微型腔疊層滑焊成形方法及其沉積效應機理研究

本項目首次提出一種微型化金屬箔疊層成形方法，簡稱Micro-DLOM工藝。Micro-DLOM可應用于制作強度高、材質與基體一致的三維微結構型腔，無深寬比限制，且工藝過程簡單、成本低。 本項目在研究過程中構建了飛秒激光切割與微細電阻滑焊組合工藝平臺，飛秒激光的切割精度可達±1μm，而微細電阻滑焊的疊層成形精度最高可達±0.5μm。針對金屬箔疊層成形過程中出現(xiàn)的“沉積效應”現(xiàn)象，分別以銅和鎢為滑焊電極材料，采用數(shù)值模擬結合實驗分析的方法，研究電熱物理場的耦合作用、圍繞沉積相和沉積相布局沿高度方向的“波浪形變化”規(guī)律，從根本上揭示了滑焊沉積效應機理。 作為拓展研究，本項目還構建了電火花線切割與真空壓力熱擴散焊組合工藝平臺，將Micro-DLOM工藝用于三維微電極的疊層成形，并將三維疊層微電極應用于微細電火花加工從而獲得高性能的整體式三維微模具。 通過本項目的研究，可以解決三維微結構型腔模具的制作問題，形成微型腔金屬箔疊層成形的完整方法體系。 2100433B

本課題首次提出一種微型腔金屬箔疊層滑焊成形方法，可應用于具有復雜三維微結構型腔模具的制造。前期基礎試驗研究證明該方法與目前占據(jù)主流地位、基于深層光刻和微電鑄的UV-LIGA等工藝方法相比，可以制作強度高、材質與基體一致或接近的真三維微結構型腔，無深寬比限制，且工藝過程簡單、成本低。.本課題針對金屬箔疊層成形過程中出現(xiàn)的滑焊沉積效應現(xiàn)象，采用多相流數(shù)值模擬結合實驗分析的方法，研究電、熱、磁、力物理場的耦合作用、圍繞沉積相的傳熱傳質流場中的多界面追蹤問題、二次熔核流動和沉積相布局沿高度方向的波浪形變化規(guī)律，從根本上揭示滑焊沉積效應機理是本課題擬解決的關鍵科學問題。通過本課題的研究，可以解決長期困擾微模具制造技術領域的三維微結構型腔模具的制作問題，形成微型腔金屬箔疊層滑焊成形的完整方法體系，提升我國在微模具制造技術領域的國際競爭力。

本項目首次提出一種用于微細電火花加工的三維微電極制備方法。該方法通過線切割分別完成多層銅箔二維微結構的加工，再利用熱擴散焊將多層銅箔二維微結構疊加擬合成三維微電極。與目前主流的微細電極逐層掃描放電加工三維微型腔的工作方式相比，三維微電極只需進行上下往返式加工，工作效率高且損耗低，可完成大深寬比三維微型腔的電火花加工。.針對臺階效應和熱擴散焊質量分別是影響疊層微電極制備精度和加工微型腔產(chǎn)生接縫放電痕缺陷的關鍵因素，提出通過電火花成形磨削來消減三維疊層微電極臺階效應和在銅箔上下表面濺射錫膜以大幅提高熱擴散焊質量。針對上述關鍵科學問題，本項目將聚焦研究電火花成形磨削過程中臺階損耗規(guī)律的定量表征和熱擴散焊后錫相與銅錫合金化合物沿銅箔厚度方向的分布規(guī)律及其對放電加工性能的影響，從而可以從根本上提高三維疊層微電極的制備精度和質量。本項目的研究將開拓一種全新的電火花三維微電極制備方法和研究領域。