本發(fā)明屬于3d打印電磁屏蔽制品，涉及一種基于構(gòu)效關(guān)系的超輕3d打印電磁屏蔽多孔制品。

背景技術(shù)：

1、第三次科技革命以來，基于信息技術(shù)的通信和微電子設(shè)備的迅速發(fā)展使人們能夠更加高效地進行資源優(yōu)化配置，從而推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不斷升級。與此同時，通信、電子等設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生的電磁輻射具備超強的散射和穿透能力，對人體、環(huán)境和電子設(shè)備都會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。目前，世界各國針對電磁污染的防控，著手研發(fā)了大量具有電磁屏蔽功能的材料。通過對材料的優(yōu)選、復配以及改性等方式，所研制的屏蔽體能夠有效衰減電磁波。然而，現(xiàn)有的研究過于追求越來越高的屏蔽效能，而忽略了電磁屏蔽體在實際應用中存在的一些問題。

2、目前，世界各國針對電磁污染的防控，著手研發(fā)具有電磁屏蔽功能的材料。高分子基電磁屏蔽材料的輕質(zhì)、耐候性、耐化學腐蝕性強、易加工、成型效率高等優(yōu)點，能夠替代傳統(tǒng)金屬基材料成為理想的電磁屏蔽材料，極具研究和開發(fā)潛力。目前，對利用注塑、擠出、模壓等傳統(tǒng)技術(shù)制造的電磁屏蔽制品，大多形狀結(jié)構(gòu)受限，或需要進行二次加工才能得到目標產(chǎn)品。在新材料對個性化、多樣化、復雜化等的需求下，傳統(tǒng)加工中“一種結(jié)構(gòu)對應一種模具”的模式，會受到許多局限，難以適應信息技術(shù)革新下“多材料多結(jié)構(gòu)簡單工藝”的發(fā)展趨勢。

3、3d打印(3d?printing)技術(shù)，又稱為增材制造技術(shù)。不同于傳統(tǒng)制造方法，3d打印基于“自下而上，逐層堆疊”的原理，是一項極具潛力的革命性技術(shù)。熔融沉積成型(fuseddeposition?modelling，fdm)是目前應用最為廣泛的3d打印技術(shù)之一，具備成本低廉，操作簡單，綠色環(huán)保等特點，廣泛應用于定制化復雜器件的加工制造以及研究分析。

4、目前電磁屏蔽領(lǐng)域的研究主要著眼于材料屏蔽效能的提高，其中大多數(shù)研究以調(diào)控優(yōu)化材料的組分、形貌、相分布為主，卻很少從材料宏觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控組合加以考慮。例如在實際應用中，電子設(shè)備中信號線和電流線的出入口、通風散熱孔等孔隙結(jié)構(gòu)處存在嚴重的電磁泄露問題。為了解決這一難題，亟需研究和建立材料宏觀構(gòu)造與電磁屏蔽性能之間的關(guān)系。此外，傳統(tǒng)電磁屏蔽制品的加工方式大多以注塑、銑削、鑄造等加工方式為主，難以適應當前電子器件對個性化、多尺度等的需求，特別是對材料宏觀結(jié)構(gòu)的多樣化調(diào)控，其加工難度進一步增大。3d打印基于降維制造的原理，能夠解決復雜結(jié)構(gòu)屏蔽件的制造難題，為設(shè)計制造多層次結(jié)構(gòu)的屏蔽件，研究材料結(jié)構(gòu)與屏蔽性能之間的構(gòu)效關(guān)系提供了重要技術(shù)支持。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述背景技術(shù)中的問題，提供一種基于構(gòu)效關(guān)系的超輕3d打印電磁屏蔽多孔制品，首先通過對比實驗及仿真模擬的驗證，發(fā)現(xiàn)正六邊形孔為最佳開孔結(jié)構(gòu)；其次，通過對正六邊形孔的有效直徑d*進行研究時，偶然發(fā)現(xiàn)在電磁屏蔽多孔制品上正六邊形開孔的有效直徑d*變量中存在一個轉(zhuǎn)折點區(qū)間，并基于選擇于該轉(zhuǎn)折點附近的有效直徑d*開孔，既能滿足通風散熱的通透性，又能實現(xiàn)較好的電磁屏蔽防護性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

