一种直写式金属电化学3D打印装置及打印方法

文档序号:25171293发布日期:2021-05-25 14:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,该装置设有计算机(1),计算机(1)同时与供电控制器(2)和电机(15)相连,电机(15)一侧与计算机(1)相连,电机(15)另一侧与x-y-z三坐标支架(3)的底座相连,x-y-z三坐标支架(3)的下方设有台板(14),x-y-z三坐标支架(3)的z轴与阳极支架(4)一侧相连,阳极支架(4)另一侧与阳极夹具(6)相连,阳极夹具(6)内设有工具阳极(5),工具阳极(5)下方设有工件(7),工件(7)下方设有打印基板(8),打印基板(8)下方设有导电极板(9),导电极板(9)设置于3d打印发生槽(13)内,3d打印发生槽(13)也设置于台板(14)上;供电控制器(2)一侧与计算机(1)相连,供电控制器(2)另一侧设有正极和负极,正极与工具阳极(5)一端相连,负极与导电极板(9)相连;工具阳极(5)的侧面与蠕动泵(10)的一侧相连,蠕动泵(10)另一侧与溶液(11)相连,溶液(11)置于储液盒(12)内,3d打印发生槽(13)侧面设有回流管将3d打印发生槽(13)内多余的溶液回流至储液盒(12)。

2.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,工具阳极(5)内设有套筒(17),套筒(17)一端连有铜棒(16),套筒(17)另一端与铂丝(19)的一端相连,铂丝(19)另一端与导流管(20)相连,套筒(17)、铜棒(16)、铂丝(19)外侧设有固定套(21)固定,铂丝(19)段的固定套(21)侧面设有导管接头(18)。

3.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,x-y-z三坐标支架(3)可在电机(15)的驱动下进行各轴方向上的正负运动,重复定位精度可达±1μm。

4.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,供电控制器(2)采用单片机的da模块控制电压。

5.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,阳极夹具(6)上部为固定套(21),用以夹紧阳极;下部设有导管接头(18)和导流管,导管接头(18)用导管连接至蠕动泵(10),使溶液进到管流入夹具中;导流管则使得流入夹具中的溶液顺着阳极末端流向打印基板(8)。

6.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,工具阳极(5)为针状铂丝(19)电极,电极由针状铂丝(19)、套筒(17),铜棒(16)组成,套筒(17)方便夹具夹持,铜棒(16)用以连接阳极导线;铂丝(19)上部直径不超过1mm,铂丝(19)末端则需进行打磨使其直径不大于30μm。

7.根据权利要求1所述的一种直写式金属电化学3d打印装置,其特征在于,储液盒(12)中所存储的溶液(11)为金属的电解质溶液;溶液(11)中的金属离子在电流作用下,在打印基板(8)上沉积,金属离子被还原。

8.一种使用权利要求1中打印装置的打印方法,其特征在于,该方法步骤如下:

s1.在计算机(1)中利用建模软件绘制三维金属工件(7)的实体模型;

s2.利用分层切片软件对三维实体进行分层处理,获得截面信息,进行阳极运动路径规划,在这一过程中可加入支撑结构,因电流在基板上存在一定的扩散,故需在模型底部预留出一定厚度的无效打印层;

s3.利用电机(15)驱动x-y-z三坐标支架(3)带动阳极支架(4)上的工具阳极(5)在可导电打印基板(8)上方进行运动,使工具阳极(5)与打印基板(8)处于正确的初始位置,同时在蠕动泵(10)作用下,金属离子溶液(11)从储液盒(12)中,流经阳极夹具(6),通过导流管(20)沿铂丝(19)针壁滑向打印基板(8);

s4.供电控制器(2)为工具阳极(5)接通正电极,同时导电极板(9)接通负电极并控制输出电压和电流以控制金属的沉积速度;流体使得工具阳极(5)和打印基板(8)导通,金属离子在电流作用下向打印基板(8)移动并获得电子,在打印基板(8)上沉积出金属单质;

s5.利用电机(15)驱动x-y-z三坐标支架(3)带动阳极支架(4)上的工具阳极(5)在导电打印基板(8)上方按当前层的分层截面轨迹进行运动,并通过步骤s4所述方法将当前层的截面打印出来;若需要更换打印金属需停止蠕动泵(10),更换储液盒(12)内的溶液;

s6.利用电机(15)驱动x-y-z三坐标支架(3)带动阳极支架(4)上的工具阳极(5)向上移动一个层厚的距离,然后重复步骤s3至步骤s5,直至整个工件打印完成。

9.根据权利要求8所述的一种直写式金属电化学3d打印装置的打印方法,其特征在于,进行多金属或复合材料的打印,需将储液盒(12)更换成多槽式储液盒;在多槽式储液盒的槽中倒入相应溶液,并分别用导管连接至蠕动泵(10);打印时按需将不同溶液经阳极夹具(6)沿铂丝(19)喷向打印基底,而后重复上述步骤s3至步骤s5,完成打印。


技术总结
一种直写式金属电化学3D打印装置及打印方法,属于增材制造领域。本发明中直写式金属电化学3D打印装置,按功能区分为:控制区A,电化学打印区B,溶液循环区C。控制区A利用计算机控制电机和供电控制器对电化学打印区B的运动轨迹、电流等进行设定。本发明定域性较高、打印效率较快,且设备易于实现,同时增加了电解质溶液的使用周期。

技术研发人员:钱宁开;吴蒙华;贾卫平;于昇元;佐姗姗
受保护的技术使用者:大连大学
技术研发日:2020.12.31
技术公布日:2021.05.25
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