СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ПАНЕЛИ, ЭКРАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
METHOD OF MANUFACTURING A VENTILATION PANEL THAT SHIELDING ELECTROMAGNETIC RADIATION

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры с устройством вентиляции.
Известен способ изготовления составной вентиляционной панели, экранирующей электромагнитное излучение (ЭМИ) (патент US №6426459 от 30.07.2002), при котором из листа штампованной стали посредством волочения, штамповки, фальцовки или иным методом холодной обработки изготавливают раму вентиляционной экранирующей панели, имеющую крепления U-образной или С-образной формы для фиксации сотовой структуры. Сотовую структуру получают из гофрированных полос из электропроводящего материала - алюминиевой или другой металлической фольги толщиной 0,039…0,197 мм с последующей сборкой панели. Недостаток данного метода - высокая трудоемкость изготовления сотовой структуры из гофрированной фольги.
Известен воздушный фильтр в виде вентиляционной панели, экранирующей ЭМИ (заявка US №2005/0132885 от 01.12.2004), предназначенный для использования в персональных компьютерах, сетевом оборудовании и других электронных устройствах. Вентиляционную панель изготавливают вспениванием термопластичного полимерного материала (полиуретан, полиэтилен, полипропилен и др.) с получением пор, открытых для прохождения воздуха через панель. Затем панель подвергается вакуумной металлизации так, чтобы слой металла закрыл внешние поверхности и поверхности пор для получения электропроводящих поверхностей. Для увеличения жесткости панели и ее крепления в корпусе аппарата металлизированную панель из полимерного материала помещают в металлическую раму.
Недостаток способа изготовления вентиляционной панели вспениванием полимерного термопластичного материала в том, что поры нерегулярной формы создают большое сопротивление прохождению воздуха и существенно снижают эффективность охлаждения электронного устройства. Кроме того, материал не имеет электрической проводимости и не обеспечивает экранирования электромагнитных излучений.
Известно изобретение системы обработки данных (патент US №6252161 от 22.11.1999), в которой используется экранирующее ЭМИ электронное устройство с панелью из электропроводящего полимерного материала, имеющей отверстия (круглые, многогранные, или их комбинацию). Панель изготавливается способом литья с образованием отверстий, литья с последующим вырезанием отверстий или экструдированием с образованием отверстий.
Недостаток такого способа изготовления панели из электропроводящего полимера - необходимость изготовления дорогостоящей формы для литья или пресс-формы для экструдирования полимерного материала. Этот способ может быть эффективным только для крупносерийного или массового производства.
Известен способ изготовления изделий на 3D-принтере (заявка WO 2015/189661 от 17.12.2015, с. 4, абзац 0008) из полимерного материала в виде филамента. Филамент в твердом состоянии подается с катушки валковым подающим устройством в канал экструдера печатающей головки 3D-принтера, где происходит нагрев материала филамента до температуры плавления, экструдирование расплавленного материала через сопло и последовательное нанесение слоев до получения изделия.
Недостаток данного способа в том, что изготовленное изделие не имеет электрической проводимости и не обеспечивает экранирование электромагнитного излучения.
Известна вентиляционная панель, экранирующая ЭМИ, и способ ее изготовления (патент US №6870092 от 04.12.2002). Вентиляционная панель изготавливается из полимерного термопластичного материала (полипропилена, полиэтилена, акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), поливинилхлорида (PVC) и др.) способом литья панели с множеством сквозных отверстий под давлением или инжекционного литья в форму с последующим покрытием ее внешних поверхностей и поверхностей отверстий слоем электропроводящего материала, который может быть выбран из группы металлов (медь, цинк, олово, никель и др.). На первый слой электропроводящего материала может быть нанесен второй слой. Отверстия в панели могут иметь разнообразные формы (круглые, эллиптические, треугольные, ромбоидальные, квадратные, прямоугольные, шестигранные или комбинации отверстий различных форм).
Недостаток способа производства вентиляционных панелей - в сложности и высокой стоимости форм для инжекционного литья или литья под давлением, в его низкой эффективности для мелкосерийного производства панелей различных конструкций ввиду невозможности их изготовления без создания новых дорогостоящих пресс-форм.
