[发明专利]双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置及方法

权利要求书

1.双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置，其特征是：包括隔振平台(1)、EcP打印系统(2)、EDM电火花加工系统(3)、LECD-μAM系统(4)、电解池单元(5)、电解池运动单元(6)、EcP打印运动系统(7)以及中央控制系统(8)，

所述隔振平台(1)台面水平，下部设置有稳定支撑结构；

所述电解池运动单元(6)设置在隔振平台(1)的台面上，电解池运动单元(6)上设置有监视相机(601)；

所述电解池单元(5)设置在电解池运动单元(6)上，包括石墨阳极(501)、工作电极(502)、参比电极(503)以及设置在三个电机之间的绝缘支架(504)；

所述EcP打印运动系统(7)设置在隔振平台(1)的台面上，EcP打印运动系统(7)包括EcP打印X轴运动系统(701)、EcP打印Y轴运动系统(702)以及EcP打印Z轴运动系统(703)；所述EcP打印Y轴运动系统(702)通过滑块竖直设置在EcP打印X轴运动系统(701)上，所述EcP打印Z轴运动系统(703)通过滑块设置在EcP打印Y轴运动系统(702)上；

所述EcP打印系统(2)设置在EcP打印Y轴运动系统(702)上，包括EcP打印玻璃管(201)，EcP打印玻璃管夹持装置(202)，EcP打印系统转接机构(203)，所述EcP打印系统转接机构(203)与EcP打印Y轴运动系统(702)连接；所述EcP打印玻璃管夹持装置(202)与EcP打印系统转接机构(203)连接；所述EcP打印玻璃管(201)设置在EcP打印玻璃管夹持装置(202)上；

所述EDM电火花加工系统(3)固定设置在电解池运动单元(6)上，包括EDM电火花电极(301)，EDM电火花Y轴移动系统(302)，EDM电火花Z轴移动系统(303)，EDM电火花X轴移动系统(304)，所述EDM电火花X轴移动系统(304)安装在电解池运动单元(6)上，所述EDM电火花Z轴移动系统(303)设置在EDM电火花X轴移动系统(304)上；所述EDM电火花Y轴移动系统(302)设置在EDM电火花Z轴移动系统(303)上，所述EDM电火花电极(301)设置在EDM电火花Y轴移动系统(302)的下部；

所述LECD-μAM系统(4)包括原子力探针(401)、原子力探针压电陶瓷扫描器(402)、原子力探针系统固定装置(403)、LECD-μAM系统精密Z轴移动系统(404)以及LECD-μAM系统Z轴固定装置(405)，所述LECD-μAM系统Z轴固定装置(405)设置在电解池运动单元(6)上；所述LECD-μAM系统精密Z轴移动系统(404)与LECD-μAM系统Z轴固定装置(405)活动连接；所述原子力探针系统固定装置(403)设置在LECD-μAM系统精密Z轴移动系统(404)上；所述原子力探针压电陶瓷扫描器(402)设置在原子力探针系统固定装置(403)上；所述原子力探针(401)设置在原子力探针压电陶瓷扫描器(402)下部；

所述中央控制系统(8)与EcP打印系统(2)、EDM电火花加工系统(3)、LECD-μAM系统(4)信号连接，同时与电解池(5)的三个电极连接形成三电极恒电位系统。

2.双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造方法，其特征是：应用权利要求1所述的双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、配置溶液，采用CuSO₄溶液作为电解质溶液，硫酸溶液作为支撑溶液，去离子水作为辅助溶液；

步骤二、将电解池单元(5)中石墨阳极(501)与中央控制系统(8)中电源正极连接，施加正电压；工作电极(502)与中央控制系统(8)中电源负极连接，施加负电压；参比电极(503)与连接到中央控制系统(8)连接，与石墨阳极(501)和工作电极(502)形成三电极恒电位系统；

步骤三、向EcP打印玻璃管(201)中填充满步骤一所述的电解质溶液，在电解池单元(5)的石墨阳极(501)中注满步骤一所述的硫酸溶液，液面完全浸没参比电极(503)的最下端；

步骤四、调整电解池单元(5)和EcP打印运动系统(7)，使EcP打印玻璃管(201)位于电解池单元(5)中心的正上方；

步骤五、调整EcP打印运动系统(7)中的EcP打印X轴运动系统(701)，EcP打印Y轴运动系统(702)，EcP打印Z轴运动系统(703)，将EcP打印玻璃管(201)的最下端调整到距离工作电极(502)上表面5μm处；

步骤六、利用EcP打印系统(2)在工作电极(502)上表面进行沉积，按照预定程序沉积块状金属完毕之后，EcP打印运动系统(7)退回到初始位置；

步骤七、通过电解池运动单元(6)将电解池单元(5)调整到EDM电火花加工系统(3)的正下方；移动EDM电火花Y轴移动系统(302)，EDM电火花Z轴移动系统(303)，EDM电火花X轴移动系统(304)，利用EDM电火花电极(301)对块状金属结构的上表面进行整平和抛光；完成后，通过电解池运动单元(6)将电解池单元(5)调整到初始位置；

步骤八、利用LECD-μAM系统(4)中的LECD-μAM系统精密Z轴移动系统(404)精密调整原子力探针(401)距离工作电极(502)的距离；采用原子力探针压电陶瓷扫描器(402)和原子力探针(401)按照程序进行纯铜金属微结构打印；

步骤九、打印完成后，所有系统进行归零操作；

至此，双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造完成。