铜-银-镍精密区域电化学沉积4D打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铜

【技术实现步骤摘要】
铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置及方法


[0001]本专利技术属于4D打印技术与电化学沉积
，具体涉及铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置及方法。

技术介绍

[0002]4D打印技术又称为可变特性快速成型技术，是一门结合材料、数学和增材制造等学科的技术。4D打印所打印结构的形状、属性或功能在环境刺激下可以随着时间的推移而改变。4D打印技术可以设计具有智能动态变形的结构，这种智能动态变形能力主要依赖于三维空间中不同材料的分布和组合方式不同，正确的材料分布可以使结构的变形按设计意图顺序发生。然而，在大多数情况下，4D打印构件都是采用复合聚合物基材料，易于制造，但由于热稳定性和导电性差，限制了它们的最大工作温度和瞬态性能，且在某些情况下，一些结构由于热
‑
机械循环期间的机械降解而具有较差的耐久性。
[0003]弯月面约束电沉积技术属于电化学三维微沉积技术的一种，它使用在超细阳极尖端和阴极基板之间极窄的间隙中形成的稳定的微纳米尺度的弯月面形电解液桥作为电化学反应槽，在阴极表面发生超高分辨率的金属沉积。它通常使用内含超细阳极的超细移液管，将电解液运输到电沉积所需的反应区域。与其他的电化学三维微沉积技术相比，弯月面约束电沉积技术具有成型精度高，成型质量好等优点。但目前弯月面约束电沉积技术由于电解液更换不便，所以通常只打印单金属材料，限制了所打印构件的使用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置及方法，以解决常见4D打印构件融化温度低，机械坚固性差，当工作温度高于100℃时瞬态性能差的问题。
[0005]本专利技术采取的技术方案是，包括基座、锁紧装置、机架装置、电刷装置、喷嘴转换装置、喷嘴装置、x轴电动直线滑台、y轴电动直线滑台、z轴移动装置和打印平台，其中机架装置通过锁紧装置固定在基座上，电刷装置焊接在喷嘴转换装置上，喷嘴转换装置焊接在机架装置上，喷嘴装置通过螺纹连接安装在喷嘴转换装置上，并可随着喷嘴装换装置而转动，z轴移动装置安装在机架装置上，并可通过齿轮齿条的啮合来实现上下移动，x轴电动直线滑台通过螺纹连接安装在y轴电动直线滑台上，y轴电动直线滑台通过螺纹连接安装在z轴移动装置内，打印平台通过螺纹连接安装在x轴电动直线滑台上。
[0006]所述基座包括底座、支撑板一、光孔一、支撑板二和螺纹孔，其中支撑板一上打有光孔一并与底座固定连接，支撑板二上打有螺纹孔并与底座固定连接。
[0007]所述锁紧装置包括锁紧螺纹、锁紧扳手、凸台、凸肩和光轴，其中光轴依次穿过光孔一与光孔二，锁紧螺纹与螺纹孔通过螺纹连接，凸台的直径大于光孔二的直径并且小于光孔一的直径，当旋转锁紧扳手时，凸肩会压紧支撑架，从而使支撑架同时与支撑板二压紧，在摩擦作用下，实现机架装置的锁紧，当锁紧装置放松时，机架装置可以绕光轴旋转，便于安装拆卸喷嘴装置。
[0008]所述机架装置包括支撑架、齿条、光孔二，齿条固定在支撑架上，光孔二位于支撑架上。
[0009]所述电刷装置包括电刷槽、弹簧和电刷，其中电刷和弹簧安装在电刷槽内，电刷槽焊接在装换器端盖上，电刷可以在电刷槽内与电刷通过孔内滑动，并且在弹簧的作用下紧紧地压紧在转换器上，电刷与电源正极相连，从而使喷嘴内电极与电源正极相连。
