一种用于微细电沉积加工的喷头及微细电沉积加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于微细电沉积加工的喷头，包括：三通转接头、喷嘴和阳极，阳极插接于三通转接头的第一接口，喷嘴插接于三通转接头的第二接口，三通转接头的第三接口用于插接供液管；所述喷嘴的内部流道朝着出液口方向呈多级阶梯式缩小，所述阳极的一端与所述第一接口的内壁连接，另一端伸入到所述喷嘴内部，所述阳极伸入喷嘴内部的一端与所述喷嘴的内壁间隔一定距离。本发明专利技术还提供了一种微细电沉积加工装置。本发明专利技术能够解决管状电沉积喷头加工时副产物容易堵塞碰嘴的问题，同时阶梯状的内部流道结构能够解决锥形电沉积喷头无法精确控制内径的大小和壁厚的问题，从而降低加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微细电沉积加工的喷头及微细电沉积加工装置
本专利技术涉及微细电化学加工
，更具体地，涉及一种用于微细电沉积加工的喷头及微细电沉积加工装置。
技术介绍
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。随着科学技术的进步发展，人们对于微观世界的研究进一步深入。各种各样的毫米微米乃至纳米级别微尺寸微结构零部件在国防军事、航空航天、新能源、新材料、生物医学、半导体器件等领域发挥出越来越重要的作用。实现微尺度微结构零部件的微细加工是目前制造业所关注的一个重要发展方向，已经有利用微细电沉积来进行微结构金属零件的3D打印技术——电化学打印技术，利用喷嘴来约束电场，可以打印处高分辨率的复杂结构。目前应用于微细电沉积加工的喷头主要有管状喷头和锥形喷头，但是管状喷头和锥形喷头在应用时都有一定的局限性：如CN109778244A公开了一种喷射电沉积3D微细金属增材制造装置，其采用喷头即为管状喷头，通过阳极的位置调整虽能够实现流量调节，但是管状喷嘴不能很好的排出加工过程中产生的气体副产物，气体容易积聚在阳极与喷嘴出液口附近，阻碍加工；如CN210856367U公开了一种用于喷射电沉积的喷嘴，所提供喷嘴体即为锥形流道，虽然没有喷头易堵塞的问题，但是加工复杂，锥形喷嘴很难精确控制内径的大小和壁厚，加工成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中，管状喷头存在的加工副产物易堵塞喷嘴从而阻碍加工的问题，以及锥形喷头存在的流道大小和壁厚不能精准控制而导致加工成本高的缺陷，提供一种用于微细电沉积加工的喷头及微细电沉积加工装置。本专利技术能够保证加工副产物有足够的空间上浮，不会影响电沉积加工，同时喷头内部流道为阶梯式逐步缩小，每级阶梯大小及壁厚可根据要求精准控制，易于铸模加工，从而降低加工成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于微细电沉积加工的喷头，包括：三通转接头、喷嘴和阳极，阳极插接于三通转接头的第一接口，喷嘴插接于三通转接头的第二接口，三通转接头的第三接口用于插接供液管，所述第一接口位于三通转接头的上端，所述第二接口位于所述三通转接头的下端，第一接口和第二接口正对；所述喷嘴的内部流道朝着出液口方向呈多级阶梯式缩小，所述阳极的一端与所述第一接口的内壁连接，另一端伸入到所述喷嘴内部，所述阳极伸入喷嘴内部的一端与所述喷嘴的内壁间隔一定距离。这样，呈多级阶梯式缩小的喷嘴内部流道不是渐进缩小的，而是阶梯状突变的，这样的设计可以保证在喷嘴出液口内径几十微米的前提下依然给阳极与喷嘴内壁之间留有足够的间隙，能够保证气泡顺利上浮，进而保证加工顺利进行。进一步的，所述喷嘴内部流道各阶梯截面均为圆形，各阶梯截面的圆心处于同一直线上。这样，喷嘴各阶梯的截面圆大小能够根据设计要求，将截面圆的大小数值精确控制在一个数值内，内部流道的各截面圆心处于同一直线，对外部形状没有确定要求，尺寸符合设计要求就能达到技术效果，解决了锥形喷嘴连续变径的加工精度和壁厚不易掌握的问题，喷嘴内部流道各阶梯加工时便于加工，降低加工成本；同时，喷嘴的内部流道由出液口至下而上为光滑的变径圆柱流道，没有转角，当气泡向上浮动时，不易受到阻碍。进一步的，所述喷嘴的出液口所在端的末端为毛细管状，毛细管状末端的长度为0.5mm-5mm，所述喷嘴出液口的内径为10μm-500μm，喷嘴由耐腐蚀材料制成。这样，喷嘴能够适用于不同的工作液的电沉积反应，不易损坏，喷嘴末端毛细管状长度控制可以保证加工过程中，工作电极在一定距离之内，在同等电压下，为反应提供更强的电场，提高沉积速率，同时出液口的内径控制能够给工作液提供沉积反应所必要的通道，保证反应过程正常进行，从而便于调节电沉积反应过程的速率。进一步的，所述阳极由直径不同的第一圆柱和第二圆柱组成，所述第一圆柱与第一接口的内壁连接，所述第二圆柱伸入喷嘴内部，所述第二圆柱直径小于第一圆柱，且第一圆柱和第二圆柱的轴线与喷嘴内部流道各阶梯截面的圆心处于同一直线上。