微齿轮制造方法技术

微齿轮制造方法，包括以下步骤：通过飞秒激光双光子加工技术制作聚合物材料的微齿轮；以聚合物微齿轮为模型进行微电铸，以获得金属材料的微齿轮母模；将液态塑料注入金属微齿轮母模中，将液态塑料冷却固化成型，脱模即可获取塑料齿轮。本发明专利技术具有效率高、成本低，可以大批量获取微齿轮的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
通常，将微齿轮外形尺寸特征大小在1 y m 10mm之间称为微型微齿轮，随着微型微齿轮的应用越来越广，特别是微机电系统(MEMS)、电子工业等领域的迅速发展，使得微齿轮制造和微成型技术成为业界重点研究的对象。 目前，微齿轮的微细加工技术主要包括电化学微加工、激光加工技术和基于金属或非金属的精密机械加工。飞秒激光双光子微细加工就是激光加工技术的一种，其在三维微细加工领域具有明显优势。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，其持续的时间非常短，通常只有几个或几十个飞秒。飞秒激光双光子微细加工是通过光固化液态树脂形成固化点，在扫描液态树脂固化加工时，由一个个的固化点连续扫描、固化成型，由点成线，由线成面，最后得到相应形状的微齿轮。在扫面过程中，扫描进给的速度越小，侧向步长越小，则固化成型的精度越高，表面质量越好。 但是，飞秒激光双光子加工技术加工微齿轮时是串行加工技术，因此效率低、成本高，而且飞秒激光加工的材料只能是聚合物(如液态树脂等)。
技术实现思路
为克服现有技术的效率低、成本高、只能获取聚合物微齿轮进行加工的缺点，本专利技术提供了一种效率高、成本低，可以大批量获取微齿轮的制造方法。 ，包括以下步骤 1、通过飞秒激光双光子加工技术制作聚合物材料的微齿轮； 2、以聚合物微齿轮为模型进行微电铸，以获得金属材料的微齿轮母模； 3、将液态塑料注入金属微齿轮母模中，将液态塑料冷却固化成型，脱模即可获取塑料齿轮。进一步，步骤1中制作聚合物材料的微齿轮包括以下步骤 1. 1、将用CAD绘制的齿轮三维图形导入到飞秒激光双光子系统的控制计算机中作为即将固化成形的零件； 1. 2、选用液态树脂材料，将材料进行烘干前期处理，在9(TC烤箱中烘烤25分钟，将其放在载物台上； 1. 3、选择飞秒激光双光子的物镜为50 X ，数值孔径为NA = 0. 85，入射功率为20mW产生飞秒激光双光子； 1. 4、首先固化成形载物台接触面上的一层，将飞秒激光双光子的中心与载物台面重合，此时在垂直于XY水平平面的Z方向上，固化点水平中心平面与载物台面重合，因而固化点水平中心平面上方的一半形成固化层； 1.5、在X、Y方向上，扫描进给步距和侧向步长均为100nm; 1. 6、当扫描完一层后，在Z方向上，固化点的中心上升高度为350nm，这样逐层扫 描固化，完成整个微齿轮的固化成形加工； 1. 7、利用质量分数为6%的NaOH溶液清洗显影加工完成的微齿轮5分钟，即可得 到聚合物材料的微齿轮。 进一步，步骤2中微电铸得到金属微齿轮母模包括以下步骤 2. 1、在聚合物材料的微齿轮表面覆盖一层IO纳米厚度的镍导电种子层，导电种子层与电源负极相连，电源正极接金属镍； 2. 2、在微电铸池中加入微电铸液； 2. 3、铸液PH值为3. 8 4. 5 ;温度58 62°C ;电流密度2. 5 3A/dm2 ;铸液循环速度100L/h ; 2.4、接通电路开关，微电铸过程开始，铸液中的金属不断附着在阴极的导电种子层上，阳极的金属不断溶解在铸液中，直到微电铸齿轮充满微齿轮母模。 2. 5、脱模获得材料为金属的微齿轮母模。 进一步，步骤2. 3中，为铸造出材料为镍的微齿轮母模，以氯化镍溶液(350g/L)作 为微电铸液； 进一步，步骤3中，在电铸开始前，在微电铸液中加入硼酸(30g/L)，目的是为了保 持电铸液的ra值恒定，防止镍离子在阴极基体附近析出碱性物质造成铸层疏松； 在微电铸液中加入十二烷基磺酸钠(0. 03g/L)作为表面活性剂，目的是减小表面 张力，因为表面张力一方面会导致铸液不易进入微孔、微槽，另一方面会影响阴极所生成气 泡的排出，从而使电流波动导致电铸质量降低； 在微电铸液中加入双氧水(浓度30% )0.5ml，目的是防止或减少阴极析出氢气。 本专利技术的技术构思是先用飞秒激光双光子加工技术制的聚合物微齿轮；并以此 聚合物齿轮为模型，经微电铸获取金属材料的微齿轮母模；再以母模为模型，通过注塑的方 法获取塑料微齿轮。 本专利技术只需通过激光加工技术获取少量的高精度的聚合物微齿轮，即可铸造出多 个母模，以注塑的方式获取大批量的塑料微齿轮。 本专利技术具有效率高、成本低，可以大批量获取微齿轮的优点。 