Техническая задача изобретения - снижение трудоемкости способа изготовления экранирующих электромагнитное излучение вентиляционных панелей различных конструкций из термопластичного полимерного материала в условиях мелкосерийного производства.
Техническая задача решена в способе изготовления панели из термопластичного полимерного материала, экранирующей электромагнитное излучение, имеющей множество вентиляционных отверстий, разделенных перемычками, размером меньше диаметра отверстий, включающем изготовление панели с отверстиями; металлизацию металлом с высокой электропроводностью всех ограничивающих панель поверхностей и поверхностей множества вентиляционных отверстий; изготовление рамы из электропроводящего материала; установку металлизированной панели в раму; при этом изготавливают вентиляционную панель на 3D-принтере, имеющем приводимые электродвигателями стол и печатающую головку, послойным нанесением экструдируемого расплавленного материала на поверхность рабочего стола 3D-принтера или уложенную на стол подложку, для образования первого и последующих слоев до получения заданной толщины вентиляционной панели с множеством вентиляционных отверстий при движениях печатающей головки и стола с помощью электроприводов, управляемых контроллером, при подаче филамента из термопластичного полимерного материала в печатающую головку с экструдером; нагреве филамента в экструдере до температуры плавления полимерного материала; экструдировании расплавленного материала через сопло экструдера, при расстоянии между торцом сопла экструдера и нанесенным слоем вентиляционной панели, находящемся в интервале 0,2…0,5 диаметра сопла при отношении толщины перемычек и диаметра сопла, выбираемом из интервала 4…10.
Для обеспечения заданного уровня экранирования на уровне не менее 40 дБ панель изготавливают из филамента электропроводящего термопластичного полимерного материала.
При данном способе можно изготавливать вентиляционные панели электронных аппаратов, имеющие в плане квадратную, прямоугольную, шестигранную, круглую, овальную форму с вентиляционными отверстиями круглой, овальной, квадратной, прямоугольной, шестигранной формы.
Для уменьшения сопротивления движению воздуха через вентиляционные отверстия их выполняют перпендикулярными первой и второй плоскостям.
Для повышения эффективности вентиляции без потери эффективности экранирования электромагнитного излучения вентиляционные отверстия выполнены взаимно параллельными и могут быть наклоненными к первой и второй плоскостям панели под углом, не превышающим 45°.
Для повышения производительности 3D-печати вентиляционные отверстия выполняют параллельными рядами в прямоугольной системе координат.
В центральной области панели, занимающей не более 10% площади панели, занятой отверстиями, выполняют логотип изготовителя.
Технический эффект - снижение трудоемкости способа изготовления экранирующих электромагнитное излучение вентиляционных панелей различных конструкций из термопластичного полимерного материала в условиях мелкосерийного производства - достигается за счет следующих новых отличительных признаков способа: изготавливают вентиляционную панель на 3D-принтере, имеющем приводимые электродвигателями стол и печатающую головку, послойным нанесением экструдируемого расплавленного материала на поверхность рабочего стола 3D-принтера или уложенную на стол подложку, для образования первого и последующих слоев до получения заданной толщины вентиляционной панели с множеством вентиляционных отверстий при движениях печатающей головки и стола с помощью электроприводов, управляемых контроллером; при подаче филамента из термопластичного полимерного материала в печатающую головку с экструдером; нагреве филамента в экструдере до температуры плавления полимерного материала; экструдировании расплавленного материала через сопло экструдера, при расстоянии между торцом сопла экструдера и нанесенным слоем вентиляционной панели, находящемся в интервале 0,2…0,5 диаметра сопла при отношении толщины перемычек и диаметра сопла, выбираемом из интервала 4…10.
Для обеспечения заданного уровня экранирования на уровне не менее 40 дБ панель изготавливают из филамента электропроводящего термопластичного полимерного материала.
Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в ходе патентно-информационного поиска, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна». Так как предложенный способ изготовления вентиляционной панели не известен и не следует явно из уровня техники, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показан общий вид 3D-принтера в процессе печати вентиляционной панели из расплава термопластичного полимерного материала.
На фиг. 2 показан процесс подачи филамента из термопластичного электропроводящего полимерного материала для печати вентиляционной панели на 3D-принтере.
На фиг. 3 показан процесс экструдирования филамента при изготовлении панели.
