专利名称：利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种特种加工技术及其设备，尤其是一种叠层模板电沉积制造金属零件的方法及装置，具体地说是一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法及装置。
背景技术：
机械制造领域中，一些具有复杂结构的精密金属零件是无法采用传统的车、铣、刨、磨等方法制得的。目前能用于直接制造复杂结构金属零件的方法主要集中在一些快速成形方法，即利用逐层堆叠的制造方法实现复杂结构的获得。例如激光立体制模法(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积制造(FDM)、选择性激光熔化(SLM)等。SLA、LOM在制造金属零件时主要通过间接方法得到，即为原型——熔模铸造、消失模铸造、热喷涂等——得到零件。SLS、FDM除了所述的间接过程外还可以直接制备一些低熔点的金属零件，也可以采用复合颗粒为材料制备烧结件，并作进一步烧结处理或者是渗金属处理得到金属零件。SLM可以直接制造金属零件，不需要渗金属等处理，但生产效率较低。上述方法主要存在着设备投入巨大、无法直接制备复杂形状精密、致密金属零件等不足。
目前涉及到电沉积成形思想的电沉积方法主要有下面三个方面。一是将电铸技术能复制芯模表面形貌的特点扩展到微细制造领域，近几年发展出的模板电沉积技术，可用于制备微纳尺度的简单金属结构；另一则利用电镀技术，专利94108573.2中提到了电沉积图样的制备方法，可制备20-300μm的金属电沉积图样；还有一个则是选择性喷射电沉积技术，专利CN00133282.1中提出了用选择性喷射的方法将金属有选择性的沉积，形成结构金属零件。前两个方法的模板电沉积思想主要集中在对表面或微细三维模板的复制沉积方面，无法制备大尺寸的复杂结构金属零件。第三种方法则体现了由点→面→体的堆叠思想，能进行复杂结构的金属零件制备；但是由于金属沉积过程的喷射流及沉积范围的可控性较差，很难制备精度较高的金属零件；同时，由于是单点的沉积过程，沉积效率极大的降低了。由此可见，利用金属电沉积原理，上述方法能进行一定的成形金属结构的制备，但是还没有一种方法能快速制备较大尺寸、结构复杂、精度较高的金属零件。
发明内容
本发明的目的是针对现有的复杂零件制造中采用激光立体制模法(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积制造(FDM)、选择性激光熔化(SLM)技术时存在设备投入巨大、无法直接制备复杂形状精密、致密金属零件的问题，而现有的电沉积技术只能进行二维模板或微细三维模板沉积无法获得大尺寸复杂型面金属零件的问题，发明一种能直接制造出任意复杂形状的、具有高致密度、高强度和高精度等良好机械性质的金属零件的利用电沉积技术直接制造金属零件的方法及装置。
本发明的技术方案是一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法，其特征是首先用CAD造型软件设计出金属零件的实体造型，然后将实体造型格式的CAD文件经过切片软件处理后保存为n个切层数控文件，将单层路径信息输入切割机后切割制得n个切层模板，在带有阴极托盘和阳极托盘的电沉积成形系统的阴极托盘上的基极上安装第一层切层模板进行金属电沉积，当第一层切层模板沉积完成后，先将阳极托盘移出到阳极托盘工作平台，然后将阴极托盘移出到阴极托盘工作平台，在氮气保护下进行将第二层切层模板安装到上述已沉积完成的第一层切层模板上，完成层叠操作，再将阴极和阳极送入电沉积成形系统进行电沉积，完成第二层切层模板的沉积；依次进行上述循环工序，经过n次叠层模板电沉积后可以获得含模板金属零件，最后进行脱模处理获得所需要的金属零件；其中所述的阳极托盘上放置有金属阳极，在阳极托盘上开有有利于金属离子下行的通孔，所述的阴极托盘上设计有用于模板和基板定位的模板定位栓及基板定位栓，在阳极托盘及阴极托盘内设计有提供电沉积两极电源的分布式棒形导电条装置及相应的与电源正负极相连的汇总接头。
