一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法，包括：材料堆積步驟：以第一功率的激光與金屬粉末同軸耦合輸出的方式在塑膠殼體上按照預(yù)定的圖案進行掃描，一邊射出激光一邊同時進行同軸送粉，通過激光將同軸輸送的所述金屬粉末融化，并使其在所述塑膠殼體上凝固沉積，逐層堆積后形成具有所述圖案的天線或電路。本發(fā)明可以簡便快捷地在塑料殼體制作復(fù)雜的三維天線和電路結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子產(chǎn)品的天線制作，特別是涉及一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機越來越輕薄化，傳統(tǒng)的手機天線制造方法已經(jīng)難以實現(xiàn)緊湊、三維曲面等天線的設(shè)計要求。例如雙色注塑，此技術(shù)需要制造天線的注塑模具，模具的修改過程復(fù)雜且成本較高，且難以制造復(fù)雜的三維天線結(jié)構(gòu)。在此背景下一些新的手機天線制造技術(shù)應(yīng)運而生，如LDS技術(shù)、印刷天線等。其中LDS技術(shù)由于具備諸多優(yōu)點而被廣泛關(guān)注。LDS技術(shù)的一大優(yōu)勢就是利用激光在手機的殼體上直接鐳雕出天線或電路的圖案，再經(jīng)過后續(xù)的化鍍過程形成天線，免去了制造模具的麻煩。但是這種技術(shù)需要使用專門開發(fā)的LDS塑料作為殼體的成型材料，價格較為昂貴，其材料的使用率也較低，并且化鍍的過程也較為復(fù)雜而不易控制品質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決具有復(fù)雜外形的三維天線或電路的成型問題，本發(fā)明提出了一種在塑膠外殼上制備天線和電路的新方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法，包括:
[0006]材料堆積步驟:以第一功率的激光與金屬粉末同軸I禹合輸出的方式在塑膠殼體上按照預(yù)定的圖案進行掃描，一邊射出激光一邊同時進行同軸送粉，通過激光將同軸輸送的所述金屬粉末融化，并使其在所述塑膠殼體上凝固沉積，逐層堆積后形成具有所述圖案的天線或電路。
[0007]根據(jù)優(yōu)選的實施例，本發(fā)明的技術(shù)方案還可以采用以下一些技術(shù)特征:
[0008]所述第一功率為30W?100W。
[0009]利用光纖激光器形成的所述激光，將所述激光和所述金屬粉末通過一激光同軸送粉噴嘴輸出，尤其是使激光焦點覆蓋粉末流匯聚的焦點。
[0010]所述材料堆積步驟中保持所述塑膠殼體的待加工表面與激光射出的方向相垂直。
[0011]所述材料堆積步驟包括:對于塑膠殼體的弧面，一邊通過治具旋轉(zhuǎn)所述塑膠殼體一邊進行所述金屬粉末沉積，且使所述弧面與所述金屬粉末的輸出方向保持垂直。
[0012]所述金屬粉末為被高分子材料或碳材料包覆的金屬顆粒物，優(yōu)選地，所述金屬為銅、銅合金、銀或銀合金。
[0013]所述金屬粉末的粒徑為Inm?20nm。
[0014]所述材料堆積步驟在惰性氣體的保護下進行。
[0015]還包括在所述材料堆積步驟之前的圖案預(yù)成型步驟:使用第二功率的激光在所述塑膠殼體上鐳雕以去除掉所述塑膠殼體上一定厚度的塑膠，以形成所述天線或電路的圖案；
[0016]所述材料堆積步驟中，以鐳雕好的圖案的凹陷底面作為基面，對所述基面掃描輸出激光與金屬粉末，并逐層堆積金屬材料，最終形成天線或電路。
[0017]優(yōu)選地,每層的厚度為2 μ m?8 μ m,總厚度為10 μ m?50 μ m。
[0018]所述材料堆積步驟中，以鐳雕好的圖案的凹陷底面作為基面，對所述基面掃描輸出激光與金屬粉末，沉積第一層金屬材料，完成第一層的掃描和材料沉積后，按照沉積的厚度提高激光與金屬粉末輸出點到所述基面的距離，再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，最終形成天線或電路。
[0019]所述第二功率為5W?30W。