[0010]所述喷嘴转化装置包括伺服电机、转换器紧固盖、转换器端盖、转换器，其中伺服电机输出轴与转换器连接，装换器夹在转换器端盖和装换器紧固盖之间，转换器端盖和装换器紧固盖通过螺纹连接。
[0011]所述转换器端盖包括限位凸肩、电刷通过孔、外壳，其中电刷通过孔位于外壳侧面，限位凸肩限制转换器在外壳内的位置，使转换器在转换器端盖内稳定滑动。
[0012]所述转换器包括槽道、圆孔和圆凸台，其中转换器内开有3个槽道，用于连接喷嘴内电极和转换器上的圆凸台，转换器的三个圆凸台导电，其余部分绝缘，从而使得喷嘴内电极与电源正极相连，转换器上开有3个用于连接喷嘴装置的圆孔，伺服电机旋转带动转换器在转换器端盖内旋转。
[0013]所述喷嘴装置包括压力传感器、喷嘴盖、电极和喷嘴外壳，其中电极和压力传感器集成在喷嘴盖上，喷嘴盖与喷嘴外壳螺纹连接，压力传感器用于控制电解液的喷出速度与压力。
[0014]所述x轴电动直线滑台包括滑块一、导轨一、丝杠一和伺服电机，其中滑块一包括移动平台一和螺母块一，螺母块一固定在移动平台一底部，螺母块一与丝杠一螺纹连接，丝杠一安装在导轨一上，伺服电机输出轴与丝杠一的一端固定连接，导轨一与滑块二通过螺纹连接，伺服电机旋转带动丝杠一旋转，进而带动滑块一沿着导轨一实现x轴移动。
[0015]所述y轴电动直线滑台包括滑块二、导轨二、丝杠二和伺服电机，其中滑块二包括移动平台二和螺母块二，螺母块二固定在移动平台二底部，螺母块二用于与丝杠二螺纹连接，丝杠二安装在导轨二上，伺服电机输出轴与丝杠二的一端固定连接，导轨二与直线滑台放置槽通过螺纹连接，伺服电机旋转带动丝杠旋转，进而带动滑块二沿着导轨二实现y轴移动。
[0016]所述z轴移动装置包括步进电机、直线滑台放置槽和直齿圆柱齿轮，其中步进电机固定连接在直线滑台放置槽的侧壁上，步进电动机带动直齿圆柱齿轮旋转，进而使得直齿圆柱齿轮相对于齿条上下运动从而实现z轴移动。
[0017]所述打印平台包括沉积槽和阴极基底，其中沉积槽固定在滑块一上，阴极基底放置在沉积槽内。
[0018]采用铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置的打印方法，包括下列步骤：
[0019](1)电沉积反应液的配置：其中电解液1：将16.8g硫酸铜CuSO4、7.68g硫酸H2SO4溶于100mL去离子水中，并搅拌；电解液2：将30g硝酸银AgNO3粉末、134.47g5
‑
磺基水杨酸C7H6O6S
·
2H2O粉末、9.882g氢氧化钾KOH粉末、56g乙酸铵CH3COONH4、112g氨水NH3·
H2O加入100mL去离子水中，并搅拌；电解液3：将35g六水硫酸镍NiSO4·
6H2O、2g氯化钠NaCl粉末、8g硼酸H3BO3粉末、12g硫酸钠Na2SO4粉末、0.02g十二烷基硫酸钠C
12
H
25
SO4Na粉末溶于250mL去离子水中，并搅拌；
[0020](2)阴极基底的制备：阴极基底的材料选择性能稳定的银片，将购置的银片裁剪成
10mm
×
10mm大小，银片厚度100μm，并与导电胶带粘连，便于后续连接电源的负极；为保证银片表面光滑，将银片在磨抛机上用抛光布配合抛光液抛光，抛光后用蒸馏水清洗表面；为溶解银片上的残留油脂，利用配制的NaOH溶液清洗并在超声波辅助脱脂，脱脂后弱酸清洗，最后用蒸馏水清洗，干燥后即可；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：包括基座、锁紧装置、机架装置、电刷装置、喷嘴转换装置、喷嘴装置、x轴电动直线滑台、y轴电动直线滑台、z轴移动装置和打印平台，其中机架装置通过锁紧装置固定在基座上，电刷装置焊接在喷嘴转换装置上，喷嘴转换装置焊接在机架装置上，喷嘴装置通过螺纹连接安装在喷嘴转换装置上，并可随着喷嘴装换装置而转动，z轴移动装置安装在机架装置上，并可通过齿轮齿条的啮合来实现上下移动，x轴电动直线滑台通过螺纹连接安装在y轴电动直线滑台上，y轴电动直线滑台通过螺纹连接安装在z轴移动装置内，打印平台通过螺纹连接安装在x轴电动直线滑台上。