一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法，采用具有多个打印喷头的三维打印机同时制造微静电马达的转子、转子电极、定子、定子电极、转轴、衬底、转子临时性支撑结构、转轴临时性支撑结构的制造，打印完成后，浸入相应的溶液中选择性地去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构，得到微静音马达执行器，而不损害其他功能性材料结构，以导电材料为种子层可以在表面生长金属层，而不导电材料表面不会生长金属，实现金属层的选择性生长，整个器件在一个打印制造过程中完成，不需要额外的图形化、对准、装配工艺。装配工艺。装配工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法


[0001]本专利技术涉及电子
，尤其涉及一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，传统的大型机械执行器如马达、发电机等已经不能满足微观尺度上应用的需求。自1987年加州大学伯克利分校科学家通过表面牺牲层工艺制成了微静电电机以来，微电子机械系统及加工技术得到了长足的发展。传统的制造微机械的方式主要有使用微电子体硅工艺、光刻电铸成型（LIGA）工艺等。这些加工方法虽然能制备某些具有深槽、悬浮的微结构，但是对于更加复杂的三维结构却无能为力，应用范围有很大的局限性。
[0003]近年来，随着三维（3D）制造技术的兴起，制造具有复杂三维结构变成了可能。但是目前，绝大多数的三维打印机都只有一个或者两个工作喷头/激光头，在一个打印过程中一般最多只能打印一种或两种功能性材料，所以制造由多功能材料混合组成的复杂三维结构的电子器件时，通常是先分立打印各个零部件，最后再对准、装配起来。对于微小结构器件来说，这不仅增加了工艺的复杂性，而且对准装配中产生的误差也影响器件的性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的提供了一种微机械执行器的一体化增材制造方法，其具体技术方案如下：一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法，所述微静电马达执行器由绝缘衬底、定子、定子电极、转子、转子电极和转轴构成，包括以下步骤：一体化增材制造步骤、选择性去除支撑步骤和选择性金属化步骤；所述一体化增材制造步骤：采用具有多个打印喷头的三维打印机在打印过程中同时完成同一水平层的不同功能结构；所述选择性去除支撑步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，在溶解液中选择性去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构；所述选择性金属化步骤：选择性在所述静电马达执行器中需要高电导率的部分生长金属层。
[0005]进一步的，所述一体化增材制造步骤包括以下步骤：在所述三维打印机的各打印喷头中分别装载绝缘材料、导电材料和可选择性去除的支撑材料，用装载有绝缘材料的喷头打印定子、转子、转轴和绝缘衬底；用装载有导电材料的喷头打印定子电极、转子电极；用装载有可选择性去除的支撑材料打印转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构。
[0006]进一步的，所述选择性去除支撑步骤，包括以下步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，浸入溶解液中选择性地去除转子临时
性支撑结构和转轴临时性支撑结构，得到所述微静电马达执行器，所述溶解液只溶解或腐蚀转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构而不损害绝缘衬底、定子、定子电极、转子、转子电极和转轴。
[0007]进一步的，所述溶解液为D
‑
柠檬烯。
[0008]进一步的，所述选择性金属化步骤包括以下步骤：采用电镀方法在所述静电马达执行器中需要高电导率的部分有选择地生长金属层。
[0009]进一步的，以导电材料为种子层并将静电马达执行器置于电镀系统的阴极，将金属板置于阳极，将导电材料、金属板、电镀液组成闭合回路，施加恒定电流，实现金属层的选择性生长。
[0010]进一步的，所述金属板为金属铜板，所述电镀液为硫酸铜。
[0011]进一步的，所述电镀方法使用外侧为绝缘结构、内侧为低电阻率导电结构的夹具夹持所述需要高电导率的部分。
[0012]进一步的，所述电镀方法首先将所述需要高电导率的部分自上而下缓慢浸入低浓度的电镀液中，在所述需要高电导率的部分表面形成疏松的低电阻金属薄膜；再将所述需要高电导率的部分浸入高浓度的电镀液中继续电镀，疏松的低电阻金属薄膜逐渐变得均匀致密。
[0013]相对于现有技术，本专利技术具有如下优点：第一，本专利技术的微静电马达执行器的一体化增材制造方法，相对于传统的单喷头/激光头的打印方法，可以在一个打印过程中同时完成器件各功能结构的打印而不需要额外的图形化、对准、装配工艺。
[0014]第二，本专利技术的微静电马达执行器的一体化增材制造方法，相对于传统的微电子工艺，可以制造更加复杂的三维结构。
附图说明
[0015]图1为微静电马达执行器的前视图；图2a
‑