3、一種基于構(gòu)效關(guān)系的超輕3d打印電磁屏蔽多孔制品，該3d打印電磁屏蔽多孔制品是基于3d打印技術(shù)通過逐層堆疊打印材料層所制備得到，且基于成型方向上厚度為1～3mm，在打印材料層上具有正六邊形孔，該正六邊形孔的有效直徑d*為(λ/10.4～λ/8)±λ/150；

4、其中，所述正六邊形孔的有效直徑d*是通過下述公式(1)計算得到：

5、

6、din為正六邊形孔的內(nèi)切圓直徑，dout為正六邊形孔的外切圓直徑。

7、在本文中，所述3d打印電磁屏蔽多孔制品，其具體的打印原料，為在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開可作為3d打印的各類原料，或為基于3d打印技術(shù)原理符合其技術(shù)要求/技術(shù)參數(shù)的原料選擇。需說明的是，本發(fā)明的主要主旨為基于電磁屏蔽多孔制品的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提升其電磁屏蔽性能，因此對該電磁屏蔽多孔制品的原料構(gòu)成不作限制。

8、在本文中，所述3d打印技術(shù)，包括在現(xiàn)有技術(shù)中公知常識或已記載的各種3d打印技術(shù)，例如熔融沉積成型3d打印技術(shù)、墨水直寫3d打印技術(shù)、光固化成型3d打印技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)3d打印技術(shù)等。需說明的是，本發(fā)明的主要主旨為基于電磁屏蔽多孔制品的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提升其電磁屏蔽性能，因此對該電磁屏蔽多孔制品的具體3d打印方式不作限制。

9、在本文中，所述3d打印電磁屏蔽多孔制品是基于3d打印技術(shù)通過逐層堆疊打印材料層所制備得到，其可以通常理解為基于該3d打印電磁屏蔽多孔制品所對應模型文件的切片，并由一層或多層切片對應一層打印材料層。同理，所述打印材料層上具有正六邊形孔，為基于該3d打印電磁屏蔽多孔制品所對應的模型文件上進行建模后打印獲得。

10、在本文中，因本發(fā)明的主要主旨為基于電磁屏蔽多孔制品的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提升其電磁屏蔽性能，其中重點在于正六邊形孔形狀及其有效直徑d*，通過該特殊結(jié)構(gòu)特征相較于傳統(tǒng)/現(xiàn)有電磁屏蔽多孔制品具有更高的電磁屏蔽性能，因此對于所述3d打印電磁屏蔽多孔制品的長寬尺寸(將成型方向厚度視為制品厚度/高度)不作限制，或本領(lǐng)域技術(shù)人員可直接按照電磁屏蔽多孔制品的長寬尺寸規(guī)格標準進行制備。

11、在本文中，所述正六邊形孔，在所述3d打印電磁屏蔽多孔制品上可以是單個存在；也可以是多個排列構(gòu)造，并在所述3d打印電磁屏蔽多孔制品外表面上正六邊形孔呈現(xiàn)連續(xù)排布，例如六方連續(xù)排布。

12、需說明的是，因本發(fā)明所提供的3d打印電磁屏蔽多孔制品主要是作為電磁屏蔽多孔制品進行應用，因此當所述正六邊形孔為多個時，通常默認所述3d打印電磁屏蔽多孔制品在成型方向的側(cè)面上為非開孔結(jié)構(gòu)，即所述正六邊形孔不會開孔/貫穿于制品的側(cè)面。

