用於製作印刷電路板的3D列印系統及其列印方法與流程

2024-03-31 06:15:05

本發明屬於印刷電路板製作方法技術領域，具體涉及一種用於製作印刷電路板的3d列印系統，本發明還涉及利用上述3d列印系統列印印刷電路板的方法。

背景技術：

隨著電子信息的快速發展，印刷電路板作為電子設備的關鍵互連件，在任何電子設備中均需配備，具有越來越廣泛的應用。

目前的印刷電路板具有高密度、高精度、高可靠性、可設計性以及可維護性等特點，因而被廣泛應用在電子元器件的電氣連接中。但印刷電路板還具有不易分解及容易汙染環境等缺點，特別在印刷製造單件小批量電路板時其效率低和成本高的缺陷。

近年來，經過相關領域人員的伸入研究發現：可使用3d列印的原理(即逐層累加製造)對電路板進行印刷製造，即通過熔融沉積成型的方法使用可降解環保材料pla成型電路板基板，還通過紫外光固化導電油墨的方法成型電路，具有效率高、成本低和綠色無汙染等眾多優點。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於製作印刷電路板的3d列印系統，能對實現電路板的快速印刷製造，且具有成本低和綠色無汙染的特點。

本發明的另一目的在於提供利用上述3d列印系統列印印刷電路板的方法。

本發明所採用的第一種技術方案是，用於製作印刷電路板的3d列印系統，包括有arduino控制器，arduino控制器的輸入端與計算機連接，arduino控制器的輸出端與步進電機-噴頭驅動電路連接，步進電機-噴頭驅動電路與基於3d列印技術的電路板製造機構連接。

本發明第一種技術方案的特點還在於：

arduino控制器的輸入端與計算機之間通過usb線連接。

基於3d列印技術的電路板製造機構，包括有支撐框架，支撐框架的頂部中央垂直設置有驅動軸a，驅動軸a的上端與z軸步進電機連接，且驅動軸a伸入支撐框架內並在驅動軸a的下端連接有噴頭固定板，在噴頭固定板上呈左右對稱設置有熔融沉積成型噴頭、油墨噴頭，熔融沉積成型噴頭通過供料管a連接pla材料供料單元，油墨噴頭通過供料管b連接導電油墨供料單元；在支撐框架內的頂壁上設置有紫外線照射單元，紫外線照射單元與噴頭固定板之間水平的設置有驅動軸c，且驅動軸c伸出支撐框架的側壁與x軸步進電機連接；熔融沉積成型噴頭和油墨噴頭的下方水平的設置有工作平臺，工作平臺通過驅動軸b與y軸步進電機連接，y軸步進電機固設於支撐框架內的底部；x軸步進電機、y軸步進電機、z軸步進電機、熔融沉積成型噴頭、油墨噴頭、紫外線照射單元均與步進電機-噴頭驅動電路連接。

紫外線照射單元由呈左、右對稱設置的紫外光燈a、紫外光燈b，且紫外光燈a和紫外光燈b均與步進電機-噴頭驅動電路連接。

工作平臺上設置有溫度傳感器，傳感器與arduino控制器信號相接，能將實時檢測溫度數據發送給arduino控制器。

本發明所採用的第二種技術方案是，利用用於製作印刷電路板的3d列印系統列印電路板的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、啟動計算機1，通過計算機1使用protel軟體完成電路原理圖設計並對各個元器件進行封裝，再根據設計完成的電路原理圖使用solidworks建立電路板三維幾何模型，之後對獲取的電路板三維模型進行分層，分層依據是按照導電部分和不導電部分進行劃分；

其中，對不導電部分設定由熔融沉積成型噴頭7噴射pla材料進行列印；對導電部分設定由油墨噴頭12噴射油墨進行列印，並生成g代碼；

步驟2、啟動arduino控制器2，將步驟1中生成的g代碼通過usb通訊方式傳輸至arduino控制器2內；

步驟3、經步驟2後，由arduino控制器2輸出指令給步進電機-噴頭驅動電路3，再由步進電機-噴頭驅動電路3驅動x軸步進電機8、y軸步進電機5、z軸步進電機10工作，從而帶動熔融沉積成型噴頭7和油墨噴頭12在工作平臺4上方運動，期間控制熔融沉積成型噴頭7列印步驟1中設定的不導電部分，控制油墨噴頭12列印步驟1中設定的導電部分，同時還要控制紫外光燈a9、紫外光燈b11的亮、滅以及點亮時的亮度；

步驟4、待步驟3完成後，關閉arduino控制器2和計算機1，取出工作檯4上列印好的電路板，完成電路板的印刷製造。

本發明的有益效果在於：

(1)本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統結構簡單、易於實現，適合批量生產並投入市場使用。

(2)使用本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統，印刷電路板可以在一臺設備一次成型，能有效提高製作效率。

(3)本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統，其內部採用3d列印方式，柔性更好且精度更高，還可用於列印複雜印刷電路板。

