[发明专利]基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置及工艺方法

说明书

本发明提出一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置及工艺方法，装置包括机械臂系统、3D打印机及滑轨系统，其原理为基于3D打印机，采用喷墨打印头或熔融挤出头对天线基材结构进行打印成型，在打印天线基材的过程中采用滑轨的方式将打印平台整体进行工位切换，在第一工位上采用机械臂系统将喷墨头伸入至已成型的基材框体腔内，控制打印喷头调至与基材框体内表面法向后开启打印功能，按照既定轨迹将设计好的金属线路图形喷印于已成型基材的内表面，完成图形的喷印后，通过滑轨将打印平台切换至第二工位，恢复基材模型的打印，此后进行两个过程的循环打印最终完成内表面线路结构的一体化成型。本发明可实现共形化天线、内壁曲面线路图形等快速制造。

技术领域

本发明涉及带内表面金属化线路基材的制备技术领域，具体为一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置及工艺方法。

背景技术

针对未来导弹导引头隐身及轻量化需求，天线或隐身结构均将面向共形化设计，提出了将金属图形将直接布置于导引头天线罩内部，将天线与天线罩的功能进行复合的要求，以减少原有的天线载体达到减重的目的。使导引头天线罩突破原有结构件的功能，而使其附有功能化特征。

在天线及隐身结构设计过程中，考虑到天线罩外侧与气流摩擦所产生的热量，因此天线或隐身结构只能附着于天线罩内壁。天线罩内壁的金属化图形以现有加工手段LDS(Laser-Direct-structuring)、LAP及转印的方式难以实现，主要原因在于LDS与LAP激光活化的焦距目前仅限于10～20mm范围，而转印则要用到转印模具，两者由于激光焦距及装置、转印模具尺寸限制而无法在内表面进行金属图形的制备。

针对未来电子产品的集成化、小型化等特点，将出现结构件和电器件进行某种程度上的结合，以既可以实现结构件在力学方面的作用同时又可实现一定的电气化功能。目前尚没有针对狭小空间内壁上做电子线路的制造工艺，已有的报道也是针对在已有基材的外表曲面进行电子线路的增材制造，但外表面的线路需要进行二次防护，在一些恶劣的工作环境下，二次防护的难度很大。

现有的表面金属线路制备工艺方法主要依靠膜贴、转印的方法实现，而针对非规则曲面的内壁，由于受到腔体尺寸及结构干涉的影响而致使无法采用传统工艺完成在内壁上电子线路的制备。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提出一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置及工艺方法，可应用于内表面线路、共形化天线及基材的一体化制备，方便初期设计模型的快速验证及迭代，缩短研发周期。使用该工艺方法也可以实现单独其中一项功能，如采用机械臂单独喷印导电浆料，其可应用于曲面模型上制备附形线路。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置，其特征在于：包括机械臂系统、3D打印机及滑轨系统；

所述3D打印机能够在位于第二工位的打印平台上打印成型基材部分；所述基材具有内腔结构；

所述机械臂系统具有喷墨打印头；所述机械臂系统能够控制喷墨打印头在位于打印平台上的基材内腔壁面上打印电子浆料，此时打印平台位于第一工位上；

所述滑轨系统位于第一工位与第二工位之间，打印平台利用滑轨系统能够在第一工位与第二工位之间移动。

进一步的优选方案，所述一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置，其特征在于：3D打印机和机械臂系统采用统一的数据模型；所述统一的数据模型包括基材数据模型和基材内腔壁面上的金属化线路数据模型。

进一步的优选方案，所述一种基于3D打印一体化制备基材及内表面金属化线路的装置，其特征在于：滑轨系统以及第一工位和第二工位均处于恒温舱室内。