[實(shí)用新型]一種針對(duì)微系統(tǒng)三維立體結(jié)構(gòu)的增材制造裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821696405.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN208914602U
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東方;姜新巖;劉睿;殷志富;萬勝來;王鼎康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/112
• 分類號(hào): B29C64/112;B29C64/194;B29C64/393;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本實(shí)用新型涉及一種針對(duì)微系統(tǒng)三維立體結(jié)構(gòu)的增材制造裝置，屬于增材制造領(lǐng)域。高粘度微滴擠出噴頭通過支撐架固定在導(dǎo)向立柱上，X軸移動(dòng)裝置固定在基座上，Y軸移動(dòng)裝置固定在X軸移動(dòng)裝置上，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電極通過Z軸移動(dòng)裝置安裝在導(dǎo)向立柱上，介電層粘接在電極陣列上，電極陣列固定在Y軸移動(dòng)裝置上，極化模塊固定在基座上、且位于介電層的上方。本實(shí)用新型利用分層制造技術(shù)，根據(jù)在脈沖電場(chǎng)條件下液態(tài)材料液滴固化成形的技術(shù)特點(diǎn)，采用脈沖電場(chǎng)分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)增材制造的精確控量，通過調(diào)節(jié)電壓參數(shù)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)液滴的精確噴射，以實(shí)現(xiàn)高粘度液體高頻噴射。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超薄功能層高精度控量控形的增材制造裝置和方法。

背景技術(shù)

近年來，國(guó)內(nèi)外微系統(tǒng)制造領(lǐng)域的研究工作進(jìn)展迅速，在二維集成及微納加工等方面取得了大量研究成果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面上，同時(shí)多個(gè)微系統(tǒng)的芯片級(jí)二維集成，一定程度上提高了功能密度，但微系統(tǒng)數(shù)目的增加會(huì)導(dǎo)致器件二維尺寸的急劇增大。通過空間優(yōu)化組合二維集成芯片構(gòu)成三維立體結(jié)構(gòu)，既提高了空間利用率又?jǐn)?shù)倍提高功能密度。在制造工藝層面上，微電子制造相對(duì)于超精密加工，在批量生產(chǎn)及與控制電路集成方面占有優(yōu)勢(shì)，但其核心技術(shù)即光刻只適用于二維芯片，無法實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)的三維立體制造，這一問題逐漸得到國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者的關(guān)注。增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術(shù)是基于分層制造原理發(fā)展而來的先進(jìn)制造技術(shù)，其正向著多功能化多材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的一體化快速制造發(fā)展。目前，以金屬、陶瓷粉末或絲材為原材料的增材制造技術(shù)主要有激光選區(qū)燒結(jié)、激光熔覆、電子束成形等。而現(xiàn)有的成型方法零件的微觀結(jié)構(gòu)或相組成不可控，其控形控量問題是材料增材制造應(yīng)用于微傳感系統(tǒng)領(lǐng)域中的瓶頸，增材制造在超薄功能層成形的尺度減小和精確度提高方面仍有巨大的提升空間。

常規(guī)材料累加制造依靠逐點(diǎn)累加成形，不受加工模具的可制造性及復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間可達(dá)性的制約，在復(fù)雜單件或小批量制造的快速響應(yīng)方面顯示出工藝優(yōu)勢(shì)。在控量方面，專利申請(qǐng)公布號(hào)KR20140006121、EP2772347、CN103192079A、US8021593 B2利用不同內(nèi)徑成形口以調(diào)控成形口截面面積實(shí)現(xiàn)控量，但這種控量方式需要施加過大的壓力才能實(shí)現(xiàn)擠出，也無法擠出高粘度材料。華中科技大學(xué)研究了氣動(dòng)膜片式金屬微液滴的分離技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)分析，初步完善了100μm級(jí)金屬微液滴的噴射技術(shù)，然而100um還不夠達(dá)到MEMS系統(tǒng)的精度要求。另外，公開號(hào)CN1635933A的專利公開了一種利用電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)超細(xì)流體的噴射設(shè)備，但制造效率過低，無法實(shí)現(xiàn)大范圍的高精度制造，難以滿足復(fù)雜MEMS系統(tǒng)制造的需求。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校提出運(yùn)用電液動(dòng)力(electrohydrodynamic,EDH)，通過施加脈沖電場(chǎng)，控制高精度微流體的分離，然而這種方法所產(chǎn)生的液滴在飛行中與在工作平臺(tái)上的鋪展是完全無法控制的。

由此可見，傳統(tǒng)的增材制造技術(shù)有以下缺點(diǎn)：

(1)亞微米級(jí)微流體分離的困難：當(dāng)前普遍使用的擠壓式或者分離式(壓電法和熱泡法)在超細(xì)流體的噴射方面問題的問題在于不易實(shí)現(xiàn)噴射小于1pl的微小量液體。

(2)液滴無法精確定位在工作平臺(tái)上：對(duì)于微米級(jí)液滴，其精確定位對(duì)打印平臺(tái)的位置控制精度要求很高，需采用壓電直線平臺(tái)，但其形成范圍只有數(shù)十微米，造價(jià)高而且行程不適合微系統(tǒng)器件的一體化制造，而工程上常用的步進(jìn)電機(jī)精度難以達(dá)到微米級(jí)，因此液滴的大范圍、高精度定位是當(dāng)前迫切需要解決的難題。

(3)液滴沉積在成形平臺(tái)上的浸潤(rùn)性無法控制：常規(guī)的噴射和增材制造對(duì)最終沉積在平臺(tái)上液滴的浸潤(rùn)性無法控制，只能靠飛行時(shí)的動(dòng)能實(shí)現(xiàn)液滴的鋪展，難以制造超薄薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種針對(duì)微系統(tǒng)三維立體結(jié)構(gòu)的增材制造裝置，目的是實(shí)現(xiàn)高粘度功能材料微米級(jí)液滴的高頻擠出，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)液滴在打印平臺(tái)的大范圍精確定位，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)液滴在打印平臺(tái)上的可控鋪展，為在微系統(tǒng)的制造上擺脫國(guó)外儀器的約束提供技術(shù)手段。