一種具有空間立體電路的電路板3d打印方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領域，更具體地，涉及一種具有空間立體電路的電路板3D打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品系統(tǒng)是由零件、元器件等組成，在其制造過程中，先將零件、元器件組裝成部件，再將部件組裝成整機，其核心工作是將元器件組裝成具有一定功能的電路板部件，因此，電子產(chǎn)品的制造核心在于印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)的制造。電路板是電子元器件電氣連接的載體，幾乎每種具有集成電路的電子元器件的設備，例如手表、計算器、計算機、通訊設備等，都要使用印刷電路板，因而電路板的設計和制造質(zhì)量直接影響到整個電子產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。從使用的角度看，電路板分為單面板、雙面板和多層板三類，在面向更復雜的應用需求時，多層板的電路可以被設計成多層，在層間布建通孔電路連通各層電路，可大大增加布線面積。
[0003]通常電路板的制作流程為開料、鉆孔、沉銅、圖形轉(zhuǎn)移、圖形電鍍、退膜、蝕刻、綠油轉(zhuǎn)移、添加字符、成型和測試等，工序復雜且無法滿足高布線復雜度、高精度的電路板制造。目前，采用3D打印(3D Printing)技術(shù)制備高布線復雜度、高精度的多層電路板已成為發(fā)展趨勢。3D打印以數(shù)字化模型為基礎，通過特定的成型設備，用液化、粉末狀、絲狀的金屬、高分子和陶瓷等材料，基于逐層堆積方式打印出三維實體。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，針對3D打印電路板已有一些方案。例如，CN104486910A提出了一種采用3D打印技術(shù)制作多層電路板的方法，具體使用激光選區(qū)燒結(jié)(Selective LaserSintering, SLS)在基板上進行耐熱絕緣層的打印，然后采用直接金屬激光燒結(jié)(DirectMetal Laser Sintering, DMLS)在絕緣層上進行電路打印，如此往復打印出多層電路板；CN104411122A提出了一種多層柔性電路板的3D打印方法，使用3D噴射技術(shù)打印基板，采用激光工程化近成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)在基板上打印金屬部分。然而，上述兩種電路板的制造方案均采用了兩種不同3D打印工藝復合成形單一平板結(jié)構(gòu)的常規(guī)電路板，不僅復合工藝成本高，而且成形電路板的布線方式和體積均未發(fā)生改變，導致電路板在電子設備中仍然占用相當部分的空間，并且散熱過于集中；另一方面，設備的外形結(jié)構(gòu)設計仍然受到限制，3D打印面向結(jié)構(gòu)自由設計的優(yōu)勢受到極大約束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種具有空間立體電路的電路板3D打印方法，其中利用搭載雙噴頭的FDM(Fused Deposit1n Modeling,熔融沉積成形)設備，根據(jù)計算機CAD設計模型，利用一路噴頭打印設計的三維電路板基板，另一路噴頭在基板上打印電路線路，通過控制系統(tǒng)控制噴頭工作時機，在打印電路板三維結(jié)構(gòu)的過程中同時打印電路，一體化成形具有空間立體復雜電路的電路板結(jié)構(gòu)。其中，F(xiàn)DM作為3D打印技術(shù)的一種，將絲狀的熱熔性高分子材料在噴頭處加熱融化，同時三維噴頭在控制系統(tǒng)的控制下根據(jù)實體的截面輪廓信息，將熔融材料選擇性地沉積在工作臺上，經(jīng)快速冷卻后形成對應的單層截面，一層成形完成后，機器工作臺下降一個分層高度繼續(xù)成形下一層，直至形成整個實體。該方法極大簡化了傳統(tǒng)制造工序，縮短了制造周期，減小了制造成本，能顯著提升電子產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)設計的自由度。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有空間立體電路的電路板3D打印方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]1)利用三維建模軟件設計待打印的電路板結(jié)構(gòu)模型，以及隨電路板結(jié)構(gòu)形狀分布的電路線路；
[0008]2)利用切片軟件將所述電路板結(jié)構(gòu)模型分層切片，識別各切片層中電路板的結(jié)構(gòu)信息和電路線路信息；
[0009]3)將每層識別的所述結(jié)構(gòu)信息和電路線路信息輸入至設有雙噴頭的FDM設備中，所述雙噴頭包括前置噴頭和后置噴頭，所述前置噴頭用于噴射高分子絲材，所述后置噴頭用于噴射導電橡膠絲材；
