一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件及其製備方法與流程

2023-10-17 12:55:49 5

本發明有關一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件及其製備方法。

背景技術：

有很多高端系統都需要藉助傳感器來進行流程控制及優化、關鍵零部件的狀況監測、系統維護和壽命管理。有些情況下，傳感器需要在高溫、高壓及腐蝕性等惡劣環境下運作。傳感器一般都是連接及安裝在已製成的組件上，而傳感器安裝必須經高昂及複雜的封裝。如果對傳感器保護不足會縮短其壽命及降低其可靠性，最終導致傳感器所測量出的數據與實際情況有很大差異。為簡化傳感器的安裝、封裝及增強系統穩定性和可靠性的研究在工業及學術界不斷地進行。

增材製造技術提供了一種新方法來製造複雜形狀的零部件，並可減少零部件的數量來建立複雜結構。由於在零部件生產過程中無需模具，利用增材製造技術來生產定製零部件的成本較低。現時已普及的增材製造技術是將熱塑性塑料加熱成半液態，然後擠出到工作平臺上，基於積層方法來建立所需的零部件形狀。由於塑料的熔化溫度大大低於金屬熔化溫度，利用該種塑料增材製造技術可把一些電子組件（例如傳感器）直接在建立零部件過程中段嵌入在已建立的結構，然後繼續建立剩餘部份，從而把電子組件封裝。然而，傳統的塑料增材製造技術一般只能用來製造樣品，因其力學性能、尺寸精度及表面光潔度都不能達到最終產品要求。

隨著科技發展，金屬增材製造技術已發展成熟並應用在工業界。該技術的原理是把金屬粉末局部熔化燒結，一層一層地疊加金屬增材來建立所需的零部件形狀。現時最先進的金屬增材製造技術結合高速切削加工技術所生產的零部件尺寸精度高、表面光潔度良好、密度高及力學性能優良。生產出的零部件已可直接使用到最終產品上。不同工業領域已應用該製造技術，例如模具、汽車零部件、醫療植入件、航空及航天零部件、昂貴飾物等。然而，熔合燒結金屬粉末的溫度遠超傳統塑料的增材加工溫度。若在金屬增材加工過程中套用傳統的電子組件嵌入方法是不可行的，因為金屬粉末會直接在電子組件上熔合燒結而損壞傳感器。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件及其製備方法。

本發明提供一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件的製備方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：應用金屬增材製造技術建立下部部件，該下部部件的結構中包括用來植入電子組件的內腔；

步驟二：植入預先準備好的電子組件，並在被植入的電子組件上方放置一層溫度絕緣體；

步驟三：在溫度絕緣體上方設置覆蓋件，完全覆蓋處於下層的溫度絕緣體；

步驟四：在覆蓋件及已建立的下部部件的結構基礎上繼續利用金屬增材製造技術建立餘下的上部部件。

所述內腔形狀與被植入的電子組件的形狀相互配合，防止電子組件在內腔內產生移動空間。

所述溫度絕緣體的材質為塑料或陶瓷，其外形需要配合被植入的電子組件的形狀及內腔的形狀，防止溫度絕緣體在內腔內產生移動空間。

所述覆蓋件的形狀與處於其下層的溫度絕緣體及內腔相互配合，防止覆蓋件、溫度絕緣體及電子組件具有移動空間。

所述覆蓋件與溫度絕緣體之間形成空心結構。

所述覆蓋件完全密封所述內腔的開口方向，且覆蓋件的上表面與內腔頂部的側壁相平齊。

所述上部部件的材料與下部部件及覆蓋件的材料具有接合性。

本發明還提供一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件，包括分別通過金屬增材製造技術製備的下部部件和上部部件，所述下部部件處於上部部件的下方，所述下部部件朝向上部部件的一側具有向內凹設的內腔，所述內腔中具有電子組件，所述電子組件的上方順次設置有溫度絕緣體和覆蓋件，所述溫度絕緣體和覆蓋件也處於該內腔中，且所述覆蓋件密封該內腔的開口方向，且所述覆蓋件與所述溫度絕緣體之間形成有空心結構。

