帶測量反饋的電化學(xué)增材制造方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)制造領(lǐng)域，尤其是采用電化學(xué)方法進(jìn)行增材制造即三維打印的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造方法即三維打印容易與計算機(jī)輔助設(shè)計連接，適合于小批量制造具有復(fù)雜內(nèi)外表面形狀的部件。電化學(xué)制造方法在減材制造中適于加工高硬度高韌性或難熔金屬，在增材制造中適于沉積熔點(diǎn)或密度差別大難于直接形成合金的金屬。電化學(xué)增材制造適于得到特殊組成的功能性材料，且在光亮劑等藥劑的配合下能得到良好的表面質(zhì)量。但傳統(tǒng)上電化學(xué)減材制造方法屬于尺寸精度不高的加工方法，通過對電化學(xué)減材制造方法的不斷改進(jìn)，采用高精度的仿形工具電極，使工具電極以較高頻率震動，在電極和工件間施加大幅值的脈沖電流可以顯著提高加工的尺寸精度到切削加工的同等級別。但這種方法存在工具電極加工復(fù)雜，制造周期長的缺點(diǎn)。電化學(xué)增材制造方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域是電鑄光盤母盤，電鍍加厚電路板，電鍍修復(fù)磨損等。但電化學(xué)增材制造方法還難于直接加工生產(chǎn)機(jī)械零部件。主要障礙時電化學(xué)增材制造方法的尺寸精度難于控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的在電化學(xué)加工過程中尺寸精度難于控制的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
在電化學(xué)加工過程中包含反復(fù)循環(huán)交錯排列的制造過程和測量過程，制造過程通過直流或單向重復(fù)脈沖大電流溶解或沉積材料，測量過程通過交流小電流測量阻抗來確定電極和工件之間的距離。將測量結(jié)果通過微處理器計算后用于確定制造過程中設(shè)定的電流電量的大小或工作進(jìn)給的速度和距離。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:
在制造的過程中不斷測量電極和工件之間的距離，并通過反饋控制設(shè)定加工參數(shù)，從而使電化學(xué)加工變?yōu)橐粋€閉環(huán)過程；本發(fā)明尤其適用于通過電化學(xué)的方法進(jìn)行三維打印。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0007]圖1帶測量反饋控制的電化學(xué)增材加工裝置示意圖。
[0008]
[0009]
[0010]圖中101.計算機(jī)，102.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，103.程控電解電源，104.X軸步進(jìn)電機(jī)，105.絕緣連接板，106.電解液噴嘴，107.待標(biāo)記工件，108.導(dǎo)電墊板，109.絕緣墊板，110.機(jī)架，111.機(jī)架固定處，112.管道，113.電解液吸入口，114.電解液收集槽，115.電解液，116.過濾器，117.泄壓閥，118.電解液泵，119.擋板，120.流量計，121.壓力表，122.滑臺移動板，123.Y軸步進(jìn)電機(jī)，124.十字滑臺固定處，125.交流阻抗測量儀。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
電化學(xué)方法進(jìn)行減材制造，采用80%飽和的氯化鈉溶液為工作媒質(zhì)。工作電極材質(zhì)是表面涂覆二氧化銥的不溶性鈦電極，工作電極為直徑3毫米的細(xì)長圓柱體。工件為鎢鋼，因?yàn)橛捕雀?，不適于采用傳統(tǒng)的機(jī)加工方法進(jìn)行表面雕銑。將工件接控制器正極，工作電極接控制器負(fù)極。工件和工作電極同時浸入工作媒質(zhì)中，工作媒質(zhì)裝在工作容器中并通過泵將其在工作容器和散熱器中循環(huán)散熱以避免過熱。采用10000安培每平方米的基準(zhǔn)工作電流密度。在工作電流上疊加頻率為3000赫茲，幅度為工作電流一百分之一的交流電流，將工作電極和工件之間的電壓響應(yīng)訊號通過隔直流通交流的濾波器然后進(jìn)行采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換，所得電壓值取絕對值然后進(jìn)行平均。將電壓值在微處理器中通過查表法轉(zhuǎn)換為距離值。查表法所用的表格是預(yù)先標(biāo)定的電壓或電阻和距離對應(yīng)的雙列數(shù)組。算出距離值之后，由軟件驅(qū)動Z軸進(jìn)行工作電極的正向或負(fù)向運(yùn)動，以保持工作電極和工件間的距離為0.2毫米。同時將工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值比較，當(dāng)差值在5毫米以內(nèi)時，按照2000安培每毫米的比例降低工作電流。在Z軸進(jìn)給的同時驅(qū)動X軸和Y軸帶動工件，使工作電極掃描完工件的整個加工表面。三軸平臺的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動是機(jī)加工行業(yè)公知的成熟技術(shù)，在此不加贅述。如果需要加工工件的多個表面，還可以加入第四軸使工件旋轉(zhuǎn)，這也是機(jī)加工行業(yè)公知的成熟技術(shù)。在三軸平臺的帶動下，工作電極反復(fù)掃描完工件加工表面直至工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值相差在設(shè)定偏差范圍內(nèi)。按照本實(shí)施例可以在工件表面精密加工出任意曲面，目標(biāo)曲面表面曲率對應(yīng)的直徑最小值大于工作電極直徑的2倍。
