一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法，包括：材料堆积步骤：以第一功率的激光与金属粉末同轴耦合输出的方式在塑胶壳体上按照预定的图案进行扫描，一边射出激光一边同时进行同轴送粉，通过激光将同轴输送的所述金属粉末融化，并使其在所述塑胶壳体上凝固沉积，逐层堆积后形成具有所述图案的天线或电路。本发明可以简便快捷地在塑料壳体制作复杂的三维天线和电路结构。
【专利说明】一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子产品的天线制作，特别是涉及一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法。
【背景技术】
[0002]随着智能手机越来越轻薄化，传统的手机天线制造方法已经难以实现紧凑、三维曲面等天线的设计要求。例如双色注塑，此技术需要制造天线的注塑模具，模具的修改过程复杂且成本较高，且难以制造复杂的三维天线结构。在此背景下一些新的手机天线制造技术应运而生，如LDS技术、印刷天线等。其中LDS技术由于具备诸多优点而被广泛关注。LDS技术的一大优势就是利用激光在手机的壳体上直接镭雕出天线或电路的图案，再经过后续的化镀过程形成天线，免去了制造模具的麻烦。但是这种技术需要使用专门开发的LDS塑料作为壳体的成型材料，价格较为昂贵，其材料的使用率也较低，并且化镀的过程也较为复杂而不易控制品质。
【发明内容】
[0003]为了解决具有复杂外形的三维天线或电路的成型问题，本发明提出了一种在塑胶外壳上制备天线和电路的新方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法，包括:
[0006]材料堆积步骤:以第一功率的激光与金属粉末同轴I禹合输出的方式在塑胶壳体上按照预定的图案进行扫描，一边射出激光一边同时进行同轴送粉，通过激光将同轴输送的所述金属粉末融化，并使其在所述塑胶壳体上凝固沉积，逐层堆积后形成具有所述图案的天线或电路。
[0007]根据优选的实施例，本发明的技术方案还可以采用以下一些技术特征:
[0008]所述第一功率为30W?100W。
[0009]利用光纤激光器形成的所述激光，将所述激光和所述金属粉末通过一激光同轴送粉喷嘴输出，尤其是使激光焦点覆盖粉末流汇聚的焦点。
[0010]所述材料堆积步骤中保持所述塑胶壳体的待加工表面与激光射出的方向相垂直。
[0011]所述材料堆积步骤包括:对于塑胶壳体的弧面，一边通过治具旋转所述塑胶壳体一边进行所述金属粉末沉积，且使所述弧面与所述金属粉末的输出方向保持垂直。
[0012]所述金属粉末为被高分子材料或碳材料包覆的金属颗粒物，优选地，所述金属为铜、铜合金、银或银合金。
[0013]所述金属粉末的粒径为Inm?20nm。
[0014]所述材料堆积步骤在惰性气体的保护下进行。
[0015]还包括在所述材料堆积步骤之前的图案预成型步骤:使用第二功率的激光在所述塑胶壳体上镭雕以去除掉所述塑胶壳体上一定厚度的塑胶，以形成所述天线或电路的图案；
[0016]所述材料堆积步骤中，以镭雕好的图案的凹陷底面作为基面，对所述基面扫描输出激光与金属粉末，并逐层堆积金属材料，最终形成天线或电路。
[0017]优选地,每层的厚度为2 μ m?8 μ m,总厚度为10 μ m?50 μ m。
[0018]所述材料堆积步骤中，以镭雕好的图案的凹陷底面作为基面，对所述基面扫描输出激光与金属粉末，沉积第一层金属材料，完成第一层的扫描和材料沉积后，按照沉积的厚度提高激光与金属粉末输出点到所述基面的距离，再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，最终形成天线或电路。
[0019]所述第二功率为5W?30W。
[0020]本发明有以下有益效果:
[0021]本发明不需要设计制造天线或电路模具，省去了重复修改模具的过程，制造流程短；可以很方便简单和快捷地成型复杂的三维天线和电路结构，能够满足更高的设计和功能上的需求；材料利用率高，金属粉末几乎可以达到完全利用。与LDS技术相比，本发明不需要使用专门开发的塑胶材料，适用性好，另外本发明还省去了制造工艺较为复杂的化镀过程，节能环保。
【具体实施方式】
[0022]以下结合对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0023]根据本发明的实施例，在塑胶壳体上成型天线或电路的方法包括以下步骤:
[0024]图案预成型步骤:利用光纤激光器形成的激光，通过激光同轴送粉喷嘴输出，镭雕并去除掉塑胶壳体上一定厚度的塑胶，形成天线或电路的图案；
[0025]材料堆积步骤:将光纤激光器的输出功率调高至一定范围，往成型缸内通入惰性气体保护，打开送粉器往同轴送粉喷嘴中送粉，使激光和粉末同轴耦合输出，以镭雕好的图案空隙的底层作为3D扫描成型的基面,在激光扫描过的轨迹上沉积第一层金属材料。完成第一层的扫描后，按照切片的厚度提高一层喷嘴的高度再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，最终形成天线或电路结构。
