一种基于3D打印的同轴屏蔽线缆及其制造方法

一种基于3d打印的同轴屏蔽线缆及其制造方法
技术领域
1.本发明属于3d打印结构电子产品技术领域，具体地，涉及一种基于3d打印的同轴屏蔽线缆及其制造方法。


背景技术：

2.3d打印技术因其近自由制造的突出优势正逐步应用于复杂结构件加工,但同时仅成形支撑承载功能的单一结构件无法满足制造业未来发展的需求,特别是在航空航天领域,未来要求将导电线路、电子元器件等与结构融合并实现电子产品一体化制造,使其在保持复杂外形前提下兼具信息感知、信号传输等多重功能,进而实现装备的智能化、小型化。
3.目前，在3d打印结构电子产品领域,对于3d打印同轴线缆屏蔽线路的制造与连接方法研究比较欠缺，传统3d打印线路成形方法所成形线路仅可实现导电功能，相关研究人员也只聚焦于线路成形质量和尺寸精度，对3d打印复杂电子产品当中复杂信号线路如同轴屏蔽线路制造和连接方法尚无研究，限制了3d打印结构电子产品发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于3d打印的同轴屏蔽线缆及其制造方法,以解决上述背景技术中所提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于3d打印的同轴屏蔽线缆，包括：上层封装结构层、上层屏蔽线路成形层、同轴线缆成形层、上层屏蔽线路层、同轴线缆层、下层屏蔽线路层、射频同轴连接器、射频同轴连接器外壳、下层屏蔽线路成形层、下层封装结构层，所述上层封装结构层设置于上层屏蔽线路成形层的上侧，所述上层屏蔽线路层设置于上层屏蔽线路成形层中，所述下层封装结构层设置于下层屏蔽线路成形层的下侧，所述下层屏蔽线路层设置于下层屏蔽线路成形层中；所述同轴线缆成形层设有于上层屏蔽线路层与下层屏蔽线路层之间，所述上层屏蔽线路层、下层屏蔽线路层的两端均与射频同轴连接器外壳连接，所述同轴线缆成形层内设有同轴线缆层，所述同轴线缆层的两端均与射频同轴连接器内部针芯连接；所述射频同轴连接器上设有射频同轴连接器外壳。
6.进一步地，所述上层屏蔽线路层至同轴线缆层的距离与下层屏蔽线路层至同轴线缆层的距离相等。
7.进一步地，所述射频同轴连接器为sma射频同轴连接器、smb射频同轴连接器、smc射频同轴连接器、tnc射频同轴连接器、bnc射频同轴连接器、mcx射频同轴或mmcx射频同轴连接器。
8.进一步地，所述上层屏蔽线路层、下层屏蔽线路层的打印材料为纳米银、铝、铁、铜、导电橡胶或有机导电材料。
9.进一步地，所述同轴线缆层的原料为粘度在105mpa
·
s以上的纳米银浆。
10.进一步地，所述上层封装结构层、上层屏蔽线路成形层、同轴线缆成形层、下层屏蔽线路成形层、下层封装结构层的打印材料为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺中
的一种。
11.本发明还提供了一种所述基于3d打印的同轴屏蔽线缆的制造方法，具体流程如下：利用熔融沉积技术首先成形下层封装结构层，在下层封装结构层上打印下层屏蔽线路成形层，在下层屏蔽线路成形层内打印下层屏蔽线路层，之后在打印层屏蔽线路层上打印同轴线缆成形层，将射频同轴连接器外壳嵌入上打印下层屏蔽线路成形层的两端，在射频同轴连接器引出的射频同轴连接器内部针芯及同轴线缆成形层内喷射烧结成形同轴线缆，完成后打印上层屏蔽线路成形层，且射频同轴连接器外壳嵌入上层屏蔽线路成形层的两端，在上层屏蔽线路成形层中打印上层屏蔽线路层，之后在上层屏蔽线路成形层上打印上层封装结构层。
12.进一步地，所述下层封装结构层的打印厚度不超过下层屏蔽线路成形层的打印厚度；所述上层屏蔽线路层的打印厚度不超过上层屏蔽线路成形层的打印厚度。