图2g为本专利技术的微静电马达执行器的一体化增材制造方法过程图；图3a
‑
图3d为选择性金属化方法示意图；图4为本专利技术的微静电马达执行器的一体化增材制造方法制造的静电马达实物图。
具体实施方式
[0016]为使本专利技术的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。以平面静电马达为例进行介绍，但是本专利技术的应用范围不局限于所述结构执行器的制造。
[0017]本专利技术的一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法，所述微静电马达执行器由绝缘衬底、定子、定子电极、转子、转子电极和转轴构成，包括以下步骤：一体化增材制造步骤、选择性去除支撑步骤和选择性金属化步骤；所述一体化增材制造步骤：采用具有多个打印喷头的三维打印机在打印过程中同
时完成同一水平层的不同功能结构；所述选择性去除支撑步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，在溶解液中选择性去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构；所述选择性金属化步骤：选择性在所述静电马达执行器中需要高电导率的部分生长金属层。
[0018]所述一体化增材制造步骤包括以下步骤：在所述三维打印机的各打印喷头中分别装载绝缘材料、导电材料和可选择性去除的支撑材料，用装载有绝缘材料的喷头打印定子、转子、转轴和绝缘衬底；用装载有导电材料的喷头打印定子电极、转子电极；用装载有可选择性去除的支撑材料打印转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构。
[0019]所述选择性去除支撑步骤，包括以下步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，浸入溶解液中选择性地去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构，得到所述微静电马达执行器，所述溶解液只溶解或腐蚀转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构而不损害绝缘衬底、定子、定子电极、转子、转子电极和转轴。
[0020]所述溶解液为D
‑
柠檬烯。
[0021]所述选择性金属化步骤包括以下步骤：采用电镀的方法在所述静电马达执行器中需要高电导率的部分有选择地生长金属层。
[0022]以导电材料为种子层并将静电马达执行器置于电镀系统的阴极，将金属板置于阳极，将导电材料、金属板、电镀液组成闭合回路，施加恒定电流，实现金属层的选择性生长。
[0023]所述金属板为金属铜板，所述电镀液为硫酸铜。
[0024]如图1所示，微静电马达执行器由绝缘衬底（未示出）、定子1、定子电极2、转子3、转子电极4和转轴5构成。
[0025]微静电马达利用两个电极之间电荷分布产生的引力和斥力，把电能转换成机械能。不需要高导电率时，可以直接用掺杂（如炭黑、石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒、金属纳米线等）的高分子材料作为电极的材料；需要高导电率时，可以用选择性镀膜的方式制作电极。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微静电马达执行器的一体化增材制造方法，所述微静电马达执行器由绝缘衬底、定子（1）、定子电极（2）、转子（3）、转子电极（4）和转轴（5）构成，其特征在于，包括以下步骤：一体化增材制造步骤、选择性去除支撑步骤和选择性金属化步骤；所述一体化增材制造步骤：采用具有多个打印喷头的三维打印机在打印过程中同时完成同一水平层的不同功能结构、转子临时性支撑结构（6）和转轴临时性支撑结构（8）；所述选择性去除支撑步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，在溶解液中选择性去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构；所述选择性金属化步骤：选择性在所述静电马达执行器中需要高电导率的部分生长金属层。2.根据权利要求1所述的微静电马达执行器的一体化增材制造方法，其特征在于，所述一体化增材制造步骤包括以下步骤：在所述三维打印机的各打印喷头中分别装载绝缘材料、导电材料和可选择性去除的支撑材料，用装载有绝缘材料的喷头打印定子（1）、转子（3）、转轴（5）和绝缘衬底；用装载有导电材料的喷头打印定子电极（2）、转子电极（4）；用装载有可选择性去除的支撑材料打印转子临时性支撑结构（6）和转轴临时性支撑结构（8）。3.根据权利要求1所述的微静电马达执行器的一体化增材制造方法，其特征在于，所述选择性去除支撑步骤，包括以下步骤：在所述微静电马达执行器结构打印完成后，浸入溶解液中选择性地去除转子临时性支撑结构和转轴临时性支撑结构，得到所述微静电马达执行器，所述溶解液只溶解或腐蚀转子临时性支撑结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冠东，马蔚，刘楠，贾志立，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：