[0026]图案预成型步骤有利于使天线或电路嵌入塑胶壳体的表面而成型，但这一步骤并不是必须的，金属粉末材料也可以直接堆积在塑胶壳体的表面而形成天线或电路结构。
[0027]激光同轴送粉喷嘴可以采用已知结构的喷嘴(如申请号为200710084185.9、200810017901.6,201020605391.7的专利文献中所公开的喷嘴，这些喷嘴被设计用于制造三维金属实体零部件)。
[0028]激光扫描的轨迹可以采用以下方式确定:将预定的天线或电路的三维CAD模型进行切片分离，转换成为二维的平面数据，将数据传送给激光束位移控制系统，生成激光束的扫描轨迹。例如，可以使用UG，AUTOCAD, PR0/E等软件将天线或电路的三维模型切片分离，生成二维格式的平面数据，再由光路控制系统据此生成激光喷嘴的扫描轨迹。
[0029]在图案预成型步骤中，可以首先将塑胶外壳放置在治具中固定，然后将治具放置在成型缸内，用光纤激光器产生的激光，按照设计好的图案在塑胶壳上进行镭雕。在此步骤中激光同轴喷嘴只射出激光而不进行送粉。在此步骤中激光的作用仅仅是在外壳上镭雕掉一层塑胶，因此激光的输出功率相对于熔化金属粉末时小，在5?30W之间。
[0030]在材料堆积步骤中，主要目的是在镭雕好的天线或电路图案空隙内进行粉末激光3D扫描成型(类似于打印三维零部件的方法)。此步骤中激光同轴送粉喷嘴一边射出激光一边同时进行同轴耦合送粉，首先以镭雕好的图案空隙的底层作为3D扫描成型的基面，在激光扫过的轨迹上沉积第一层金属材料，激光的输出功率在30W?100W之间。优选地，扫描时使激光焦点覆盖金属粉末流汇聚的焦点。完成第一层的扫描后，按照切片的厚度提高一层喷嘴的高度再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，最终形成天线和电路结构。优选地，在成型过程中保持待加工的表面与激光射出的方向相垂直，这样才能确保激光成型的效果，如遇到曲面的情况可以适当旋转治具来达到这一要求。优选地，每层的材料沉积厚度为2 μ m?8 μ m,沉积的总厚度为10 μ m?50 μ m。
[0031]使用的金属粉末材料包括但不限于铜粉、铜合金粉、银粉、银合金粉，优选地，这些金属粉末都被高分子材料或碳材料包覆。这些金属粉末的粒径在I?20nm之间。包覆的目的是减小这些小尺寸粉末的团聚作用，并且在激光熔化时有利于粉末彼此间的粘接。处于这个粒径范围的金属粉末熔点远远小于块体材料，用较低的激光功率就可以将其熔化，并且熔化时对塑胶基底的影响很小。例如当银的粒径为20?30nm时，其熔点降为157oC左右。这个温度低于常见塑胶壳材料如PC、ABS的熔化温度，粉末熔化时能够使相接触的塑胶区域发生热变形，但并不会破坏塑胶壳的结构。
[0032]为了避免金属粉末3D扫描成型过程中接触氧气发生氧化，优选使整个成型过程在惰性气体的保护下进行。
[0033]下面结合更具体的实施例对本发明进行进一步说明。
[0034]实施例1:铜材质的平面金属天线制备
[0035]塑胶壳体的材料为PC。在塑胶壳体上制备一厚度为30 μ m的铜材质平面天线图案。实施方案如下:
[0036]S1、将待加工壳体放入治具中，治具放入成型缸中。将光纤激光器输出的激光功率调为10W，在电脑上设置好激光的扫描路径，将激光通过光路系统经由激光同轴送粉喷嘴输出到壳体表面，镭雕并去除掉塑胶壳体上厚度为30 μ m的塑胶，形成天线的图案；
[0037]S2、将天线的三维CAD模型进行切片分离，转换成为二维的平面数据，将数据传送激光束位移控制系统，生成激光束的扫描轨迹；
[0038]S3、将光纤激光器的输出功率调至40W，往成型缸内通入氩气保护。选择粒径为5?15nm的石墨烯包覆铜金属粉末，打开送粉器往同轴喷嘴中送粉，使激光和粉末同轴耦合输出。首先以镭雕好的图案空隙的底层作为3D扫描成型的基面，在激光扫过的轨迹上沉积第一层金属材料。完成第一层的扫描后，按照切片的厚度提高一层喷嘴的高度再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，每层的厚度为3 μ m，最终形成天线结构。
[0039]实施例2:银材质的立体金属天线制备
[0040]塑胶壳体的材料为PC/ABS。在塑胶壳体上两个相互垂直的面上制备银材质的三维天线图案，两个面上天线的厚度为24μπι。实施方案如下:
[0041]S1、将待加工壳体放入可旋转90ο的治具中，治具放入成型缸中。将光纤激光器输出的激光功率调为10W，在电脑上设置好激光的扫描路径，将激光通过光路系统经由同轴喷嘴输出到壳体表面，首先镭雕并去除塑胶壳体一个平面上厚度为24μπι的塑胶，形成部分天线的图案；然后再旋转治具900，用激光镭雕去除掉另一个面上的厚度为24μπι的塑胶，形成剩余部分天线的图案。
[0042]S2、将天线的三维CAD模型进行切片分离，转换成为二维的平面数据，将数据传送激光束位移控制系统，生成激光束的扫描轨迹；
