[發明專利]一種電射流掩膜加工系統及其噴頭

在審

• 申請號: 201710153935.7
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106735642A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 郭鐘寧;溫亮;陳朝大;吳明;陳曉磊;朱曉星;鄒治湘
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23H3/10
• 分類號: B23H3/10;B23H11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發明涉及電射流掩膜加工領域，特別是涉及一種電射流掩膜加工用噴頭。此外，本發明還涉及一種包括上述電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統。

背景技術

電射流掩膜加工是一種基于金屬在電解液中發生“陽極溶解”原理的，用于印制表面功能微織構的新工藝，電射流掩膜加工具有無加工應力，無工具電極損耗、加工效率高、結構表面光滑、對工件表面不會產生變形及熱影響區、材料以離子尺度去除等優點，因此非常適合微細結構的加工，并在航空航天、汽車、機械等領域得到越來越廣泛的應用。

電射流掩膜加工系統主要包含：陰極噴嘴子系統、陽極夾具子系統、電解液循環子系統及簡單的數控平臺。與常見電解加工不同的是：電射流掩膜加工結合了光刻工藝與電液束工藝，通過在待加工工件表面鍍上一層掩膜，工件表面上被掩膜覆蓋的區域不會被加工，裸露部分將會被加工，實現了圖形的高精度復制。

在電射流掩膜加工平臺中，陽極夾具系統、電解液循環系統以及數控運動平臺的構建都相對簡單并且對加工效果的影響并不大。但是，陰極噴嘴系統的出現避免了傳統電解加工中，微電極制造、裝配的困難，使制造大規模密集表面織構成為可能，電射流掩膜加工以其對加工工件無加工應力、無工具電極損耗、加工效率高、能高精度實現圖形復制等優點，在制造大規模表面織構方面具有廣闊的發展前景。

現有技術中，陰極噴嘴系統一般包括以下幾種，毛細管電極，毛細管排電極和基于電射流掩膜加工的單噴嘴噴頭。

上述幾種形式的陰極噴嘴系統，在一定程度上和在加工效率要求不高的條件下，能夠有效地完成電解加工。然而，對于毛細管電極而言，毛細管做工具陰極需要外加一個耐腐蝕的夾具并且毛細管較脆不容易裝夾，在裝夾過程中也很難保證毛細管端部與工件陽極表面垂直，影響加工效果，此外，受微細毛細管制造、裝配困難的影響，采用毛細管電極進行電液束加工，無法加工出微細表面織構并且加工效率較低；同時，對于毛細管排電極夾具設計復雜且不容易裝夾，較難保證排電極的端部在同一水平線且垂直工件陽極表面；另外，由于毛細管較脆，受力容易碎裂，因此裝配、夾緊困難并且較難保證毛細管端部垂直工件陽極表面及多個毛細管端部保持在同一個水平面上，影響加工效果；基于電射流掩膜加工的單噴嘴噴頭采用光刻工藝與電液束工藝相結合的方法，將電解液直接噴射在鍍了掩膜的工件陽極表面，利用數控運動平臺，采用分多路掃，每次掃一路的加工方法來回掃工件表面。

同時，采用單噴嘴噴頭進行加工，存在對刀不方便、容易受束流的影響，使走刀路徑發生偏移，導致同一路的微坑加工狀態不一致、加工效率低并且在加工路徑的兩端存在換向時間差，使得同一路加工出來的微坑，在深度、寬度及加工形貌上有較大的波動，無法保證加工的一致性，降低了加工精度。

現有技術中的陰極噴嘴系統，夾具設計復雜，制造、裝夾困難，加工效率低、加工一致性差，難以大規模制造出一致性較好的表面微織構，且不利于對加工結構進行在線檢測。

因此，如何提高電射流掩膜加工的效率，提高加工質量，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種電射流掩膜加工用噴頭，該電射流掩膜加工用噴頭可保證同時加工出的微結構具有相同的加工形貌，而且，加工效率高。本發明的另一目的是提供一種包括上述電射流掩膜加工用噴頭的電射流掩膜加工系統。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種電射流掩膜加工用噴頭，包括筒形噴頭主體，所述噴頭主體的一側壁上沿其延伸方向均勻設有N個進水口，所述噴頭主體的另一側壁上沿其延伸方向均勻設有2N個出水口，所述出水口的延伸方向可垂直于待加工區域，并且每一個所述進水口可投影于對應的兩個所述出水口中間。

優選的，所述噴頭主體的內腔呈圓柱型，并且所述進水口和所述出水口分別與所述噴頭主體的內腔徑向兩端連通。

優選的，所述進水口和所述出水口均呈圓筒型，并且各所述出水口的直徑相同。

優選的，所述進水口的個數為至少2個，并且各所述進水口的內徑相同。

優選的，所述進水口的直徑為所述出水口的直徑的1.4-1.6倍。

優選的，所述進水口和所述出水口的延伸方向平行。

優選的，所述出水口的長度大于所述進水口的長度。

本發明還提供一種電射流掩膜加工系統，包括陽極夾具子系統、電解液循環子系統、數控平臺以及陰極噴嘴子系統，所述陰極噴嘴子系統中包括上述任意一項所述的電射流掩膜加工用噴頭。