[發明專利]一種在工件表面形成微結構的加工方法及控制系統

有效

• 申請號: 202010217325.0
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111360345B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 賀海東;劉楠;王春舉;孫宇;孫立寧;寧學中
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B23H5/00
• 分類號: B23H5/00;B23H9/00;B23H11/00;B23K26/00
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明所涉及的在工件表面形成微結構的加工方法，包括：S1、提供浸入至電解液中的金屬材料作為陰極，陰極上形成有貫通該陰極的貫通微結構；S2、提供工件作為陽極，依據陰極上的貫通微結構通過激光?電解復合加工工件，以在工件的表面形成所需要的微結構。在陰極上形成有貫通該陰極的貫通微結構，有效提高了激光?電解復合加工以在工件的表面形成所需要的微結構過程中激光能場和電化學能場的耦合率，從而實現采用低能量密度的激光束便可有效促進材料的電化學溶解速度，以在幾乎不影響加工定域性和加工表面質量的同時，提高微細電解加工的加工效率和加工穩定性，且易于實現大面積微結構的柔性制備。

技術領域

本發明涉及一種在工件表面形成微結構的加工方法及控制系統。

背景技術

隨著現代科技的不斷進步，精密化、微型化已成為工業、民用以及軍用產品的主流發展方向，而微細加工技術是實現產品精密/微型化的支撐技術，因此受到了廣泛的關注。微細電解加工技術(ECMM)是一種基于電化學陽極溶解原理對金屬材料進行減材加工的微細制造方法。與其他微細加工方法相比(機械加工、激光加工、電火花加工等)，ECMM具有其獨特的優勢，包括：工具陰極無損耗(可重復使用)、加工表面質量高(無應力和變質層、無飛邊和毛刺等)、加工過程與材料的機械性能無關(可加工幾乎所有的金屬材料)、可達到亞微米尺度的加工定域性(采用超短脈沖電源)等。ECMM已成為目前微細制造領域最具發展潛力的加工方法之一。但是，ECMM也具有其不足之處，其中最為突出的是其加工效率相對較低(加工速度一般為1.0～8.0μm/s，甚至更小)，尤其是當采用超短脈沖電源進行微細電解加工時，雖然其加工定域性得到大幅提高，但加工速度卻受到極大的限制，通常僅為0.1～0.5μm/s。因此，如何提高ECMM的加工效率，對于ECMM進一步發展及廣泛應用具有重要的意義。

近年來，研究人員提出了激光-電解復合加工技術，如激光-電解射流加工技術、激光輔助電解加工技術等。這些加工技術雖然提高了電解加工的效率，但其扔存在一些缺點，包括：

(1)所能加工微結構的特征尺寸相對較大(數十至數百微米)；

(2)由于加工過程中，所需的激光能量很大，加工表面不可避免的會出現熱影響區甚至是熔渣，因此，與傳統微細電解加工相比，激光-電解復合加工方法還存在加工表面質量較低的缺點；

(3)所用陰極的結構尺寸通常為激光束尺寸的數十倍甚至百倍，這導致激光能場和電化學能場的耦合率較低，無法采用超短脈沖電源進行加工，因此很難實現數微米至亞微米尺度的加工定域性；

(4)上述方法對于微結構陣列的加工需對每個微結構特征逐個加工，加工效率較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在工件表面形成微結構的加工方法，以解決加工表面質量較低、加工效率低和定域性難實現的問題，從而提高微細電解加工的加工效率和加工穩定性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種在工件表面形成微結構的加工方法，所述方法包括：

S1、提供浸入至電解液中的金屬材料作為陰極，所述陰極上形成有貫通該陰極的貫通微結構；

S2、提供工件作為陽極，依據所述陰極上的貫通微結構通過激光-電解復合加工所述工件，以在所述工件的表面形成所需要的微結構。

進一步地，所述貫通微結構的加工方法：通過激光原位加工所述金屬材料以在所述金屬材料上形成所述貫通微結構。

進一步地，所述貫通微結構為微孔、微槽及微孔陣列中的一個。

進一步地，所述工件表面的微結構為多微孔、微孔陣列、直線式微槽、曲線式微槽、直線式微槽陣列、曲線式微槽陣列中的一個。

進一步地，所述金屬材料為金屬薄板，在“激光原位加工”中，所述金屬薄板彎曲形成具有曲面的底部，激光的焦點聚焦在所述底部的上表面的中心。