这样，阳极能够保证位于喷嘴内部流道的中心轴上，阳极第二圆柱与喷嘴内部流道各阶梯内壁距离相同，不影响任一部位产生的气泡等副产物的通过效果。进一步的，所述阳极第二圆柱的直径为喷嘴出液口内径的1-3倍，所述阳极的第二圆柱伸入喷嘴内部的一端端头与喷嘴的内侧壁间隔距离为阳极第二圆柱直径的1-5倍。这样，随着反应的持续进行，阳极产生的气泡不断长大，气泡不会因为喷嘴内壁与阳极之间的距离太小而隔断电场，阳极的第二圆柱末端与阴极的距离在同等电压下，可以为反应提供更强的电场，提高沉积速率。进一步的，阳极的材料为惰性金属或与电沉积加工过程中的沉积金属相同。本专利技术还提供了一种微细电沉积加工装置，包括：底座，设于所述底座上的运动平台，固定在运动平台上的液池，放置于液池中部的阴极，安装在底座上且位于所述液池上方的移动支架，固定于移动支架上的喷头夹具，连接在所述喷头夹具上的用于微细电沉积加工的喷头，用于给所述阴极和喷头的阳极供电的电源，以及用于连接所述喷头上供液管的供液系统。进一步的，所述用于微细电沉积加工的喷头通过螺钉和螺母固定于喷头夹具上，所述电源负极与阴极电连接，所述电源正极与用于微细电沉积加工的喷头的阳极电连接，供液系统将工作液泵入供液管、工作液通过供液管到达所述用于微细电沉积加工的喷头。这样，加工前，先向喷嘴和供液管内注满工作液，供液系统为电沉积加工提供新鲜工作液，工作液流经供液管、三通转接头和喷嘴，最终流向阴极，金属离子在阴极上得电子，变成金属原子，沉积在阴极上，从而沉积出三维结构。进一步的，所述供液系统包括注射器和微量注射泵，注射器卡装于微量注射泵的推拉卡座上。这样，通过微量注射泵提供动力，注射器持续不断地精准泵入新鲜工作液，实现精细电沉积加工，同时保证电沉积加工过程出液率稳定。进一步的，所述运动平台能够实现XY轴移动，所述移动支架能够实现Z轴移动。这样，在进行微细电沉积加工时，能够从3个维度调整电沉积工件的结构和形状，保证低速运行平稳。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术阳极第二圆柱深入喷嘴内部，阳极的第二圆柱的末端与喷嘴的内壁间隔一定距离，呈多级阶梯式缩小的喷嘴内部流道是阶梯状突变的，能够保证在加工过程中加工副产物气泡不会聚集在阳极附近，或者粘附于侧壁，能够顺利上浮不阻碍加工。(2)本专利技术喷嘴内部流道各阶梯截面均为圆形，内部流道的各截面圆心处于同一直线，截面圆的大小数值精确可控制在一个数值内，对外部形状没有确定要求，很大程度降低了加工难度，解决了锥形喷嘴连续变径的加工精度和壁厚不易掌握的问题，从而降低加工成本。附图说明图1为本专利技术中用于微细电沉积加工的喷头的整体示意图。图2为图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微细电沉积加工的喷头，包括：三通转接头(2)、喷嘴(5)和阳极(1)，阳极(1)插接于三通转接头(2)的第一接口，喷嘴(5)插接于三通转接头(2)的第二接口，三通转接头(2)的第三接口用于插接供液管(3)；/n其特征在于，所述喷嘴(5)的内部流道朝着出液口方向呈多级阶梯式缩小，所述阳极(1)的一端与所述第一接口的内壁连接，另一端伸入到所述喷嘴(5)内部，所述阳极(1)伸入喷嘴(5)内部的一端与所述喷嘴(5)的内壁间隔一定距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微细电沉积加工的喷头，包括：三通转接头(2)、喷嘴(5)和阳极(1)，阳极(1)插接于三通转接头(2)的第一接口，喷嘴(5)插接于三通转接头(2)的第二接口，三通转接头(2)的第三接口用于插接供液管(3)；
其特征在于，所述喷嘴(5)的内部流道朝着出液口方向呈多级阶梯式缩小，所述阳极(1)的一端与所述第一接口的内壁连接，另一端伸入到所述喷嘴(5)内部，所述阳极(1)伸入喷嘴(5)内部的一端与所述喷嘴(5)的内壁间隔一定距离。


2.根据权利要求1所述的用于微细电沉积加工的喷头，其特征在于，所述第一接口位于所述三通转接头(2)的上端，所述第二接口位于所述三通转接头(2)的下端，所述第一接口和所述第二接口正对。


3.根据权利要求1所述的用于微细电沉积加工的喷头，其特征在于，所述喷嘴(5)内部流道各阶梯截面均为圆形，各阶梯截面的圆心处于同一直线上。


4.根据权利要求3所述的用于微细电沉积加工的喷头，其特征在于，所述喷嘴(5)由耐腐蚀材料制成，所述喷嘴(5)的出液口所在端的末端为毛细管状，毛细管状末端的长度为0.5mm-5mm，所述喷嘴(5)出液口的内径为10μm-500μm。


5.根据权利要求4所述的用于微细电沉积加工的喷头，其特征在于，所述阳极(1)由直径不同的第一圆柱和第二圆柱组成，所述第一圆柱与第一接口的内壁连接，所述第二圆柱伸入喷嘴(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓磊，朱嘉俊，蔡天煜，黄恒强，郭钟宁，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44