[发明专利]一种三维微电极叠层拟合制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是用于微细电火花加工或微细电解加工的三维微电极的加工 方法。

背景技术

一般地，微结构定义为：至少在两维尺度上，具有亚毫米或微米级微特征 结构的制件称为微(结构)零件。

通过微细电极的微细电火花加工或微细电解加工是制备三维微结构的主流 加工手段。该工艺过程具体为：

通过各种加工方法制作直径细小的二维半圆柱形微电极，然后通过微电极 的层层扫描放电加工或电解加工从而获得三维微结构。但是，由于圆柱形微电 极直径尺寸相对于扫描面积十分微细，使得加工效率很低。并且在微电极的层 层扫描放电加工的过程中，微电极损耗十分严重，难以长时间正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术存在的缺陷，提供一种用 于微细电火花加工或微细电解加工的三维微电极的成形方法。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

一种三维微电极叠层拟合制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：制作零件模型；绘制待制备零件的三维微结构几何模型；

步骤二：建立三维微电极模型；根据所述三维微结构几何模型，建立电火花加工 该模型的三维微电极几何模型，并将所述三维微电极几何模型进行离散切片，得 到离散切片几何模型；

步骤三：建立薄片电极数据模型；将所述离散切片几何模型转化为一组相互平 行的薄片电极数据模型；所述薄片电极数据模型中的薄片电极数量与所述离散 切片几何模型中的切片数量N相等，所述薄片电极的厚度与所述切片的厚度H 相等；

步骤四：设置三维微电极参数；根据所述切片数量N、厚度H、薄片电极的轨迹 数据设置三维微电极的层数、层厚与轮廓数据；

步骤五：加工三维微电极；将一组金属箔夹紧固定，所述金属箔的厚度与所述 步骤四中的厚度H相同；将第一层单片金属箔固定不动，其余各层待加工金属 箔在外力作用下向上弯曲，并用第一挡块挡住固定；通过线切割或激光切割工 序加工为对应第一层的微电极轮廓；所述第一层微电极轮廓加工完成后，通过 外力作用，使其向下弯曲，并用第二挡块挡住；

步骤六：加工三维微电极；将第二层单片金属箔固定不动，其余各层待加工金 属箔在外力作用下向上弯曲，并用第一挡块挡住固定；通过线切割或激光切割 工序加工为对应第二层的微电极轮廓；所述第二层微电极轮廓加工完成后，通 过外力作用，使其向下弯曲，并用第二挡块挡住；依次重复本步骤，直至将各 层金属箔加工为各层二维薄片微电极轮廓；

步骤七：热扩散焊三维微电极；将加工完成后、仍处于夹持状态的多层二维薄 片微电极放入真空炉中，进行真空压力热扩散焊，使各层二维薄片微电极完全 连接，形成三维微电极；所述真空炉的压强P≤10Pa，焊接温度T为三维电极材 料熔点的0.5～0.8倍，保温时间t≥1小时，完成后随炉冷却，形成三维叠层 微电极轮廓。

为了进一步提高加工精度，优选地，本发明进一步包括三维叠层微电极轮 廓的磨削步骤：

步骤八：根据步骤二中设计的三维微电极几何模型，和实际制备获得的三维叠 层微电极轮廓之间的差距，设计磨削曲线；将含有台阶的三维叠层微电极进行 电火花放电磨削，将所述台阶磨削为平滑的曲线。

优选地，所述金属箔为铜箔或镍箔或钼箔。

所述切片的厚度可以是均匀的也可以是不均匀的，具体可以根据叠层电极 的拟合精度确定。优选地，所述切片的厚度均匀，且所述切片的厚度H≤500μm； 优选地，所述二维薄片微电极的层厚h≤1.0mm。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

1)本发明首次提出通过多层二维薄片微电极叠层拟合成形三维微电极，有 效解决了三维微电极难以制备的技术难题。

2)将三维微电极用于微细电火花加工或微细电解加工可以制备三维微结 构。与具有简单截面形状的微细电极进行层层扫描放电加工或层层扫描电解加 工三维微结构相比，三维微电极仅需进行单纯的上、下往返式的加工便可获得 三维微结构，加工过程简单且加工效率高。