一种基于双向三维特征叠加的三维微结构加工方法技术

本发明专利技术提出了一种基于双向三维特征叠加的三维微结构加工方法，包括如下步骤：步骤一：建立零件几何模型；步骤二：根据所述三维微结构几何模型上的不同方向，分别建立三维电极模型；步骤三：建立薄片电极数据模型；步骤四：加工微电极薄片；步骤五：连接各层微电极薄片；步骤六：电加工三维微结构。这种根据不同加工方向采用不同微电极的加工方式，加工出的工件不会出现台阶，可有效地提高加工结果的形状和改善加工结果的表面质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是用于微细加工领域，尤其是利用三维微电极加工工件斜平面的方法。
技术介绍
通过三维微电极的微细电火花加工或微细电解加工可以获得三维微结构。现有的三维微电极一般是通过多层二维微结构叠加拟合而成。三维微电极的三维特征分为两个方向(或称为一个平面和一个方向)，一个方向(平面)上的三维特征可以直接获得，另一方向上的三维特征则需要通过多层二维微结构叠加拟合获得，因此该方向上的三维特征存在台阶效应。将三维微电极用于微细电火花加工或者微细电解加工，台阶效应会对三维微结构的形状精度产生不利影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是消除台阶效应对三维微结构形状精度的不利影响，提供一种可以加工具有较高形状精度的三维微结构方法，尤其是适用于三维斜平面的电加工成型。本专利技术的技术问题通过以下技术方案予以解决:—种基于双向三维特征叠加的三维微结构加工方法，其包括以下步骤:步骤一:建立零件几何模型;绘制待制备零件的三维微结构几何模型；步骤二:建立三维电极模型;根据所述三维微结构几何模型上的不同方向，分别建立电火花加工该平面的XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型;并将所述XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型进行离散切片，分别得到离散切片几何模型；步骤三:建立薄片电极数据模型；分别将所述离散切片几何模型转化为两组相互平行的XZ薄片电极数据模型和YZ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h与所述切片的厚度H相等；步骤四:加工微电极薄片;根据所述XZ薄片电极数据模型和YZ薄片电极数据模型，在一组金属箔上分别加工出ZX方向上的二维薄片微电极和YZ方向上的二维薄片微电极，所述两个电极之间的距离为S;步骤五:连接各层微电极薄片;将所述金属箔进行真空压力热扩散焊，用于散焊的真空炉压强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 > I小时，完成后随炉冷却，形成XZ薄片电极和YZ薄片电极的三维叠层微电极阵列；步骤六:电加工三维微结构;将具有XZ薄片电极和YZ薄片电极的电极阵列用于加工三维微结构:I)用三维叠层微电极轮廓的XZ方向对准备工件的第一平面，并进行XZ方向上的上下往返式加工，从而使工件获得XZ方向上的三维特征;2)移动工件或金属箔，使三维叠层微电极轮廓的YZ方向对准所述工件的第一平面；同时，旋转工件或金属箔，对工件进行YZ方向上的上下往返式加工，从而使工件获得YZ方向上的三维特征；根据上述方法加工出的工件不会出现台阶，可有效地提高加工结果的形状和改善加工结果的表面质量。优选地，具有所述三维叠层微电极轮廓的电极阵列，其上的XZ薄片电极和YZ薄片电极为旋转对称;所述步骤六中的旋转工件或金属箔的角度为90°。优选地，所述切片的厚度Η< 500μπι。优选地，所述金属箔为铜箔或镍箔或钼箔。优选地，所述二维薄片微电极的厚度h< 1.0mm。本专利技术与现有技术对比的有益效果是:现有的三维叠层微电极由于在加工过程中具有台阶，直接用于微细电火花加工或微细电解加工时，台阶会被复制到加工结果上，从而影响到加工结果的形状精度和表面质量。而本专利技术将三维微电极XZ方向和YZ方向分别进行离散和叠加，可有效避免三维叠层微电极的台阶效应。将具有三维微电极XZ方向和三维微电极YZ方向的电极阵列用于微细电火花加工或者微细电解加工，可以有效地提高加工结果的形状精度和改善加工结果的表面质量。