本發(fā)明一種3D打印技術(shù)，尤其是一種利用3D打印技術(shù)制作結(jié)構(gòu)電路一體化部件的技術(shù)，具體地說是一種基于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的制作方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)電路一體化部件是指具有特定結(jié)構(gòu)形狀，且內(nèi)部分布有復雜導電通道的特殊零件。隨著科技的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品的輕量化要求日益增高，尤其是在航空航天領(lǐng)域，技術(shù)人員依舊在為減輕飛行器一克重量而奮斗。結(jié)構(gòu)電路一體化部件在輕量化與降低裝配難度方面給予了人們新的思路，其兼具結(jié)構(gòu)支撐和線束導電功能，可對現(xiàn)有布線方式進行全新優(yōu)化；在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時可直接對電路布局與承載方式進行綜合考慮，合理利用空間，免去復雜的電路搭接，排布電線等復雜過程，降低裝配難度。同時通過對結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化可以有效地減輕結(jié)構(gòu)件自身的重量。這些優(yōu)勢使得結(jié)構(gòu)電路一體化部件在航空航天，武器裝備，精密電器等領(lǐng)域有著良好的應用前景。

目前，制作結(jié)構(gòu)電路一體化部件主要采用激光直接電路成形LDS技術(shù)，該技術(shù)的主要流程如下：采用通用的工藝將具有LDS性能的塑料注射成型，然后用激光光束照射，即激光成型，把設(shè)計的電路圖案用激光轉(zhuǎn)移到塑料殼體上。該技術(shù)已經(jīng)成功運用到手機天線等零部件的制作上。但是該技術(shù)工藝流程繁瑣，只能在零部件表面生成簡單的二維導電通道，若要生成內(nèi)部導電通道還需要復雜的裝配過程，所以應用領(lǐng)域受到極大限制。

因此，有必要尋找一種全新的可以在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部生成復雜三維導電通道的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)電路制作存在工藝流程繁瑣，只能在零部件表面生成簡單的二維導電通道，無法在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部生成復雜三維導電通道，需要通過裝配才能完成空間三維結(jié)構(gòu)電路的問題，提供一種基于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的制作方法，其特征是：首先，建立所需加工部件的三維模型并導入具有雙振鏡系統(tǒng)的激光選區(qū)燒結(jié)機床；其次，利用激光選區(qū)燒結(jié)機床上的CO2激光掃描熔化粉末原料，與之相配合使用三倍頻Nd：YAG激光掃描使特定位置的金屬原子出露，從而完成結(jié)構(gòu)電路一體化部件的成形加工；第三，將加工好的結(jié)構(gòu)電路一體化部件放進化學鍍液進行鍍銅或者鍍鎳；最后，對鍍液進行清洗，干燥、打麻等后處理工藝即得所述的結(jié)構(gòu)電路一體化部件。

具體包括步驟如下：

1）在建模軟件中建立所需加工的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的三維模型，預留出導電通道的位置并用空心圓柱體代替；

2）利用切片軟件對上述三維模型進行分層切片并指定雙振鏡的掃描路徑，生成掃描切片程序并導入具有雙振鏡系統(tǒng)的激光選區(qū)燒結(jié)機床；

3）控制雙振鏡的掃描軌跡，在上述機床上打印出相應的結(jié)構(gòu)部件；

4）將打印好的結(jié)構(gòu)部件清理后放入化學鍍液中進行鍍銅或者鍍鎳；

5）取出該部件，清理其溢鍍層，完成加工。

優(yōu)選地，上述步驟1）中具體包括：用以代替導電通道的空心圓柱體的直徑為2mm。

優(yōu)選地，上述步驟2）中具體包括：在指定雙振鏡的掃描路徑時，選擇CO2激光振鏡系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)部件基體的打印，選擇三倍頻Nd：YAG激光振鏡系統(tǒng)對空心圓柱體的外邊緣進行掃描。

