本發(fā)明涉及3d打印,具體涉及一種fdm掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工裝置。
背景技術(shù):
1、隨著高功率集成電路、高功率激光器等先進裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展,對高效冷卻技術(shù)的需求越來越大,基于微通道相變冷卻技術(shù)被認(rèn)為是解決相關(guān)技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。微通道相變冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其微小的通道尺寸以及精密的封閉式通道結(jié)構(gòu)。然而,這樣的微觀尺度和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計給傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)加工方法難以在微米級別上精確控制通道的尺寸和形狀,且難以處理封閉式微通道的加工和制造。為克服這些挑戰(zhàn),目前研究和工業(yè)界正在探索更加先進的微加工技術(shù),如電化學(xué)沉積加工技術(shù)和3d打印技術(shù)。這些高精度、高效率的微加工技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)微通道結(jié)構(gòu)的精確制造,而且能夠通過精細(xì)的設(shè)計優(yōu)化來提高相變冷卻系統(tǒng)的性能;
2、3d打印技術(shù),又稱為增材制造技術(shù),通過逐層疊加材料來構(gòu)建三維物體。這一技術(shù)打破了傳統(tǒng)制造技術(shù)的限制。它在速度、靈活性和定制化方面具有顯著優(yōu)勢,已成為制造相變冷卻系統(tǒng)的主要技術(shù)之一。特別是在微通道的精確制造上,3d打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)加工難以達到的高精度和復(fù)雜結(jié)構(gòu),極大地提高了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計靈活性和熱交換效率。盡管3d打印技術(shù)在相變冷卻領(lǐng)域具有上述優(yōu)勢,但也存在一些局限性和挑戰(zhàn)。盡管3d打印能夠制造復(fù)雜的微通道結(jié)構(gòu),但打印過程中的材料沉積可能會引入表面粗糙度,影響冷卻性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為了克服3d打印技術(shù)存在的精度不夠,強度不夠,結(jié)合力差等問題,發(fā)明了一種fdm掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工裝置和方法。首先利用熔絲堆積成形技術(shù)打印出一定圖案的樹脂掩膜層,再利用電化學(xué)沉積技術(shù)在掩膜層鏤空部分打印相變冷卻熱忱的金屬層,不斷交替重復(fù)掩膜與沉積過程,直至將相變冷卻熱忱分層打印完成,最后將樹脂掩膜層和金屬熱忱分離。這種技術(shù)可以實現(xiàn)高精度、高強度、高壽命的打印,同時還可以通過調(diào)整電化學(xué)參數(shù)來控制打印材料的性質(zhì)。
2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種fdm掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工裝置,包括fdm掩膜模塊、電化學(xué)沉積模塊、雙工位轉(zhuǎn)臺,左右方向為x向;
3、fdm掩膜模塊是位于機床底座上大理石平臺(2)右邊的x/y/z方向三維運動平臺(8),
4、其中,z向滑塊通過右側(cè)連接梁與右側(cè)固定座連接,右側(cè)固定座上固定安裝兩個平行噴頭,兩個平行噴頭上端為材料入口(23),下端由電熱裝置和噴嘴(21)組成;
5、電化學(xué)沉積模塊是位于大理石平臺(2)的左邊的x/y方向的二維運動平臺(3),y向滑塊左側(cè)連接梁(10)與左側(cè)固定座固定連接,左側(cè)固定座上固定安裝輸出端,輸出端頂部為電鑄液入口(5),底部(7)為電鑄液噴嘴;
6、雙工位轉(zhuǎn)臺位于二維運動平臺和三維運動平臺的中間,包括雙頭突出的雙工位的工件平臺(12),工件平臺通過數(shù)控轉(zhuǎn)臺(26)控制轉(zhuǎn)動。
7、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,機床底座(1)上安裝有機床外罩、左側(cè)隔板、右側(cè)隔板,左、右側(cè)隔板將機床外罩罩住的空間分隔為左側(cè)非加工區(qū)、中間加工區(qū)、右側(cè)非加工區(qū),三維運動平臺位于右側(cè)非加工區(qū),二維運動平臺位于左側(cè)非加工區(qū),噴嘴、電鑄液噴嘴位于中間加工區(qū),左側(cè)連接梁穿過左側(cè)隔板的左通孔,右側(cè)連接梁穿過右側(cè)隔板上的右通孔,錐形防護罩一端連接在對應(yīng)的左側(cè)隔板、右側(cè)隔板上,另一端連接在對應(yīng)的左側(cè)固定座、右側(cè)固定座連接。
8、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,中間加工區(qū)對應(yīng)的機床外罩上具有推拉門(17)。
