一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及精密加工技术领域，具体提供了一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其中，所述光纤激光与电沉积同轴复合加工装置包括：电源、基板、光源和光纤管电极，所述基板用于与所述电源的电源负极相连接；所述光纤管电极包括从内至外依次套接设置的金属管电极和所述中空光纤，所述金属管电极与所述电源的电源正极相连接，所述金属管电极内部设有电铸液流通通道；其中，加工装置利用光纤管电极同时将激光束与电铸液传输至基板表面，不仅很好地避免了激光束在传输过程中与电铸液接触而产生的损失，也有效地缩小了电铸液作用于基板的作用面积，因而有效地提高了定域性、成形精度、加工效率，以及成形件的致密度和性能。和性能。和性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法


[0001]本专利技术涉及精密加工
，具体而言，涉及一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法。

技术介绍

[0002]随着科技与材料的不断发展，使得零部件逐渐趋于微型化和集成化，尤其是金属微结构在电子封装元件、精密机械、航空航天和微机电系统等微型产品中起着越来越重要的作用，然而采用单一的机械加工或特种加工技术，难以实现微结构的精密制造。
[0003]近年来，增材制造技术(又称3D打印技术)因其适用材料范围广、节约成本、加工效率高及可制备复杂形状等特点受到了科学研究领域与工业应用领域人士的青睐，且在航空航天、汽车模具、医疗电子和国防装备等领域表现出独特的优势。
[0004]电沉积增材制造技术作为一种采用原子逐层沉积的理论而开发的增材制造技术，因其低温加工和可制备具有极低应力和少量缺陷的精密微结构特点，成为了金属微结构加工领域的研究热点。
[0005]喷射电沉积作为一类典型的无掩膜电沉积增材制造技术，其采用喷嘴代替固体阳极作为阳极工具，使得电铸液由喷嘴处冲击至阴极表面，并在阴极上选择性沉积金属。由于具有相对较高的电流密度，因而，与传统电沉积增材制造技术相比，其沉积速率较高。现有技术中，已有研究表明，采用激光的热、力和光效应可进一步提高喷射电沉积的速率，且由于高能量激光的存在，可制备致密性较高且性能较优的零部件。然而，在已开发的激光辅助喷射电沉积技术由于激光在电铸液内传输，因而损耗较大，且喷嘴仅在阴极上方工作，因而限制了其发展。r/>
技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的问题是现有的激光辅助喷射电沉积技术由于激光在电铸液内传输导致损耗较大，且喷嘴仅在阴极上方工作，因而限制沉积效果。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提出如下技术方案：
[0008]一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其中，所述光纤激光与电沉积同轴复合加工装置包括：电源、基板、光源和光纤管电极，所述基板用于与所述电源的电源负极相连接；
[0009]所述光纤管电极包括从内至外依次套接设置的金属管电极和所述中空光纤，所述金属管电极与所述电源的电源正极相连接，所述金属管电极内部设有电铸液流通通道；
[0010]所述光源发出的激光束用于通过所述中空光纤导光，并聚焦于所述金属管电极的轴线上而与电铸液在所述基板上共同完成金属颗粒沉积，以形成沉积层；
[0011]所述加工方法包括如下步骤：
[0012]S1、将所述基板固定于机床上，并将所述基板与所述电源的电源负极相连形成阴极，将所述光纤管电极与所述电源的电源正极相连形成阳极，开启所述电源；
[0013]S2、使电铸液从供液槽进入所述光纤管电极的金属管电极内的电铸液流通通道中并流至所述基板上；
[0014]S3、使光源发出的激光束经过所述光纤管电极中的中空光纤，并在所述中空光纤的末端射出以照射至所述基板上，以使所述激光束与所述电铸液共同完成金属颗粒沉积，以形成沉积层。
[0015]本专利技术提供的一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：
[0016]其中，电铸液通过金属管电极内部的电铸液流通通道流到基板上，激光束经过光纤管电极中的中空光纤在基板的表面聚集，以使激光束与电铸液共同完成金属颗粒沉积，以形成沉积层；其中，加工装置利用光纤管电极同时将激光束与电铸液传输至基板表面，不仅很好地避免了激光束在传输过程中与电铸液接触而产生的损失，也有效地缩小了电铸液作用于基板的作用面积，因而有效地提高了定域性、成形精度、加工效率，以及成形件的致密度和性能。
[0017]优选地，在步骤S1之前，所述加工方法还包括采用三维软件建立三维模型，并利用切片软件进行分层切片而形成切片文件，随后将所述切片文件导入计算机中，以使所述光纤管电极随着成形件轨迹的运动而运动；配置所需浓度的电铸液，并将所述电铸液加入所述供液槽内；
[0018]对所述基板进行预处理，首先进行打磨和抛光处理，后进行表面除油、除垢和钝化处理，将所述基板固定于所述机床上，通过观察CCD相机Ⅱ反馈至计算机上的结果，调节所述机床的X轴和Y轴，找到加工位置，以使所述激光束聚焦于所述基板表面。
[0019]优选地，在步骤S2中，通过所述计算机控制所述电铸液流动，通过观察所述电铸液流动状态和流量计示数，调节离心泵和调节阀获得所需的所述电铸液流速。
[0020]优选地，在步骤S3中，所述加工方法还包括确认加工参数与设备状态，通过所述计算机开启各设备，使所述光纤管电极沿着所建立模型的轨迹逐层成形，以形成成形件，同时通过所述计算机显示的结果监控成形过程。