13、在本文中，所屏蔽的電磁波波長λ為光速c與電磁波頻率f的比值。

14、本發(fā)明的重要發(fā)明點之一在于，針對于現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)電磁屏蔽多孔制品，發(fā)明人進一步系統(tǒng)研究了其中的開孔結(jié)構(gòu)對于電磁屏蔽性能的影響，并提出了有效直徑d*的新概念以更好的橫向?qū)Ρ炔煌_孔結(jié)構(gòu)，有效直徑d*能更好的反映不同開孔結(jié)構(gòu)的真實尺寸。在對比實驗中，發(fā)明人通過橫向?qū)Ρ攘瞬煌螤畹拈_孔(六邊形、五邊形、四邊形、三角行、長矩形等)對于電磁屏蔽性能的貢獻，最后發(fā)現(xiàn)正六邊形開孔的屏蔽效能最佳，正四邊形次之，正三角型第三，長矩形等最差，通過模擬分析表明當開孔形狀越接近于圓形的形狀，受到電磁波輻射時的感應電流越不容易受到破壞，同時正六邊形開孔可通過六方連續(xù)進行擴展延續(xù)。

15、在進一步的對比實驗研究中，發(fā)明人偶然發(fā)現(xiàn)在電磁屏蔽多孔制品上正六邊形開孔的有效直徑d*變量中存在一個轉(zhuǎn)折點區(qū)間，通常來說屏蔽效能是隨著開孔的有效直徑d*變大而不斷衰減，但是衰減的趨勢并不是勻速的，而是存在一個轉(zhuǎn)折點，該轉(zhuǎn)折點正好和對應所屏蔽的電磁波波長λ強相關(guān)。同時發(fā)現(xiàn)當有效直徑d*小于該轉(zhuǎn)折點時，屏蔽效能隨有效直徑d*增大而緩慢下降，而當有效直徑d*大于該轉(zhuǎn)折點時，屏蔽效能此時隨有效直徑d*增大而出現(xiàn)快速下降?；诂F(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)電磁屏蔽多孔制品在實際應用中，比如對于通風孔、散熱孔等一些必須保留通孔，但同時要做到電磁屏蔽防護的場合下，結(jié)合上述研究發(fā)現(xiàn)，此時的這個轉(zhuǎn)折點就可以給我們很好的選擇，我們可以選擇于該轉(zhuǎn)折點附近的有效直徑d*開孔，既能滿足通風散熱的通透性，又能實現(xiàn)較好的電磁屏蔽防護性能。此外，還需說明的是，該轉(zhuǎn)折點也會隨所屏蔽電磁波頻率出現(xiàn)略微偏移，但總體上仍具有高度一致性，而在現(xiàn)實屏蔽電磁波相關(guān)應用中，所需屏蔽的電磁波頻率通常是非單一頻率的，因此在實用轉(zhuǎn)化中考慮到該轉(zhuǎn)折點的偏移變量可將其作為一個轉(zhuǎn)折點區(qū)間。

16、而在上述有效直徑d*變量中存在轉(zhuǎn)折點的基礎(chǔ)上，發(fā)明人更進一步地發(fā)現(xiàn)了隨電磁屏蔽多孔制品成型方向上厚度的增加，有效直徑d*轉(zhuǎn)折點區(qū)間存在變化。

17、基于上述發(fā)明點，在其中一種技術(shù)方案中，當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品基于成型方向上厚度為1～3mm時，所述正六邊形孔的有效直徑d*為(λ/10.4～λ/8)±λ/150，其中(λ/10.4～λ/8)為上述中所提到的轉(zhuǎn)折點區(qū)間，而±λ/150為基于該轉(zhuǎn)折點區(qū)間的優(yōu)選有效直徑d*擴展范圍。當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以屏蔽效能優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/10.4～λ/8)－λ/150至(λ/10.4～λ/8)范圍內(nèi)進行選擇；當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以散熱性能等要求大開孔直徑優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/10.4～λ/8)至(λ/10.4～λ/8)+λ/150范圍內(nèi)進行選擇。