[0020]本發(fā)明有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明不需要設(shè)計制造天線或電路模具，省去了重復(fù)修改模具的過程，制造流程短；可以很方便簡單和快捷地成型復(fù)雜的三維天線和電路結(jié)構(gòu)，能夠滿足更高的設(shè)計和功能上的需求；材料利用率高，金屬粉末幾乎可以達到完全利用。與LDS技術(shù)相比，本發(fā)明不需要使用專門開發(fā)的塑膠材料，適用性好，另外本發(fā)明還省去了制造工藝較為復(fù)雜的化鍍過程，節(jié)能環(huán)保。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合對本發(fā)明的實施方式作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實施例，在塑膠殼體上成型天線或電路的方法包括以下步驟:
[0024]圖案預(yù)成型步驟:利用光纖激光器形成的激光，通過激光同軸送粉噴嘴輸出，鐳雕并去除掉塑膠殼體上一定厚度的塑膠，形成天線或電路的圖案；
[0025]材料堆積步驟:將光纖激光器的輸出功率調(diào)高至一定范圍，往成型缸內(nèi)通入惰性氣體保護，打開送粉器往同軸送粉噴嘴中送粉，使激光和粉末同軸耦合輸出，以鐳雕好的圖案空隙的底層作為3D掃描成型的基面,在激光掃描過的軌跡上沉積第一層金屬材料。完成第一層的掃描后，按照切片的厚度提高一層噴嘴的高度再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，最終形成天線或電路結(jié)構(gòu)。
[0026]圖案預(yù)成型步驟有利于使天線或電路嵌入塑膠殼體的表面而成型，但這一步驟并不是必須的，金屬粉末材料也可以直接堆積在塑膠殼體的表面而形成天線或電路結(jié)構(gòu)。
[0027]激光同軸送粉噴嘴可以采用已知結(jié)構(gòu)的噴嘴(如申請?zhí)枮?00710084185.9、200810017901.6,201020605391.7的專利文獻中所公開的噴嘴，這些噴嘴被設(shè)計用于制造三維金屬實體零部件)。
[0028]激光掃描的軌跡可以采用以下方式確定:將預(yù)定的天線或電路的三維CAD模型進行切片分離，轉(zhuǎn)換成為二維的平面數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給激光束位移控制系統(tǒng)，生成激光束的掃描軌跡。例如，可以使用UG，AUTOCAD, PR0/E等軟件將天線或電路的三維模型切片分離，生成二維格式的平面數(shù)據(jù)，再由光路控制系統(tǒng)據(jù)此生成激光噴嘴的掃描軌跡。
[0029]在圖案預(yù)成型步驟中，可以首先將塑膠外殼放置在治具中固定，然后將治具放置在成型缸內(nèi)，用光纖激光器產(chǎn)生的激光，按照設(shè)計好的圖案在塑膠殼上進行鐳雕。在此步驟中激光同軸噴嘴只射出激光而不進行送粉。在此步驟中激光的作用僅僅是在外殼上鐳雕掉一層塑膠，因此激光的輸出功率相對于熔化金屬粉末時小，在5?30W之間。
[0030]在材料堆積步驟中，主要目的是在鐳雕好的天線或電路圖案空隙內(nèi)進行粉末激光3D掃描成型(類似于打印三維零部件的方法)。此步驟中激光同軸送粉噴嘴一邊射出激光一邊同時進行同軸耦合送粉，首先以鐳雕好的圖案空隙的底層作為3D掃描成型的基面，在激光掃過的軌跡上沉積第一層金屬材料，激光的輸出功率在30W?100W之間。優(yōu)選地，掃描時使激光焦點覆蓋金屬粉末流匯聚的焦點。完成第一層的掃描后，按照切片的厚度提高一層噴嘴的高度再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，最終形成天線和電路結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在成型過程中保持待加工的表面與激光射出的方向相垂直，這樣才能確保激光成型的效果，如遇到曲面的情況可以適當(dāng)旋轉(zhuǎn)治具來達到這一要求。優(yōu)選地，每層的材料沉積厚度為2 μ m?8 μ m,沉積的總厚度為10 μ m?50 μ m。
[0031]使用的金屬粉末材料包括但不限于銅粉、銅合金粉、銀粉、銀合金粉，優(yōu)選地，這些金屬粉末都被高分子材料或碳材料包覆。這些金屬粉末的粒徑在I?20nm之間。包覆的目的是減小這些小尺寸粉末的團聚作用，并且在激光熔化時有利于粉末彼此間的粘接。處于這個粒徑范圍的金屬粉末熔點遠遠小于塊體材料，用較低的激光功率就可以將其熔化，并且熔化時對塑膠基底的影響很小。例如當(dāng)銀的粒徑為20?30nm時，其熔點降為157oC左右。這個溫度低于常見塑膠殼材料如PC、ABS的熔化溫度，粉末熔化時能夠使相接觸的塑膠區(qū)域發(fā)生熱變形，但并不會破壞塑膠殼的結(jié)構(gòu)。
