一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，包括有如下步骤：首先建立三维微结构CAD几何模型；根据建立的三维微结构CAD几何模型建立对应的三维微细电火花电极的CAD几何模型；再对三维微细电火花电极的CAD几何模型离散切片；将离散切片几何模型转化为相互平行的一组薄片电极数据模型；由薄片切割系统按照计算机中的薄片电极数据模型在一片薄片电极材料上逐个切割相对应的薄片电极，得到一组的薄片电极阵列；最后进行微细电火花加工。本发明加工方法通过二维薄片电极进行放电加工时可以避免圆柱形微电极的大面积层层扫描铣削放电加工，仅采用单纯的上、下往返式移动放电模式，可以有效的提高加工效率和减小微电极损耗。
【专利说明】—种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及的一种三维微结构的加工方法，尤其是一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法。
【背景技术】
[0002]一般地，微结构定义为:至少在两维尺度上，具有亚毫米或微米级微特征结构的制件称为微(结构)零件。
[0003]通过微细电极的微细电火花加工制备三维微结构是目前制备三维微结构的主流加工手段之一。使用微细电极的微细电火花加工制备三维微结构的主要方法有:
(I)通过若干层二维薄片电极进行连接从而叠加拟合出三维微电极，并使用该三维微电极进行放电加工从而获得三维微结构。在该技术中，三维微电极是通过若干层二维薄片电极的叠加拟合获得的，因此制备三维微电极的工艺过程较为复杂；在制备三维微电极的过程中，二维薄片电极的叠层精度影响着三维电极的成型精度，进而会对所加工制备的三维微结构的精度产生影响，因此该技术对二维薄片电极的叠层精度要求极高。
[0004](2)通过各种加工方法制作直径细小的二维半圆柱形微电极，然后通过微电极的层层扫描铣削放电加工从而获得三维微结构。但是，由于圆柱形微电极直径尺寸相对于扫描面积十分微细，使得加工效率很低。并且在微电极的层层扫描铣削放电加工的过程中，微电极损耗十分严重，难以长时间正常工作。
[0005]
【发明内容】
[0006]鉴于上述状况，有必要提供一种可以有效的提高加工效率和减小微电极损耗的三维微结构的加工方法。
[0007]为解决上述技术问题，提供一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，包括有如下步骤:
1)通过三维计算机辅助设计CAD软件系统，对需要加工材料的三维微结构建立CAD几何模型；
2)根据建立的三维微结构CAD几何模型建立对应的三维微细电火花电极的CAD几何模型；
3)再对建立的三维微细电火花电极的CAD几何模型沿一个方向进行离散切片，得到离散切片几何模型；
4)将三维微细电火花电极的离散切片几何模型转化为相互平行的一组薄片电极数据模型；
5)由薄片切割系统按照计算机中的薄片电极数据模型在一片薄片电极材料上逐个切割相对应的薄片电极，每个薄片电极的中心距相同，去除废料后得到一组的薄片电极阵列，分别为1-N号薄片电极；
6)将上述切割完成的一组薄片电极阵列对三维微结构的加工材料进行微细电火花加工。
[0008]对步骤6)的微细电火花加工还包括如下步骤:
1)首先，I号薄片电极对准加工材料进行微细电火花加工，其它薄片电极悬空；通过I号薄片电极上下往返式的微细电火花加工，加工材料上便会加工出对应于I号薄片电极的微结构；
2)当I号薄片电极加工完毕后，运动平台前后移动一个电极中心距，移动一个放电加工厚度，从而使2号薄片电极的加工位置和I号薄片电极的加工痕迹对齐；
3)再在I号薄片电极的加工痕迹对齐的位置上，2号薄片电极进行上下往返式的微细电火花加工，加工材料上同样会加工出对应于2号薄片电极的微结构；
4)通过上述I)-3)中的步骤，完成3至N号薄片电极对加工材料进行微细电火花的加工，最终这组薄片电极阵列在加工材料上的加工痕迹便会拟合出三维微结构成品。
[0009]该薄片电极阵列的获得方法可以是激光切割、线切割或电火花加工。
[0010]该薄片电极材料可以是铜板、钨板、石墨板、镍板、钥板或钢板。
[0011]该薄片电极材料厚度尺寸< 1.0mm。
