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一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法

文檔序號:3082553閱讀:157來源:國知局
一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,包括有如下步驟:首先建立三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型;根據(jù)建立的三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型建立對應(yīng)的三維微細電火花電極的CAD幾何模型;再對三維微細電火花電極的CAD幾何模型離散切片;將離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為相互平行的一組薄片電極數(shù)據(jù)模型;由薄片切割系統(tǒng)按照計算機中的薄片電極數(shù)據(jù)模型在一片薄片電極材料上逐個切割相對應(yīng)的薄片電極,得到一組的薄片電極陣列;最后進行微細電火花加工。本發(fā)明加工方法通過二維薄片電極進行放電加工時可以避免圓柱形微電極的大面積層層掃描銑削放電加工,僅采用單純的上、下往返式移動放電模式,可以有效的提高加工效率和減小微電極損耗。
【專利說明】—種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的一種三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,尤其是一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地,微結(jié)構(gòu)定義為:至少在兩維尺度上,具有亞毫米或微米級微特征結(jié)構(gòu)的制件稱為微(結(jié)構(gòu))零件。
[0003]通過微細電極的微細電火花加工制備三維微結(jié)構(gòu)是目前制備三維微結(jié)構(gòu)的主流加工手段之一。使用微細電極的微細電火花加工制備三維微結(jié)構(gòu)的主要方法有:
(I)通過若干層二維薄片電極進行連接從而疊加擬合出三維微電極,并使用該三維微電極進行放電加工從而獲得三維微結(jié)構(gòu)。在該技術(shù)中,三維微電極是通過若干層二維薄片電極的疊加擬合獲得的,因此制備三維微電極的工藝過程較為復(fù)雜;在制備三維微電極的過程中,二維薄片電極的疊層精度影響著三維電極的成型精度,進而會對所加工制備的三維微結(jié)構(gòu)的精度產(chǎn)生影響,因此該技術(shù)對二維薄片電極的疊層精度要求極高。
[0004](2)通過各種加工方法制作直徑細小的二維半圓柱形微電極,然后通過微電極的層層掃描銑削放電加工從而獲得三維微結(jié)構(gòu)。但是,由于圓柱形微電極直徑尺寸相對于掃描面積十分微細,使得加工效率很低。并且在微電極的層層掃描銑削放電加工的過程中,微電極損耗十分嚴重,難以長時間正常工作。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述狀況,有必要提供一種可以有效的提高加工效率和減小微電極損耗的三維微結(jié)構(gòu)的加工方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題,提供一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,包括有如下步驟:
1)通過三維計算機輔助設(shè)計CAD軟件系統(tǒng),對需要加工材料的三維微結(jié)構(gòu)建立CAD幾何模型;
2)根據(jù)建立的三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型建立對應(yīng)的三維微細電火花電極的CAD幾何模型;
3)再對建立的三維微細電火花電極的CAD幾何模型沿一個方向進行離散切片,得到離散切片幾何模型;
4)將三維微細電火花電極的離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為相互平行的一組薄片電極數(shù)據(jù)模型;
5)由薄片切割系統(tǒng)按照計算機中的薄片電極數(shù)據(jù)模型在一片薄片電極材料上逐個切割相對應(yīng)的薄片電極,每個薄片電極的中心距相同,去除廢料后得到一組的薄片電極陣列,分別為1-N號薄片電極;
6)將上述切割完成的一組薄片電極陣列對三維微結(jié)構(gòu)的加工材料進行微細電火花加工。
[0008]對步驟6)的微細電火花加工還包括如下步驟:
1)首先,I號薄片電極對準加工材料進行微細電火花加工,其它薄片電極懸空;通過I號薄片電極上下往返式的微細電火花加工,加工材料上便會加工出對應(yīng)于I號薄片電極的微結(jié)構(gòu);
2)當I號薄片電極加工完畢后,運動平臺前后移動一個電極中心距,移動一個放電加工厚度,從而使2號薄片電極的加工位置和I號薄片電極的加工痕跡對齊;
3)再在I號薄片電極的加工痕跡對齊的位置上,2號薄片電極進行上下往返式的微細電火花加工,加工材料上同樣會加工出對應(yīng)于2號薄片電極的微結(jié)構(gòu);
4)通過上述I)-3)中的步驟,完成3至N號薄片電極對加工材料進行微細電火花的加工,最終這組薄片電極陣列在加工材料上的加工痕跡便會擬合出三維微結(jié)構(gòu)成品。
[0009]該薄片電極陣列的獲得方法可以是激光切割、線切割或電火花加工。
[0010]該薄片電極材料可以是銅板、鎢板、石墨板、鎳板、鑰板或鋼板。
