[发明专利]一种高定域性三维电沉积装置及方法

说明书

本发明涉及三维电沉积技术领域，具体涉及一种高定域性三维电沉积装置，包括底座、三自由度运动机构、液池、夹具、喷嘴、供液管以及阳极材料；所述三自由度运动机构设置在所述底座上，所述喷嘴、供液管以及阳极材料通过三通转接头进行连接并相连通，所述三通转接头通过所述夹具与所述三自由度运动机构连接，所述液池设置在所述底座上且位于所述喷嘴的下方，所述液池内部装有高密度不溶性绝缘液体。本发明的三维电沉积装置，有效地避免了电镀液对阴极基底的杂散沉积，提高了三维电沉积的定域性。

技术领域

本发明涉及三维电沉积技术领域，具体涉及一种高定域性三维电沉积装置及方法。

背景技术

电沉积是一种基于电化学阴极沉积原理的金属增材制造技术，相比于其他金属增材制造技术，例如激光增材制造，电子束增材制造和电弧增材制造等，不需要后续退火和均匀化热处理，没有残余应力。理论上只需诱导经氧化还原反应而成的金属原子或晶粒按设计意图可控地堆叠起来，就能利用电沉积技术来加工或打印成任意形状的金属基结构与零件。

目前已经有利用电沉积来进行金属零件的3D打印技术——电化学打印技术，可以打印出高分辨率的复杂微结构，例如中国专利CN110656358A公开的一种微米级纯铝的3D打印设备及方法。但由于工作液由喷嘴流出后无约束地在工件表面铺展，在杂散电流的作用下，易在工件表面非沉积区出现杂散沉积，因此其电沉积的微结构分辨率一般为喷嘴直径的十倍，定域性差，如何提升电化学沉积的定域性成为一个难题。

发明内容

为了克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种高定域性三维电沉积装置及方法，可以有效避免电镀液对阴极基底的杂散沉积，提高三维电沉积的定域性。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种高定域性三维电沉积装置，包括底座、三自由度运动机构、液池、夹具、喷嘴、供液管以及阳极材料；所述三自由度运动机构设置在所述底座上，所述喷嘴、供液管以及阳极材料通过三通转接头进行连接并相连通，连接处采用密封处理，所述三通转接头通过所述夹具与所述三自由度运动机构连接，所述液池设置在所述底座上且位于所述喷嘴的下方，所述液池内部装有高密度不溶性绝缘液体。

进一步的，所述喷嘴的材料为石英。

进一步的，所述喷嘴出液口的内径为10μm-200μm。

进一步的，所述阳极材料为惰性不溶性金属或与需要沉积的金属相同。

进一步的，所述阳极材料的尖端与所述喷嘴出液口的距离小于10mm。

进一步的，所述液池采用耐腐蚀的透明材料制作而成。

一种高定域性三维电沉积方法，包括以下步骤：

S1、阴极基底采用导电性良好的材料，加工前对表面进行处理，去除阴极基底表面的氧化物和油脂；

S2、将液池放置在底座上，将阴极基底水平固定于液池底部，并将阴极基底完全浸没于高密度不溶性绝缘液体中；

S3、通过三自由度运动机构，将喷嘴移动到阴极基底的上方，调整它们之间的距离；

S4、将阳极材料和阴极基底分别与电源正负极相连；

S5、接通电源，通过注射泵向供液管内注入电镀液，电镀液通过三通转接头和喷嘴到达阴极基底表面；

S6、控制电镀液的挤出速度和喷嘴的运动轨迹进行三维电沉积。

进一步的，所设定的电沉积温度为室温。

进一步的，所设定的电流密度为50-1000A/dm²。

进一步的，在步骤S3中，喷嘴与阴极基底的距离设定为喷嘴出液口内径的3倍。