[0021]优选地，在步骤S3之后，所述加工方法还包括对所述成形件进行光整处理。
[0022]优选地，所述光整处理包括如下步骤：
[0023]第一步：将成形过程中产生的废液排至废液槽中，并控制所述计算机开启供气装置，采用由气体喷嘴喷出的气体将所述成形件上表面的废液清除；
[0024]第二步：确认光整参数，使得所述光源发出的激光束经过所述中空光纤射出并辐照于所述成形件表面，随后控制所述机床，使得所述机床沿着所规划的轨迹对当前层进行光整处理；
[0025]第三步：使所述激光束通过所述中空光纤传输至所述成形件表面，同时，使去离子水通过所述金属管电极进入所述光纤管电极的下端与所述成形件表面之间的加工间隙，以使所述激光束与水射流同步复合对所述成形件进行光整处理；待处理完毕后，按照当前层继续成形，直至工件成形完毕。
[0026]优选地，在步骤S3中，以激光器作为光源，所述激光器发出的一部分所述激光束经过二向色分光镜、圆锥透镜Ⅰ、圆锥透镜Ⅱ、激光分束模块和反射镜，所述二向色分光镜倾斜设置，所述二向色分光镜用于将所述激光束进行反射，所述圆锥透镜Ⅰ、所述圆锥透镜Ⅱ、所
述激光分束模块和所述反射镜从上至下依次设置于经过所述二向色分光镜反射的所述激光束的光路上；所述反射镜倾斜设置，以使经过所述反射镜反射形成的环形光束传播至所述光纤管电极中。
[0027]优选地，在步骤S3中，经过所述反射镜反射形成的环形光束还经过光电液耦合机构之后进入到所述光纤管电极中；
[0028]所述光电液耦合机构包括耦合机构本体、中空金属管、中空反射镜和激光合束模块；
[0029]所述耦合机构本体的内部从上至下依次设置有所述中空反射镜和所述激光合束模块，所述中空金属管穿过所述中空反射镜和所述激光合束模块，所述中空金属管上端与所述供液槽相连，所述中空金属管下端与所述光纤管电极的所述金属管电极相连，以形成封闭的所述电铸液导入通路。
[0030]优选地，在步骤S3中，所述激光器发出的另一部分所述激光束通过滤光片和凸透镜照射于CCD相机Ⅰ上，用于观察激光、电铸液、电源与光纤管电极是否精准耦合，以及观察未注入电铸液时聚焦于基板上的光斑状态，从而实现光
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，所述光纤激光与电沉积同轴复合加工装置包括：电源(1)、基板(2)、光源和光纤管电极(3)，所述基板(2)用于与所述电源(1)的电源负极相连接；所述光纤管电极(3)包括从内至外依次套接设置的金属管电极(31)和中空光纤(32)，所述金属管电极(31)与所述电源(1)的电源正极相连接，所述金属管电极(31)内部设有电铸液流通通道(310)；所述光源发出的激光束(60)用于通过所述中空光纤(32)导光，并聚焦于所述金属管电极(31)的轴线上而与电铸液在所述基板(2)上共同完成金属颗粒沉积，以形成沉积层；所述加工方法包括如下步骤：S1、将所述基板(2)固定于机床(20)上，并将所述基板(2)与所述电源(1)的电源负极相连，将所述光纤管电极(3)与所述电源(1)的电源正极相连，开启所述电源(1)；S2、使电铸液从供液槽(8)进入所述光纤管电极(3)的所述金属管电极(31)内的电铸液流通通道(310)中并流至所述基板(2)上；S3、使光源发出的激光束(60)经过所述光纤管电极(3)中的中空光纤(32)，并在所述中空光纤(32)的末端射出以照射至所述基板(2)上，以使所述激光束(60)与所述电铸液共同完成金属颗粒沉积，以形成沉积层。2.根据权利要求1所述的基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括采用三维软件建立三维模型，并利用切片软件进行分层切片而形成切片文件，随后将所述切片文件导入计算机(4)中，以使所述光纤管电极(3)随着成形件轨迹的运动而运动；配置所需浓度的电铸液，并将所述电铸液加入所述供液槽(8)内；对所述基板(2)进行预处理，首先进行打磨和抛光处理，后进行表面除油、除垢和钝化处理，将所述基板(2)固定于所述机床(20)上，通过观察CCD相机Ⅱ(692)反馈至计算机(4)上的结果，调节所述机床(20)的X轴和Y轴，找到加工位置，以使所述激光束(60)聚焦于所述基板(2)表面。3.根据权利要求2所述的基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，在步骤S2中，通过所述计算机(4)控制所述电铸液流动，通过观察所述电铸液流动状态和流量计(82)示数，调节离心泵和调节阀(83)获得所需的所述电铸液流速。4.根据权利要求3所述的基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括确认加工参数与设备状态，通过所述计算机(4)开启各设备，使所述光纤管电极(3)沿着所建立模型的轨迹逐层成形，以形成成形件(9)，同时通过所述计算机(4)显示的结果监控成形过程。5.根据权利要求4所述的基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括对所述成形件(9)进行光整处理。6.根据权利要求5所述的基于光纤激光与电沉积同轴复合加工装置的加工方法，其特征在于，所述光整处理包括如下步骤：第一步：将成形过程中产生的废液排至废液槽(85)中，并控制所述计算机(4)开启供气装置(41)，采用由气体喷嘴(42)喷出的气体将所述成...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁烨，杨立军，许永波，谢万达，胡韩，舒高旺，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：