[0032]為了避免金屬粉末3D掃描成型過程中接觸氧氣發(fā)生氧化，優(yōu)選使整個成型過程在惰性氣體的保護下進行。
[0033]下面結(jié)合更具體的實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0034]實施例1:銅材質(zhì)的平面金屬天線制備
[0035]塑膠殼體的材料為PC。在塑膠殼體上制備一厚度為30 μ m的銅材質(zhì)平面天線圖案。實施方案如下:
[0036]S1、將待加工殼體放入治具中，治具放入成型缸中。將光纖激光器輸出的激光功率調(diào)為10W，在電腦上設(shè)置好激光的掃描路徑，將激光通過光路系統(tǒng)經(jīng)由激光同軸送粉噴嘴輸出到殼體表面，鐳雕并去除掉塑膠殼體上厚度為30 μ m的塑膠，形成天線的圖案；
[0037]S2、將天線的三維CAD模型進行切片分離，轉(zhuǎn)換成為二維的平面數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送激光束位移控制系統(tǒng)，生成激光束的掃描軌跡；
[0038]S3、將光纖激光器的輸出功率調(diào)至40W，往成型缸內(nèi)通入氬氣保護。選擇粒徑為5?15nm的石墨烯包覆銅金屬粉末，打開送粉器往同軸噴嘴中送粉，使激光和粉末同軸耦合輸出。首先以鐳雕好的圖案空隙的底層作為3D掃描成型的基面，在激光掃過的軌跡上沉積第一層金屬材料。完成第一層的掃描后，按照切片的厚度提高一層噴嘴的高度再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，每層的厚度為3 μ m，最終形成天線結(jié)構(gòu)。
[0039]實施例2:銀材質(zhì)的立體金屬天線制備
[0040]塑膠殼體的材料為PC/ABS。在塑膠殼體上兩個相互垂直的面上制備銀材質(zhì)的三維天線圖案，兩個面上天線的厚度為24μπι。實施方案如下:
[0041]S1、將待加工殼體放入可旋轉(zhuǎn)90ο的治具中，治具放入成型缸中。將光纖激光器輸出的激光功率調(diào)為10W，在電腦上設(shè)置好激光的掃描路徑，將激光通過光路系統(tǒng)經(jīng)由同軸噴嘴輸出到殼體表面，首先鐳雕并去除塑膠殼體一個平面上厚度為24μπι的塑膠，形成部分天線的圖案；然后再旋轉(zhuǎn)治具900，用激光鐳雕去除掉另一個面上的厚度為24μπι的塑膠，形成剩余部分天線的圖案。
[0042]S2、將天線的三維CAD模型進行切片分離，轉(zhuǎn)換成為二維的平面數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送激光束位移控制系統(tǒng)，生成激光束的掃描軌跡；
[0043]S3、將光纖激光器的輸出功率調(diào)至35W，往成型缸內(nèi)通入氮氣保護。選擇粒徑為15?20nm的石墨包覆銀金屬粉末,打開送粉器往同軸噴嘴中送粉,使激光和粉末同軸I禹合輸出。首先以塑膠殼一個面上鐳雕好的圖案空隙的底層作為3D掃描成型的基面，在激光掃過的軌跡上沉積第一層金屬材料。完成第一層的掃描后，按照切片的厚度提高一層噴嘴的高度再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，每層的厚度為3 μ m，最終形成一個面的天線結(jié)構(gòu)。然后旋轉(zhuǎn)治具90ο，調(diào)整激光同軸噴嘴至另外一個待加工面的距離，以同樣的方式成型剩余的天線。
[0044]實施例3:帶有弧面的三維金屬天線的制備
[0045]塑膠殼體材料為PC/ABS，在塑膠殼體的弧面制備銅材質(zhì)的厚度為20 μ m的三維天線。實施方案如下:
[0046]S1、將待加工殼體放入可旋轉(zhuǎn)的治具中，此治具的設(shè)計能夠使殼體旋轉(zhuǎn)的過程中待加工面與激光束保持垂直，且激光鐳雕的位置與激光加工頭的垂直距離保持不變，然后治具放入成型缸中。將光纖激光器輸出的激光功率調(diào)為10W，在電腦上設(shè)置好激光的掃描路徑，在激光鐳雕的過程中旋轉(zhuǎn)治具，使激光頭與加工位置的垂直距離保持不變，去除塑膠殼體厚度為20 μ m的塑膠，形成天線的圖案；
