[发明专利]一种基于超声的无掩模定域性微细电沉积增材制造装置及方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，公开了一种基于超声的无掩模定域性微细电沉积增材制造装置及方法。装置包括隔振操作平台、脉冲电源、精密定位系统、超声波发生器、超声波换能器、阳极模块、工作电极、精密定位控制电机、计算机、蠕动泵、镀液循环槽、恒温水浴池、工业相机、沉积槽、沉积槽支架。利用无掩模定域性微细电沉积增材制造技术实现高精度的金属三维微结构沉积，通过引入超声减轻了沉积过程中的析氢现象，解决了沉积微结构中的致密度低、晶粒较大、陡直度低的问题。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于超声的无掩模定域性微细电沉积增材制造装置及方法。

背景技术

随着MEMS、集成电路芯片、生物医学微设备等领域的发展，金属三维微结构的制造和加工成为微细加工领域的重点研究方向。目前的金属三维微结构的制造和加工技术主要有LIGA技术、聚焦离子束化学气相沉积技术、选择性激光熔融技术等，但这些加工技术普遍成本较高，制备环境要求苛刻，工艺复杂，由于其技术要求对制备材料也有一定的限制，制备出的三维微金属结构孔隙率较高、陡直度不够。

无掩模定域性微细电沉积增材制造技术将电化学沉积原理与增材制造理念相结合，省去掩模制备的流程及耗费，能在导电基板的任意位置通过电化学还原反应沉积出金属三维微结构，理论上可实现原子量级的增材制造。超声波具有能量密度高、衰减程度小的特点。现有的超声电沉积技术，主要集中在大型电铸、平面电镀等方向。将超声与无掩模定域性微细电沉积增材制造技术结合，能在保持该技术沉积速度快、定域性高、无需掩模、环境要求低等现有优点的同时，改善镀液的均匀性，减弱沉积过程中的析氢现象，增加电化学沉积过程中的能量输入，从而细化晶粒，获得更加致密的金属三维微结构。

因此，当前需要一种装置将超声与无掩模定域性微细电沉积增材制造进行结合，来解决现有技术存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于超声的无掩模定域性微细电沉积增材制造装置及方法，提供基于超声的无掩模定域性电沉积微细增材制造装置及方法，利用无掩模定域性微细电沉积增材制造技术实现高精度的金属三维微结构沉积，通过引入超声减轻了沉积过程中的析氢现象，解决了沉积微结构中的致密度低、晶粒较大、陡直度低的问题。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种基于超声的无掩模定域性微细电沉积增材制造装置，包括隔振操作平台、脉冲电源、精密定位系统、超声波发生器、超声波换能器、阳极模块、工作电极、精密定位控制电机、计算机、蠕动泵、镀液循环槽、恒温水浴池、工业相机、沉积槽、沉积槽支架；脉冲电源负极与固定于沉积槽支架上的工作电极连接，脉冲电源正极与阳极模块连接，沉积槽支架设于沉积槽上，沉积槽设于隔振操作平台上；隔振操作平台上另设有精密定位系统，阳极模块装设在精密定位系统上且阳极模块顶部与超声波换能器连接，超声波换能器与超声波发生器电联；精密定位系统另电联精密定位控制电机，精密定位控制电机与计算机电联，计算机另电联位于隔振操作平台上方的工业相机；沉积槽连接镀液循环槽，镀液循环槽另连接蠕动泵一端，蠕动泵另一端连接阳极模块，镀液循环槽位于恒温水浴池内。

进一步的，所述阳极模块包括阳极模块主体、铂阳极、阳极通道隔振橡胶、镀液腔、超声通道隔振橡胶、超声通道、电解液通道隔振橡胶、电解液通道、阳极通道、导液套筒，阳极模块主体内部空腔为镀液腔，铂阳极为倒L形并穿过阳极模块主体一侧面及底面的阳极通道，铂阳极尖端部分位于与阳极模块主体底面相接的导液套筒，侧面阳极通道边缘设有阳极通道隔振橡胶，阳极模块主体顶部设有超声通道，超声通道边缘设有超声通道隔振橡胶，阳极模块主体另一侧面设有电解液通道，电解液通道边缘设有电解液通道隔振橡胶；所述铂阳极通过阳极通道与脉冲电源正极连接，所述超声通道通过管路与超声波换能器连接，所述电解液通道通过另一管路与蠕动泵连接。