一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的装置，包括电沉积工作腔1，电沉积工作腔1的上下部分分别设有均匀分布的、用于更新电解液的进、出电解液口2、3，其特征是在电沉积工作腔1的中上部安装有阳极托盘4，阳极托盘4上放置有金属电沉积用的金属阳极，阳极托盘4的底部为镂空结构，其上设有便于阳极离子通过的通孔11；电沉积工作腔1的下部、与阳极托盘4相对位置处安装有阴极托盘5，阴极托盘5上设计有用于安放电沉积加工用阴极基板及叠加切层模板的模板定位栓15及基板定位栓16；在阳极托盘4上设有分布式棒形导电条12，在阴极托盘5上也设有分布式棒形导电条14，分布式棒形导电条12通过汇总接头13与外部电源的正极相连，分布式棒形导电条14通过汇总接头17与外部电源的负极相连。
所述的电沉积工作腔1上端边沿部分分别设置有内导轨7和外导轨8，阳极托盘4及阴极托盘5的上端分别通过相应的滑轮6、9活动支承在对应的导轨7、8上，外导轨8上还安装有轴向标尺及能将阴极托盘5提升和下降的升降机构10。
在所述的电沉积工作腔1外部还分别设有便于沉积过程中阳极托盘4移出移进的阳极托盘移动工作平台19及便于沉积过程中阴极托盘5移出移进的阴极托盘移动工作平台20。
所述的阳极托盘移动工作平台19由滑动导轨27、阳极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔28、电解液排出槽29及阳极移出箱31组成，所述的滑动导轨27位于阳极移出箱31的上开口部两侧并与外导轨8相对接，电解液收集腔28胶电解液排出槽29均安装在阳极移出箱31中；阴极托盘移动工作平台20由阴极托盘滑动导轨21、用于工件保护的保护气体出口22、安放阴极托盘5的支撑条隔板23、用于阴极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔24、电解液排出槽25、气瓶放置腔26及阳极移出箱30组成，滑动导轨21位于阴极移出箱30的上开口部的两侧并与内导轨7对接，保护气体出口22位于阳极移出箱30中、支撑条隔板23的上部，它通过气管与位于阳极移出箱30底部的气瓶放置腔26中的气瓶相连，电解液收集腔24位于支撑条隔板23的下部，其底部呈斜面状，电解液排出槽25位于电解液收集腔24底部的最低处。
本发明的有益效果本发明可以直接制造出任意复杂形状的致密、组织均匀、精密的金属零件。采用本发明的叠层模板电沉积成形系统，可以有效降低设备复杂度，减少零件成本，具有极其良好的应用前景。同时，本发明的设备成本低，制造方便，控制方便。
本发明与普通电沉积装置相比，改变了以往以复制原型面几何特征为主的电沉积成形零件过程(电铸技术)，将二维的成形实现拓宽到了三维成形实现，获得了直接制备精密、致密、内部组织均匀、结构复杂的金属零件。经过实践证明该系统设备结构紧凑、控制简单、加工成本低廉，是一种极具性价比的实用技术。
图1是本发明的装置的结构示意图。
图2是本发明的阴极托盘移动工作平台的结构示意图。
图3是本发明的阳极托盘移动工作平台的结构示意图。
图4是本发明的方法流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图4所示。
一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法，它包括以下步骤首先用CAD造型软件设计出金属零件的实体造型；然后将实体造型(即STL)格式的CAD文件经过切片软件处理后保存为n个切层数控文件，将单层路径信息输入切割机后切割制得n个切层模板；第三，在带有阴极托盘和阳极托盘的电沉积成形系统的阴极托盘上的基极上安装第一层切层模板进行金属电沉积，当第一层切层模板沉积完成后，先将阳极托盘移出到阳极托盘工作平台，然后将阴极托盘移出到阴极托盘工作平台，在氮气保护下进行将第二层切层模板安装到上述已沉积完成的第一层切层模板上，完成层叠操作，再将阴极和阳极送入电沉积成形系统进行电沉积，完成第二层切层模板的沉积；依次进行上述循环工序，经过n次叠层模板电沉积后可以获得含模板金属零件，最后进行脱模处理获得所需要的金属零件；其中所述的阳极托盘上放置有金属阳极，在阳极托盘上开有有利于金属离子下行的通孔，所述的阴极托盘上设计有用于模板和基板定位的模板定位栓及基板定位栓，在阳极托盘及阴极托盘内设计有提供电沉积两极电源的分布式棒形导电条装置及相应的与电源正负极相连的汇总接头。
如图1-3所示。