На фиг. 4 - фрагмент А на фиг. 3.
На фиг. 5 показана вентиляционная панель с круглыми отверстиями, изготовленная на 3D-принтере.
На фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5.
На фиг. 7 показан процесс сборки вентиляционной панели, изготовленной на 3D-принтере из термопластичного полимерного электропроводящего материала, с рамой.
На фиг. 8 - вентиляционная панель из термопластичного электропроводящего материала в сборе с рамой.
На фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 8.
На фиг. 10 - вентиляционная панель с выполненным в центре логотипом.
Способ изготовления на 3D-принтере (фиг. 1-4) вентиляционной панели 1, экранирующей электромагнитное излучение, имеющей множество вентиляционных отверстий 2 диаметром D (фиг. 3), разделенных перемычками 3 толщиной Т, меньшей диаметра D отверстий 2, включает: подачу филамента 4 из термопластичного полимерного материала в твердом состоянии в печатающую головку 5 с экструдером 6; нагрев филамента 4 в экструдере 6 до температуры плавления; экструдирование расплавленного материала филамента 4 через сопло 7 (фиг. 4) экструдера 6, например, термопластичного электропроводящего материала, например, "ConductiveFlexible TPU" или "Electrifi", или "АБС токопроводящий" (http://www.blackmagic3d.com/Conductive-p/bm3d-tpu-175.html; https://www.multi3dllc.com/product/electrifi-3d-printing-filament/; http://rusabs.ru/collection/Conductive), имеющая поверхности, покрытые слоем металла с высокой электропроводностью (медью, никелем и др.); послойное нанесение экструдируемого через сопло 7 экструдера 6 расплавленного материала на поверхность рабочего стола 8 3D-принтера (фиг. 1, 2) или уложенную на стол 8 подложку (не показана), при движениях печатающей головки 5 и стола 8 с помощью электроприводов 9а, 9b (фиг. 1), управляемых контроллером (не показан), для образования первого и последующих слоев до получения заданной толщины вентиляционной панели 1 с множеством вентиляционных отверстий 2, при расстоянии δ (фиг. 4) между торцом сопла 7 экструдера 6 и нанесенным первым и последующим слоями панели 1, находящемся в интервале 0,2…0,5 толщины материала δ=(0,2…0,5)d. При δ<0,2d значительно увеличивается сопротивление расплавляемого материала выдавливанию и существенно снижается производительность 3D-принтера, а при δ>0,5d снижается плотность материала панели, а следовательно прочность экструдируемого из сопла 7 диаметром d, а толщина Т перемычек 3 между отверстиями 2 кратна диаметру d сопла 7 так, что T/d=k, где k - целое число диаметров сопла 7, определяемое исходя из заданной прочности панели 1 и выбираемое из диапазона 4…10. При k<4 мала прочность, а при k>10 снижается суммарная площадь вентиляционных отверстий и соответственно - эффективность вентиляции. Далее проводят металлизацию металлом (медью, никелем и др.) с высокой электропроводностью всех ограничивающих панель 1 поверхностей: взаимно параллельных первой поверхности 10, второй поверхности 11 и перпендикулярной им замкнутой боковой поверхности 12, а также поверхностей множества отверстий 2; изготовление рамы 13 из электропроводящего материала; установку изготовленной на 3D-принтере и металлизированной панели 1 в раму 13 (фиг. 7).
При той же последовательности действий, как и при изготовлении панели 1 из неэлектропроводящего полимерного материала, изготавливают панель 1 из электропроводящего термопластичного полимерного материала.
В той же последовательности действий изготавливают панель 1, имеющую квадратную (фиг. 1, 2, 5, 10), прямоугольную или круглую формы (не показаны) в плане с круглыми (фиг. 1, 2, 5), квадратными (фиг. 7, 10), овальными, прямоугольными или шестигранными (не показаны) вентиляционными отверстиями 2, перпендикулярными ее первой и второй плоскостям 10 и 11 (фиг. 6) или взаимно параллельными и наклоненными к первой и второй плоскостям 10 и 11 панели 1 под углом, не превышающим 45° (фиг. 9).
На области панели, не содержащей отверстий и не превышающей 10% их площади, выполняется логотип 14 (фиг. 10) изготовителя вентиляционной панели.