一种三维金属微型腔的组合加工方法

为了制作局部为三维结构的金属模具微型腔,实验研究了一种组合加工新工艺,即先用紫外线光刻和电铸成形(准LIGA)技术在模具基底上制作二维金属微型腔,再用微细电火花成形加工(EDM)技术对微型腔的局部进行修形,得到局部为三维结构的微型腔,电火花修形的位置根据微型腔结构的设计要求而定.以制作聚合物微流控芯片用的金属模具为试件,以微细电火花成形加工中影响工件表面粗糙度的因素分析为理论指导,应用该方法制作了局部侧壁倾斜的三维微型腔.根据测量结果,两边侧壁与水平方向的夹角分别为49.6°和46.4°,倾斜侧壁的表面粗糙度Ra为0.391μm.

三维队列微电极在微细电火花加工的应用

研究了三维微型腔模具的制备方法。该方法基于微型双工位分层实体制造工艺(DLOM),通过多层铜箔二维微结构叠加拟合出三维队列微电极,将制备的微电极用于微细电火花加工来制得三维微型腔模具。首先,利用线切割对100μm厚的多层铜箔进行逐层切割,获得多层二维微结构。然后,通过真空压力热扩散焊对多层铜箔二维微结构进行连接,叠加拟合出三维队列微电极。最后,在电压80V,脉冲频率0.2MHZ,脉冲宽度800ns,休止脉宽4 200ns的作用下,将上述工艺制备的三维队列微电极用于微细电火花加工,获得表面质量良好、形状与尺寸精度较高的三维微型腔模具。为了有效减少电极损耗对加工精度的不利影响,使用队列电极中的微电极依序对三维微型腔进行了加工。基于上述研究结果,制备了两种形状的三维队列微电极并通过微细电火花加工获得了表面粗糙度Ra为0.48μm的三维微型腔模具。与目前主流的微细电极逐层扫描放电加工三维微结构的工作方式相比,提出的三维微电极只需进行上下往返式加工便可获得三维微型腔模具,工作效率高且损耗低。