[發明專利]一種精密3D打印金屬微模具的方法及裝置

在審

• 申請號: 201810071079.5
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108315773A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 張響;李浩通;王振興;劉婧宜;羅永勝;李倩
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C25D1/10
• 分類號: C25D1/10;C25D3/38;C25D3/12;C25F3/14;C25F7/00;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明提出了一種精密3D打印金屬微模具的方法及裝置。通過電化學方法實現金屬的3D打印，針管與導管構成的連通體作為電化學的反應池，由穩壓直流電源提供電能，針頭端液滴與工作電極板接觸，導管內通有一根對電極導線，通過對微量注射泵推進速度的調節，使得針頭端的液滴與工作電極板既有穩定的接觸，又有較小的接觸面積，既保持液滴表面張力與微量注射泵推進力的平衡，又保持液滴輸出速度與其蒸發速度的平衡，從而實現高精度、平穩的電化學打印過程。本發明工藝簡單，成本低廉，減小了金屬3D打印平臺的搭建成本；利用適宜的電解(電鍍)液，可以電鍍沉積特定的結構，也可以在大部分金屬材料上進行電解刻蝕，以及兩者的組合使用，應用范圍廣泛。

技術領域

本發明涉及一種精密3D打印金屬微模具的方法及裝置。

背景技術

3D打印(3D Pringting)即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎的三維增材制造技術。3D打印的過程是：先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機逐層打印。

3D打印技術正在快速改變傳統的生產方式和生活方式，作為戰略性新興產業，美國、德國等發達國家高度重視并積極推廣該技術。該技術在工業設計、建筑、工程和施工、汽車工業、航空航天、土木工程、牙科和醫療產業、珠寶、鞋類、教育、地理信息系統、食品以及其他領域都有所應用。

在金屬3D打印方面，目前主要存在5種方法，包括選區激光燒結(SelectiveLaserSintering，SLS)技術、直接金屬粉末激光燒結(DirectMetal Laser Sintering，DMLS)技術、選區激光熔化(Selective LaserMelting，SLM)技術、激光近凈成形(LaserEngineeredNet Shaping，LENS)技術和電子束選區熔化(ElectronBeam SelectiveMelting，EBSM)技術。

以上技術均利用高溫熔融金屬實現成形，加工過程需要加熱燒結等容易在高溫下產生污染氣體，隨著此技術的迅速發展可能面臨著環境污染和能源枯竭的問題，不利于節能減排的時代發展需求。

發明內容

本發明提出一種基于電化學方法進行加工、具有加工溫度低、加工精度高、更加的節能減排的精密3D打印金屬微模具的方法；本發明的目的還在于提供一種精密3D打印金屬微模具的裝置。

本發明的精密3D打印金屬微模具的方法采用如下的技術方案：

精密3D打印金屬微模具的方法：將3D打印設備的針管、導管和針頭依次連接，并將針管連接在微量注射泵上，將導管內導線插入導管中并在連接處進行密封，將金屬平板和導管內導線中的一個與工作電極電連接、另一個與對電極電連接，從而使導管內導線和與金屬平板分別與導管內的電解或電鍍液接觸以進行電化學反應、利用電化學反應的金屬逐層沉淀或逐層刻蝕進行微模具的加工。

進一步地，控制微量注射泵的推進速度以使針頭端的液滴與工作電極板小面積穩定接觸。

進一步地，所述推進速度為0.1μL/min-10μL/min。

進一步地，使導管內導線與對電極電連接、金屬平板與工作電極電連接以實現電鍍沉積方式的加工。

進一步地，使導管內導線與工作電極點連接、金屬平板與對電極電連接以實現電解刻蝕方式的加工。

進一步地，在選擇銅作為打印金屬時，電解或電鍍液由五水硫酸銅、硫酸、鹽酸、聚乙二醇(相對分子量6000)和去離子水配制而成；在選擇鎳作為打印金屬時，電解或電鍍液由氨基磺酸鎳，氯化鎳，硼酸，聚乙二醇辛基苯基醚和去離子水配制而成。