13.与现有技术相比,本发明的有益效果如下：本发明设计的同轴屏蔽线缆适用于3d打印领域，通过多种增材工艺同步成形结构与导电线路,并协同嵌入电子元器件最终成形同轴屏蔽线缆,该同轴屏蔽线缆的屏蔽效果好、成本低、成形速度快、设备投入小，为3d打印同轴线缆屏蔽线路提供了一种可行的技术方案。
附图说明
14.图1为本发明基于3d打印的同轴屏蔽线缆的爆炸视图；图2为本发明基于3d打印的同轴屏蔽线缆的三视图，其中图2中的a为主视图，图2中的b为俯视图，图2中的c为前视图；图3为制造本发明同轴屏蔽线缆所采用设备的外观结构示意图；图中:1-上层封装结构层，2-上层屏蔽线路成形层，3-同轴线缆成形层，4-上层屏蔽线路层，5-同轴线缆层，6-下层屏蔽线路层，7-射频同轴连接器，8-射频同轴连接器外壳，9-射频同轴连接器内部针芯，10-下层屏蔽线路成形层，11-下层封装结构层，12-绝缘支撑结构打印设备，13-绝缘支撑结构打印设备控制模块，14-换向台，15-机械臂，16-电路打印设备控制模块，17-银浆线路喷射烧结成形打印平台，18-显示屏，19-气压控制阀，20-示教器，21-嵌入模块工作平台，22-机械臂控制模块，23-空压机。
具体实施方式
15.下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步地解释说明。
16.如图1-2，本发明提供了一种基于3d打印的同轴屏蔽线缆，包括：上层封装结构层1、上层屏蔽线路成形层2、同轴线缆成形层3、上层屏蔽线路层4、同轴线缆层5、下层屏蔽线路层6、射频同轴连接器7、射频同轴连接器外壳8、下层屏蔽线路成形层10、下层封装结构层11，上层封装结构层1设置于上层屏蔽线路成形层2的上侧，上层屏蔽线路层4设置于上层屏蔽线路成形层2中，下层封装结构层11设置于下层屏蔽线路成形层10的下侧，下层屏蔽线路层6设置于下层屏蔽线路成形层10中；同轴线缆成形层3设有于上层屏蔽线路层4与下层屏蔽线路层6之间，上层屏蔽线路层4、下层屏蔽线路层6的两端均与射频同轴连接器外壳8连接，保证同轴线缆层5与上层屏蔽线路层4、下层屏蔽线路层6之间的绝缘性；同轴线缆成形层3内设有同轴线缆层5，同轴线缆层5的两端均与射频同轴连接器内部针芯9连接，保证了
同轴线缆层5的屏蔽性；射频同轴连接器7上设有射频同轴连接器外壳8。通过本发明设计的同轴屏蔽线缆，可用于3d打印技术实现量化生产，且通过3d打印，压缩了上层屏蔽线路层4至同轴线缆层5的距离以及下层屏蔽线路层6至同轴线缆层5的距离，且具有屏蔽效果好、成本低、成形速度快、设备投入小的特点。
17.本发明中上层屏蔽线路层4至同轴线缆层5的距离与下层屏蔽线路层6至同轴线缆层5的距离相等，从而提高屏蔽性能。
18.本发明中射频同轴连接器7为sma射频同轴连接器、smb射频同轴连接器、smc射频同轴连接器、tnc射频同轴连接器、bnc射频同轴连接器、mcx射频同轴或mmcx射频同轴连接器。
19.本发明中上层屏蔽线路层4、下层屏蔽线路层6的打印材料为纳米银、铝、铁、铜、导电橡胶或有机导电材料。
20.本发明中同轴线缆层5的原料为粘度在105mpa
·
s以上的纳米银浆，以提高线路的成形及结合质量,同时不影响其导电性能。
21.本发明中上层封装结构层1、上层屏蔽线路成形层2、同轴线缆成形层3、下层屏蔽线路成形层10、下层封装结构层11的打印材料为聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺中的一种，具有良好的耐热性，可以作为同轴线缆激光烧结成形基板。
