[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

说明书

双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置及方法，属于定域电化学沉积技术领域，包括隔振平台、EcP打印系统、EDM电火花加工系统、LECD‑μAM系统、电解池单元、电解池运动单元、EcP打印运动系统以及中央控制系统。本发明通过三个单独步骤实现纯铜金属微结构的定域电化学沉积的正向制造，利用电火花成形加工技术(EDM电火花加工)将两种电化学沉积技术有效衔接起来；将毫米级电化学沉积的快速材料构筑作为基础，再利用精密电火花成形加工技术在待沉积表面进行抛光加工，最后利用LECD‑μAM技术在抛光后的表面实现纯铜金属微结构的正向制造。

技术领域

本发明属于定域电化学沉积技术领域，特别是涉及到一种双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置及方法。

背景技术

定域电沉积制造技术具有其特有的优势，该项技术于1996年提出，经过25年的发展极大的丰富了微小金属结构件的制造方法。定域电沉积改变了精密电镀和电铸的制造思路，抛弃了沉积掩膜，增强了电解液定向传输的定域特性，实现了微小结构件三维悬臂结构的正向制造。定域电沉积技术的发展得益于微小电极/探针制造技术的发展。新生阶段的定域电沉积均是基于实心惰性金属电极作为微阳极，研究人员为提高其沉积的定域特性逐步缩小惰性金属电极的直径；其中一种较快的沉积技术为电化学打印技术(EcP打印技术)。随着技术的发展，定域电沉积发展了一种基于微移液管技术的弯月形约束定域电化学沉积技术，该技术致力于逐渐减少微移液管的孔径进而实现高定域性。目前，弯月形约束定域电化学沉积可以制造100nm直径的金属丝材。目前，发展较快速的定域电沉积微增材制造技术(LECD-μAM)是基于中空原子力探针实现的，该技术中的原子力探针有两个重要作用：其一为原子力探针悬臂可以金属沉积物成功生长的力伺服装置实现亚微米级精度匹配沉积运动，其二中空通道为实现电解质增压注入技术作为微流体系统的通道实现定域给液。

然而，对于高定域的实现也带来制造结构尺寸过小，微细装配困难，结构应用领域受限的难题。通过LECD-μAM技术制造的圆柱形结构体最小直径可以达到300nm(利用口径为50nm的探针)。最大可以实现边长为850μm的立方体，实现了亚微米到亚毫米尺度的跨尺度制造。对通常的打印速度为10-20μm³/s的LECD-μAM技术来说，实现850μm尺寸的制造对LECD-μAM技术来说具有很高的时间成本。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决双尺度微小纯铜金属结构件正向制造问题，本发明专利就是一种解决该难题的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供双尺度高效定域电沉积打印纯铜结构件制造装置及方法，利用电化学打印技术实现毫米级外形和基底的制造，通过LECD-μAM技术实现微米级打印精度提升；电化学打印技术制造的上表面需要通过电火花加工技术进行表面修型，达到光滑表面状态，在此基础上利用LECD-μAM沉积微小结构体。

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、EcP打印系统、EDM电火花加工系统、LECD-μAM系统、电解池单元、电解池运动单元、EcP打印运动系统以及中央控制系统，

所述隔振平台台面水平，下部设置有稳定支撑结构；

所述电解池运动单元设置在隔振平台的台面上，电解池运动单元上设置有监视相机；

所述电解池单元设置在电解池运动单元上，包括石墨阳极、工作电极、参比电极以及设置在三个电机之间的绝缘支架；

所述EcP打印运动系统设置在隔振平台的台面上，EcP打印运动系统包括EcP打印X轴运动系统、EcP打印Y轴运动系统以及EcP打印Z轴运动系统；所述EcP打印Y轴运动系统通过滑块竖直设置在EcP打印X轴运动系统上，所述EcP打印Z轴运动系统通过滑块设置在EcP打印Y轴运动系统上；