述壳体打印，如果否则返回步骤S502，如果是则结束打印操作。
作为优选地，步骤S6具体包括：
S601，记录3D打印设备状态及相关过程参数；
S602，抬升基板并进行工件清理；
S603，将所述壳体从基板上分离，并去除支撑；
S604，对去除支撑的壳体进行去应力退火处理；
S605，对后处理好的壳体进行成品检验。
有益效果：
通过此制造方法，实现多种加工技术的复配层叠，既发挥了传统加工优点，又发挥了3D打印增材制造的强项，开辟了新的成型工艺，拓展了产品成型的广度。通过将壳体底板部分使用传统冲压或锻造加工，而后将壳体内腔结构3D打印增材与壳体底板之上，近净工艺成形，提高了材料利用率，减少了工艺过程中的废弃物数量，来实现最终低成本且高精度的金属壳体的生产制造。与现有的CNC加工工艺相比，大大减少了对原材料的浪费，且加工效率高，碳排放量低。
与壳体全部结构均使用3D打印增材制造的工艺相比，本发明使用传统加工对壳体底板这种平板结构进行加工，既能够保证加工的精度，又能够最大程度的降低加工成本及加工时间。通过两种工艺结合，可以实现多种材料的原位结合，即可以根据需要改变壳体底板和壳体内腔结构的成型材料，可以采用传统广泛应用的SUS、铝合金等普通材料，也可以采用高强度、耐腐蚀但传统加工工艺难以加工的钛合金、高温合金等特种材料，实现不同用户的异种需求，实现产品的轻量化，功能化和成本化。
附图说明
图1是本发明所提供的壳体的示意图；
图2是本发明所提供的壳体制造方法的流程图。
图中：
1、壳体底板；
2、壳体内腔结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
目前，传统电子设备的壳体材质多为铝合金结构，通常是用整块铝板，经过多道CNC加工工艺，将产品的内腔面结构全铣加工成型，不仅会浪费材料，产生大量的铝屑废弃物，使得后处理成本高昂，还需要较长的加工时间，碳排放高，不利于环境保护。
此外，钛合金密度小，强度高，在消费电子高度集成化、轻量化、小型化的发展趋势下，获得极大重视，目前市场对轻量高强化的钛合金结构件产品提出了很大的需求，而传统CNC加工工艺加工钛合金耗时耗力，成本高，时间长，无法满足钛合金壳体的加工需要。
为解决上述问题，本发明提供了一种壳体制造方法。此方法适用于消费类电子金属壳体类产品，如：平板电脑、笔记本、相机等。为了方便描述，请本发明以平板电脑的壳体为示例对此壳体制造方法进行阐述，壳体的结构请参见图1。
如图2所示，本发明所提供的壳体制造方法包括以下步骤：
S1，通过冲压或锻造加工出壳体底板1；
S2，建立壳体内腔结构2的三维模型；
S3，根据建立的三维模型制定3D打印增材制造方案；
S4，进行3D打印增材制造前的准备工作；
S5，按照制定的3D打印增材制造方案在壳体底板1上增材制造壳体内腔结构2；
S6，对壳体进行后处理。
通过此制造方法，实现多种加工技术的复配层叠，既发挥了传统加工优点，又发挥了3D打印增材制造的强项，开辟了新的成型工艺，拓展了产品成型的广度。通过将壳体底板1部分使用传统冲压或锻造加工，而后将壳体内腔结构23D打印增材与壳体底板1之上，近净工艺成形，提高了材料利用率，减少了工艺过程中的废弃物数量，来实现最终低成本且高精度的金属壳体的生产制造。与现有的CNC加工工艺相比，大大减少了对原材料的浪费，且加工效率高，碳排放量低。
与壳体全部结构均使用3D打印增材制造的工艺相比，本发明使用传统加工对壳体底板1这种平板结构进行加工，既能够保证加工的精度，又能够最大程度的降低加工成本及加工时间。通过两种工艺结合，可以实现多种材料的原位结合，即可以根据需要改变壳体底板1和壳体内腔结构2的成型材料，可以采用传统广泛应用的SUS、铝合金等普通材料，也可以采用高强度、耐腐蚀但传统加工工艺难以加工的钛合金、高温合金等特种材料，实现不同用户的异种需求，实现产品的轻量化，功能化和成本化。
步骤S1具体包括：
S101，根据产品需要确定壳体底板1尺寸；
S102，根据壳体底板1尺寸对原材料进行冲压或锻造得到壳体底板1。
步骤S2具体包括：
S201，利用三维软件建立壳体内腔结构2净尺寸的三维模型；
S202，对壳体内腔结构2的模型进行格式转换，生成STL文件。
即建立出壳体除底板以外的内腔结构的三维模型，用于后续3D增材打印使用。
步骤S3具体包括：
S301，将STL格式文件的模型导入Magic软件；
S302，在Magic软件中修复壳体内腔结构2的模型；
S303，在Magic软件中将壳体内腔结构2的模型定向并摆放于底板模型中合适的位置；
