[發(fā)明專利]一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810033354.4
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108393654A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭江;朱祥龍;董志剛;郭曉光;康仁科;郭東明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明屬于制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，提供一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造方法，將增材制造(3D打印)與精密加工技術(shù)相結(jié)合，制造具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的器件，步驟為：(1)制備樣件并對需要生成微細(xì)結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行加工；(2)采用3D打印技術(shù)將金屬粉末打印在第一步切割出的銑削路徑上，得到初始狀態(tài)的微細(xì)結(jié)構(gòu)。(3)對3D打印的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，獲得滿足精度要求的微細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步進(jìn)行拋光，提高表面質(zhì)量。本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)MEMS制造工藝和機(jī)械加工過程的缺點。提高了加工精度和效率，改善了加工表面質(zhì)量，而且降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種結(jié)合增材制造(3D打印)與精密加工技術(shù)的制造方法，特別涉及一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

微細(xì)結(jié)構(gòu)表面由于具有傳統(tǒng)表面所不具備的功能和特性，已廣泛應(yīng)用在光學(xué)、微流體器件以及表面工程等領(lǐng)域，例如光采集和聚集系統(tǒng)，微流體通道以及超疏水表面制備等。

現(xiàn)階段，可以采用MEMS制造工藝制造微細(xì)結(jié)構(gòu)。例如制造微流體器件用模具【G.Bissacco,H.N.Hansen,P.T.Tang,J.Fugl,“Precision manufacturing methods ofinserts for injection molding of microfluidic systems,”In Proceedings of theASPE Spring topical meeting,57-63,(2005)】。然而，該制造工藝工序存在設(shè)計設(shè)備多，工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、成本高等缺點。

目前，綜合考慮成本、效率和靈活性，主要采用切削、磨削等精密加工技術(shù)制造幾十到上百微米尺度的微細(xì)結(jié)構(gòu)【Brinksmeier E,Riemer O,Stern R.Machining ofprecision parts and microstructures.Initiatives of Precision Engineering atthe Beginning of a Millennium 2002:3–11.】，制造過程中由于大量去除材料導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，影響表面質(zhì)量。

本發(fā)明提出利用增材制造(3D打印)與精密加工技術(shù)相結(jié)合的辦法即增減材復(fù)合制造技術(shù)來解決以上微細(xì)結(jié)構(gòu)制造過程中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造方法，主要利用增材制造(3D打印)與精密加工技術(shù)相結(jié)合的辦法制造具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的器件。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法利用3D打印與精密加工技術(shù)相結(jié)合制造具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的器件，該方法在增減材復(fù)合制造機(jī)床上實現(xiàn)，減少對刀引入的誤差。具體包括以下步驟：

第一步，制作需要生成微細(xì)結(jié)構(gòu)的樣件，并對其表面進(jìn)行加工；

對需要生成微細(xì)結(jié)構(gòu)的樣件表面進(jìn)行加工處理，所述加工處理包括切削、銑削、拋光等，粗糙度及平整度根據(jù)應(yīng)用需求確定；根據(jù)需要生成的微細(xì)結(jié)構(gòu)在加工后的器件表面切割出一定深度的粗糙通道，作為銑削路徑。

所述的需要生成微細(xì)結(jié)構(gòu)主要指具有潛在的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的尺度在幾十到幾百微米的微細(xì)結(jié)構(gòu)，尺度要求不小于10微米，包括光學(xué)微細(xì)結(jié)構(gòu)、微流體芯片或者芯片模具流路的微細(xì)結(jié)構(gòu)。光學(xué)微細(xì)結(jié)構(gòu)包括V型槽、菲涅爾結(jié)構(gòu)。光學(xué)微細(xì)結(jié)構(gòu)的粗糙度一般要求為納米級或亞納米級；微流體芯片或者芯片模具流路的微細(xì)結(jié)構(gòu)粗糙度一般要求為亞微米級。

第二步，對加工過的表面利用3D打印技術(shù)制造微細(xì)結(jié)構(gòu)；

采用3D打印技術(shù)將金屬粉末打印在第一步切割出的銑削路徑上，得到初始狀態(tài)的微細(xì)結(jié)構(gòu)。

所述的3D打印技術(shù)包括送粉和鋪粉打印方式，包括激光輔助增材制造方法(LAM)、選擇性激光熔化法(SLM)、電子束熔化法(EBM)等。所述的金屬粉末為銅、鋁、模具鋼等。