基于微滴喷射的异质异构功能件一体化成形固化研究

发布时间：2020-10-28 10:03

　　 基于微滴喷射技术制造共形承载天线的主要步骤之一,是实现其结构部分和电磁部分的同步制造,而实现同步制造的关键则是异质材料间能够进行一体化成形固化。针对不同的材料固化方式和工艺参数相差大以及材质对工艺的兼容性等问题,本文重点研究了紫外光固化和激光烧结固化的工艺,并且对主要工艺参数进行了优化,从而为共形承载天线的一体化成形制造奠定工艺基础。首先,建立辐照强度对单层光固化树脂温度场影响的仿真模型,研究了不同辐照强度对光固化树脂温度场的影响机理,分析了紫外光固化的反应机理和辐照强度、温度等参数对光固化过程的影响。同时针对固化过程中温度场变化较大的问题,通过对不同固化间隔时间的实验研究,提出了减小温度场变化的方法,即通过将不同的固化间隔时间进行实验对比,得到温度场的最小变化值。其次,建立激光烧结导电墨水和树脂基材的仿真模型,分析了激光烧结固化的温度场对导电墨水和树脂基材的影响,重点研究了在功率、速度等参数恒定的情况下,不同激光束尺寸和扫描间距对导电墨水和树脂基材的烧结情况。结果表明,不同的工艺参数对温度场变化有较大影响。再次,研制了异质异构功能件一体化成形原理样机,实现了紫外光固化和激光烧结的复合固化功能,并且对包括原理样机机械与结构部分、控制系统和上位机软件等组成部分,进行了开发和设计,实现了最大运行速度120mm/s,设备X/Y/Z轴重复定位精度分别为0.020mm/0.020mm/0.010mm、A/C轴重复定位精度分别为0.005°/0.005°等主要参数指标;对小线段前瞻控制、匀速段打印/固化调控等功能进行了实现。为最终实现异质异构功能件一体化成形的制造,提供了实验平台。最后,设计了异质异构功能件一体化成形的实验方案,使用研制的异质异构功能件原理样机,分别针对紫外光固化和激光烧结固化的工艺参数进行了仿真和实验结果对比,通过实验优化了异质异构功能件的固化工艺参数,结果表明,打印的树脂基材表面的平面度误差达到0.046mm,导电图形的电导率最大为1.11?10~7 S/m。并且使用优化后的工艺参数,实现了5GHz微带天线的一体化成形制造,并对其性能进行了验证。本文通过对紫外光固化和激光烧结固化的工艺研究,有助于异质材料成形方向的工艺优化研究,为共形承载天线等电子装备的一体化成形制造奠定基础。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN249;TN23;TN820
【部分图文】：

结构部分与电磁部分高度融合是共形承载天线最显著的特征。(a)舰载无人机 (b)典型的共形承载天线结构图1.1 典型异质异构功能件的应用然而对于目前大多数的共形承载天线的制造方法却是机电分离的，即分别制造结构和电磁部分，然后组装到一起，最后通过反复调试和改进设计的方法逐步解决结构和电磁部分不匹配的问题。具体地，对于结构部分，通常采用复合材料的热压成形、机械加工等方式；对于电磁部分通常采用丝网印刷技术[3]将电磁图案涂布在待打印的结构上或者在其表面直接装联相应的电子器件，这两部分完成后，最终构成具有承载

R ' H + P * → R '*+ P H(2-8)且固化终止后，会形成交联式网状结构，如图 2.1 所示：图2.1 光固化反应过程示意图由于紫外光固化反应过程是化学反应，同时紫外光的辐照强度和固化温度等对树脂的光固化反应速率和固化质量等有重要的影响，所以本章将重点分析固化过程中辐照强度对温度场的影响。2.2 固化温度对光固化树脂的影响2.2.1 温度对光固化速率的影响为了进一步分析液态树脂的热性能，本文使用瑞士梅特勒公司生产型号为METTLER TOLEDO TGA/DSC3+的热重同步差热分析仪，分别对树脂进行差示扫描量热分析和热重分析，从而得到如图 2.2 所示 TGA(Thermogravimetric Analysis)和DSC(DifferentialScanningCalorimeter)曲线。由图中曲线可以看出，固化温度在 100℃

液态树脂的成分相对稳定，可挥发性物质很少，所以在没有光照的情况下，对于 100℃以内的初始固化温度，UV 树脂不会发生热副反应。图2.2 液态树脂的 TGA-DSC 曲线树脂光固化反应存在一个诱导期，诱导期是指由于空气中的氧对光固化反应的抑制作用，导致光引发剂的三重态猝灭[42]，氧分子与链增长或者从光引发剂裂解中产生的自由基发生快速反应，从而导致过氧化自由基生成的阶段。因此，诱导期是由反应开始时溶解在丙烯酸酯中的氧气决定。由于光固化反应中位于液面表层的氧含量是最高的，氧的阻聚作用非常显著，常导致底部固化完成、但是其表面仍未固化而发粘。研究表明[43]，随着温度的升高，氧在丙烯酸酯中的溶解度逐渐降低。同时随着温度升高，其固化速率服从阿伦尼乌斯定律，如公式(2-11)所示。因此升高温度可以有效减小诱导期的影响
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本文编号：2859943