S304，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；
S305，对壳体内腔结构2的模型及工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件；
S306，将CLI格式层片文件导入填充软件；
S307，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；
S308，将包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；
S309，设定3D打印设备使用的第一制造参数。在本实施例中，第一制造参数为：填充功率为275W，填充速度为1300mm/s，填充间距为0.10mm，切片层厚度为0.06mm。
步骤S4具体包括：
S401，处理壳体底板1并将其固定于基板；
S402，清理3D打印设备；
S403，安装基板，并向送粉缸中装入混合后的原材料粉末；
S404，对基板进行水平校准；
S405，关闭成形室舱门，抽真空并充入氩气，开启基板预热至150℃；
S406，使用预先设定的第二制造参数将壳体底板1二次烧结固定于基板。在本实施例中，第二制造参数为：填充功率为275W，填充速度为300mm/s，填充间距为0.10mm。
步骤S401具体包括：
S4011，将壳体底板1用无水乙醇擦拭干净；
S4012，将壳体底板1点焊固定于基板中心。
由于底板的厚度较薄，其后制程会影响其变形状况，在本实施例中，将其四边焊接固定在基板之上，减少后制程带来的变形影响。
步骤S402具体包括：
S4021，将3D打印设备使用防爆吸尘器清理干净；
S4022，使用无水乙醇擦拭成形室顶部振镜区域。
通过上述步骤，能够防止污染粉末对后续增材制造带来干扰。
步骤S403具体包括：
S4031，使用粗糙砂纸擦拭基板表面；
S4032，安装基板；
S4033，将适量原材料粉末加入送粉缸中，同时来回移动刮刀，使得送粉缸粉层表面平整、粉末填充均匀。
通过使用粗糙砂纸对基板表面进行擦拭，使得后续基板与粉末能够结合的更好。
步骤S404具体包括：
S4041，将基板下沉至低于打印平面1mm；
S4042，慢慢抬高基板，使用铺粉程序在基板上进行铺粉；
S4043，判断基板是否水平，如果否，则调节基板不同位置螺丝的松紧程度。
在本实施例中，通过观察基板表面铺粉是否均匀来判断基板是否水平，若出现局部区域粉层较厚，则对基板进行调节。
在步骤S405中，通过抽真空并冲入氩气以防止金属氧化，在本实施例中，需充入氩气至成形室内氧气含量低于0.1％。
在步骤S406中，通过二次烧结以确保壳体底板1稳定的固定于基板上，进一步加强二者的连接稳定性。
步骤S5具体包括：
S501，激光束按CLI格式层片文件中包含当前层的填充轮廓线选区融化基板上的粉末，加工出当前层；
S502，成形缸下降一个切片层厚度的距离，刮刀退回原位，送粉缸上升一个切片层厚度的距离，铺粉刮刀再在已加工好的当前层上铺送一个切片层厚度的冶金原材料粉末；
S503，3D打印设备调入下一层轮廓的数据进行激光选区熔化成形；
S504，3D打印设备判断是否完成壳体打印，如果否则返回步骤S502，如果是则结束打印操作。
其中，在打印前十层时需要人工观察，判断壳体底板1位置是否正确及铺粉格数是否符合要求。
步骤S6具体包括：
S601，记录3D打印设备状态及相关过程参数；
S602，抬升基板并进行工件清理；
S603，将壳体从基板上分离，并去除支撑；
S604，对去除支撑的壳体进行去应力退火处理；
S605，对后处理好的壳体进行成品检验。
通过步骤S601，以备后续检查的顺利进行。
在步骤S602中，需要待基板温度降至室温后将其抬升，且工件清理过程必须在氩气环境下，防止工件氧化。
在步骤S604中，其具体工艺为：真空退火升温至800℃，保温2小时，保温结束时快速通氩气快冷至工件可出炉，其中进气压力为2bar，进气流量为10m3/S。
需要说明的是，本发明的核心原理为通过将传统工艺与3D增材技术结合，以实现高效率、低成本、低碳排的生产目的。本发明以SLM技术，制造平板电脑壳体为例对此进行阐述。现有技术中其他3D增材技术结合传统工艺以制造其他壳体的方法，也属于本发明的保护范围。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种壳体制造方法，其特征在于，包括：
S1，通过冲压或锻造加工出壳体底板(1)；