優(yōu)選地，上述步驟3）中具體包括：以改性塑料粉末（可根據(jù)結(jié)構(gòu)電路的要求進行配制）為基體材料，在打印每一層時，通過振鏡控制CO2激光路徑掃描打印出單層基體結(jié)構(gòu)，關(guān)閉CO2激光器，開啟三倍頻Nd：YAG激光器掃描該層預留導電通道圓孔邊緣使該區(qū)域粗糙活化，這樣層層打印，最終疊加成部件實體。

優(yōu)選地，上述步驟3）中具體還包括：打印前機床成型缸基板要預熱至60℃。

優(yōu)選地，上述步驟3）中具體還包括：特制的改性塑料粉末內(nèi)含有機金屬復合材料，粉末粒徑40μm，熔點為200℃。

優(yōu)選地，上述步驟3）中具體還包括：CO2激光功率30W，光斑直徑100μm；三倍頻Nd：YAG激光聚焦光斑直徑為20μm，導電通道圓孔邊緣掃描寬度為50μm，搭接率為10μm。

本發(fā)明的有益效果：

1.通過雙振鏡激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)與化學鍍的綜合運用，解決了利用傳統(tǒng)加工方式難以在結(jié)構(gòu)部件內(nèi)部加工出導電通道的問題；

2.利用激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)，實現(xiàn)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.利用本發(fā)明加工出來的結(jié)構(gòu)電路一體化部件可完全摒棄復雜的電纜接線，使該部件大幅減重；

4.本發(fā)明工序極少，工藝簡單，免裝配，生產(chǎn)周期短，尤其適合于產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)與小批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電路一體化部件打印示意圖。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電路一體化部件的內(nèi)部細節(jié)示意圖。

圖中，1、CO2激光器及其振鏡系統(tǒng)，2、Nd：YAG激光器及其振鏡系統(tǒng)，3、粉末材料層，4、結(jié)構(gòu)電路一體化部件模型，5、成型缸體，6、基板及升降絲杠，4A、預留導電通道，4B、Nd：YAG激光掃描活化層，4C、導電金屬鍍層。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

如圖1-3所示。

一種基于激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)電路一體化部件的三維模型4，如圖2所示，對需要布置導電通道的位置用空心圓柱體代替，空心圓柱體直徑2mm，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(guī)劃，參數(shù)選擇；其中，在指定雙振鏡的掃描路徑時，選擇CO2激光振鏡系統(tǒng)1進行結(jié)構(gòu)部件基體的打印，選擇三倍頻Nd：YAG激光振鏡系統(tǒng)2對空心圓柱體的外邊緣進行掃描；

（3）切片完成后生成的程序?qū)爰す膺x區(qū)燒結(jié)機床的控制系統(tǒng)內(nèi)，先手動模式進行預打印，將基板預熱至60℃，確定合適的CO2激光掃描速度，使得作為打印基體的改性塑料粉末（內(nèi)含粒徑10～50μm的有機金屬復合材料）能夠順利熔化并粘結(jié)，再切換至自動模式，如圖1，在打印每一層時，先在激光選區(qū)燒結(jié)機床的成型缸5內(nèi)鋪一層粒徑為20μm的粉末原料3，通過振鏡控制CO2激光路徑掃描粉末層打印出單層基體結(jié)構(gòu)，關(guān)閉CO2激光器，開啟三倍頻Nd：YAG激光器通過其振鏡掃描該層預留導電通道圓孔邊緣使該區(qū)域粗糙活化，有金屬原子出露形成薄金屬層，為后續(xù)化學鍍提供條件，這樣層層打印，最終疊加成部件實體；

（4）將打印成功的部件實體進行去支撐，然后置于化學鍍液中進行鍍銅（也可鍍鎳），直至導電通道內(nèi)銅層厚度達到0.2mm，鍍銅過程中伴有電磁攪拌。

（5）將結(jié)構(gòu)部件從溶液中拿出進行烘干，打磨，拋光并去除溢鍍層，測試結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件的加工。

本發(fā)明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明未涉及部分如激光選區(qū)燒結(jié)機床、軟件控制技術(shù)、打印用的改性塑料粉末配制等均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。