[0047]S2、將天線的三維CAD模型進行切片分離，轉(zhuǎn)換成為二維的平面數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送激光束位移控制系統(tǒng)，生成激光束的掃描軌跡；
[0048]S3、將光纖激光器的輸出功率調(diào)至35W，往成型缸內(nèi)通入氮氣保護。選擇粒徑為15?20nm的石墨包覆銀金屬粉末,打開送粉器往同軸噴嘴中送粉,使激光和粉末同軸I禹合輸出。首先以塑膠殼弧面上鐳雕好的圖案空隙的底層作為3D掃描成型的基面，一邊旋轉(zhuǎn)治具一邊進行粉末沉積，使粉末沉積位置與噴嘴的垂直距離保持不變，以此方式在激光掃過的軌跡上沉積第一層金屬材料。完成第一層的掃描后，按照切片的厚度提高一層噴嘴的高度再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，每層的厚度為2 μ m，最終形成弧面上的天線結(jié)構(gòu)。
[0049]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在塑膠殼體上成型天線或電路的方法，其特征在于，包括: 材料堆積步驟:以第一功率的激光與金屬粉末同軸耦合輸出的方式在塑膠殼體上按照預(yù)定的圖案進行掃描，一邊射出激光一邊同時進行同軸送粉，通過激光將同軸輸送的所述金屬粉末融化，并使其在所述塑膠殼體上凝固沉積，逐層堆積后形成具有所述圖案的天線或電路。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一功率為30W?100W。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用光纖激光器形成的所述激光，將所述激光和所述金屬粉末通過一激光同軸送粉噴嘴輸出，尤其是使激光焦點覆蓋粉末流匯聚的焦點。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆積步驟中保持所述塑膠殼體的待加工表面與激光射出的方向相垂直。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆積步驟包括:對于塑膠殼體的弧面，一邊通過治具旋轉(zhuǎn)所述塑膠殼體一邊進行所述金屬粉末沉積，且使所述弧面與所述金屬粉末的輸出方向保持垂直。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金屬粉末為被高分子材料或碳材料包覆的金屬顆粒物，優(yōu)選地，所述金屬為銅、銅合金、銀或銀合金，優(yōu)選地，所述金屬粉末的粒徑為Inm?20nm。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆積步驟在惰性氣體的保護下進行。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的方法，其特征在于，還包括在所述材料堆積步驟之前的圖案預(yù)成型步驟:使用第二功率的激光在所述塑膠殼體上鐳雕以去除掉所述塑膠殼體上一定厚度的塑膠，以形成所述天線或電路的圖案； 所述材料堆積步驟中，以鐳雕好的圖案的凹陷底面作為基面，對所述基面掃描輸出激光與金屬粉末，并逐層堆積金屬材料，最終形成天線或電路，優(yōu)選地，每層的厚度為2 μ m?8 μ m,總厚度為10 μ m?50 μ m。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述材料堆積步驟中，以鐳雕好的圖案的凹陷底面作為基面，對所述基面掃描輸出激光與金屬粉末，沉積第一層金屬材料，完成第一層的掃描和材料沉積后，按照沉積的厚度提高激光與金屬粉末輸出點到所述基面的距離，再進行第二層的掃描和材料沉積，以此方式逐層堆積金屬材料，最終形成天線或電路。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二功率為5W?30W。
【文檔編號】B22F3/105GK104209516SQ201410399532
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】閆國棟, 王長明, 謝守德 申請人:東莞勁勝精密組件股份有限公司, 東莞唯仁電子有限公司