一种提高制件质量的电化学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提高制件质量的电化学增材制造装置及方法，装置包括打印回路、轴平台、电解液槽、电流采集装置和控制器，打印回路包括电源、喷嘴、阳极和阴极基板，阳极插装在喷嘴的电解液内，电源分别连接阳极和阴极基板，喷嘴在其尖端靠近阴极基板时形成连接在其尖端和阴极基板之间的弯液面；轴平台连接喷嘴，用于带动喷嘴移动以在阴极基板上按照既定路径轨迹打印制件；电解液槽连通喷嘴，用于向移液管供应电解液；电流采集装置连接打印回路，用于采集流经弯液面的电流值；控制器分别连接电流采集装置和轴平台。本发明专利技术可以在定义的电流阈值范围内打印制件，还能监测弯液面有无破裂，从而提高制件质量。从而提高制件质量。从而提高制件质量。

【技术实现步骤摘要】
一种提高制件质量的电化学增材制造装置及方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，具体涉及一种提高制件质量的电化学增材制造装置及方法。

技术介绍

[0002]电化学增材制造技术是一种相对较为新型的打印技术，主要是通过电解液中的金属离子电化学还原到导电基材上产生金属结构。这种技术的优点是在一定条件下沉积各种材料和合金，不会造成热损伤，同时很大程度上节约成本。
[0003]本专利申请的专利技术人发现，在弯液面限制的电化学沉积这项技术中，喷嘴弯液面产生的小电流在打印过程中会随着弯液面的状况而发生改变，电流过大或者过小都会影响电化学增材制造制件的质量。因此亟需提供一种可以提高制件质量的电化学增材制造装置及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服相关技术的缺陷，提供一种提高制件质量的电化学增材制造装置，它可以在定义的电流阈值范围内打印制件，还能监测弯液面有无破裂，从而提高制件质量。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种提高制件质量的电化学增材制造装置，包括：
[0006]打印回路，包括电源、喷嘴、阳极和阴极基板，所述阳极插装在所述喷嘴的电解液内，所述电源分别连接所述阳极和所述阴极基板，所述喷嘴在其尖端靠近所述阴极基板时形成连接在其尖端和所述阴极基板之间的弯液面；
[0007]轴平台，连接所述喷嘴，用于带动所述喷嘴移动以在所述阴极基板上按照既定路径轨迹打印制件；
[0008]电解液槽，连通所述喷嘴，用于向所述移液管供应电解液；
[0009]电流采集装置，连接所述打印回路，用于采集流经所述弯液面的电流值；
[0010]控制器，分别连接所述电流采集装置和所述轴平台，用于在所述电流值超过第一电流值时控制轴平台带动所述喷嘴上移至使所述电流值小于所述第一电流值，且不破坏所述弯液面；及在所述电流值小于第二电流值时控制所述轴平台带动所述喷嘴上移至使所述弯液面破裂，所述第一电流值大于所述第二电流值。
[0011]进一步为了可以根据需要调节电解液的温度以满足多种打印需求，一种提高制件质量的电化学增材制造装置还包括温度采集装置，用于采集所述电解液槽内电解液的温度值；其中，
[0012]所述电解液槽安装在所述轴平台上，所述喷嘴安装在所述电解液槽内，并被所述电解液槽内的电解液环绕，所述尖端密封穿过所述电解液槽，所述电解液槽的周壁具有自内而外依次设置的加热层和保温层；
[0013]所述控制器分别连接所述温度采集装置和所述加热层，用于根据所述温度值控制所述加热层工作以使得所述电解液槽内的电解液的温度维持在预设温度区间内。
[0014]进一步，所述电解液槽通过抽液管连通所述喷头，所述抽液管外包裹有隔热层，所述抽液管上配置有抽液泵。
[0015]进一步，所述阴极基板为铜板或不锈钢板。
[0016]进一步，所述喷嘴为移液管。
[0017]本专利技术还提供了一种提高制件质量的电化学增材方法，包括：
[0018]在沿既定路径轨迹打印制件的过程中采集弯液面的电流值，所述弯液面形成于喷嘴尖端和阴极基板之间；
[0019]在所述电流值超过第一电流值的情况下，上移所述喷嘴至使所述电流值小于所述第一电流值，且不破坏所述弯液面；
[0020]在所述电流值小于第二电流值的情况下，上移所述喷嘴至使所述弯液面破裂，所述第一电流值大于所述第二电流值。
[0021]进一步，上移所述喷嘴至使所述弯液面破裂后，还包括：
[0022]重新定位所述喷嘴尖端，使喷嘴尖端与阴极基板在上一次打印位置形成新的弯液面，继续按照既定路径轨迹打印。
[0023]进一步，一种提高制件质量的电化学增材方法还包括：
[0024]在沿既定路径轨迹打印制件的过程中控制喷嘴内的电解液温度在预设范围内。
[0025]进一步，所述控制喷嘴内的电解液温度在预设范围内，包括：
[0026]采集电解液槽内的电解液的温度值；
[0027]根据所述温度值控制所述电解液槽内的加热层工作；其中，
[0028]所述喷嘴安装在所述电解液槽内，并被所述电解液槽内的电解液环绕，所述尖端密封穿过所述电解液槽，所述电解液槽和所述喷嘴同步移动。
[0029]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]1、本专利技术根据弯液面电流大小，控制喷嘴在上下方向上移动，如果弯液面形成的实时电流是否超过用户阈值，控制喷嘴自动缓慢上移，使电流降低至设定点以下，若反馈信号足够小，则喷嘴动作，破坏已形成的弯液面，电流停止流动，喷嘴重新进行定位，控制喷嘴与阴极基板在上一次位置形成新的弯液面，本专利技术可实现在用户定义的电流阈值范围内打印制件，并且还能监测弯液面情况，比如有无破裂，如有破裂，及时做出调整，从而提高沉积质量，达到提高制件质量的目的；