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；图1是所需要的三维微结构的几何模型示意图；图2是根据图1所设计的三维微电极的几何模型示意图；图3是现有的三维微电极的离散切片几何模型示意图；图4是本专利技术的微电极薄片的加工方式；图5是本专利技术具有XZ方向和YZ方向三维微电极的电极阵列示意图；图6是本专利技术的电极阵列加工工件XZ方向上的三维特征示意图；图7是本专利技术的电极阵列加工工件YZ方向上的三维特征示意图；标号说明:挡块I，正在加工的铜箔2，待加工的铜箔3，夹紧端4，已完成加工的铜箔5，切割工具6，二维薄片微电极7，台阶8，工件9。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出的三维微电极叠层拟合制备方法，其包括以下步骤: ，其包括以下步骤:步骤一:建立零件几何模型;绘制待制备零件的三维微结构几何模型；步骤二:建立三维电极模型;根据所述三维微结构几何模型上的不同方向，分别建立电火花加工该平面的XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型;并将所述XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型进行离散切片，分别得到离散切片几何模型；步骤三:建立薄片电极数据模型；分别将所述离散切片几何模型转化为两组相互平行的XZ薄片电极数据模型和YZ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h与所述切片的厚度H相等；步骤四:加工微电极薄片;根据所述XZ薄片电极数据模型和YZ薄片电极数据模型，在一组金属箔上分别加工出XZ方向上的二维薄片微电极和YZ方向上的二维薄片微电极，所述两个电极之间的距离为S;步骤五:连接各层微电极薄片;将所述金属箔进行真空压力热扩散焊，用于散焊的真空炉压强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 > I小时，完成后随炉冷却，形成XZ薄片电极和YZ薄片电极的三维叠层微电极阵列；步骤六:电加工三维微结构;将具有XZ薄片电极和YZ薄片电极的电极阵列用于加工三维微结构:I)用三维叠层微电极轮廓的XZ方向对准备工件9的第一平面，并进行XZ方向上的上下往返式加工，从而使工件9获得XZ方向上的三维特征;2)移动工件9或金属箔，使三维叠层微电极轮廓的YZ方向对准所述工件9的第一平面;同时，旋转工件9或金属箔，对工件9进行YZ方向上的上下往返式加工，从当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双向三维特征叠加的三维微结构加工方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一：建立零件几何模型；绘制待制备零件的三维微结构几何模型；步骤二：建立三维电极模型；根据所述三维微结构几何模型上的不同方向，分别建立电火花加工该平面的XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型；并将所述XZ方向微电极几何模型和YZ方向微电极几何模型进行离散切片，分别得到离散切片几何模型；步骤三：建立薄片电极数据模型；分别将所述离散切片几何模型转化为两组相互平行的XZ薄片电极数据模型和YZ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h与所述切片的厚度H相等；步骤四：加工微电极薄片；根据所述XZ薄片电极数据模型和YZ薄片电极数据模型，在一组金属箔上分别加工出ZX方向上的二维薄片微电极和YZ方向上的二维薄片微电极，所述两个电极之间的距离为δ；步骤五：连接各层微电极薄片；将所述金属箔进行真空压力热扩散焊，用于散焊的真空炉压强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XZ薄片电极和YZ薄片电极的三维叠层微电极阵列；步骤六：电加工三维微结构；将具有XZ薄片电极和YZ薄片电极的电极阵列用于加工三维微结构：1)用三维叠层微电极轮廓的XZ方向对准备工件的第一平面，并进行XZ方向上的上下往返式加工，从而使工件获得XZ方向上的三维特征；2)移动工件或金属箔，使三维叠层微电极轮廓的YZ方向对准所述工件的第一平面；同时，旋转工件或金属箔，对工件进行YZ方向上的上下往返式加工，从而使工件获得YZ方向上的三维特征。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，伍晓宇，梁雄，雷建国，阮双琛，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44