基于复合3D打印的嵌入式电子产品一体化制造关键技术及实验研究

来源 :青岛理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lilinchang0105
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近年来3D打印技术快速发展,与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命。3D打印技术能够通过三维的设计数据快速精确地制造出任意三维模型,广泛应用于航空航天、组织工程、汽车、建筑等诸多领域。在电子行业中,3D打印技术的应用也有着突飞猛进的发展。“嵌入式电子产品”是近年来出现的一种新型电子产品,其制造方法正是典型的多材料和多尺度增材制造技术。然而,现有3D打印技术应用于嵌入式电子产品一体化制造方面,依然存在着挑战性难题。目前能够实现嵌入式电子产品打印的3D打印机种类较少、价格昂贵等这类问题阻碍了技术的进一步应用。针对以上问题,本文提出一种基于熔融沉积/电喷印复合3D打印新方法,嵌入式电子产品中的功能性结构由熔融沉积制造,连接电路部分由电喷印技术制造而成,其喷印材料为导电墨水。具体的进行了以下研究:1、提出复合3D打印一体化制造新工艺,建立基于FDM、电喷印复合的嵌入式电子产品制造工艺的基本原理和工艺流程。根据嵌入式电子结构一体化制造成型要求,确定了嵌入式电子结构的功能性结构、导线的制造关键技术。根据FDM、电喷印复合3D打印机理,细化、优化打印工艺流程。2、结合嵌入式电子产品结构的特点,提出了嵌入式电子产品的结构设计原则和方法。结合结构设计原理,采用“绕障碍布线”和“蚁群算法”相结合的方法对电路路径进行优化设计。3、电压是影响电喷印成线性能的最重要因素,在嵌入式电子产品的连接电路制造过程中,连接线的连续、稳定是实现嵌入式电子产品内部电路连通的重要前提,从而实现电子产品的功能。本文通过COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,通过自主研发的电喷印实验平台进行实验研究,进行了不同电压对导电银浆打印影响的理论分析和实验验证,揭示了电压对泰勒锥形成的影响机理、验证了电喷印打印导电银浆的稳定性和可行性。4、在保证嵌入式电子产品内部电路连通的前提下,实现连接线的高分辨率、美观制造也是嵌入式电子产品制造中要考虑的一个方面。本文通过电喷印打印导线的实验研究,分析了不同打印参数(导电银浆体积浓度、喷印电压、喷印距离以及喷印头移动速度)对打印导线的导电性能、成线性能的影响规律,并通过优化实验得出固定工况下的最优打印参数。5、分别以二维(单层)和三维(多层)电路的智能瓶盖为案例,进行了基于复合3D打印嵌入式电子产品的一体化制造。采用熔融沉积成型技术制造智能瓶盖的功能性结构,采用电喷印技术喷印导电银浆制造连接电子元件的连接线路,利用熔融沉积成型打印机暂停/续打功能将电子元件嵌入。实现了嵌入式电子产品合理化、紧凑化、高效、低成本的一体化制造。
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