[发明专利]一种精密3D打印金属微模具的方法及装置

说明书

本发明提出了一种精密3D打印金属微模具的方法及装置。通过电化学方法实现金属的3D打印，针管与导管构成的连通体作为电化学的反应池，由稳压直流电源提供电能，针头端液滴与工作电极板接触，导管内通有一根对电极导线，通过对微量注射泵推进速度的调节，使得针头端的液滴与工作电极板既有稳定的接触，又有较小的接触面积，既保持液滴表面张力与微量注射泵推进力的平衡，又保持液滴输出速度与其蒸发速度的平衡，从而实现高精度、平稳的电化学打印过程。本发明工艺简单，成本低廉，减小了金属3D打印平台的搭建成本；利用适宜的电解(电镀)液，可以电镀沉积特定的结构，也可以在大部分金属材料上进行电解刻蚀，以及两者的组合使用，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种精密3D打印金属微模具的方法及装置。

背景技术

3D打印(3D Pringting)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础的三维增材制造技术。3D打印的过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

3D打印技术正在快速改变传统的生产方式和生活方式，作为战略性新兴产业，美国、德国等发达国家高度重视并积极推广该技术。该技术在工业设计、建筑、工程和施工、汽车工业、航空航天、土木工程、牙科和医疗产业、珠宝、鞋类、教育、地理信息系统、食品以及其他领域都有所应用。

在金属3D打印方面，目前主要存在5种方法，包括选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)技术、直接金属粉末激光烧结(DirectMetal Laser Sintering，DMLS)技术、选区激光熔化(Selective LaserMelting，SLM)技术、激光近净成形(LaserEngineeredNet Shaping，LENS)技术和电子束选区熔化(ElectronBeam SelectiveMelting，EBSM)技术。

以上技术均利用高温熔融金属实现成形，加工过程需要加热烧结等容易在高温下产生污染气体，随着此技术的迅速发展可能面临着环境污染和能源枯竭的问题，不利于节能减排的时代发展需求。

发明内容

本发明提出一种基于电化学方法进行加工、具有加工温度低、加工精度高、更加的节能减排的精密3D打印金属微模具的方法；本发明的目的还在于提供一种精密3D打印金属微模具的装置。

本发明的精密3D打印金属微模具的方法采用如下的技术方案：

精密3D打印金属微模具的方法：将3D打印设备的针管、导管和针头依次连接，并将针管连接在微量注射泵上，将导管内导线插入导管中并在连接处进行密封，将金属平板和导管内导线中的一个与工作电极电连接、另一个与对电极电连接，从而使导管内导线和与金属平板分别与导管内的电解或电镀液接触以进行电化学反应、利用电化学反应的金属逐层沉淀或逐层刻蚀进行微模具的加工。

进一步地，控制微量注射泵的推进速度以使针头端的液滴与工作电极板小面积稳定接触。

进一步地，所述推进速度为0.1μL/min-10μL/min。

进一步地，使导管内导线与对电极电连接、金属平板与工作电极电连接以实现电镀沉积方式的加工。

进一步地，使导管内导线与工作电极点连接、金属平板与对电极电连接以实现电解刻蚀方式的加工。

进一步地，在选择铜作为打印金属时，电解或电镀液由五水硫酸铜、硫酸、盐酸、聚乙二醇(相对分子量6000)和去离子水配制而成；在选择镍作为打印金属时，电解或电镀液由氨基磺酸镍，氯化镍，硼酸，聚乙二醇辛基苯基醚和去离子水配制而成。