本發明具有的優點在於：本發明能夠在進行金屬增材製造過程中把電子組件植入到金屬零部件內，藉此實現定製智能金屬零部件的功能。本發明關鍵技術點在於空心結構以及應用絕緣材料的設計，可使嵌入的電子組件避免因金屬增材製造技術產生的高溫而損壞。

附圖說明

圖1為本發明專利中應用增材製造技術植入電子組件的金屬零部件的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

本發明主要目的在於提供一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件及其製備方法，關鍵在於避免了金屬粉末熔合燒結時的高溫直接傳達到電子組件上。該製備方法包括以下幾個步驟：

步驟一：應用金屬增材製造技術建立下部部件，該下部部件的結構中包括用來植入電子組件的內腔。內腔形狀與被植入的電子組件相互配合，防止電子組件在內腔內產生移動空間。利用金屬增材製造技術所製作的內腔不需要冷卻，因為在加工時熱量很好就會消失。

步驟二：植入預先準備好的電子組件，並在被植入的電子組件上方放置一層能夠隔絕溫度的溫度絕緣體。該溫度絕緣體的材質可以為塑料或陶瓷，其外形需要配合被植入的電子組件的形狀及內腔的形狀，防止溫度絕緣體及電子組件具有移動空間。

步驟三：在溫度絕緣體上方設置覆蓋件，完全覆蓋處於下層的溫度絕緣體，其形狀與處於其下層的溫度絕緣體及內腔相互配合，防止覆蓋件、溫度絕緣體及電子組件具有移動空間。組裝完成之後覆蓋件與溫度絕緣體形成空心結構，一般地，溫度絕緣體是平板結構，而覆蓋件是具有支端的結構，所以該空心結構是通過覆蓋件的支端形成的，目的為減少覆蓋件與溫度絕緣體之間的接觸面積，從而減少金屬粉末熔合燒結過程中的熱能傳達到溫度絕緣體上。溫度絕緣體及覆蓋件的形狀可用傳統加工技術如車、銑、磨等方式獲得需要形狀後再行置入。所述覆蓋件完全密封所述內腔的開口方向，且優選地覆蓋件的上表面與內腔頂部的側壁相平齊。

步驟四：在覆蓋件及已建立的下部部件的結構基礎上繼續利用金屬增材製造技術建立餘下的上部部件，其材料需要與已建立的下部部件及覆蓋件的材料有良好的接合性，並且上部部件的材料可以一致也可以不一致，不作規定。

本發明提供一種應用金屬增材製造技術植入電子組件的金屬零部件，其結構如圖1所示，包括下部部件1和上部部件6，所述下部部件1朝向上部部件6的一側具有向內凹設的內腔，所述內腔中具有電子組件2，所述電子組件2的上方順次設置有溫度絕緣體3和覆蓋件4，所述溫度絕緣體3和覆蓋件4也處於所述內腔中。且所述覆蓋件4與所述溫度絕緣體3之間形成有空心結構5，目的為減少覆蓋件4與溫度絕緣體3接觸面積，從而減少在建立上部部件6時金屬粉末熔合燒結過程中的熱能傳達到溫度絕緣體3上。具體地，所述覆蓋件4朝向溫度絕緣體3的一側具有多個支端，通過該多個支端與溫度絕緣體3之間形成空心結構5。所述覆蓋件4完全密封所述內腔的開口方向，且優選地覆蓋件4的上表面與內腔頂部的側壁相平齊。所述下部部件5的上方設有上部部件6，二者無縫連接，所述上部部件6封設於所述覆蓋件4的上方。所述溫度絕緣體3及覆蓋件4的形狀可用傳統加工技術獲得。所述下部部件1和上部部件6通過金屬增材製造技術製備。所述下部部件1和上部部件6的材料可以相同也可以不同，如不同，需要具有良好的接合性。

在本發明專利，空心結構及應用絕緣材料可被免嵌入的電子組件因上層高溫加工而損壞。結合增材製造的優點，各種智能零部件可視乎不同要求來定製。其中應用可在金屬模具植入無線射頻傳感器來管理模具數據。另一例子是可跟據最終使用者的體形來設計定製智能運動器材，並植入動作傳感器來測量運動數據來優化表現。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。