[發明專利]聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置及方法

在審

• 申請號: 202011142935.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112359396A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 任萬飛;許金凱;孫曉晴;于化東;田坤
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C25D17/00
• 分類號: C25D17/00;C25D5/02;C25D3/38;C25D21/12;C25D5/20;C25D5/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 王楠楠;李曉莉

1.聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置，其特征在于，包括：隔振平臺(1)、X軸移動系統(2)、Y軸移動系統(3)、Z軸移動系統(4)、電解池系統(5)、探針系統(6)、微控制器(7)、激光系統(8)以及超聲系統(9)，所述X軸移動系統(2)安裝在隔振平臺(1)的臺面上；所述Y軸移動系統(3)安裝在X軸移動系統(2)上，Y軸移動系統(3)的輸入端和X軸移動系統(2)的輸入端均與微控制器(7)連接，Y軸移動系統(3)和X軸移動系統(2)構成平面二維移動機構；所述電解池系統(5)固定在Y軸移動系統(3)的頂部，在微控制器(7)驅動下，Y軸移動系統(3)和X軸移動系統(2)形成的平面二維移動機構帶動電解池系統(5)按照預設運動軌跡在二維平面內運動，電解池系統(5)包括工作電極(501)、對電極(502)以及Ag/AgCl參比電極(503)，對電極(502)為槽型結構，工作電極(501)和Ag/AgCl參比電極(503)置于對電極(502)內部，工作電極(501)、對電極(502)和Ag/AgCl參比電極(503)形成三電極體系，并配置為對電極(502)和工作電極(501)之間施加電偏壓，對電極(502)中填充有浸沒工作電極(501)和Ag/AgCl參比電極(503)的稀硫酸，稀硫酸是濃度為51mM的稀硫酸，pH值為1至3；所述探針系統(6)的輸入端與微控制器(7)連接，探針系統(6)包括微探針(601)和探針支架(602)，探針支架(602)固定在對電極(502)的內壁上，探針支架(602)上開設有探針孔；微探針(601)內部填充有硫酸銅溶液，微探針(601)的一端為尖端，微探針(601)的另一端固定在Z軸移動系統(4)上，微探針(601)的尖端穿過所述探針孔延伸至對電極(502)內，且位于稀硫酸液面以下，同時微探針(601)的尖端具有供硫酸銅溶液流出的孔道，微探針(601)與外界壓力控制器連接，壓力控制器用于控制硫酸銅溶液從微探針(601)的擠出量；所述Z軸移動系統(4)安裝在隔振平臺(1)的臺面上，Z軸移動系統(4)的輸入端與微控制器(7)連接，在微控制器(7)驅動下，Z軸移動系統(4)帶動探針系統(6)沿豎直方向運動；所述激光系統(8)的輸入端與微控制器(7)連接，激光系統(8)包括激光器、光纖(801)和光纖固定架(802)，光纖(801)的輸入端與激光器的輸出端連接，光纖(801)的輸出端通過光纖固定架(802)到達對電極(502)內部，且位于稀硫酸液面以下；所述超聲系統(9)包括超聲振動頭(901)，超聲振動頭(901)用于產生納米級的超聲振動幅值，超聲振動頭(901)的固定端固定在對電極(502)的側壁上，超聲振動頭(901)的發射端伸入到稀硫酸內部進行振幅為200nm的高頻振動。

2.根據權利要求1所述的聲子光子復合作用下的電化學微增材制造裝置，其特征在于：所述工作電極(501)為表面具有鍍層的硅片，鍍層厚度為100nm。

3.聲子光子復合作用下的電化學微增材制造方法，其特征在于，該方法采用權利要求1或2所述的裝置進行電化學微增材制造，包括以下步驟，并且以下步驟順次進行：

步驟一、配置濃度為51mM的稀硫酸，pH值調整為1至3，將配置好的稀硫酸填充到對電極(502)中直至完全浸沒工作電極(501)和Ag/AgCl參比電極(503)；

步驟二、配置濃度為0.5M的硫酸銅溶液，并將配置好的硫酸銅溶液裝入微探針(601)中；

步驟三、建立要打印的三維微結構表面模型，編制打印程序，并存儲到微控制器(7)內；

步驟四、打開激光系統(8)中的激光器，光子從光纖(801)中發射出去照射到稀硫酸之中，使光子、稀硫酸和工作電極(501)進行相互作用；

步驟五、打開超聲系統(9)，超聲振動頭(901)產生聲波作用于稀硫酸；

步驟六、分別調整X軸移動系統(2)、Y軸移動系統(3)、Z軸移動系統(4)的位置，調整工作電極(501)移動到微探針(601)的尖端正下方；

步驟七、在工作電極(501)上施加負電位，在對電極(502)上施加正電位；

步驟八、通過調整探針系統(6)中硫酸銅溶液的擠出量，按照微控制器(7)內預編制的程序打印三維微結構表面，進行微結構的電化學微增材制造。