本發(fā)明有關(guān)一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件及其制備方法。
背景技術(shù)：
有很多高端系統(tǒng)都需要借助傳感器來進行流程控制及優(yōu)化、關(guān)鍵零部件的狀況監(jiān)測、系統(tǒng)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(huán)境下運作。傳感器一般都是連接及安裝在已制成的組件上，而傳感器安裝必須經(jīng)高昂及復(fù)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(dǎo)致傳感器所測量出的數(shù)據(jù)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(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的研究在工業(yè)及學(xué)術(shù)界不斷地進行。
增材制造技術(shù)提供了一種新方法來制造復(fù)雜形狀的零部件，并可減少零部件的數(shù)量來建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由于在零部件生產(chǎn)過程中無需模具，利用增材制造技術(shù)來生產(chǎn)定制零部件的成本較低?，F(xiàn)時已普及的增材制造技術(shù)是將熱塑性塑料加熱成半液態(tài)，然后擠出到工作平臺上，基于積層方法來建立所需的零部件形狀。由于塑料的熔化溫度大大低于金屬熔化溫度，利用該種塑料增材制造技術(shù)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(jié)構(gòu)，然后繼續(xù)建立剩余部份，從而把電子組件封裝。然而，傳統(tǒng)的塑料增材制造技術(shù)一般只能用來制造樣品，因其力學(xué)性能、尺寸精度及表面光潔度都不能達到最終產(chǎn)品要求。
隨著科技發(fā)展，金屬增材制造技術(shù)已發(fā)展成熟并應(yīng)用在工業(yè)界。該技術(shù)的原理是把金屬粉末局部熔化燒結(jié)，一層一層地疊加金屬增材來建立所需的零部件形狀?，F(xiàn)時最先進的金屬增材制造技術(shù)結(jié)合高速切削加工技術(shù)所生產(chǎn)的零部件尺寸精度高、表面光潔度良好、密度高及力學(xué)性能優(yōu)良。生產(chǎn)出的零部件已可直接使用到最終產(chǎn)品上。不同工業(yè)領(lǐng)域已應(yīng)用該制造技術(shù)，例如模具、汽車零部件、醫(yī)療植入件、航空及航天零部件、昂貴飾物等。然而，熔合燒結(jié)金屬粉末的溫度遠超傳統(tǒng)塑料的增材加工溫度。若在金屬增材加工過程中套用傳統(tǒng)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(jié)而損壞傳感器。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件及其制備方法。
本發(fā)明提供一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件的制備方法，包括以下幾個步驟：
步驟一：應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)建立下部部件，該下部部件的結(jié)構(gòu)中包括用來植入電子組件的內(nèi)腔；
步驟二：植入預(yù)先準(zhǔn)備好的電子組件，并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(shè)置覆蓋件，完全覆蓋處于下層的溫度絕緣體；
步驟四：在覆蓋件及已建立的下部部件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上繼續(xù)利用金屬增材制造技術(shù)建立余下的上部部件。
所述內(nèi)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(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生移動空間。
所述溫度絕緣體的材質(zhì)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(nèi)腔的形狀，防止溫度絕緣體在內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生移動空間。
所述覆蓋件的形狀與處于其下層的溫度絕緣體及內(nèi)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(jié)構(gòu)。
所述覆蓋件完全密封所述內(nèi)腔的開口方向，且覆蓋件的上表面與內(nèi)腔頂部的側(cè)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(fā)明還提供一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件，包括分別通過金屬增材制造技術(shù)制備的下部部件和上部部件，所述下部部件處于上部部件的下方，所述下部部件朝向上部部件的一側(cè)具有向內(nèi)凹設(shè)的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔中具有電子組件，所述電子組件的上方順次設(shè)置有溫度絕緣體和覆蓋件，所述溫度絕緣體和覆蓋件也處于該內(nèi)腔中，且所述覆蓋件密封該內(nèi)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(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點在于：本發(fā)明能夠在進行金屬增材制造過程中把電子組件植入到金屬零部件內(nèi)，借此實現(xiàn)定制智能金屬零部件的功能。本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)點在于空心結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用絕緣材料的設(shè)計，可使嵌入的電子組件避免因金屬增材制造技術(shù)產(chǎn)生的高溫而損壞。
附圖說明
圖1為本發(fā)明專利中應(yīng)用增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明主要目的在于提供一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件及其制備方法，關(guān)鍵在于避免了金屬粉末熔合燒結(jié)時的高溫直接傳達到電子組件上。該制備方法包括以下幾個步驟：
步驟一：應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)建立下部部件，該下部部件的結(jié)構(gòu)中包括用來植入電子組件的內(nèi)腔。內(nèi)腔形狀與被植入的電子組件相互配合，防止電子組件在內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生移動空間。利用金屬增材制造技術(shù)所制作的內(nèi)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(yù)先準(zhǔn)備好的電子組件，并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(zhì)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(nèi)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(shè)置覆蓋件，完全覆蓋處于下層的溫度絕緣體，其形狀與處于其下層的溫度絕緣體及內(nèi)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。組裝完成之后覆蓋件與溫度絕緣體形成空心結(jié)構(gòu)，一般地，溫度絕緣體是平板結(jié)構(gòu)，而覆蓋件是具有支端的結(jié)構(gòu)，所以該空心結(jié)構(gòu)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(jié)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(tǒng)加工技術(shù)如車、銑、磨等方式獲得需要形狀后再行置入。所述覆蓋件完全密封所述內(nèi)腔的開口方向，且優(yōu)選地覆蓋件的上表面與內(nèi)腔頂部的側(cè)壁相平齊。
步驟四：在覆蓋件及已建立的下部部件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上繼續(xù)利用金屬增材制造技術(shù)建立余下的上部部件，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，并且上部部件的材料可以一致也可以不一致，不作規(guī)定。
本發(fā)明提供一種應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)植入電子組件的金屬零部件，其結(jié)構(gòu)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(cè)具有向內(nèi)凹設(shè)的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔中具有電子組件2，所述電子組件2的上方順次設(shè)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也處于所述內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(cè)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(jié)構(gòu)5。所述覆蓋件4完全密封所述內(nèi)腔的開口方向，且優(yōu)選地覆蓋件4的上表面與內(nèi)腔頂部的側(cè)壁相平齊。所述下部部件5的上方設(shè)有上部部件6，二者無縫連接，所述上部部件6封設(shè)于所述覆蓋件4的上方。所述溫度絕緣體3及覆蓋件4的形狀可用傳統(tǒng)加工技術(shù)獲得。所述下部部件1和上部部件6通過金屬增材制造技術(shù)制備。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(fā)明專利，空心結(jié)構(gòu)及應(yīng)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(jié)合增材制造的優(yōu)點，各種智能零部件可視乎不同要求來定制。其中應(yīng)用可在金屬模具植入無線射頻傳感器來管理模具數(shù)據(jù)。另一例子是可跟據(jù)最終使用者的體形來設(shè)計定制智能運動器材，并植入動作傳感器來測量運動數(shù)據(jù)來優(yōu)化表現(xiàn)。
以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。