基于3D打印模具的微流道超声加工装置及方法

本发明属于微细特种加工，具体涉及一种基于3d打印模具的微流道超声加工装置及方法。

背景技术：

1、微流道是微反应器和微流控系统的重要组成部分，集成微流道系统被广泛应用于化学、光学、生物医疗和军事等领域。玻璃、陶瓷、硅等材料因其化学性能稳定、可靠性高和抗高压高温好、利于电渗流驱动等优点，是制备微流道的高性能材料。但玻璃、硅等硬脆性材料的脆性大使其微加工困难，若采用特殊的工艺制备微流控组件成本高昂，制约了玻璃、硅等硬脆性材料在微流道领域大规模使用。

2、近年来，微流道加工工艺取得了快速发展，常用的玻璃微加工工艺包括：化学刻蚀，机械加工，超声加工，玻璃热成型，激光加工等。

3、目前普遍认为激光是微纳加工的强有力的工具之一，激光加工微流道是通过高能激光束聚焦到材料待加工区表面产生高温熔化或气化加工形成加工形貌，该方式工艺简单、图案直写不需要掩模、环保高效；但由于玻璃材料透过性好，普通红外波段激光在玻璃表面很难聚焦，而采用蓝紫波段或超快激光加工微结构，加工成本较高。

4、因此，如何提供一种既能够降低制备成本又能保障加工质量的基于3d打印模具的微流道超声加工装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种制造成本低、环保、能够保障加工质量的基于3d打印模具的微流道超声加工装置及方法。

2、本发明的内容如下：

3、基于3d打印模具的微流道超声加工装置，其特征在于，包括：工作平台、超声振动系统、开口容器、工作液、3d打印模具和转接模块；

4、所述工作平台包括大理石平台、二维运动平台、立柱和立式滑台，所述大理石平台用于承载调节超声振动系统，所述大理石平台的上端面设置有二维运动平台和立柱，所述立柱设置于二维运动平台一侧，所述立柱临近上端面的部分水平方向设置有立式滑台，所述立式滑台与立柱连接面对立的一侧设置有转接模块；

5、所述二维运动平台上端面设置有开口容器，所述开口容器中容纳有工作液、工件和3d打印模具，所述3d打印模具上安装有所述工件，所述工件与所述3d打印模具共同浸泡于所述工作液中，所述开口容器开口上方设置有超声振动系统；

6、所述超声振动系统包括超声换能器、节面、变幅杆和工具，所述超声换能器嵌入所述转接模块内，并通过节面固定于所述转接模块中，所述超声换能器连接有变幅杆的端面向下延伸并将节面贯穿，所述超声换能器通过变幅杆与工具连接；

7、进一步的，所述工件与所述3d打印模具，设置在开口容器的中间位置处；

8、进一步的，所述工作液包括工作基液和磨料，所述磨料在工作基液中呈悬浮状态；

9、进一步的，所述工具振动振幅为10-100μm；

10、进一步的，所述工具的底端浸没于所述开口容器内的工作液中。

11、基于3d打印模具的微流道超声加工方法，包括以下步骤：

12、s1、根据待加工工件所需加工的曲线型微流道结构形状，利用三维建模软件建立相对应的模具三维图；

13、s2、将模具三维图导出stl格式文件，并将stl格式文件导入到切片软件中设置切片参数进行切片，最后导出g-code文件并存于sd卡中用于3d打印；

14、s3、根据微流道的精细程度选择sla或fdm三维打印机打印出模具实物图，并将待加工的工件和模具实体装配好；

15、s4、将装配好的工件与模具整体安装于微流道超声加工机床的开口容器中，根据加工需要控制工作台的运动并对工件进行超声加工；

16、s5、将加工完成后的工件从模具中取出得到最终加工产品。

17、本发明有益效果：

18、1、通过本发明的设置，使任何复杂结构的微流道都能通过三维建模、切片和打印成型制作出相对应的实物模具，然后利用超声加工方法将模具形状复印到工件上，该工艺方法使复杂结构微流道制作成为可能。

19、2、通过本发明的设置，该工艺方法即使制作复杂结构微流道，也不会提高制作成本和时间，制作微流道的所采用的装置结构简单，制作成本低。

20、3、通过本发明设置的3d打印的模具，即使加工复杂的微流道，也对超声加工装置中控制系统和工具无特别要求。

技术特征：

1.一种基于3d打印模具的微流道超声加工装置，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的基于3d打印模具的微流道超声加工装置，其特征在于，所述工件与3d打印模具设置在开口容器的中间位置处，以确保超声振动能量均匀作用于工件表面。

3.根据权利要求1所述的基于3d打印模具的微流道超声加工装置，其特征在于，所述工具振动振幅为10-100μm，以精确控制加工深度和精度。

4.根据权利要求1所述的基于3d打印模具的微流道超声加工装置，其特征在于，所述工具部分没入开口容器内的工作液中，确保超声波振动能够直接作用于工件与3d打印模具之间的界面。

5.一种基于3d打印模具的微流道超声加工方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了基于3D打印模具的微流道超声加工装置，包括工作平台、超声振动系统、开口容器、工作液、3D打印模具和转接模块；工作平台用于承载调节超声振动系统和开口容器并调整两者的相对位置，开口容器中设置3D打印模具和工件，再填充有工作液将两者没过，最后通过超声振动系统中的振动工具作用于工作液中，实现微流道超声加工。本发明提出的加工装置及方法，使任何复杂结构的微流道都可以通过三维建模、切片和打印成型制作出实物模具，利用超声加工方法将模具形状复印到工件上，使复杂结构微流道制作成为可能。

技术研发人员：连海山,江树镇,马兴灶
受保护的技术使用者：岭南师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11