[發(fā)明專利]三維微細金屬結(jié)構(gòu)增材的制造方法及其制造裝置

有效

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• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107937939B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文武;王玉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請公開了一種三維微細金屬結(jié)構(gòu)增材的制造方法，至少包含以下步驟：同時對基底激光照射和電沉積處理，在所述基底上增材制造三維微細金屬結(jié)構(gòu)；所述基底表面至少一個區(qū)域含有屏蔽層。所述方法具有：能夠提高電沉積微細結(jié)構(gòu)的精度；激光光熱效應(yīng)引起作用區(qū)域局部電鑄液的溫度升高，有利于提高電化學(xué)沉積微細金屬結(jié)構(gòu)的效率；當激光能量較大時，激光能量可使已沉積金屬熔融，實現(xiàn)金屬材料的熔融、凝結(jié)，有利于提高電沉積微細結(jié)構(gòu)的致密性和力學(xué)性能等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種三維微細金屬結(jié)構(gòu)增材的制造方法及其制造裝置，屬于增材制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是20世紀90年代以來發(fā)展最迅猛的技術(shù)研究領(lǐng)域之一，對航空、航天、汽車、生物工程、信息、網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療系統(tǒng)等產(chǎn)生了巨大的影響，推動了各個產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使許多工業(yè)產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)的變化和飛越。三維金屬微細結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于MEMS中，是MEMS的基礎(chǔ)和核心，如慣性測量部件、噴墨打印頭噴嘴、微流體通道等。

電沉積是基于電化學(xué)陰極沉積原理的制造微細金屬結(jié)構(gòu)的先進技術(shù)，加工效率較高、無殘余應(yīng)力等優(yōu)勢。雜散電流分布是影響電沉積微細結(jié)構(gòu)精度的重要因素之一。為控制雜散電流的分布，目前多用光刻膠涂覆于基底表面，然后通過光刻、顯影等步驟得到具有特定輪廓的掩膜板，進而利用精密電化學(xué)沉積在未被掩膜板遮蔽的區(qū)域上得到具有特定輪廓的金屬微細結(jié)構(gòu)，如LIGA、LIGA-Like、EFAB、屏蔽模板隨動式微細電鑄技術(shù)等。麻省理工學(xué)院提出了約束電化學(xué)沉積技術(shù)(J.D.Madden,I.W.Hunter,Three-dimensionalmicrofabrication by localized electrochemical deposition,Journal ofMicromechanical System,5,24-32(1996).)，利用電場尖端效應(yīng)將電沉積區(qū)域限定于尖端附近，但該方法加工效率較低，所得金屬微細結(jié)構(gòu)的組織疏松，且僅能制造出特定形狀的零件。清華大學(xué)李勇等利用超短脈沖電源進行微細電化學(xué)沉積(Y.Li,Y.Zheng,G.Yang,L.Peng，Localized electrochemical micromachining with gap control.SensorsActuators A Physical,1008，144-148(2003).)，但是該方法需要精密控制電極與基底之間的距離至數(shù)微米，控制較為困難。

目前，電沉積三維微細金屬結(jié)構(gòu)存在的主要問題是組織較為疏松，孔隙率較大，機械力學(xué)性能不足。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種三維微細金屬結(jié)構(gòu)增材的制造方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)微細三維金屬結(jié)構(gòu)的激光與電沉積相復(fù)合增材制造，具有加工精度高、成本低、效率高等獨特優(yōu)勢。

本發(fā)明提出的一種同步激光介入電沉積金屬三維微細結(jié)構(gòu)的增材制造方法擬解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提高電沉積微細金屬結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和實用性。

所述三維微細金屬結(jié)構(gòu)增材的制造方法，同時對基底激光照射和電沉積處理，在所述基底上增材制造三維微細金屬結(jié)構(gòu)；

所述基底表面至少一個區(qū)域含有屏蔽層。

優(yōu)選地，所述方法至少包含以下步驟：

(1)在基底表面形成屏蔽層；

(2)在電沉積的同時對所述基底照射激光，在照射激光的區(qū)域增材制造三維微細金屬結(jié)構(gòu)；

所述步驟(1)中的屏蔽層選自氧化層、絕緣層、光刻膠薄膜中的至少一種。

優(yōu)選地，所述屏蔽層均勻、致密。

優(yōu)選地，所述在基底表面形成屏蔽層的方式包括：在基底表面電化學(xué)沉積氧化層或者采用旋轉(zhuǎn)/沉浸涂膠/旋轉(zhuǎn)涂膠-烘烤的方式形成光刻膠薄膜。