(4)本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統在實際的使用中避免了傳統印刷電路板易虛焊、易粘連及銅箔易脫落的缺點，使用pla可降解環保材料，具有綠色、環保及無汙染的優點。

附圖說明

圖1是本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統的結構示意圖；

圖2是本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統內的電路連接示意圖。

圖中，1.計算機，2.arduino控制器，3.步進電機-噴頭驅動電路，4.工作平臺，5.y軸步進電機，6.pla材料供料單元，7.熔融沉積成型噴頭，8.x軸步進電機，9.紫外光燈a，10.z軸步進電機，11.紫外光燈b，12.油墨噴頭，13.導電油墨供料單元，14.供料管a，15.供料管b，16.支撐框架，17.驅動軸a，18.噴頭固定板，19.驅動軸b，20.驅動軸c。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統，其結構如圖1所示，包括有arduino控制器2，arduino控制器2的輸入端與計算機1連接，arduino控制器2的輸出端與步進電機-噴頭驅動電路3連接，步進電機-噴頭驅動電路3與基於3d列印技術的電路板製造機構連接。

arduino控制器2的輸入端與計算機1之間通過usb線連接，以實現相互之間的通信。

基於3d列印技術的電路板製造機構，如圖1及圖2所示，包括有支撐框架16，該支撐框架16的頂部中央垂直設置有驅動軸a17，驅動軸a17的上端與z軸步進電機10連接，且驅動軸a17伸入支撐框架16內並在驅動軸a17的下端連接有噴頭固定板18，在噴頭固定板18上呈左右對稱設置有熔融沉積成型噴頭7、油墨噴頭12，熔融沉積成型噴頭7通過供料管a14連接pla材料供料單元6，油墨噴頭12通過供料管b15連接導電油墨供料單元13；在支撐框架16內的頂壁上設置有紫外線照射單元，紫外線照射單元與噴頭固定板18之間水平的設置有驅動軸c20，且該驅動軸c20伸出支撐框架16的側壁與x軸步進電機8連接；熔融沉積成型噴頭7和油墨噴頭12的下方水平的設置有工作平臺4，該工作平臺4通過驅動軸b19與y軸步進電機5連接，y軸步進電機5固設於支撐框架16內的底部；x軸步進電機8、y軸步進電機5、z軸步進電機10、熔融沉積成型噴頭7、油墨噴頭12、紫外線照射單元均與步進電機-噴頭驅動電路3連接。

紫外線照射單元由呈左、右對稱設置的紫外光燈a9、紫外光燈b11，紫外光燈a9、紫外光燈b11均與步進電機-噴頭驅動電路3連接，步進電機-噴頭驅動電路3與arduino控制器2相配合後，能用於控制紫外光燈a9、紫外光燈b11的打開、關閉以及打開狀態下的亮度調節。

熔融沉積成型噴頭7和油墨噴頭12能面向工作平臺4噴射，對電路板進行印刷製造；其中，通過熔融沉積成型噴頭7實現印刷電路板不導電部分的成型，使用可的是降解pla材料綠色環保。

設置紫外線照射單元的目的在於：通過uv光固化油墨噴頭12列印導電油墨進行印刷電路板導電部分的成型，具有列印速度快和精度高的優點。

工作平臺4上設置有溫度傳感器，該傳感器與arduino控制器2信號相接，能將實時檢測溫度數據發送給arduino控制器2。

利用用於製作印刷電路板的3d列印系統列印電路板的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、啟動計算機1，通過計算機1使用protel軟體完成電路原理圖設計並對各個元器件進行封裝，再根據設計完成的電路原理圖使用solidworks建立電路板三維幾何模型，之後對獲取的電路板三維幾何模型進行分層；

分層依據是按照導電部分和不導電部分進行劃分；

對不導電部分設定由熔融沉積成型噴頭7噴射pla材料進行列印；對導電部分設定由油墨噴頭12噴射油墨進行列印，並生成g代碼；

步驟2、啟動arduino控制器2，將步驟1中生成的g代碼通過usb通訊方式傳輸至arduino控制器2內；

步驟3、經步驟2後，由arduino控制器2輸出指令給步進電機-噴頭驅動電路3，再由步進電機-噴頭驅動電路3驅動x軸步進電機8、y軸步進電機5、z軸步進電機10工作，從而帶動熔融沉積成型噴頭7和油墨噴頭12在工作平臺4上方運動，期間控制熔融沉積成型噴頭7列印步驟1中設定的不導電部分，控制油墨噴頭12列印步驟1中設定的導電部分，同時還要控制紫外光燈a9、紫外光燈b11的亮、滅以及點亮時的亮度；

步驟4、待步驟3完成後，關閉arduino控制器2和計算機1，取出工作檯4上列印好的印刷電路板，完成印刷電路板的列印製造。

本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統及其列印方法，使用起來非常方便，能實現導電和不導電部分同時列印製造。本發明用於製作印刷電路板的3d列印系統及其列印方法，解決了現有印刷電路板製作效率低、成本高及汙染環境的問題，實現了印刷電路板的綠色及快速製造。