[发明专利]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

说明书

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。