9、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,所述推拉門(17)通過機床外罩頂部與底部的導(dǎo)軌在加工區(qū)與非加工區(qū)之間滑動。
10、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,錐形防護罩包括用于與連接板和隔板固定連接的側(cè)連接板(603)以及設(shè)置在側(cè)連接板和對應(yīng)的連接板、隔板之間的耐高溫密封圈(602),兩個側(cè)連接板之間通過密封皮革(601)連接,下端具有透氣孔(604)。
11、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺包括固定在大理石平臺(2)上的箱體(24)、固定在箱體上的箱蓋(25)以及安裝在箱體內(nèi)并穿過箱蓋的主軸,主軸和箱體之間通過密封裝置密封連接。
12、在上述方案的基礎(chǔ)上,作為優(yōu)選,不銹鋼的箱蓋(25)的內(nèi)圓周上具有銑槽,銑槽內(nèi)安裝橡膠圈,通過螺栓將密封尼龍?zhí)坠潭ㄔ谙渖w上并壓緊橡膠圈形成密封,密封尼龍?zhí)滋自谥鬏S上且其內(nèi)圈與主軸之間通過橡膠密封圈密封。
13、一種fdm掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工方法,利用加工裝置進行加工,第一階段:工件底板初始位于fdm掩膜模塊,工件平臺(12)的突出端作為整體零件的安裝、定位基準(zhǔn),實現(xiàn)零件的精準(zhǔn)定位和校正,減少誤差,打開三維運動平臺的主控程序面板,調(diào)節(jié)z向往復(fù)運動裝置,設(shè)置噴嘴與陰極工件之間的初始加工間隙;在主控面板設(shè)置加工參數(shù),進行3d打印;此時電熱裝置(20)單獨對噴嘴位置加熱,使樹脂材料融化,對工件底板進行第一層絕緣掩膜層;
14、第二階段:工件由fdm掩膜模塊通過工件平臺(12)旋轉(zhuǎn)到電化學(xué)沉積模塊,陽極和陰極分別連接直流電源的正負(fù)極,電化學(xué)沉積模塊的噴嘴處連接電源正極,作為工件陽極,工作平臺連接電源負(fù)極,作為工具陰極,陰、陽極之間連接脈沖電源,施加一定的電壓,電鑄液泵不斷向加工區(qū)輸送電鑄液,并由電鑄液攜帶著加工產(chǎn)物流回電解槽。由陽極尖端與陰極基板之間微區(qū)域內(nèi)流動的高濃度電鑄液形成回路,電鑄液中被還原的金屬離子被“限定”在陽極尖端對應(yīng)的微區(qū)域,形成定域沉淀,由下至上逐層生成三維實體;
15、通過二維運動平臺的主控程序面板進行定位基準(zhǔn)和初始加工間隙,然后通過主動面板設(shè)置加工參數(shù),調(diào)節(jié)y向往復(fù)掃描,形成定域沉淀;此時電鑄液通過進水管高速流入,通過出水口(7)高速流出,再利用電化學(xué)沉積技術(shù)在掩膜層鏤空部分打印相變冷卻熱忱的金屬層;
16、在第一層相變冷卻熱成加工后,通過數(shù)控轉(zhuǎn)臺(26)牽引工件平臺(12),不斷交替重復(fù)掩膜與沉積過程,直至將相變冷卻熱忱分層打印完成,通過電化學(xué)沉積技術(shù),提高工件的精度;
17、當(dāng)完成一層的打印之后,陽極會抬升一個成型層厚度,在上個沉積層的基礎(chǔ)上繼續(xù)打印下一層,伴隨著陽極的如此往復(fù)掃描,從而將沉積層由下至上堆疊成型,直至打印平面微結(jié)構(gòu)的高度達到設(shè)定值;
18、第三階段:在最后一層循環(huán)往復(fù)的加工后,樹脂掩膜和電化學(xué)沉積的雙加工狀態(tài)完成后,得到一塊帶有樹脂掩膜板的工件結(jié)構(gòu);此時打開三維運動平臺的主控程序面板,設(shè)置加工參數(shù),進行噴嘴(21)的替換,移動兩個平行噴頭的位置,用導(dǎo)電銀膠材料代替原有的樹脂材料打印出導(dǎo)電銀膠層,再進行電化學(xué)沉積打印熱忱導(dǎo)電銀膠融化樹脂材料,形成中空狀態(tài);
19、最后,打印封裝層,形成封閉式的微通道熱忱,然后得到最終的成型工件。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
21、本專利提出的噴絲掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工方法,首先利用熔絲堆積成形技術(shù)打印出一定圖案的樹脂掩膜層,再利用電化學(xué)沉積技術(shù)在掩膜層鏤空部分打印相變冷卻熱忱的金屬層,不斷交替重復(fù)掩膜與沉積過程,直至將相變冷卻熱忱分層打印完成,最后將樹脂掩膜層和金屬熱忱分離。這種技術(shù)可以實現(xiàn)高精度、高強度、高壽命的精確打印,同時還可以通過調(diào)整電化學(xué)參數(shù)來控制打印材料的性質(zhì);
22、本專利提出的噴絲掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工方法,運用雙工位轉(zhuǎn)臺,通過旋轉(zhuǎn)將工件位置轉(zhuǎn)移,實現(xiàn)fdm掩膜和電化學(xué)沉積兩個工藝同時進行,保證了加工精度和效率的同時,減少了拆裝過程的誤差,縮短加工流程;
23、本專利提出的噴絲掩膜-電化學(xué)沉積的復(fù)合3d打印加工裝置和方法,運用雙噴頭的設(shè)計,將樹脂噴頭和導(dǎo)電銀膠噴頭一體式安裝。在完成工件成型加工后,避免了掩模板與工件之間的粘黏。減少了裝夾工序,減小了重復(fù)誤差,提高了加工效率和工件的表面質(zhì)量。