[0011]該薄片電極材料厚度尺寸< 1.0mm。
[0012]上述基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,通過薄片電極陣列的微細電火花加工獲得的三維微結(jié)構(gòu),其與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是:
I)本技術(shù)將用于制備復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)的三維微電極離散成一組二維薄片電極陣列,并通過這組二維薄片電極陣列的加工痕跡來近似地擬合逼近三維結(jié)構(gòu)。原理上,薄片電極的厚度越薄,擬合逼近精度越高。
[0013]2)與三維微電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)相比,通過二維薄片電極陣列的放電加工可以避免若干層二維薄片電極的連接和疊加,成型過程簡單。
[0014]3)由二維薄片電極進行放電加工時可以避免圓柱形微電極的大面積層層掃描銑削放電加工,僅采用單純的上、下往返式移動放電模式,可以有效的提高加工效率和減小微電極損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的三維微結(jié)構(gòu)的CAD模型示意圖。
[0016]圖2是與圖1三維微結(jié)構(gòu)的CAD模型相對應(yīng)的三維微細電火花電極的CAD模型示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的三維微細電火花電極的薄片電極數(shù)據(jù)模型示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的三維微細電火花電極離散成薄片電極陣列的示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實施例薄片電極陣列的微細電火花加工示意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明實施例通過薄片電極陣列的微細電火花加工獲得的三維微結(jié)構(gòu)。
[0021]其中:10、三維微結(jié)構(gòu);12、三維微結(jié)構(gòu)成品; 20、三維微細電火花電極;30、薄片電極。
【具體實施方式】[0022]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法作進一步的詳細說明。
[0023]請參見圖1至圖6,本發(fā)明實施例的一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,包括有如下步驟:
1)通過三維計算機輔助設(shè)計CAD軟件系統(tǒng),對需要加工材料的三維微結(jié)構(gòu)10建立CAD幾何模型;
2)根據(jù)建立的三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型建立對應(yīng)的三維微細電火花電極20的CAD幾何模型;
3)再對建立的三維微細電火花電極20的CAD幾何模型沿一個方向進行離散切片,得到離散切片幾何模型;
4)將三維微細電火花電極的離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為相互平行的一組薄片電極30數(shù)據(jù)模型;
5)由薄片切割系統(tǒng)按照計算機中的薄片電極30數(shù)據(jù)模型在一片薄片電極30材料上逐個切割相對應(yīng)的薄片電極30,每個薄片電極30的中心距相同,去除廢料后得到一組的薄片電極陣列,分別為1-N號薄片電極30 ;該薄片電極陣列的獲得方法可以是激光切割、線切割或電火花加工。
[0024]6)如圖4、圖5所示,將上述切割完成的一組薄片電極陣列對三維微結(jié)構(gòu)10的加工材料進行微細電火花加工。
[0025]對步驟6)的微細電火花加工還包括如下步驟:
1)首先,I號薄片電極30對準三維微結(jié)構(gòu)10的加工材料進行微細電火花加工,其它薄片電極30懸空;通過I號薄片電極30上下往返式的微細電火花加工,加工材料上便會加工出對應(yīng)于I號薄片電極30的微結(jié)構(gòu);
2)當I號薄片電極30加工完畢后,運動平臺前后移動一個電極中心距,移動一個放電加工厚度,從而使2號薄片電極30的加工位置和I號薄片電極30的加工痕跡對齊;
3)再在I號薄片電極30的加工痕跡對齊的位置上,2號薄片電極30進行上下往返式的微細電火花加工,三維微結(jié)構(gòu)10的加工材料上同樣會加工出對應(yīng)于2號薄片電極30的微結(jié)構(gòu);
4)通過上述I)-3)中的步驟,完成3至N號薄片電極30對三維微結(jié)構(gòu)10加工材料進行微細電火花的加工,最終這組薄片電極陣列在加工材料上的加工痕跡便會擬合出三維微結(jié)構(gòu)成品12。
[0026]該薄片電極30材料可以是銅板、鎢板、石墨板、鎳板、鑰板或鋼板;該薄片電極30材料厚度尺寸(1.0mm。
[0027]本發(fā)明基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其三維微細電火花電極20制備三維微結(jié)構(gòu)成品12,通過二維薄片電極陣列的放電加工可以避免若干層二維薄片電極30的連接和疊加,成型過程簡單;由二維薄片電極30進行放電加工時可以避免圓柱形微電極的大面積層層掃描銑削放電加工,僅采用單純的上、下往返式移動放電模式,可以有效的提聞加工效率和減小微電極損耗。