[0010]4)所述雙噴頭根據(jù)每層的結(jié)構(gòu)信息和電路線路信息，逐層進行沉積成形。在成形過程中，每完成一切片層的沉積成形，使成形件下降一個設定層厚的高度，然后雙噴頭繼續(xù)在已成形的切片層沉積下一層切片層，如此逐層循環(huán)堆疊，直至完成整個電路板的打??；所述前置噴頭用于打印當前層的結(jié)構(gòu)部分，所述后置噴頭用于打印當前層的電路線路部分；
[0011]5)對所述電路板進行后續(xù)處理，獲得所需的具有空間立體電路的電路板產(chǎn)品。
[0012]作為進一步優(yōu)選的，當切片層中只包含結(jié)構(gòu)部分時，只有前置噴頭工作；當切片層中同時包含結(jié)構(gòu)部分和電路部分時，前置噴頭打印結(jié)構(gòu)部分時后置噴頭停止工作，后置噴頭打印電路線路部分時前置噴頭停止工作。
[0013]作為進一步優(yōu)選的，所述高分子絲材優(yōu)選為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細絲、消失模鑄造蠟絲、聚烯烴樹脂絲、尼龍絲或聚酰胺絲。
[0014]作為進一步優(yōu)選的，所述高分子絲材的直徑優(yōu)選為1.2mm?1.8_。
[0015]作為進一步優(yōu)選的，所述導電橡膠絲材以硅橡膠作為外殼，銀鍍銅、銀鍍鋁、銀鍍鎳、純銀中的一種作為所述外殼內(nèi)的填充物。
[0016]作為進一步優(yōu)選的，所述導電橡膠絲材的最大體積電阻率不超過0.008 Ω/cm。
[0017]作為進一步優(yōu)選的，所述雙噴頭采用內(nèi)置加熱棒式黃銅噴嘴，所述噴嘴直徑為0.2mm ?0.4mm0
[0018]作為進一步優(yōu)選的，所述設定的層厚為0.1mm，所述打印的速度為50mm/s?150mm/so
[0019]作為進一步優(yōu)選的，在所述電路板結(jié)構(gòu)中需要插入芯片和電源處設計接口，供芯片和電源直接接入。
[0020]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點:
[0021]1.本發(fā)明采用空間立體電路打印工藝，在打印電路板三維結(jié)構(gòu)的過程中同時打印電路，從而形成空間立體的電路結(jié)構(gòu)，可直接一體化成形具有空間立體復雜電路的電路板產(chǎn)品，極大拓展了 3D打印電路的應用范圍，解決現(xiàn)有復合3D打印工藝只用于成形單一平板結(jié)構(gòu)電路板的問題，相比于現(xiàn)有的搭載電路板產(chǎn)品的制造方法，本發(fā)明針對先設計電路板后裝配到產(chǎn)品中的現(xiàn)狀，提供了直接制備具有空間立體電路的電路板產(chǎn)品的3D打印方法，能夠減小電子產(chǎn)品的體積、優(yōu)化電子產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)，極大簡化了傳統(tǒng)制造工序，縮短了制造周期，減小了制造成本，成形速度快，精度高，有望推動電子產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展。
[0022]2.本發(fā)明在電路板產(chǎn)品需要插入芯片和電源的地方設計接口，供芯片和電源直接接入，有助于解決現(xiàn)有制作電路板單一平板結(jié)構(gòu)帶來的空間利用率低、限制電子設備外形結(jié)構(gòu)、散熱集中的缺點，且能顯著提升電子產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)設計的自由度。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的長方體狀產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的半圓柱狀廣品結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]本發(fā)明的原理是在打印電子產(chǎn)品三維結(jié)構(gòu)的過程中同時打印電路，該方法利用搭載不同功能材料的雙噴頭的FDM設備，根據(jù)計算機CAD設計模型，利用一路噴頭打印設計的三維結(jié)構(gòu)電路板基板，另一路噴頭在基板上打印電路線路，通過控制系統(tǒng)控制噴頭工作時機，一體化成形具有空間立體電路的電路板結(jié)構(gòu)。
[0027]具體而言，本發(fā)明的一種具有空間立體電路的電路板3D打印方法，主要包括如下步驟:
[0028]1)利用三維建模軟件設計待打印的電路板結(jié)構(gòu)模型，以及隨電路板結(jié)構(gòu)形狀分布的電路線路；
[0029]2)利用切片軟件將電路板結(jié)構(gòu)模型分層切片，識別各切片層中電路板的結(jié)構(gòu)信息和電路線路信息；
[0030]3)將每層識別的結(jié)構(gòu)信息和電路線路信息輸入至設有雙噴頭的FDM設備中，雙噴頭包括前置噴頭和后置噴頭，前置噴頭用于噴射