[0012]上述基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，通过薄片电极阵列的微细电火花加工获得的三维微结构，其与现有技术对比的有益效果是:
I)本技术将用于制备复杂的三维微结构的三维微电极离散成一组二维薄片电极阵列，并通过这组二维薄片电极阵列的加工痕迹来近似地拟合逼近三维结构。原理上，薄片电极的厚度越薄，拟合逼近精度越高。
[0013]2)与三维微电极的微细电火花制备三维微结构相比，通过二维薄片电极阵列的放电加工可以避免若干层二维薄片电极的连接和叠加，成型过程简单。
[0014]3)由二维薄片电极进行放电加工时可以避免圆柱形微电极的大面积层层扫描铣削放电加工，仅采用单纯的上、下往返式移动放电模式，可以有效的提高加工效率和减小微电极损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的三维微结构的CAD模型示意图。
[0016]图2是与图1三维微结构的CAD模型相对应的三维微细电火花电极的CAD模型示意图。
[0017]图3是本发明的三维微细电火花电极的薄片电极数据模型示意图。
[0018]图4是本发明的三维微细电火花电极离散成薄片电极阵列的示意图。
[0019]图5是本发明实施例薄片电极阵列的微细电火花加工示意图。
[0020]图6是本发明实施例通过薄片电极阵列的微细电火花加工获得的三维微结构。
[0021]其中:10、三维微结构；12、三维微结构成品； 20、三维微细电火花电极；30、薄片电极。
【具体实施方式】[0022]下面将结合附图及实施例对本发明的基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法作进一步的详细说明。
[0023]请参见图1至图6，本发明实施例的一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，包括有如下步骤:
1)通过三维计算机辅助设计CAD软件系统，对需要加工材料的三维微结构10建立CAD几何模型；
2)根据建立的三维微结构CAD几何模型建立对应的三维微细电火花电极20的CAD几何模型；
3)再对建立的三维微细电火花电极20的CAD几何模型沿一个方向进行离散切片，得到离散切片几何模型；
4)将三维微细电火花电极的离散切片几何模型转化为相互平行的一组薄片电极30数据模型；
5)由薄片切割系统按照计算机中的薄片电极30数据模型在一片薄片电极30材料上逐个切割相对应的薄片电极30，每个薄片电极30的中心距相同，去除废料后得到一组的薄片电极阵列，分别为1-N号薄片电极30 ;该薄片电极阵列的获得方法可以是激光切割、线切割或电火花加工。
[0024]6)如图4、图5所示，将上述切割完成的一组薄片电极阵列对三维微结构10的加工材料进行微细电火花加工。
[0025]对步骤6)的微细电火花加工还包括如下步骤:
1)首先，I号薄片电极30对准三维微结构10的加工材料进行微细电火花加工，其它薄片电极30悬空；通过I号薄片电极30上下往返式的微细电火花加工,加工材料上便会加工出对应于I号薄片电极30的微结构；
2)当I号薄片电极30加工完毕后，运动平台前后移动一个电极中心距，移动一个放电加工厚度，从而使2号薄片电极30的加工位置和I号薄片电极30的加工痕迹对齐；
3)再在I号薄片电极30的加工痕迹对齐的位置上，2号薄片电极30进行上下往返式的微细电火花加工，三维微结构10的加工材料上同样会加工出对应于2号薄片电极30的微结构；
4)通过上述I)-3)中的步骤，完成3至N号薄片电极30对三维微结构10加工材料进行微细电火花的加工，最终这组薄片电极阵列在加工材料上的加工痕迹便会拟合出三维微结构成品12。
[0026]该薄片电极30材料可以是铜板、钨板、石墨板、镍板、钥板或钢板；该薄片电极30材料厚度尺寸(1.0mm。
[0027]本发明基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其三维微细电火花电极20制备三维微结构成品12，通过二维薄片电极阵列的放电加工可以避免若干层二维薄片电极30的连接和叠加，成型过程简单；由二维薄片电极30进行放电加工时可以避免圆柱形微电极的大面积层层扫描铣削放电加工，仅采用单纯的上、下往返式移动放电模式，可以有效的提闻加工效率和减小微电极损耗。
