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刘建国:激光微增材制造技术在电子工业中的应用

10月11日,由OFweek维科网主办,OFweek激光网承办、高科会协办的“OFweek2019(第十六届)中国先进激光技术应用峰会暨‘维科杯’年度评选颁奖典礼”在深圳成功举办。华中科技大学武汉光电国家研究中心研究员刘建国发表关于“激光微增材制造技术在电子工业中的应用”的主题演讲,利用典型案例对其应用进行探讨和分享。

刘建国:激光微增材制造技术在电子工业中的应用

华中科技大学武汉光电国家研究中心研究员 刘建国

技术背景

增材制造技术是基于材料加成法的高新制造技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。传统的制造技术在电子行业的应用非常广,技术相对成熟,但是只能进行平面加工,污染严重,局限性很大。而激光先进增材制造技术的发展,不仅有效而精准地将设计思想转变为实体,更提供了一种高效率低成本的实现手段。

激光增材制造技术是以离散/叠加为基本思想,先将零件模型分成一系列的薄片,再利用2D制造工艺依次制作这些薄片,并逐层叠加进而成为最终的3D零件。将激光增材制造技术用于电子制造领域,因电子、电器产品的体积通常比较小,集成度高,线/间距分辨率通常在微纳级别,因此这种增材制造技术也被称为“激光微增材制造技术”。

刘建国表示,这种技术突破了传统“去除”加工方法的限制,因而具有无需模具、节约原材料、制造周期短、便于制造3D-多层复杂结构零部件,在产品单件、小批量及批量生产方面具有显著的成本和效率优势。

典型应用

目前,我国已初步形成激光增材制造设备和材料的制造体系。我国已研发出光固化、金属熔覆、生物制造、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结、生物制造等类型的增材制造装备和材料,在各个应用领域取得了一定的成绩。

刘建国提出,当前开发的激光增材制造技术和装备都是以激光3D打印制造同质金属零部件或同质塑料件等为主,他还介绍了“微笔直写+激光烧结复合制造技术”和“送粉+激光熔覆复合制造技术”两种干法制造技术,以及干湿法混合制造技术——“激光刻蚀+化学镀复合制造技术”。这几类技术可用于共形电路、三维机电集成器件的制造,并已经开发出了相应的高端精密、智能激光制造设备。

在军工产品领域,传统制造工艺由于流程长等原因,难以满足一些新兴材料和产品的制造,而利用激光微增材制造技术,不仅可以提高材料的结合度,增强产品的可靠性,还能提高效率和产品的实现度。例如导航定位用四臂螺旋天线、超高频电路、波导管、航天用电磁屏蔽产品、异形真空电子产品等。

在民用产品领域,应用十分广泛,例如手机中框及支架的天线、可穿戴产品、高频线路板、高档电饭锅用加热线圈、大功率LED陶瓷封装基板及电力电子用陶瓷线路板等。

刘建国表示,薄膜制造技术很难制造处膜层厚度高、线宽/线间距分辨率高的产品,但激光微增材制造技术可以大显身手,产品可靠性更强。总体来说,激光微增材技术的应用范围广、可靠性高、柔性化程度高、产品稳定性好,尤其适合于共形、三维产品的加工制造,可以赋予结构件新的功能,形成功能结构件。

未来趋势

刘建国认为,激光微增材制造技术在电子产品的制造领域有广阔的应用前景。目前,虽然激光微增材制造技术已经有所发展,但在技术和产业界之间存在信息不对称、推广速度慢等不足。在未来的发展中,该技术将会在新材料、新工艺、新装备、与传统工艺相结合等方面展开更深入的研究、并使该技术的应用范围拓展的更宽。

激光微增材制造技术潜力巨大,未来通过进一步的产、学、研结合,尤其在与多种传统工艺集成方面解决工程应用的多种需求,对提高我国制造业的核心竞争力,由制造大国走向制造强国具有更大的意义。

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