基于微滴噴射技術(shù)制造共形承載天線的主要步驟之一,是實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)部分和電磁部分的同步制造,而實現(xiàn)同步制造的關(guān)鍵則是異質(zhì)材料間能夠進行一體化成形固化。針對不同的材料固化方式和工藝參數(shù)相差大以及材質(zhì)對工藝的兼容性等問題,本文重點研究了紫外光固化和激光燒結(jié)固化的工藝,并且對主要工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,從而為共形承載天線的一體化成形制造奠定工藝基礎(chǔ)。首先,建立輻照強度對單層光固化樹脂溫度場影響的仿真模型,研究了不同輻照強度對光固化樹脂溫度場的影響機理,分析了紫外光固化的反應(yīng)機理和輻照強度、溫度等參數(shù)對光固化過程的影響。同時針對固化過程中溫度場變化較大的問題,通過對不同固化間隔時間的實驗研究,提出了減小溫度場變化的方法,即通過將不同的固化間隔時間進行實驗對比,得到溫度場的最小變化值。其次,建立激光燒結(jié)導(dǎo)電墨水和樹脂基材的仿真模型,分析了激光燒結(jié)固化的溫度場對導(dǎo)電墨水和樹脂基材的影響,重點研究了在功率、速度等參數(shù)恒定的情況下,不同激光束尺寸和掃描間距對導(dǎo)電墨水和樹脂基材的燒結(jié)情況。結(jié)果表明,不同的工藝參數(shù)對溫度場變化有較大影響。再次,研制了異質(zhì)異構(gòu)功能件一體化成形原理樣機,實現(xiàn)了紫外光固化和激光燒結(jié)的復(fù)合固化功能,并且對包括原理樣機機械與結(jié)構(gòu)部分、控制系統(tǒng)和上位機軟件等組成部分,進行了開發(fā)和設(shè)計,實現(xiàn)了最大運行速度120mm/s,設(shè)備X/Y/Z軸重復(fù)定位精度分別為0.020mm/0.020mm/0.010mm、A/C軸重復(fù)定位精度分別為0.005°/0.005°等主要參數(shù)指標(biāo);對小線段前瞻控制、勻速段打印/固化調(diào)控等功能進行了實現(xiàn)。為最終實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)功能件一體化成形的制造,提供了實驗平臺。最后,設(shè)計了異質(zhì)異構(gòu)功能件一體化成形的實驗方案,使用研制的異質(zhì)異構(gòu)功能件原理樣機,分別針對紫外光固化和激光燒結(jié)固化的工藝參數(shù)進行了仿真和實驗結(jié)果對比,通過實驗優(yōu)化了異質(zhì)異構(gòu)功能件的固化工藝參數(shù),結(jié)果表明,打印的樹脂基材表面的平面度誤差達到0.046mm,導(dǎo)電圖形的電導(dǎo)率最大為1.11?10~7 S/m。并且使用優(yōu)化后的工藝參數(shù),實現(xiàn)了5GHz微帶天線的一體化成形制造,并對其性能進行了驗證。本文通過對紫外光固化和激光燒結(jié)固化的工藝研究,有助于異質(zhì)材料成形方向的工藝優(yōu)化研究,為共形承載天線等電子裝備的一體化成形制造奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN249;TN23;TN820
【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)部分與電磁部分高度融合是共形承載天線最顯著的特征。(a)艦載無人機 (b)典型的共形承載天線結(jié)構(gòu)圖1.1 典型異質(zhì)異構(gòu)功能件的應(yīng)用然而對于目前大多數(shù)的共形承載天線的制造方法卻是機電分離的，即分別制造結(jié)構(gòu)和電磁部分，然后組裝到一起，最后通過反復(fù)調(diào)試和改進設(shè)計的方法逐步解決結(jié)構(gòu)和電磁部分不匹配的問題。具體地，對于結(jié)構(gòu)部分，通常采用復(fù)合材料的熱壓成形、機械加工等方式；對于電磁部分通常采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)[3]將電磁圖案涂布在待打印的結(jié)構(gòu)上或者在其表面直接裝聯(lián)相應(yīng)的電子器件，這兩部分完成后，最終構(gòu)成具有承載

R ' H + P * → R '*+ P H(2-8)且固化終止后，會形成交聯(lián)式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖 2.1 所示：圖2.1 光固化反應(yīng)過程示意圖由于紫外光固化反應(yīng)過程是化學(xué)反應(yīng)，同時紫外光的輻照強度和固化溫度等對樹脂的光固化反應(yīng)速率和固化質(zhì)量等有重要的影響，所以本章將重點分析固化過程中輻照強度對溫度場的影響。2.2 固化溫度對光固化樹脂的影響2.2.1 溫度對光固化速率的影響為了進一步分析液態(tài)樹脂的熱性能，本文使用瑞士梅特勒公司生產(chǎn)型號為METTLER TOLEDO TGA/DSC3+的熱重同步差熱分析儀，分別對樹脂進行差示掃描量熱分析和熱重分析，從而得到如圖 2.2 所示 TGA(Thermogravimetric Analysis)和DSC(DifferentialScanningCalorimeter)曲線。由圖中曲線可以看出，固化溫度在 100℃

液態(tài)樹脂的成分相對穩(wěn)定，可揮發(fā)性物質(zhì)很少，所以在沒有光照的情況下，對于 100℃以內(nèi)的初始固化溫度，UV 樹脂不會發(fā)生熱副反應(yīng)。圖2.2 液態(tài)樹脂的 TGA-DSC 曲線樹脂光固化反應(yīng)存在一個誘導(dǎo)期，誘導(dǎo)期是指由于空氣中的氧對光固化反應(yīng)的抑制作用，導(dǎo)致光引發(fā)劑的三重態(tài)猝滅[42]，氧分子與鏈增長或者從光引發(fā)劑裂解中產(chǎn)生的自由基發(fā)生快速反應(yīng)，從而導(dǎo)致過氧化自由基生成的階段。因此，誘導(dǎo)期是由反應(yīng)開始時溶解在丙烯酸酯中的氧氣決定。由于光固化反應(yīng)中位于液面表層的氧含量是最高的，氧的阻聚作用非常顯著，常導(dǎo)致底部固化完成、但是其表面仍未固化而發(fā)粘。研究表明[43]，隨著溫度的升高，氧在丙烯酸酯中的溶解度逐漸降低。同時隨著溫度升高，其固化速率服從阿倫尼烏斯定律，如公式(2-11)所示。因此升高溫度可以有效減小誘導(dǎo)期的影響
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本文編號：2859943