[0028]具体实施例 实施例1 如图1至4所示，以电极薄片材料为0.02mm厚的铜箔为例，制作铜箔三维微结构的具体加工方法包括以下步骤:
1)首先，通过三维计算机辅助设计CAD软件系统，对需要加工材料的三维微结构建立CAD几何模型；
2)根据建立的三维微结构CAD几何模型建立对应的三维微细电火花电极的CAD几何模型，并将该三维微电极进行离散切片，得到离散切片几何模型；
3)将三维微电极的离散切片几何模型转化为相互平行的一组薄片电极数据模型；
4)由激光切割系统按照计算机中的薄片电极数据模型在一片厚度为0.02mm的铜箔上逐个切割相对应的薄片电极，每个薄片电极的中心距为4_，去除废料后得到一组的薄片电极阵列；
5)如图4、图5所示，将上述切割完成的薄片电极阵列进行微细电火花加工。加工的主要过程如下:
a)进行微细电火花加工时，I号薄片电极对准加工材料，其它薄片电极悬空。通过I号薄片电极上下往返式的微细电火花加工，加工材料上便会加工出对应于I号薄片电极的微结构；
b)I号薄片电极加工完毕后，运动平台前后移动0.02mm,左右移动4_，从而使2号薄片电极的加工位置和I号薄片电极的加工痕迹对齐；
c)再在I号薄片电极的加工痕迹对齐的位置上，2号薄片电极进行上下往返式的微细电火花加工，三维微结构的加工材料上同样会加工出对应于2号薄片电极的微结构；
d)通过上述a)-c)中的步骤，完成3至N号薄片电极对三维微结构加工材料进行微细电火花的加工，最终这组薄片电极阵列在加工材料上的加工痕迹便会拟合出三维微结构成品。
[0029]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其特征在于:包括有如下步骤: 1)通过三维计算机辅助设计CAD软件系统，对需要加工材料的三维微结构建立CAD几何模型； 2)根据建立的三维微结构CAD几何模型建立对应的三维微细电火花电极的CAD几何模型； 3)再对建立的三维微细电火花电极的CAD几何模型沿一个方向进行离散切片，得到离散切片几何模型； 4)将三维微细电火花电极的离散切片几何模型转化为相互平行的一组薄片电极数据模型； 5)由薄片切割系统按照计算机中的薄片电极数据模型在一片薄片电极材料上逐个切割相对应的薄片电极，每个薄片电极的中心距相同，去除废料后得到一组的薄片电极阵列，分别为1-N号薄片电极； 6)将上述切割完成的一组薄片电极阵列对三维微结构的加工材料进行微细电火花加工。
2.如权利要求1所述的基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其特征在于:对步骤6)的微细电火花加工还包括如下步骤: O首先，I号薄片电极对准加工材料进行微细电火花加工，其它薄片电极悬空；通过I号薄片电极上下往返式的微细电火花加工，加工材料上便会加工出对应于I号薄片电极的微结构； 2)当I号薄片电极加工完毕后，运动平台前后移动一个电极中心距，移动一个放电加工厚度，从而使2号薄片电极的加工位置和I号薄片电极的加工痕迹对齐； 3)再在I号薄片电极的加工痕迹对齐的位置上，2号薄片电极进行上下往返式的微细电火花加工，加工材料上同样会加工出对应于2号薄片电极的微结构； 4)通过上述I)-3)中的步骤，完成3至N号薄片电极对加工材料进行微细电火花的加工，最终这组薄片电极阵列在加工材料上的加工痕迹便会拟合出三维微结构成品。
3.如权利要求1所述的基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其特征在于:该薄片电极阵列的获得方法可以是激光切割、线切割或电火花加工。
4.如权利要求1所述的基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其特征在于:该薄片电极材料可以是铜板、钨板、石墨板、镍板、钥板或钢板。
5.如权利要求4所述的基于薄片电极的微细电火花制备三维微结构的加工方法，其特征在于:该薄片电极材料厚度尺寸< 1.0_。
【文档编号】B23H9/00GK103480929SQ201310442881
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】徐斌, 伍晓宇, 雷建国, 罗烽, 梁雄, 阮双琛 申请人:深圳大学