22.如图3为制造本发明同轴屏蔽线缆所采用设备的外观结构示意图，利用该设备实现该同轴屏蔽线缆的制造方法，具体流程如下：步骤1：在三维模型软件上建立同轴屏蔽线缆绝缘支撑结构三维模型,将整个打印过程中各工作模块进行划分,并根据各模块所需时间规划机械臂路径，生成机械臂路径程序；步骤2：打印初始化，在绝缘支撑结构打印设备14内装入3d打印耗材和电路打印耗材，3d打印耗材选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亚胺；x-y工作台、z向工作台从原位移动到打印工位，使固定在z向工作台上打印喷头喷嘴的最下端移动到预先设置的打印高度；根据要打印的材料、零件尺寸、精度等设置好打印机参数；步骤3：开启高压脉冲电源，结合x-y工作台按设定路径运动，成形3d打印同轴屏蔽线缆的下封装结构层11，在下层封装结构层11上打印下层屏蔽线路成形层10，其中下层屏蔽线路成形层10在绝缘支撑结构上预留有屏蔽线路沉积的空腔，打印完成后绝缘支撑结构打印设备14暂停打印；此时，下层封装结构层11的打印厚度不超过下层屏蔽线路成形层10的打印厚度；步骤4：通过机械臂示教器20启动预先输入到机械臂控制模块22内的路径程序，启动机械臂15按预先规划的路径运动，机械臂上的电动夹爪将已打印的结构连同打印基板一起夹持到预先调整好打印位置的银浆线路喷射烧结成形打印平台17上；步骤5:启动银浆线路喷射烧结成形打印设备，打印喷嘴在打印平台上按电路打印设备控制模块16内预先规划好的电路打印路径将喷嘴内的银浆喷射到已嵌入的银浆沉积层预留的线路沉积用凹槽内成形下层屏蔽线路层6；步骤6：下层屏蔽线路层6打印完成后，通过机械臂15上的电动夹爪将已打印部分连同基板一起夹持到绝缘支撑结构打印设备14中，打印同轴线缆成形层3，打印完成后绝缘支撑结构打印设备14暂停打印；
步骤7：通过机械臂示教器20启动预先输入到机械臂控制模块22内的路径程序，启动机械臂15按预先规划的路径运动，机械臂上的电动夹爪将已打印结构连同打印基板一起夹持到嵌入模块工作平台21的产品区；步骤8：通过机械臂示教器启动预先输入到机械臂控制模块22内的路径程序，启动机械臂15按预先规划的路径运动，机械臂上的电动夹爪将射频同轴连接器7夹持嵌入到打印下层屏蔽线路成形层10的两端且射频同轴连接器外壳8与下层屏蔽线路成形层10连接；步骤9：嵌入完成后,通过机械臂上的电动夹爪将已嵌入射频同轴连接器7的结构连同打印基板一起夹持到预先调整好打印位置的银浆线路喷射烧结成形打印平台17上；步骤10：电路打印设备喷嘴在打印平台上按电路打印设备控制模块16内预先规划好的电路打印路径将喷嘴内的银浆喷射到已打印的同轴线缆成形层3内预留的线路沉积用凹槽内以及射频同轴连接器的内部针芯9上，成形同轴线缆层5，且同轴线缆层5与射频同轴连接器内部针芯9连接；步骤11：同轴线缆层5打印完成后，通过机械臂15上的电动夹爪将已打印同轴线缆层5的结构连同基板一起夹持到绝缘支撑结构打印设备14中，打印上层屏蔽线路成形层2，打印完成后绝缘支撑结构打印设备14暂停打印；步骤12：上层屏蔽线路成形层2打印完成后，通过机械臂示教器20启动预先输入到机械臂控制模块22内的路径程序，启动机械臂15按预先规划的路径运动，机械臂上的电动夹爪将已打印结构连同打印基板一起夹持到预先调整好打印位置的银浆线路喷射烧结成形打印平台17上；步骤13: 电路打印设备喷嘴在打印平台上按电路打印设备控制模块16内预先规划好的电路打印路径将喷嘴内的银浆喷射到已打印的上层屏蔽线路成形层2内预留的线路沉积用凹槽内成形上层屏蔽线路层4；此时，上层屏蔽线路层4的打印厚度不超过上层屏蔽线路成形层2的打印厚度；步骤14：上层屏蔽线路层4打印完成后，通过机械臂示教器20启动预先输入到机械臂控制模块22内的路径程序，启动机械臂15按预先规划的路径运动，机械臂上的电动夹爪将已打印的结构连同打印基板一起夹持到绝缘支撑结构打印设备14中打印上层封装结构层1，实现3d打印同轴屏蔽线缆制造与连接。
23.通过上述多种增材工艺同步成形结构与导电线路,并协同嵌入电子元器件最终成形同轴屏蔽线缆,该同轴屏蔽线缆的屏蔽效果好、成本低、成形速度快、设备投入小。
24.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。