18、為了更好地說明本發(fā)明，并為上述限定范圍進一步細分，在其中一種更為優(yōu)選的技術(shù)方案中，當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品基于成型方向上厚度為1mm時，所述正六邊形孔的有效直徑d*為(λ/10.4～λ/8.6)±λ/150，其中(λ/10.4～λ/8.6)為上述中所提到的轉(zhuǎn)折點區(qū)間，而±λ/150為基于該轉(zhuǎn)折點區(qū)間的優(yōu)選有效直徑d*擴展范圍。當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以屏蔽效能優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/10.4～λ/8.6)－λ/150至(λ/10.4～λ/8.6)范圍內(nèi)進行選擇；當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以散熱性能等要求大開孔直徑優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/10.4～λ/8.6)至(λ/10.4～λ/8.6)+λ/150范圍內(nèi)進行選擇；

19、當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品基于成型方向上厚度為2mm時，所述正六邊形孔的有效直徑d*為(λ/9.8～λ/8.3)±λ/150，其中(λ/9.8～λ/8.3)為上述中所提到的轉(zhuǎn)折點區(qū)間，而±λ/150為基于該轉(zhuǎn)折點區(qū)間的優(yōu)選有效直徑d*擴展范圍。當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以屏蔽效能優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/9.8～λ/8.3)－λ/150至(λ/9.8～λ/8.3)范圍內(nèi)進行選擇；當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以散熱性能等要求大開孔直徑優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/9.8～λ/8.3)至(λ/9.8～λ/8.3)+λ/150范圍內(nèi)進行選擇；

20、當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品基于成型方向上厚度為3mm時，所述正六邊形孔的有效直徑d*為(λ/9.5～λ/8)±λ/150，其中(λ/9.5～λ/8)為上述中所提到的轉(zhuǎn)折點區(qū)間，而±λ/150為基于該轉(zhuǎn)折點區(qū)間的優(yōu)選有效直徑d*擴展范圍。當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以屏蔽效能優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/9.5～λ/8)－λ/150至(λ/9.5～λ/8)范圍內(nèi)進行選擇；當所述3d打印電磁屏蔽多孔制品以散熱性能等要求大開孔直徑優(yōu)先時，所述有效直徑d*為在(λ/9.5～λ/8)至(λ/9.5～λ/8)+λ/150范圍內(nèi)進行選擇。

21、本發(fā)明具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明提供了一種基于構(gòu)效關(guān)系的超輕3d打印電磁屏蔽多孔制品，首先通過對比實驗及仿真模擬的驗證，發(fā)現(xiàn)正六邊形孔為最佳開孔結(jié)構(gòu)；其次，通過對正六邊形孔的有效直徑d*進行研究時，偶然發(fā)現(xiàn)在電磁屏蔽多孔制品上正六邊形開孔的有效直徑d*變量中存在一個轉(zhuǎn)折點區(qū)間，并基于選擇于該轉(zhuǎn)折點附近的有效直徑d*開孔，既能滿足通風散熱的通透性，又能實現(xiàn)較好的電磁屏蔽防護性能。

23、(2)本發(fā)明提出了有效直徑d*的新概念以更好的橫向?qū)Ρ炔煌_孔結(jié)構(gòu)，有效直徑d*能更好的反映不同開孔結(jié)構(gòu)的真實尺寸，并揭示了孔形狀、孔尺寸、制品厚度與屏蔽體屏蔽機理和屏蔽效能的內(nèi)在聯(lián)系。

24、(3)本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明實驗結(jié)果的指導，對電磁屏蔽多孔制品的設(shè)計提供借鑒與理論基礎(chǔ)，其實現(xiàn)了寬波段范圍內(nèi)的有效屏蔽，為電磁屏蔽多孔制品的設(shè)計和開發(fā)提供了新的思路和方法。