一种三维结构电子器件的3D打印制造方法

摘要

一种三维结构电子器件的3D打印制造方法，先根据待成形件的性能要求，设计三维结构电子器件中电路的空间分布和基体结构的几何尺寸，建立三维CAD的模型，按照加工方向对模型进行分层处理，得到每层截面的材料分布，编写打印头集成装置和工作平台的相对运动程序，然后选定符合性能要求的导线打印材料和基体结构打印材料，再打印基材，在工作平台上形成基体结构，再切换打印头，打印导线，运动机构带动工作平台下降一个分层厚度，重复打印基材和打印导线的打印过程，直至打印完全部基体结构和导线，得到结构电子，本发明实现导线与基体绝缘介质的同步打印，进而实现三维空间任意排布。

主权项

一种三维结构电子器件的3D打印制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据待成形件的性能要求，设计三维结构电子器件中电路的空间分布和基体结构的几何尺寸，建立三维CAD的模型；按照加工方向对模型进行分层处理，得到每层截面的材料分布，编写打印头集成装置(1)和工作平台(2)的相对运动程序；2)选定符合性能要求的导线打印材料和基体结构打印材料，导线打印材料是铜锡合金、银锡合金、锡铅合金的低熔点金属丝，或是纳米银离子凝胶溶液、导电高分子水凝胶的导电墨水，或是铝粉、铜粉的金属粉末，基体结构打印材料为丝状ABS、PLA、PEEK绝缘性高分子材料；3)打印基材，运动机构(3)运动到零点，打印头集成装置(1)上的基材打印头(4)从其所在的档位槽外末端移动到底面中心位置，进入当前打印面，基材打印头(4)按照当前层预定轨迹进行运动，同时绝缘性的基体丝材(5)从基体结构材料丝盘(6)出发，经过张紧、牵引进入基材打印头(4)，加热熔融后，进入基材打印喷嘴(7)并被挤出沉积在工作平台(2)上形成基体结构(8)；4)切换打印头，打印头集成装置(1)上的基材打印头(4)从底面中心位置移动到其档位槽外末端，然后金属丝打印头(9)、导电墨水打印头(10)或金属粉末打印头(11)中的一个打印头，从其所在档位槽的外末端移动到底面中心位置，进入当前打印面；5)打印导线，采用金属丝材作为原材料时，金属丝材(12)从金属丝材丝盘(13)中出发，经过张紧、牵引进入金属丝打印头(9)，经加热熔融后在压力作用下到达金属丝打印喷嘴(14)并被挤出，沉积在基体结构(8)上，形成电路中的导线(15)，金属丝材(12)选择铜锡合金、银锡合金或铅锡合金；采用导电墨水作为原材料时，导电墨水(16)在压力的作用下，经导管(17)从导电墨水溶液腔(18)进入导电墨水打印头(10)，然后进入导电墨水喷嘴(19)并被挤出，沉积在基体结构(8)上，形成电路中的导线(15)，导电墨水(16)选择纳米银离子凝胶溶液或导电高分子水凝胶；采用金属粉末作为原材料时，金属粉末(20)在压力的作用下，从金属粉末盒(21)进入金属粉末打印头(11)，然后进入金属粉末嘴(22)，并被喷出、嵌入基体结构(8)，形成电路中的导线(15)，金属粉末(20)选择铜粉、钛粉或铝粉；6)运动机构(3)带动工作平台(2)下降一个分层厚度，重复打印基材和打印导线的打印过程，直至打印完全部基体结构和导线，得到结构电子(23)。