[发明专利]塑料零件表面构建金属图案的方法、设备及设备工作方法

说明书

本发明提供塑料零件表面构建金属图案的方法、设备及设备工作方法。所述方法包含了利用激光分层激活活性前驱体并实现基于非贵金属诱导3D选择性化学镀反应从而在任意复杂形状的非金属3D零件表面构建所需金属图案。为了实现上述方法，提出相应的构建方法，包括利用光固化树脂改性技术制备活性前驱体、利用高分辨数字光处理3D打印技术制造任意复杂的活性前驱体零件。本发明方法简单，制造高效，在3D电路、微传感器，机器人以及通信领域有着较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及智能制造与3D打印技术领域，尤其涉及一种利用DLP 3D打印技术与激光激活无电解镀工艺实现在任意复杂的3D塑料零件表面或内部构建金属拓扑的方法、工艺与设备系统，适用于在任意复杂形状的塑料零件表面或内部构建特定形状的金属图案。

背景技术

在任意复杂的塑料零件表面构件特定的金属拓扑是构件集成电路、微机电系统(MEMS)、天线、传感器、执行器和超材料等功能器件的关键技术。基于传统光刻、沉积、蚀刻和释放的微加工非常适合创建由类似平面基板构建的平面、二维(2D)图案化设备。然而，这些2D设计过程不适合创建各向同性、结构或可整合的3D器件。复杂的非平面3D基板与传统光刻和挤压/喷涂方法的后处理不兼容，因为3D结构的外部基板特征(例如梁和壁)会遮蔽/阻塞内部区域。

使用光刻，然后拉紧衬底使平面图案变形为3D结构已被用于制造功能性3D设备，但该方法在分辨率、复杂性和制造周期性方面受到限制。然而，未来微电子器件的制造将会向着体积小、重量轻、可靠性高和响应速度快等方向发展，可任意形状成型的3D打印技术的迅速崛起可为研究人员提供更多思路。

原则上，3D打印可以制造任意复杂的三维结构，但由于易处理和复杂功能之间的权衡，它主要受限于非功能性结构材料。每种单独的功能性墨水都必须针对所选的3D打印技术进行优化，这需要大量的新材料开发时间，当前的3D打印设备通常需要多进程顺序写入技术，结合多个打印、填充和线嵌入阶段来形成功能设备。在逐层技术期间打印暂停、技术之间切换和后续层对齐的要求导致过多的构建时间并需要广泛的打印路径优化，限制了对复杂3D电极界面和几何形状的访问。

随着3D打印技术与选择性区域金属化工艺的结合，势必会推动人工智能、机器人、电子通讯、3D电路甚至量子科学领域的发展与进步。尽管目前已经有一些研究人员或工程师利用3D打印技术与金属沉淀工艺实现了3D电子器件的制造，但是大多数的工艺需要贵金属，且未能发挥出3D打印的最高分辨率能力。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供塑料零件表面构建金属图案的方法、设备及设备工作方法。其目的在于解决现有技术所存在的制造分辨率低、工艺成本昂贵、工艺灵活性差且无法在十分复杂的零件表面构造金属拓扑等问题，丰富3D电子制造工艺，拓宽异形3D电路的应用前景，并提供相关的3D打印工艺与金属化沉积工艺。

本发明采用如下技术方案：

一种在塑料零件表面构建金属图案的方法，包括：

步骤1.利用光固化树脂改性技术制备活性前躯体；

步骤2.利用高分辨率数字光处理3D打印技术制造任意复杂的活性前躯体零件；

步骤3.利用激光刻蚀工艺选择性激活活性前驱体零件并产生可诱导后续化学沉积的活性金属粒子；

步骤4.利用无电解镀工艺实现被激活活性前驱体部分的选择性金属沉积；

步骤1具体为：1)首先将4组份Ni₂SO₄与1组份NaH₂PO₂溶入10组份去离子水中，在磁力搅拌器中搅拌20分钟，搅拌速度为1200RPM，得到10组份活性溶液；

2)将10组份活性溶液倒入40组份的光固化功能材料中，在超声分散设备中进行分散，分散时间为2小时，得到50组份活性前驱体。