[0031]2、本专利技术可满足不同电解液温度下进行电化学增材制的需求，其工艺易控，操作方便，成本低廉，可为低成本下进行不同需求的电化学增材制造注入新的活力。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的一种提高制件质量的电化学增材制造装置的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术的系统示意图；
[0034]图3为常温下进行电化学增材制造流程框图；
[0035]图4为高温下进行电化学增材制造流程框图；
[0036]图5为电解液20℃条件下制备镍涂层的扫描电镜图；
[0037]图6为电解液60℃条件下制备镍涂层的扫描电镜图；
[0038]图中：1
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PLC可编程控制器；2
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步进电机；3
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轴平台；4
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抽液泵；5
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隔热层；6
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阳极；7
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移液管；8
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电解液槽；9
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数显温控表；10
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电流采集装置；11
‑
阴极基板；12
‑
电解液；图5中(a)和(b)代表两种倍数下的扫描电镜图；图6中(a)和(b)代表两种倍数下的扫描电镜图。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0040]如图1、2所示，一种提高制件质量的电化学增材制造装置，包括：
[0041]打印回路，包括电源、喷嘴7、阳极6和阴极基板11，阳极6插装在喷嘴7的电解液12内，电源分别连接阳极6和阴极基板11，喷嘴7在其尖端靠近阴极基板11时形成连接在其尖端和阴极基板11之间的弯液面；
[0042]轴平台3，连接喷嘴7，用于带动喷嘴7移动以在阴极基板11上按照既定路径轨迹打印制件；
[0043]电解液槽8，连通喷嘴7，用于向移液管供应电解液12；
[0044]电流采集装置10，连接打印回路，用于采集流经弯液面的电流值；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高制件质量的电化学增材制造装置，其特征在于，包括：打印回路，包括电源、喷嘴(7)、阳极(6)和阴极基板(11)，所述阳极(6)插装在所述喷嘴(7)的电解液(12)内，所述电源分别连接所述阳极(6)和所述阴极基板(11)，所述喷嘴(7)在其尖端靠近所述阴极基板(11)时形成连接在其尖端和所述阴极基板(11)之间的弯液面；轴平台(3)，连接所述喷嘴(7)，用于带动所述喷嘴(7)移动以在所述阴极基板(11)上按照既定路径轨迹打印制件；电解液槽(8)，连通所述喷嘴(7)，用于向所述移液管供应电解液(12)；电流采集装置(10)，连接所述打印回路，用于采集流经所述弯液面的电流值；控制器，分别连接所述电流采集装置(10)和所述轴平台(3)，用于在所述电流值超过第一电流值时控制轴平台(3)带动所述喷嘴(7)上移至使所述电流值小于所述第一电流值，且不破坏所述弯液面；及在所述电流值小于第二电流值时控制所述轴平台(3)带动所述喷嘴(7)上移至使所述弯液面破裂，所述第一电流值大于所述第二电流值。2.根据权利要求1所述的一种提高制件质量的电化学增材制造装置，其特征在于，还包括温度采集装置，用于采集所述电解液槽(8)内电解液(12)的温度值；其中，所述电解液槽(8)安装在所述轴平台(3)上，所述喷嘴(7)安装在所述电解液槽(8)内，并被所述电解液槽(8)内的电解液(12)环绕，所述尖端密封穿过所述电解液槽(8)，所述电解液槽(8)的周壁具有自内而外依次设置的加热层和保温层；所述控制器分别连接所述温度采集装置和所述加热层，用于根据所述温度值控制所述加热层工作以使得所述电解液槽(8)内的电解液(12)的温度维持在预设温度区间内。3.根据权利要求2所述的一种提高制件质量的电化学增材制造装置，其特征在于，所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴王平，何广，欧阳中，鞠刘，吴蒙，刘雅玄，张屹，陈从平，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：