[发明专利]三维微细金属结构增材的制造方法及其制造装置

说明书

本申请公开了一种三维微细金属结构增材的制造方法，至少包含以下步骤：同时对基底激光照射和电沉积处理，在所述基底上增材制造三维微细金属结构；所述基底表面至少一个区域含有屏蔽层。所述方法具有：能够提高电沉积微细结构的精度；激光光热效应引起作用区域局部电铸液的温度升高，有利于提高电化学沉积微细金属结构的效率；当激光能量较大时，激光能量可使已沉积金属熔融，实现金属材料的熔融、凝结，有利于提高电沉积微细结构的致密性和力学性能等优势。

技术领域

本申请涉及一种三维微细金属结构增材的制造方法及其制造装置，属于增材制造领域。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是20世纪90年代以来发展最迅猛的技术研究领域之一，对航空、航天、汽车、生物工程、信息、网络和医疗系统等产生了巨大的影响，推动了各个产业的快速发展，使许多工业产品发生质的变化和飞越。三维金属微细结构广泛应用于MEMS中，是MEMS的基础和核心，如惯性测量部件、喷墨打印头喷嘴、微流体通道等。

电沉积是基于电化学阴极沉积原理的制造微细金属结构的先进技术，加工效率较高、无残余应力等优势。杂散电流分布是影响电沉积微细结构精度的重要因素之一。为控制杂散电流的分布，目前多用光刻胶涂覆于基底表面，然后通过光刻、显影等步骤得到具有特定轮廓的掩膜板，进而利用精密电化学沉积在未被掩膜板遮蔽的区域上得到具有特定轮廓的金属微细结构，如LIGA、LIGA-Like、EFAB、屏蔽模板随动式微细电铸技术等。麻省理工学院提出了约束电化学沉积技术(J.D.Madden,I.W.Hunter,Three-dimensionalmicrofabrication by localized electrochemical deposition,Journal ofMicromechanical System,5,24-32(1996).)，利用电场尖端效应将电沉积区域限定于尖端附近，但该方法加工效率较低，所得金属微细结构的组织疏松，且仅能制造出特定形状的零件。清华大学李勇等利用超短脉冲电源进行微细电化学沉积(Y.Li,Y.Zheng,G.Yang,L.Peng，Localized electrochemical micromachining with gap control.SensorsActuators A Physical,1008，144-148(2003).)，但是该方法需要精密控制电极与基底之间的距离至数微米，控制较为困难。

目前，电沉积三维微细金属结构存在的主要问题是组织较为疏松，孔隙率较大，机械力学性能不足。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种三维微细金属结构增材的制造方法，该方法能够实现微细三维金属结构的激光与电沉积相复合增材制造，具有加工精度高、成本低、效率高等独特优势。

本发明提出的一种同步激光介入电沉积金属三维微细结构的增材制造方法拟解决现有技术中存在的问题，提高电沉积微细金属结构的力学性能和实用性。

所述三维微细金属结构增材的制造方法，同时对基底激光照射和电沉积处理，在所述基底上增材制造三维微细金属结构；

所述基底表面至少一个区域含有屏蔽层。

优选地，所述方法至少包含以下步骤：

(1)在基底表面形成屏蔽层；

(2)在电沉积的同时对所述基底照射激光，在照射激光的区域增材制造三维微细金属结构；

所述步骤(1)中的屏蔽层选自氧化层、绝缘层、光刻胶薄膜中的至少一种。

优选地，所述屏蔽层均匀、致密。

优选地，所述在基底表面形成屏蔽层的方式包括：在基底表面电化学沉积氧化层或者采用旋转/沉浸涂胶/旋转涂胶-烘烤的方式形成光刻胶薄膜。