[發明專利]雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置及方法

有效

• 申請號: 202110667205.5
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113355703B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 任萬飛;許金凱;徐振銘;鄒兆強
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

1.雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置，其特征是：包括隔振平臺(1)、EcP打印系統(2)、EDM電火花加工系統(3)、LECD-μAM系統(4)、電解池單元(5)、電解池運動單元(6)、EcP打印運動系統(7)以及中央控制系統(8)，

所述隔振平臺(1)臺面水平，下部設置有穩定支撐結構；

所述電解池運動單元(6)設置在隔振平臺(1)的臺面上，電解池運動單元(6)上設置有監視相機(601)；

所述電解池單元(5)設置在電解池運動單元(6)上，包括石墨陽極(501)、工作電極(502)、參比電極(503)以及設置在三個電機之間的絕緣支架(504)；

所述EcP打印運動系統(7)設置在隔振平臺(1)的臺面上，EcP打印運動系統(7)包括EcP打印X軸運動系統(701)、EcP打印Y軸運動系統(702)以及EcP打印Z軸運動系統(703)；所述EcP打印Y軸運動系統(702)通過滑塊豎直設置在EcP打印X軸運動系統(701)上，所述EcP打印Z軸運動系統(703)通過滑塊設置在EcP打印Y軸運動系統(702)上；

所述EcP打印系統(2)設置在EcP打印Y軸運動系統(702)上，包括EcP打印玻璃管(201)，EcP打印玻璃管夾持裝置(202)，EcP打印系統轉接機構(203)，所述EcP打印系統轉接機構(203)與EcP打印Y軸運動系統(702)連接；所述EcP打印玻璃管夾持裝置(202)與EcP打印系統轉接機構(203)連接；所述EcP打印玻璃管(201)設置在EcP打印玻璃管夾持裝置(202)上；

所述EDM電火花加工系統(3)固定設置在電解池運動單元(6)上，包括EDM電火花電極(301)，EDM電火花Y軸移動系統(302)，EDM電火花Z軸移動系統(303)，EDM電火花X軸移動系統(304)，所述EDM電火花X軸移動系統(304)安裝在電解池運動單元(6)上，所述EDM電火花Z軸移動系統(303)設置在EDM電火花X軸移動系統(304)上；所述EDM電火花Y軸移動系統(302)設置在EDM電火花Z軸移動系統(303)上，所述EDM電火花電極(301)設置在EDM電火花Y軸移動系統(302)的下部；

所述LECD-μAM系統(4)包括原子力探針(401)、原子力探針壓電陶瓷掃描器(402)、原子力探針系統固定裝置(403)、LECD-μAM系統精密Z軸移動系統(404)以及LECD-μAM系統Z軸固定裝置(405)，所述LECD-μAM系統Z軸固定裝置(405)設置在電解池運動單元(6)上；所述LECD-μAM系統精密Z軸移動系統(404)與LECD-μAM系統Z軸固定裝置(405)活動連接；所述原子力探針系統固定裝置(403)設置在LECD-μAM系統精密Z軸移動系統(404)上；所述原子力探針壓電陶瓷掃描器(402)設置在原子力探針系統固定裝置(403)上；所述原子力探針(401)設置在原子力探針壓電陶瓷掃描器(402)下部；

所述中央控制系統(8)與EcP打印系統(2)、EDM電火花加工系統(3)、LECD-μAM系統(4)信號連接，同時與電解池(5)的三個電極連接形成三電極恒電位系統。

2.雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造方法，其特征是：應用權利要求1所述的雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置，包括以下步驟，且以下步驟順次進行，

步驟一、配置溶液，采用CuSO₄溶液作為電解質溶液，硫酸溶液作為支撐溶液，去離子水作為輔助溶液；

步驟二、將電解池單元(5)中石墨陽極(501)與中央控制系統(8)中電源正極連接，施加正電壓；工作電極(502)與中央控制系統(8)中電源負極連接，施加負電壓；參比電極(503)與連接到中央控制系統(8)連接，與石墨陽極(501)和工作電極(502)形成三電極恒電位系統；

步驟三、向EcP打印玻璃管(201)中填充滿步驟一所述的電解質溶液，在電解池單元(5)的石墨陽極(501)中注滿步驟一所述的硫酸溶液，液面完全浸沒參比電極(503)的最下端；

步驟四、調整電解池單元(5)和EcP打印運動系統(7)，使EcP打印玻璃管(201)位于電解池單元(5)中心的正上方；

步驟五、調整EcP打印運動系統(7)中的EcP打印X軸運動系統(701)，EcP打印Y軸運動系統(702)，EcP打印Z軸運動系統(703)，將EcP打印玻璃管(201)的最下端調整到距離工作電極(502)上表面5μm處；

步驟六、利用EcP打印系統(2)在工作電極(502)上表面進行沉積，按照預定程序沉積塊狀金屬完畢之后，EcP打印運動系統(7)退回到初始位置；

步驟七、通過電解池運動單元(6)將電解池單元(5)調整到EDM電火花加工系統(3)的正下方；移動EDM電火花Y軸移動系統(302)，EDM電火花Z軸移動系統(303)，EDM電火花X軸移動系統(304)，利用EDM電火花電極(301)對塊狀金屬結構的上表面進行整平和拋光；完成后，通過電解池運動單元(6)將電解池單元(5)調整到初始位置；

步驟八、利用LECD-μAM系統(4)中的LECD-μAM系統精密Z軸移動系統(404)精密調整原子力探針(401)距離工作電極(502)的距離；采用原子力探針壓電陶瓷掃描器(402)和原子力探針(401)按照程序進行純銅金屬微結構打印；

步驟九、打印完成后，所有系統進行歸零操作；

至此，雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造完成。