[0012]實(shí)施例2
電化學(xué)方法進(jìn)行增材制造，采用光亮鎳電鍍液為工作液。工作電極材質(zhì)是表面涂覆二氧化銥的不溶性鈦電極，工作電極為直徑3毫米的細(xì)長圓柱體。工件基材為鎳板。將工件基材接控制器負(fù)極，工作電極接控制器正極。工件基材和工作電極同時浸入工作液中，工作液裝在工作容器中并通過泵將其在工作容器和散熱器中循環(huán)散熱以避免過熱。采用1000安培每平方米的基準(zhǔn)工作電流密度。在工作電流上疊加頻率為3000赫茲，幅度為工作電流一百分之一的交流電流，將工作電極和工件之間的電壓響應(yīng)訊號通過隔直流通交流的濾波器然后進(jìn)行采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換，所得電壓值取絕對值然后進(jìn)行平均。將電壓值在微處理器中通過查表法轉(zhuǎn)換為距離值。查表法所用的表格是預(yù)先標(biāo)定的電壓或電阻和距離對應(yīng)的雙列數(shù)組。算出距離值之后，由軟件驅(qū)動Z軸進(jìn)行工作電極的正向或負(fù)向運(yùn)動，以保持工作電極和工件間的距離為0.2毫米。同時將工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值比較，當(dāng)差值在5毫米以內(nèi)時，按照2000安培每毫米的比例降低工作電流。在Z軸進(jìn)給的同時驅(qū)動X軸和Y軸帶動工件，使工作電極掃描完工件的整個加工表面。三軸平臺的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動是機(jī)加工行業(yè)公知的成熟技術(shù)，在此不加贅述。如果需要加工工件的多個表面，還可以加入第四軸使工件旋轉(zhuǎn)，這也是機(jī)加工行業(yè)公知的成熟技術(shù)。在三軸平臺的帶動下，工作電極反復(fù)掃描完工件加工表面直至工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值相差在設(shè)定偏差范圍內(nèi)。按照本實(shí)施例可以在工件基材表面通過沉積金屬獲得尺寸精密的任意形狀曲面，只要曲面表面曲率對應(yīng)的直徑最小值大于工作電極直徑的2倍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電化學(xué)加工方法，通過將工件和工具電極置于電解液中，工件連接電源正極，工具電極連接負(fù)極，通過電化學(xué)反應(yīng)使工件上的部分材質(zhì)溶解或變疏松從而被除去，其特征是:持續(xù)測量工件和工具電極之間電解液的阻值并換算為兩者之間的距離，將工具電極尖端的位置加上距離值和被加工面的目標(biāo)位置相比較，得到差值用于按比例控制加工電流的大小直至工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值相差在設(shè)定偏差范圍內(nèi)。
2.一種電化學(xué)加工方法，通過將工件和工具電極置于電解液中，工件連接電源負(fù)極，工具電極連接正極，工具電極材質(zhì)為在正極電位下不溶解的形狀穩(wěn)定材料，通過電化學(xué)反應(yīng)使電解液中的部分離子沉積在工件上，其特征是:持續(xù)測量工件和工具電極之間電解液的阻值并換算為兩者之間的距離，將工具電極尖端的位置加上距離值和被加工面的目標(biāo)位置相比較，得到差值用于按比例控制加工電流的大小直至工件表面的實(shí)際高度坐標(biāo)和目標(biāo)值相差在設(shè)定偏差范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電化學(xué)加工方法，其特征是:所述阻值和距離值的測量是通過在工作電流上疊加小幅度的交流電流，將工作電極和工件之間的電壓響應(yīng)訊號通過隔直流通交流的濾波器然后進(jìn)行采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換，所得電壓值取絕對值然后進(jìn)行平均，將電壓響應(yīng)與標(biāo)定值進(jìn)行比較以得到阻值和距離值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電化學(xué)加工方法，其特征是:所述阻值和距離值的測量是通過在工作電流上疊加小幅度的階躍電流，將工作電極和工件之間的電壓響應(yīng)訊號通過隔直流通交流的濾波器然后進(jìn)行采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換，將所得電壓階躍值與標(biāo)定值進(jìn)行比較以得到阻值和距離值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了帶測量反饋的電化學(xué)制造方法及實(shí)現(xiàn)裝置，尤其是用于增材制造即三維打印領(lǐng)域的。本發(fā)明通過電化學(xué)溶解或電化學(xué)沉積的方式產(chǎn)生所需外形尺寸和成分的部件，工藝過程中包含反復(fù)循環(huán)交錯排列的制造過程和測量過程，制造過程通過直流或單向重復(fù)脈沖大電流溶解或沉積材料，測量過程通過交流小電流測量阻抗來確定電極和工件之間的距離。將測量結(jié)果通過微處理器計算后用于確定制造過程中設(shè)定的電流電量的大小或工作進(jìn)給的速度和距離。
【IPC分類】C25D1-00, C25D5-08
【公開號】CN104593830
【申請?zhí)枴緾N201310529711
【發(fā)明人】谷濤, 沈紹典
【申請人】無錫華臻新能源科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年11月1日