[0043]S3、将光纤激光器的输出功率调至35W，往成型缸内通入氮气保护。选择粒径为15?20nm的石墨包覆银金属粉末,打开送粉器往同轴喷嘴中送粉,使激光和粉末同轴I禹合输出。首先以塑胶壳一个面上镭雕好的图案空隙的底层作为3D扫描成型的基面，在激光扫过的轨迹上沉积第一层金属材料。完成第一层的扫描后，按照切片的厚度提高一层喷嘴的高度再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，每层的厚度为3 μ m，最终形成一个面的天线结构。然后旋转治具90ο，调整激光同轴喷嘴至另外一个待加工面的距离，以同样的方式成型剩余的天线。
[0044]实施例3:带有弧面的三维金属天线的制备
[0045]塑胶壳体材料为PC/ABS，在塑胶壳体的弧面制备铜材质的厚度为20 μ m的三维天线。实施方案如下:
[0046]S1、将待加工壳体放入可旋转的治具中，此治具的设计能够使壳体旋转的过程中待加工面与激光束保持垂直，且激光镭雕的位置与激光加工头的垂直距离保持不变，然后治具放入成型缸中。将光纤激光器输出的激光功率调为10W，在电脑上设置好激光的扫描路径，在激光镭雕的过程中旋转治具，使激光头与加工位置的垂直距离保持不变，去除塑胶壳体厚度为20 μ m的塑胶，形成天线的图案；
[0047]S2、将天线的三维CAD模型进行切片分离，转换成为二维的平面数据，将数据传送激光束位移控制系统，生成激光束的扫描轨迹；
[0048]S3、将光纤激光器的输出功率调至35W，往成型缸内通入氮气保护。选择粒径为15?20nm的石墨包覆银金属粉末,打开送粉器往同轴喷嘴中送粉,使激光和粉末同轴I禹合输出。首先以塑胶壳弧面上镭雕好的图案空隙的底层作为3D扫描成型的基面，一边旋转治具一边进行粉末沉积，使粉末沉积位置与喷嘴的垂直距离保持不变，以此方式在激光扫过的轨迹上沉积第一层金属材料。完成第一层的扫描后，按照切片的厚度提高一层喷嘴的高度再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，每层的厚度为2 μ m，最终形成弧面上的天线结构。
[0049]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种在塑胶壳体上成型天线或电路的方法，其特征在于，包括: 材料堆积步骤:以第一功率的激光与金属粉末同轴耦合输出的方式在塑胶壳体上按照预定的图案进行扫描，一边射出激光一边同时进行同轴送粉，通过激光将同轴输送的所述金属粉末融化，并使其在所述塑胶壳体上凝固沉积，逐层堆积后形成具有所述图案的天线或电路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一功率为30W?100W。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用光纤激光器形成的所述激光，将所述激光和所述金属粉末通过一激光同轴送粉喷嘴输出，尤其是使激光焦点覆盖粉末流汇聚的焦点。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆积步骤中保持所述塑胶壳体的待加工表面与激光射出的方向相垂直。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆积步骤包括:对于塑胶壳体的弧面，一边通过治具旋转所述塑胶壳体一边进行所述金属粉末沉积，且使所述弧面与所述金属粉末的输出方向保持垂直。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属粉末为被高分子材料或碳材料包覆的金属颗粒物，优选地，所述金属为铜、铜合金、银或银合金，优选地，所述金属粉末的粒径为Inm?20nm。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述材料堆积步骤在惰性气体的保护下进行。
8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述材料堆积步骤之前的图案预成型步骤:使用第二功率的激光在所述塑胶壳体上镭雕以去除掉所述塑胶壳体上一定厚度的塑胶，以形成所述天线或电路的图案； 所述材料堆积步骤中，以镭雕好的图案的凹陷底面作为基面，对所述基面扫描输出激光与金属粉末，并逐层堆积金属材料，最终形成天线或电路，优选地，每层的厚度为2 μ m?8 μ m,总厚度为10 μ m?50 μ m。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述材料堆积步骤中，以镭雕好的图案的凹陷底面作为基面，对所述基面扫描输出激光与金属粉末，沉积第一层金属材料，完成第一层的扫描和材料沉积后，按照沉积的厚度提高激光与金属粉末输出点到所述基面的距离，再进行第二层的扫描和材料沉积，以此方式逐层堆积金属材料，最终形成天线或电路。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二功率为5W?30W。
【文档编号】B22F3/105GK104209516SQ201410399532
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】闫国栋, 王长明, 谢守德 申请人:东莞劲胜精密组件股份有限公司, 东莞唯仁电子有限公司