[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

雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置及方法，屬于定域電化學沉積技術領域，包括隔振平臺、EcP打印系統、EDM電火花加工系統、LECD?μAM系統、電解池單元、電解池運動單元、EcP打印運動系統以及中央控制系統。本發明通過三個單獨步驟實現純銅金屬微結構的定域電化學沉積的正向制造，利用電火花成形加工技術(EDM電火花加工)將兩種電化學沉積技術有效銜接起來；將毫米級電化學沉積的快速材料構筑作為基礎，再利用精密電火花成形加工技術在待沉積表面進行拋光加工，最后利用LECD?μAM技術在拋光后的表面實現純銅金屬微結構的正向制造。

技術領域

本發明屬于定域電化學沉積技術領域，特別是涉及到一種雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置及方法。

背景技術

定域電沉積制造技術具有其特有的優勢，該項技術于1996年提出，經過25年的發展極大的豐富了微小金屬結構件的制造方法。定域電沉積改變了精密電鍍和電鑄的制造思路，拋棄了沉積掩膜，增強了電解液定向傳輸的定域特性，實現了微小結構件三維懸臂結構的正向制造。定域電沉積技術的發展得益于微小電極/探針制造技術的發展。新生階段的定域電沉積均是基于實心惰性金屬電極作為微陽極，研究人員為提高其沉積的定域特性逐步縮小惰性金屬電極的直徑；其中一種較快的沉積技術為電化學打印技術(EcP打印技術)。隨著技術的發展，定域電沉積發展了一種基于微移液管技術的彎月形約束定域電化學沉積技術，該技術致力于逐漸減少微移液管的孔徑進而實現高定域性。目前，彎月形約束定域電化學沉積可以制造100nm直徑的金屬絲材。目前，發展較快速的定域電沉積微增材制造技術(LECD-μAM)是基于中空原子力探針實現的，該技術中的原子力探針有兩個重要作用：其一為原子力探針懸臂可以金屬沉積物成功生長的力伺服裝置實現亞微米級精度匹配沉積運動，其二中空通道為實現電解質增壓注入技術作為微流體系統的通道實現定域給液。

然而，對于高定域的實現也帶來制造結構尺寸過小，微細裝配困難，結構應用領域受限的難題。通過LECD-μAM技術制造的圓柱形結構體最小直徑可以達到300nm(利用口徑為50nm的探針)。最大可以實現邊長為850μm的立方體，實現了亞微米到亞毫米尺度的跨尺度制造。對通常的打印速度為10-20μm³/s的LECD-μAM技術來說，實現850μm尺寸的制造對LECD-μAM技術來說具有很高的時間成本。

因此現有技術當中亟需要一種新型的技術方案來解決雙尺度微小純銅金屬結構件正向制造問題，本發明專利就是一種解決該難題的技術方案。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供雙尺度高效定域電沉積打印純銅結構件制造裝置及方法，利用電化學打印技術實現毫米級外形和基底的制造，通過LECD-μAM技術實現微米級打印精度提升；電化學打印技術制造的上表面需要通過電火花加工技術進行表面修型，達到光滑表面狀態，在此基礎上利用LECD-μAM沉積微小結構體。

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、EcP打印系統、EDM電火花加工系統、LECD-μAM系統、電解池單元、電解池運動單元、EcP打印運動系統以及中央控制系統，

所述隔振平臺臺面水平，下部設置有穩定支撐結構；

所述電解池運動單元設置在隔振平臺的臺面上，電解池運動單元上設置有監視相機；

所述電解池單元設置在電解池運動單元上，包括石墨陽極、工作電極、參比電極以及設置在三個電機之間的絕緣支架；

所述EcP打印運動系統設置在隔振平臺的臺面上，EcP打印運動系統包括EcP打印X軸運動系統、EcP打印Y軸運動系統以及EcP打印Z軸運動系統；所述EcP打印Y軸運動系統通過滑塊豎直設置在EcP打印X軸運動系統上，所述EcP打印Z軸運動系統通過滑塊設置在EcP打印Y軸運動系統上；