【摘 要】
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增材制造技术基于分层制造原理,突破了传统零件成形和加工限制,能够直接制造传统加工技术无法实现的复杂三维结构。电化学沉积加工技术是一种以原子量级逐层堆叠方式来进行金属基零件制造的微增材制造技术,具有适用材料广,实施温度低（一般70℃以下）,应用形式灵活,易于控性控形,不受尺寸限制等优点。相比于其他金属增材制造技术,如激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造等,不需要后续退火和均匀化热处理,没有残余
【基金项目】
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国家自然科学基金（52075105）；
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增材制造技术基于分层制造原理,突破了传统零件成形和加工限制,能够直接制造传统加工技术无法实现的复杂三维结构。电化学沉积加工技术是一种以原子量级逐层堆叠方式来进行金属基零件制造的微增材制造技术,具有适用材料广,实施温度低（一般70℃以下）,应用形式灵活,易于控性控形,不受尺寸限制等优点。相比于其他金属增材制造技术,如激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造等,不需要后续退火和均匀化热处理,没有残余应力,因此非常适合复杂微型金属结构的制造。但是目前的电化学沉积方式还存在一定的局限性,如掩膜沉积灵活性较差,加工过程中需要众多高精度掩膜,加工工艺复杂;无掩膜沉积加工精度低、加工定域性差、加工速度慢等问题。本文提出了一种基于液体约束的电化学沉积新方法,利用二氯甲烷密度大、不溶于水和电阻率高的特点,将电铸液约束在喷嘴下方的微小区域内（沉积区）,从而避免了电铸液在基底表面铺展造成的杂散沉积,提升微结构沉积的定域性。并且,随着喷嘴运动轨迹的改变,沉积区域会始终受到二氯甲烷的约束,从而实现不同形状微结构的定域沉积。本文主要研究内容如下:（1）提出了液体约束电化学沉积方法,利用二氯甲烷高密度（1.325 g/cm~2）、微溶于水（25℃时的溶解度小于1%）、电绝缘性(电阻率为2.3×1010Ω·m)的优点,选择其作为约束液体。搭建了液体约束电化学沉积试验平台,完成对运动控制系统、在线观测系统和电化学沉积系统的设计开发。（2）建立液体约束电化学沉积方法的两相流仿真模型,对二氯甲烷约束下的电铸液流动形态进行仿真分析,将仿真结果与实际观测进行了对比,探究其流动特性,并研究了不同加工间隙对电铸液流动范围的影响。在流体仿真分析的基础上,建立电场仿真模型,研究了不同加工间隙对阴极基底上电流密度分布的影响。（3）开展二氯甲烷约束电化学沉积试验研究,对比无液体约束和液体约束下沉积的微结构尺寸和轮廓,表明在二氯甲烷的约束下,显著提高了电沉积的加工定域性。探究了初始加工间隙、加工电流和喷嘴移动速度等关键工艺参数对电流效率和加工表面质量的影响。在最优参数加工间隙100μm,电流0.0015 A,喷嘴往复运动速度300μm/s的条件下沉积出表面质量高、尺寸一致性好的线型微结构,显示出液体约束电化学沉积方法的灵活性和高定域性。
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