电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置及方法，属于3D打印技术电泳沉积领域。反应装置与注射器分别固定在医用注射泵的两个通道上，反应装置入水口通过接头与入水口导管连接注射器、出水口通过接头与出水口导管连接，将液体导流至废液缸。优点是将微流泵与光辅助电泳沉积结合，能够实现颗粒悬浮液供给、微米级高精度电极间距的实时控制、快速更换颗粒悬浮液种类，使电极间电场强度更稳定，提高了沉积精度及零件性能，能够实现复杂三维零件的制造。现复杂三维零件的制造。现复杂三维零件的制造。

【技术实现步骤摘要】
电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置及方法


[0001]本专利技术属于3D打印技术电泳沉积领域，具体涉及一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置及方法。

技术介绍

[0002]3D打印又称为增材制造，是一种以数字模型文件为基础，使金属、塑料、树脂等材料逐层粘结累积，构造三维物体的技术。电泳沉积是一种向带电颗粒悬浮液内施加电场，促使颗粒定向移动，并在电极上聚集、沉积的技术。电泳沉积材料粉末尺寸小，适用材料广，可用于生产涂层、层状材料等。光辅助电泳沉积则是通过光图案照射光导材料，产生局域电场，使悬浮液中的带电颗粒材料在电场中发生定向移动，逐层沉积成型的制造方法，能够实现约10μm精度的微尺寸图案沉积，具有实现任意结构微尺寸三维零件成型的潜力。
[0003]现有光辅助电泳沉积装置的电极间距难以改变，因此随着沉积层逐渐增厚，沉积层表面逐渐升高，导致电场强度增大，影响沉积精度；稳定的悬浮液需要较低的固体颗粒占比，而三维电泳沉积需要大量颗粒的持续供给；沉积过程中，沉积支架材料时需要更换悬浮液，而现有装置没有提供快速更换悬浮液种类的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：包括投影装置、医用注射泵、注射器、反应装置、入水口导管、接头、出水口导管和废液缸，其中反应装置与注射器分别固定在医用注射泵的两个通道上，反应装置入水口通过接头与入水口导管连接注射器、出水口通过接头与出水口导管连接，将液体导流至废液缸。2.根据权利要求1所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述投影装置包括405nm波长光源、定位块和内六角螺钉，光源与定位块通过螺钉连接，使光源中心正对反应装置中阴极板氢化非晶硅层中心位置，光源应能够将具有特定形状微米尺寸分辨率的光束聚焦在氢化非晶硅层上。3.根据权利要求1所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述医用注射泵应能够与注射器配套使用，能够使注射器活塞组件正向、逆向运动均具有较高精度，能够实现液体最低流量1ml/h的高精度运动。4.根据权利要求1所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述注射器由外套与活塞组件组成，应符合“YY/T 0573.2
‑
2018一次性使用无菌注射器、第2部分：动力驱动注射泵用注射器”标准。5.根据权利要求1所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述反应装置包括筒体、底座、活塞杆、阴极板和阳极板，其中底座由外侧胶皮与内侧绝缘材料组成，底座与活塞杆粘合，且底座中心孔与活塞杆中心孔正对，将活塞杆与底座插入筒体中，使底座两侧面分别与筒体出、入水口正对。6.根据权利要求5所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述阴极板包括氢化非晶硅层、金属导线、玻璃板和ITO层，其中ITO层完全覆盖玻璃板一侧表面，氢化非晶硅层沉积在ITO层表面，阴极板尺寸略大于反应装置中筒体顶部的方形孔，将阴极板与筒体粘接，使氢化非晶硅层完全覆盖筒体顶端方形孔，金属导线与ITO层连接，金属导线用于将电源阴极与ITO层连接。7.根据权利要求5所述的一种电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置，其特征在于：所述阳极板包括铂片、金属导线，其中铂片尺寸略小于筒体顶端方形孔，将铂片粘贴在底座绝缘材料顶端中心位置，使其能恰好插入筒体顶端方形孔内，金属导线焊接在铂片背面，并穿过底座与活塞杆中心孔洞，金属导线用于与电源阳极连接。8.采用如权利要求1～7任一项所述的电极间距可控的三维光辅助电泳沉积增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)电泳颗粒悬浮液的配置：配置材料为表面活性剂、无水乙醇、纳米金属粉末，所述金属包括铜、钨；(2)光照图案设定：用建模软件构建零件模型，将模型沿Z方向切片分层处理，使每层厚度为亚微米级，将模型每层的图形信息导入到投影光源的控制程序中，投影光源1设定每层沉积光照时间，实现光照图案的自动切换；(3)电泳颗粒悬浮液注入：使用医用注射泵推动反应装置的活塞杆，调节阳极板、阴极板间距至50μm，再推动注射器的活塞组件，以较大流速注入颗粒悬浮液，排出反应装置筒体内的空气，直至反应装置内无气体残留；零件沉积过程中，使用医用注射泵控制注射器以2ml/h的流量向反应装置持续注入电泳颗粒悬浮液，保证反应装置内阳极板、阴极板间悬浮液浓度满足沉积需求；
(4)三维微尺度零件沉积：将阳极板、阴极板分别与直流电源连接，并打开直流电源，打开投影光源，将单层模型切片以光图案的形式照射在阴极板上，阴极板表面氢化非晶硅层的光照区域电导率降低，形成与光图案形状相同的虚拟电极；悬浮液中的带负电粒子在电场作用下聚集在阳极板光照区域，实现颗粒的单层沉积；当完成一层沉积后，使用医用注射泵微调反应装置的活塞杆，控制电极间距增加一层沉积物的...

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