一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的装置，包括电沉积工作腔1，电沉积工作腔1的上下部分分别设有均匀分布的、用于更新电解液的进、出电解液口2、3，在电沉积工作腔1的中上部安装有阳极托盘4，阳极托盘4上放置有金属电沉积用的金属阳极，阳极托盘4的底部为镂空结构，其上设有便于阳极离子通过的通孔11；电沉积工作腔1的下部、与阳极托盘4相对位置处安装有阴极托盘5，阴极托盘5上设计有用于安放电沉积加工用阴极基板及叠加切层模板的模板定位栓15及基板定位栓16；在阳极托盘4上设有分布式棒形导电条12，在阴极托盘5上也设有分布式棒形导电条14，分布式棒形导电条12通过汇总接头13与外部电源的正极相连，分布式棒形导电条14通过汇总接头17与外部电源的负极相连，如图1所示。
为了便于在叠层模板电沉积过程中更换切层模板，方便阳极托盘4和阴极托盘5的移动，在所述的电沉积工作腔1上端边沿部分分别设置有内导轨7和外导轨8，阳极托盘4及阴极托盘5的上端分别通过相应的滑轮6、9活动支承在对应的导轨7、8上，外导轨8上还安装有轴向标尺及能将阴极托盘5提升和下降的升降机构10(可采用常规的丝杆螺母升降机构或齿轮齿条升降机构)。
同时为了保证切层模板更换过程中不会对环境及零件造成影响，本发明在所述的电沉积工作腔1外部还分别设有便于沉积过程中阳极托盘4移出移进的阳极托盘移动工作平台19及便于沉积过程中阴极托盘5移出移进的阴极托盘移动工作平台20。其中所述的阳极托盘移动工作平台19由滑动导轨27、阳极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔28、电解液排出槽29及阳极移出箱31组成，如图3所示，所述的滑动导轨27位于阳极移出箱31的上开口部两侧并与外导轨8相对接，电解液收集腔28胶电解液排出槽29均安装在阳极移出箱31中；阴极托盘移动工作平台20由阴极托盘滑动导轨21、用于工件保护的保护气体出口22、安放阴极托盘5的支撑条隔板23、用于阴极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔24、电解液排出槽25、气瓶放置腔26及阳极移出箱30组成，如图2所示，滑动导轨21位于阴极移出箱30的上开口部的两侧并与内导轨7对接，保护气体出口22位于阳极移出箱30中、支撑条隔板23的上部，它通过气管与位于阳极移出箱30底部的气瓶放置腔26中的气瓶相连，电解液收集腔24位于支撑条隔板23的下部，其底部呈斜面状，电解液排出槽25位于电解液收集腔24底部的最低处。
如图1所示，在本发明的叠层模板电沉积成形系统中，包括加工空间和辅助操作平台装置18，加工空间由电沉积工作腔1、进电解液口2、出电解液口3、阳极托盘4、镂空结构的通孔11、阴极托盘5、模板定位栓15、基板定位栓16、分布式棒形导电条装置12、14、汇总接头13、17、内导轨7、外导轨8、滑轮6、9、轴向标尺及升降机构10。电沉积工作腔1、进电解液口2、出电解液口3为电解液盛放及更新部分；阳极托盘4、镂空结构的阳极托盘4用于放置金属电沉积用金属阳极，其底部的通孔11作为金属离子的下行通道；阴极托盘5、模板定位栓15、基板定位栓16用于安放定位电沉积加工用阴极基板及叠加切层模板层；分布式棒形导电条装置12、14、汇总接头13、17、则为电沉积的正负两极连接装置；内导轨7、外导轨8、滑轮6、9、轴向标尺及升降机构10为阳极托盘4和阴极托盘5的滑动和提升机构。辅助操作平台装置18由阳极托盘移出工作平台19及阴极托盘移出工作平台20组成，可用于层间模板安装操作。
图2所示为阴极托盘移出工作平台20，由导轨21、保护气体出口22、支撑条隔板23、电解液收集腔24、电解液排出槽25、气瓶放置腔26组成。每加工好一层，阴极托盘5通过导轨6、21，提升移出到阴极托盘移出工作平台20，在气氛保护下，进行下层切层模板的叠装。
图3所示为阳极托盘移出工作平台19，由导轨27、电解液收集腔28、电解液排出槽29组成。每加工好一层，阳极托盘4通过导轨9、27，提升移出到阳极托盘移出工作平台19，为阴极托盘5移出让出通道。
此外，为了保证电沉积的效果，对电解液的温度必须进行有效的控制，可通过常用的加温冷却方法保持电解液工作在一个稳定的温度范围内。