[0028]具體實施例 實施例1 如圖1至4所示,以電極薄片材料為0.02mm厚的銅箔為例,制作銅箔三維微結(jié)構(gòu)的具體加工方法包括以下步驟:
1)首先,通過三維計算機輔助設(shè)計CAD軟件系統(tǒng),對需要加工材料的三維微結(jié)構(gòu)建立CAD幾何模型;
2)根據(jù)建立的三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型建立對應(yīng)的三維微細電火花電極的CAD幾何模型,并將該三維微電極進行離散切片,得到離散切片幾何模型;
3)將三維微電極的離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為相互平行的一組薄片電極數(shù)據(jù)模型;
4)由激光切割系統(tǒng)按照計算機中的薄片電極數(shù)據(jù)模型在一片厚度為0.02mm的銅箔上逐個切割相對應(yīng)的薄片電極,每個薄片電極的中心距為4_,去除廢料后得到一組的薄片電極陣列;
5)如圖4、圖5所示,將上述切割完成的薄片電極陣列進行微細電火花加工。加工的主要過程如下:
a)進行微細電火花加工時,I號薄片電極對準加工材料,其它薄片電極懸空。通過I號薄片電極上下往返式的微細電火花加工,加工材料上便會加工出對應(yīng)于I號薄片電極的微結(jié)構(gòu);
b)I號薄片電極加工完畢后,運動平臺前后移動0.02mm,左右移動4_,從而使2號薄片電極的加工位置和I號薄片電極的加工痕跡對齊;
c)再在I號薄片電極的加工痕跡對齊的位置上,2號薄片電極進行上下往返式的微細電火花加工,三維微結(jié)構(gòu)的加工材料上同樣會加工出對應(yīng)于2號薄片電極的微結(jié)構(gòu);
d)通過上述a)-c)中的步驟,完成3至N號薄片電極對三維微結(jié)構(gòu)加工材料進行微細電火花的加工,最終這組薄片電極陣列在加工材料上的加工痕跡便會擬合出三維微結(jié)構(gòu)成品。
[0029]以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實施例而已,并非對本發(fā)明作任何形式上的限制,雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上,然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi),當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例,但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于:包括有如下步驟: 1)通過三維計算機輔助設(shè)計CAD軟件系統(tǒng),對需要加工材料的三維微結(jié)構(gòu)建立CAD幾何模型; 2)根據(jù)建立的三維微結(jié)構(gòu)CAD幾何模型建立對應(yīng)的三維微細電火花電極的CAD幾何模型; 3)再對建立的三維微細電火花電極的CAD幾何模型沿一個方向進行離散切片,得到離散切片幾何模型; 4)將三維微細電火花電極的離散切片幾何模型轉(zhuǎn)化為相互平行的一組薄片電極數(shù)據(jù)模型; 5)由薄片切割系統(tǒng)按照計算機中的薄片電極數(shù)據(jù)模型在一片薄片電極材料上逐個切割相對應(yīng)的薄片電極,每個薄片電極的中心距相同,去除廢料后得到一組的薄片電極陣列,分別為1-N號薄片電極; 6)將上述切割完成的一組薄片電極陣列對三維微結(jié)構(gòu)的加工材料進行微細電火花加工。
2.如權(quán)利要求1所述的基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于:對步驟6)的微細電火花加工還包括如下步驟: O首先,I號薄片電極對準加工材料進行微細電火花加工,其它薄片電極懸空;通過I號薄片電極上下往返式的微細電火花加工,加工材料上便會加工出對應(yīng)于I號薄片電極的微結(jié)構(gòu); 2)當I號薄片電極加工完畢后,運動平臺前后移動一個電極中心距,移動一個放電加工厚度,從而使2號薄片電極的加工位置和I號薄片電極的加工痕跡對齊; 3)再在I號薄片電極的加工痕跡對齊的位置上,2號薄片電極進行上下往返式的微細電火花加工,加工材料上同樣會加工出對應(yīng)于2號薄片電極的微結(jié)構(gòu); 4)通過上述I)-3)中的步驟,完成3至N號薄片電極對加工材料進行微細電火花的加工,最終這組薄片電極陣列在加工材料上的加工痕跡便會擬合出三維微結(jié)構(gòu)成品。
3.如權(quán)利要求1所述的基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于:該薄片電極陣列的獲得方法可以是激光切割、線切割或電火花加工。
4.如權(quán)利要求1所述的基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于:該薄片電極材料可以是銅板、鎢板、石墨板、鎳板、鑰板或鋼板。
5.如權(quán)利要求4所述的基于薄片電極的微細電火花制備三維微結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于:該薄片電極材料厚度尺寸< 1.0_。
【文檔編號】B23H9/00GK103480929SQ201310442881
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】徐斌, 伍曉宇, 雷建國, 羅烽, 梁雄, 阮雙琛 申請人:深圳大學
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