S2，建立壳体内腔结构(2)的三维模型；
S3，根据建立的三维模型制定3D打印增材制造方案；
S4，进行3D打印增材制造前的准备工作；
S5，按照制定的3D打印增材制造方案在所述壳体底板(1)上增材制造所述壳体内腔结构(2)；
S6，对所述壳体进行后处理。
2.根据权利要求1所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
S201，利用三维软件建立所述壳体内腔结构(2)净尺寸的三维模型；
S202，对所述壳体内腔结构(2)的模型进行格式转换，生成STL文件。
3.根据权利要求2所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S301，将STL格式文件的模型导入Magic软件；
S302，在Magic软件中修复所述壳体内腔结构(2)的模型；
S303，在Magic软件中将所述壳体内腔结构(2)的模型定向并摆放于所述壳体底板(1)模型中合适的位置；
S304，在Magic软件中对模型搭建工艺支撑；
S305，对所述壳体内腔结构(2)的模型及所述工艺支撑进行切片分层操作，并生成CLI格式层片文件；
S306，将CLI格式层片文件导入填充软件；
S307，在填充软件中规划激光扫描路径填充每层切片层，并输出包含填充信息的CLI格式层片文件；
S308，将所述包含填充信息的CLI格式层片文件导入3D打印设备；
S309，设定所述3D打印设备使用的第一制造参数。
4.根据权利要求3所述的壳体制造方法，其特征在于，S309中所述制造参数具体为：
填充功率为275W，填充速度为1300mm/s，填充间距为0.10mm/s，切片层厚度为0.06mm。
5.根据权利要求1所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
S401，处理所述壳体底板(1)并将其固定于基板；
S402，清理3D打印设备；
S403，安装所述基板，并向送粉缸中装入混合后的原材料粉末；
S404，对所述基板进行水平校准；
S405，关闭成形室舱门，抽真空并充入氩气，开启所述基板预热至150℃；
S406，使用预先设定的第二制造参数将所述壳体底板(1)二次烧结固定于所述基板。
6.根据权利要求5所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S401具体包括：
S4011，将所述壳体底板(1)用无水乙醇擦拭干净；
S4012，将所述壳体底板(1)点焊固定于所述基板中心。
7.根据权利要求5所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S402具体包括：
S4021，将所述3D打印设备使用防爆吸尘器清理干净；
S4022，使用无水乙醇擦拭所述成形室顶部振镜区域。
8.根据权利要求5所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S404具体包括：
S4041，将所述基板下沉至低于打印平面1mm；
S4042，慢慢抬高所述基板，使用铺粉程序在所述基板上进行铺粉；
S4043，判断所述基板是否水平，如果否，则调节所述基板不同位置螺丝的松紧程度。
9.根据权利要求3所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
S501，激光束按所述CLI格式层片文件中包含当前层的填充轮廓线选区融化基板上的粉末，加工出当前层；
S502，成形缸下降一个切片层厚度的距离，刮刀退回原位，送粉缸上升一个切片层厚度的距离，铺粉刮刀再在已加工好的当前层上铺送一个切片层厚度的冶金原材料粉末；
S503，所述3D打印设备调入下一层轮廓的数据进行激光选区熔化成形；
S504，所述3D打印设备判断是否完成所述壳体打印，如果否则返回步骤S502，如果是则结束打印操作。
10.根据权利要求1所述的壳体制造方法，其特征在于，步骤S6具体包括：
S601，记录3D打印设备状态及相关过程参数；
S602，抬升基板并进行工件清理；
S603，将所述壳体从基板上分离，并去除支撑；
S604，对去除支撑的所述壳体进行去应力退火处理；
S605，对后处理好的所述壳体进行成品检验。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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