[发明专利]光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置

摘要

本发明涉及一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置，将光纤激光技术引入到电化学沉积制造系统中，有效地提高了光束传输的灵活性，将其与数控加工系统相结合可实现复杂三维空间结构的加工要求。在加工过程中采用纳秒脉冲的激光束与电化学纳秒脉冲电流相耦合，纳秒级的电化学脉冲沉积过程可避免电极表面的浓差极化，增强沉积反应的区域选择性，同时激光的脉动效应能有效去除电沉积过程中的氢气泡，从而显著提高电化学沉积的定域效果和材料致密度，实现高性能金属材料的微器件沉积成形。本发明适用于高性能金属材料三维微器件的制作，属于微细快速成型加工领域。

主权项

一种光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法，其特征在于：电沉积系统的导电基板固定于沉积液槽中与纳秒脉冲电源负极相连接，作为电沉积的阴极基体；纳秒脉冲电源正极与激光加工头上的钛合金不溶性阳极相连；开启储液槽中的加热器和搅拌器，使溶液循环系统运行一段时间，让沉积液达到成分均匀、温度恒定的状态；开启循环泵将配置好的电沉积溶液由储液槽经过滤器后充入沉积液槽中；由光纤激光器发出的纳秒脉冲激光通过光纤传导至三维机器人的激光加工头输入端，光纤所具有的弯曲柔性保证了激光加工头实现全方位的三维空间运动，激光加工头的输出端浸没在沉积液中，距离导电基板3~5mm，激光束从输出端发出后可聚焦在导电基板上的沉积区域；电沉积脉冲电源开启，沉积液中的金属离子在纳秒脉冲电流作用下，在导电基板表面发生电化学还原反应；同时激光器发出与电沉积脉冲电流同步的纳秒脉冲激光辐照在沉积部位；脉冲电源和脉冲激光复合的纳秒脉动效应可避免电极表面的浓差极化，增强沉积反应的区域选择性，使沉积层组织致密，晶粒细化，并排出电沉积过程中的氢气泡，使电极反应速率显著提高，实现具有高选择性及加工精度的微区局部沉积；控制三维激光机器人的加工头按照设计轨迹进行空间三维运动，从而实现光纤激光与电化学复合的纳秒脉冲微小器件沉积成形制造；沉积过程中，调节进水阀和出水阀的大小使沉积液完全浸没沉积部位，其液面应超过钛合金阳极底面，沉积液的成分、浓度应根据所需要的沉积层材质合理选择。