2.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：所述基座包括底座、支撑板一、光孔一、支撑板二和螺纹孔，其中支撑板一上打有光孔一并与底座固定连接，支撑板二上打有螺纹孔并与底座固定连接；所述锁紧装置包括锁紧螺纹、锁紧扳手、凸台、凸肩和光轴，其中光轴依次穿过光孔一与光孔二，锁紧螺纹与螺纹孔通过螺纹连接，凸台的直径大于光孔二的直径并且小于光孔一的直径，当旋转锁紧扳手时，凸肩会压紧支撑架，从而使支撑架同时与支撑板二压紧，在摩擦作用下，实现机架装置的锁紧，当锁紧装置放松时，机架装置可以绕光轴旋转，便于安装拆卸喷嘴装置；所述机架装置包括支撑架、齿条、光孔二，齿条固定在支撑架上，光孔二位于支撑架上。3.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：所述电刷装置包括电刷槽、弹簧和电刷，其中电刷和弹簧安装在电刷槽内，电刷槽焊接在装换器端盖上，电刷可以在电刷槽内与电刷通过孔内滑动，并且在弹簧的作用下紧紧地压紧在转换器上，电刷与电源正极相连，从而使喷嘴内电极与电源正极相连。4.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：所述喷嘴转化装置包括伺服电机、转换器紧固盖、转换器端盖、转换器，其中伺服电机输出轴与转换器连接，装换器夹在转换器端盖和装换器紧固盖之间，转换器端盖和装换器紧固盖通过螺纹连接；所述转换器端盖包括限位凸肩、电刷通过孔、外壳，其中电刷通过孔位于外壳侧面，限位凸肩限制转换器在外壳内的位置，使转换器在转换器端盖内稳定滑动；所述转换器包括槽道、圆孔和圆凸台，其中转换器内开有3个槽道，用于连接喷嘴内电极和转换器上的圆凸台，转换器的三个圆凸台导电，其余部分绝缘，从而使得喷嘴内电极与电源正极相连，转换器上开有3个用于连接喷嘴装置的圆孔，伺服电机旋转带动转换器在转换器端盖内旋转。5.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：所述喷嘴装置包括压力传感器、喷嘴盖、电极和喷嘴外壳，其中电极和压力传感器集成在喷嘴盖上，喷嘴盖与喷嘴外壳螺纹连接，压力传感器用于控制电解液的喷出速度与压力。6.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
‑
镍精密区域电化学沉积4D打印装置，其特征在于：所述x轴电动直线滑台包括滑块一、导轨一、丝杠一和伺服电机，其中滑块一包括移动平台一和螺母块一，螺母块一固定在移动平台一底部，螺母块一与丝杠一螺纹连接，丝杠一安装在导轨一上，伺服电机输出轴与丝杠一的一端固定连接，导轨一与滑块二通过螺纹连接，伺服电机旋转带动丝杠一旋转，进而带动滑块一沿着导轨一实现x轴移动。
7.根据权利要求1所述的一种铜
‑
银
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文征，唐晓杰，赵成晗，王静，狄梓博，张兴斌，李森，赵继，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：