基于復(fù)合3D打印的嵌入式電子產(chǎn)品一體化制造關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來(lái)3D打印技術(shù)快速發(fā)展，與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命。3D打印技術(shù)能夠通過(guò)三維的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)快速精確地制造出任意三維模型，廣泛應(yīng)用于航空航天、組織工程、汽車(chē)、建筑等諸多領(lǐng)域。在電子行業(yè)中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用也有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展?！扒度胧诫娮赢a(chǎn)品”是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型電子產(chǎn)品，其制造方法正是典型的多材料和多尺度增材制造技術(shù)。然而，現(xiàn)有3D打印技術(shù)應(yīng)用于嵌入式電子產(chǎn)品一體化制造方面，依然存在著挑戰(zhàn)性難題。目前能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入

2、式電子產(chǎn)品打印的3D打印機(jī)種類(lèi)較少、價(jià)格昂貴等這類(lèi)問(wèn)題阻礙了技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種基于熔融沉積/電噴印復(fù)合3D打印新方法，嵌入式電子產(chǎn)品中的功能性結(jié)構(gòu)由熔融沉積制造，連接電路部分由電噴印技術(shù)制造而成，其噴印材料為導(dǎo)電銀漿。具體的進(jìn)行了以下研究:
　　1、提出復(fù)合3D打印一體化制造新工藝，建立基于FDM、電噴印復(fù)合的嵌入式電子產(chǎn)品制造工藝的基本原理和工藝流程。根據(jù)嵌入式電子結(jié)構(gòu)一體化制造成型要求，確定了嵌入式電

3、子結(jié)構(gòu)的功能性結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線(xiàn)的制造關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)FDM、電噴印復(fù)合3D打印機(jī)理，細(xì)化、優(yōu)化打印工藝流程。
　　2、結(jié)合嵌入式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了嵌入式電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和方法。結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，采用“繞障礙布線(xiàn)”和“蟻群算法”相結(jié)合的方法對(duì)電路路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　3、電壓是影響電噴印成線(xiàn)性能的最重要因素，在嵌入式電子產(chǎn)品的連接電路制造過(guò)程中，連接線(xiàn)的連續(xù)、穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)嵌入式電子產(chǎn)品內(nèi)部電路連通的重要前提，從而實(shí)現(xiàn)電子

4、產(chǎn)品的功能。本文通過(guò)COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)自主研發(fā)的電噴印實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行了不同電壓對(duì)導(dǎo)電銀漿打印影響的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了電壓對(duì)泰勒錐形成的影響機(jī)理、驗(yàn)證了電噴印打印導(dǎo)電銀漿的穩(wěn)定性和可行性。
　　4、在保證嵌入式電子產(chǎn)品內(nèi)部電路連通的前提下，實(shí)現(xiàn)連接線(xiàn)的高分辨率、美觀(guān)制造也是嵌入式電子產(chǎn)品制造中要考慮的一個(gè)方面。本文通過(guò)電噴印打印導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究，分析了不同打印參數(shù)（導(dǎo)電銀漿

5、體積濃度、噴印電壓、噴印距離以及噴印頭移動(dòng)速度）對(duì)打印導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)電性能、成線(xiàn)性能的影響規(guī)律，并通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出固定工況下的最優(yōu)打印參數(shù)。
　　5、分別以二維（單層）和三維（多層）電路的智能瓶蓋為案例，進(jìn)行了基于復(fù)合3D打印嵌入式電子產(chǎn)品的一體化制造。采用熔融沉積成型技術(shù)制造智能瓶蓋的功能性結(jié)構(gòu)，采用電噴印技術(shù)噴印導(dǎo)電銀漿制造連接電子元件的連接線(xiàn)路，利用熔融沉積成型打印機(jī)暫停/續(xù)打功能將電子元件嵌入。實(shí)現(xiàn)了嵌入式電子產(chǎn)品合理化、緊湊化