[发明专利]一种同轴式3D打印挤出装置及空间立体电路成形方法

说明书

本发明属于3D打印设备领域，并具体公开了一种同轴式3D打印挤出装置及空间立体电路成形方法，包括内层挤出机构和外层挤出机构，内层挤出机构包括内层喷头套筒、储料腔、气缸导杆和气缸，储料腔与内层喷头套筒连通，气缸导杆一端与气缸相连，另一端穿过端盖位于内层喷头套筒内；外层挤出机构包括外层喷头套筒、螺杆、进料漏斗、环形加热器和步进电机，外层喷头套筒、螺杆和内层喷头套筒从外至内依次同轴设置，螺杆与步进电机相连，进料漏斗设置在外层喷头套筒上，环形加热器包裹在外层喷头套筒外侧。本发明装置可交替挤出不同种类的材料，特别适合用于成形空间立体电路，降低了其制造成本和制造难度，拓展了3D打印电路的应用范围。

技术领域

本发明属于3D打印设备领域，更具体地，涉及一种同轴式3D打印挤出装置及空间立体电路成形方法。

背景技术

现有电子设备的电路大多采用传统二维PCB板，即电路的各种单元器件全部分布在一个平面上。随着科技迅猛发展，日常使用的电子产品逐渐向小型集成化发展，传统二维PCB电路板面积不断缩小，但电路板上的器件数量却增加致使电路趋于复杂，两者的矛盾，严重影响到电路传导速度，同时制约了电子设备的外观设计。因此在有限的空间内，快速集成更为复杂的空间立体电路将是电子电路未来发展的必然要求。

在面向更复杂的电子电路应用需求时，空间立体电路(即三维电路，3D电路)相对于二维电路，能够提高电路板的空间利用率。立体电路可以被设计成多层，在层间布建通路连通各层电路，从而大大增加布线面积。这种具有空间复杂立体电路的电路板提高了封装密度以及电路工作速度，同时为实现新型多功能器件及电路系统创造了可能性。未来在智能可穿戴电子设备、动态传感器、柔性电子元器件等有广阔的应用前景。

传统二维PCB电路板的制作方法随着现代制作工艺技术的进步不断改进，但是原则上不变是基材制备、电路板剪裁、覆铜板处理、电路板转印、腐蚀、钻孔、预处理、焊接等，经一系列复杂流程后才能导电应用。整个制作生产过程复杂繁琐，难以满足多布线、高复杂、高精度电路板的制造，且刻蚀后的化学试剂、重金属废液对环境污染严重。如今，新兴的3D打印技术以数字化模型为基础，通过不同的打印设备，基于逐层堆叠的原理，可以实现各类材料的高精度、快速成形，采用3D打印技术制造高布线复杂度空间立体电路已成为趋势之一。

基于现有的3D打印设备和技术，针对空间立体电路的成形已有一些方案。例如，专利CN106817846A提出了基于3D打印工艺的液态金属立体电路及其制造方法，具体是先通过3D打印工艺打印具有中空流道的三维实体，再在所述实体的中空流道中注满液态金属，此方法虽能够成形空间立体电路，但在后期浇注过程中，流道过细的部分可能因为金属液表面张力的存在而无法流入，致使整个立体电路无法连通导电；专利CN109774132A提出了一种基于光固化3D打印技术的电路板的制造方法，包括以下步骤：(1)设计电路板基体模型和电路图形；(2)设定基体模型打印参数，对基体模型切片；(3)对功能型光固化树脂进行调配；(4)采用光固化3D打印机打印电路板基体；(5)采用激光活化基体表面，形成附有化学镀催化剂的活化层；(6)对电路板基体进行化学镀；(7)在电路板基体相应位置安装电子元件，然而这种方法虽能够应用于“三维”电路制造，但仅仅是在XY面上成形复杂排布的电路，不能够真正成形Z轴立体方向上的复杂分布的电路(或可称之为2.5D电路)，同时其后处理较为繁琐，可选材料范围狭窄，成本较高，未能充分利用3D打印技术一体化成形的特点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种同轴式3D打印挤出装置及空间立体电路成形方法，其目的在于，通过设置同轴间隙配合的外层挤出机构与内层挤出机构，使装置可交替挤出不同种类的材料，特别适合用于成形具有空间复杂电路排布走向的立体电路，缩短了制造周期，降低了制造成本和制造难度，拓展了3D打印电路的应用范围。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，本发明提出了一种同轴式3D打印挤出装置，包括内层挤出机构和外层挤出机构，其中：