本发明未涉及部分如电解液的循环、电气控制、计算机切片分层等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法，其特征是首先用CAD造型软件设计出金属零件的实体造型，然后将实体造型格式的CAD文件经过切片软件处理后保存为n个切层数控文件，将单层路径信息输入切割机后切割制得n个切层模板，在带有阴极托盘和阳极托盘的电沉积成形系统的阴极托盘上的基极上安装第一层切层模板进行金属电沉积，当第一层切层模板沉积完成后，先将阳极托盘移出到阳极托盘工作平台，然后将阴极托盘移出到阴极托盘工作平台，在氮气保护下进行将第二层切层模板安装到上述已沉积完成的第一层切层模板上，完成层叠操作，再将阴极和阳极送入电沉积成形系统进行电沉积，完成第二层切层模板的深积；依次进行上述循环工序，经过n次叠层模板电沉积后可以获得含模板金属零件，最后进行脱模处理获得所需要的金属零件；其中所述的阳极托盘上放置有金属阳极，在阳极托盘上开有有利于金属离子下行的通孔，所述的阴极托盘上设计有用于模板和基板定位的模板定位栓及基板定位栓，在阳极托盘及阴极托盘内设计有提供电沉积两极电源的分布式棒形导电条装置及相应的与电源正负极相连的汇总接头。
2.一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的装置，包括电沉积工作腔(1)，电沉积工作腔(1)的上下部分分别设有均匀分布的、用于更新电解液的进、出电解液口(2、3)，其特征是在电沉积工作腔(1)的中上部安装有阳极托盘(4)，阳极托盘(4)上放置有金属电沉积用的金属阳极，阳极托盘(4)的底部为镂空结构，其上设有便于阳极离子通过的通孔(11)；电沉积工作腔(1)的下部、与阳极托盘(4)相对位置处安装有阴极托盘(5)，阴极托盘(5)上设计有用于安放电沉积加工用阴极基板及叠加切层模板的模板定位栓(15)及基板定位栓(16)；在阳极托盘(4)上设有分布式棒形导电条(12)，在阴极托盘(5)上也设有分布式棒形导电条(14)，分布式棒形导电条(12)通过汇总接头(13)与外部电源的正极相连，分布式棒形导电条(14)通过汇总接头(17)与外部电源的负极相连。
3.根据权利要求2所述的利用电沉积技术直接制造金属零件的装置，其特征是所述的电沉积工作腔(1)上端边沿部分分别设置有内导轨(7)和外导轨(8)，阳极托盘(4)及阴极托盘(5)的上端分别通过相应的滑轮(6、9)活动支承在对应的导轨(7、8)上，外导轨(8)上还安装有轴向标尺及能将阴极托盘(5)提升和下降的升降机构(10)。
4.根据权利要求2所述的利用电沉积技术直接制造金属零件的装置，其特征是在所述的电沉积工作腔(1)外部还分别设有便于沉积过程中阳极托盘(4)移出移进的阳极托盘移动工作平台(19)及便于沉积过程中阴极托盘(5)移出移进的阴极托盘移动工作平台(20)。
5.根据权利要求4所述的利用电沉积技术直接制造金属零件的装置，其特征是所述的阳极托盘移动工作平台(19)由滑动导轨(27)、阳极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔(28)、电解液排出槽(29)及阳极移出箱(31)组成，所述的滑动导轨(27)位于阳极移出箱(31)的上开口部两侧并与外导轨(8)相对接，电解液收集腔(28)胶电解液排出槽(29)均安装在阳极移出箱(31)中；阴极托盘移动工作平台(20)由阴极托盘滑动导轨(21)、用于工件保护的保护气体出口(22)、安放阴极托盘(5)的支撑条隔板(23)、用于阴极托盘滴落电解液回收的电解液收集腔(24)、电解液排出槽(25)、气瓶放置腔(26)及阳极移出箱(30)组成，滑动导轨(21)位于阴极移出箱(30)的上开口部的两侧并与内导轨(7)对接，保护气体出口(22)位于阳极移出箱(30)中、支撑条隔板(23)的上部，它通过气管与位于阳极移出箱(30)底部的气瓶放置腔(26)中的气瓶相连，电解液收集腔(24)位于支撑条隔板(23)的下部，其底部呈斜面状，电解液排出槽(25)位于电解液收集腔(24)底部的最低处。
全文摘要
本发明公开了一种利用叠层模板电沉积技术直接制造金属零件的方法及装置，属于特种加工技术领域，它通过将复杂零件进行分层切模后放入电沉积系统中逐层沉积，最终得到所需形状金属零件，它解决了现有制造技术中存在的设备投入大，成本高的问题，可以直接制造出任意复杂形状的致密、内部组织良好、精度较高的金属零件，具有设备成本低、操作简单的特点。
文档编号C25D1/10GK101092717SQ20071002512
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者黄因慧, 田宗军, 沈理达, 刘志东 申请人:南京航空航天大学