附图说明 图1为利用CAD软件设计的微齿轮示意图 图2为飞秒激光双光子固化成形的单个固化点的示意图 图2-1为图2的A-A向剖视图 图3为XZ平面固化成形的示意图 图4为XY水平面固化成形的示意图 图4-1为图4的I部放大图 图5为XZ平面内，Z方向在第一层的基础上进行第二层固化成形的示意图 图6为利用飞秒激光双光子加工得到的微齿轮 图7为利用微电铸铸造得到的金属材料的微齿轮母模 图8为脱模得到的塑料材料的微齿轮具体实施例方式参照附图，进一步说明本专利技术 ，包括以下步骤 1、通过飞秒激光双光子加工技术制作聚合物材料的微齿轮； 2、以聚合物微齿轮为模型进行微电铸，以获得金属材料的微齿轮母模； 3、将液态塑料注入金属微齿轮母模中，将液态塑料冷却固化成型，脱模即可获取塑料齿轮。步骤1中制作聚合物材料的微齿轮包括以下步骤 1. 1、将用CAD绘制的齿轮三维图形导入到飞秒激光双光子系统的控制计算机中 作为即将固化成形的零件； 1. 2、选用液态树脂材料，将材料进行烘干前期处理，在9(TC烤箱中烘烤25分钟， 将其放在载物台上； 1. 3、选择飞秒激光双光子的物镜为50 X ，数值孔径为NA = 0. 85，入射功率为20mW 产生飞秒激光双光子； 1. 4、首先固化成形载物台接触面上的一层，将飞秒激光双光子的中心与载物台面 重合，此时在垂直于XY水平平面的Z方向上，固化点水平中心平面与载物台面重合，因而固 化点水平中心平面上方的一半形成固化层； 1.5、在X、Y方向上，扫描进给步距和侧向步长均为100nm; 1. 6、当扫描完一层后，在Z方向上，固化点的中心上升高度为350nm，这样逐层扫 描固化，完成整个微齿轮的固化成形加工； 1. 7、利用质量分数为6%的NaOH溶液清洗显影加工完成的微齿轮5分钟，即可得 到聚合物材料的微齿轮。 步骤2中微电铸得到金属微齿轮母模包括以下步骤 2. 1、在聚合物材料的微齿轮表面覆盖一层IO纳米厚度的镍导电种子层，导电种 子层与电源负极相连，电源正极接金属镍； 2. 2、在微电铸池中加入微电铸液； 2. 3、铸液ra值为3. 8 4. 5 ;温度58 62°C ;电流密度2. 5 3A/dm2 ;铸液循环 速度100L/h ; 2.4、接通电路开关，微电铸过程开始，铸液中的金属不断附着在阴极的导电种子层上，阳极的金属不断溶解在铸液中，直到微电铸齿轮充满微齿轮母模。 2. 5、脱模获得材料为金属的微齿轮母模。 步骤2.3中，为铸造出材料为镍的微齿轮，以氯化镍溶液(350g/L)作为微电铸 液； 步骤3中，在电铸开始前，在微电铸液中加入硼酸(30g/L)，目的是为了保持电铸 液的ra值恒定，防止镍离子在阴极基体附近析出碱性物质造成铸层疏松； 在微电铸液中加入十二烷基磺酸钠(0. 03g/L)作为表面活性剂，目的是减小表面 张力，因为表面张力一方面会导致铸液不易进入微孔、微槽，另一方面会影响阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
微齿轮制造方法，包括以下步骤：１）、通过飞秒激光双光子加工技术制作聚合物材料的微齿轮；２）、以聚合物微齿轮为模型进行微电铸，以获得金属材料的微齿轮母模；３）、将液态塑料注入金属微齿轮母模中，将液态塑料冷却固化成型，脱模即可获取塑料齿轮。

【技术特征摘要】
微齿轮制造方法，包括以下步骤1)、通过飞秒激光双光子加工技术制作聚合物材料的微齿轮；2)、以聚合物微齿轮为模型进行微电铸，以获得金属材料的微齿轮母模；3)、将液态塑料注入金属微齿轮母模中，将液态塑料冷却固化成型，脱模即可获取塑料齿轮。2. 如权利要求l微齿轮制造方法，其特征在于步骤l)中制作聚合物材料的微齿轮包 括以下步骤1. 1)、将用CAD绘制的齿轮三维图形导入到飞秒激光双光子系统的控制计算机中作为 即将固化成形的零件；1. 2)、选用液态树脂材料，将材料进行烘干前期处理，在9(TC烤箱中烘烤25分钟，将其 放在载物台上；1. 3)、选择飞秒激光双光子的物镜为50X ，数值孔径为NA = 0. 85，入射功率为20mW产 生飞秒激光双光子；1.4)、首先固化成形载物台接触面上的一层，将飞秒激光双光子的中心与载物台面重 合，此时在垂直于XY水平平面的Z方向上，固化点水平中心平面与载物台面重合，因而固化 点水平中心平面上方的一半形成固化层；1. 5)、在X、Y方向上，扫描进给步距和侧向步长均为100nm ;1. 6)、当扫描完一层后，在Z方向上，固化点的中心上升高度为350nm，这样逐层扫描固 化，完成整个微齿轮的固化成形加工；1. 7)、利用质量分数为6%的NaOH溶液清洗显影加工完成的微齿轮5分钟，即可得到聚 合物材料的微齿轮。3. 如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙树峰，王萍萍，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]