一種微結構快速成型制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微結構制造技術領域，涉及一種微結構快速成型制造方法。
【背景技術】
[0002]具有微結構的功能表面在工業(yè)應用領域展現(xiàn)出先進和優(yōu)越的功用，其應用技術已經(jīng)成為大家關注的焦點。這些微結構功能表面越來越多的應用于光學元件、太陽能收集系統(tǒng)、生物工程、自清潔疏水系統(tǒng)和先進制造等各種領域。為了推動微結構功能表面的應用，對其加工技術的研究變得尤為必要。典型的傳統(tǒng)微結構加工方法為光學刻蝕，然而其加工系統(tǒng)較為復雜，加工裝備成本較高，加工材料局限性較大，加工效率較低。由于其較低的材料去除率，不適用于具有大尺度如幾百微米高度微結構的快速成型加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種微結構快速成型制造方法，該方法突破了傳統(tǒng)光刻加工技術高復雜度、高成本和低效率的微結構制造過程的局限。
[0004]本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0005]—種微結構快速成型制造方法，該方法包括如下步驟:
[0006]步驟一:將目標結構加工于具有導電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結構快速成型的加工刀具；
[0007]步驟二:將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺上方，將具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床立式軸的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向；
[0008]步驟三:控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺按照設定參數(shù)靠近具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達到目標微結構的高度設計值，實現(xiàn)了目標微結構的快速成型。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:相對于傳統(tǒng)的光學刻蝕微結構加工方法，本發(fā)明將簡易的電火花線切割技術與簡易的立式車削過程相結合，最終以機械加工方式實現(xiàn)微結構的成型加工，突破了光刻加工技術高復雜度、高成本和低效率的微結構制造過程的局限。本發(fā)明中具有目標微結構的加工刀具經(jīng)超聲清洗后可重復使用，從而能實現(xiàn)高效、低成本的微結構快速成型制造。
【附圖說明】
[0010]圖1工件加工機床結構示意圖。
[0011]圖2本發(fā)明刀具切削刃上成型的目標微結構；
[0012]圖3精密車削機床結構示意圖；
[0013]圖4本發(fā)明工件上快速成型的目標微結構；
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0015]一種微結構快速成型制造方法，該方法包括如下步驟:
[0016]步驟一:針對微結構應用領域及其應用目的，設計出目標微結構的幾何結構尺寸。將目標結構利用電火花線切割的方法加工于具有導電性硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃上，制造出用于微結構快速成型的加工刀具。如圖1所示，該精密線切割電火花加工機床主要包括:沿水平方向(X軸)運動的第一滑臺1、被加工硬質(zhì)合金刀具2、刀具裝夾固定裝置3、支撐結構4、沿垂直于水平方向和豎直方向(Y軸)運動的第二滑臺5、走絲調(diào)節(jié)裝置6和線切割絲7。其中，第一滑臺1在支撐結構4上端沿X軸方向左右移動；第二滑臺5在支撐結構4下端沿Y軸方向前后移動；被加工硬質(zhì)合金刀具2通過刀具裝夾固定裝置3固定安裝在第二滑臺5上；線切割絲7的兩端固定安裝在第一滑臺1和走絲調(diào)節(jié)裝置6中間；走絲調(diào)節(jié)裝置6由第一滑臺1控制，與第二滑臺5相對運動。
[0017]在硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上加工微結構的具體方法如下:
[0018]首先將硬質(zhì)合金刀具2裝夾在刀具裝夾固定裝置3上，調(diào)整硬質(zhì)合金刀具2的位置，使其前刀面處于水平面位置并使線切割絲7與硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃相垂直。隨后，精密線切割電火花加工機床控制第二滑臺5的進給位置，停止在設計要求的目標微結構的起始位置；控制第一滑臺1進給位置，得到設計要求的目標微結構高度尺寸2-1，如圖2所示，然后將第一滑臺1回退至起始位置；第二滑臺5的繼續(xù)進給，停止在設計要求的目標微結構長度尺寸的位置?？刂频谝换_1進給位置，得到設計要求的目標微結構高度尺寸2-1，最后將第一滑臺1回退至起始位置；如此循環(huán)加工，在硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃上加工得到目標微結構陣列2-2。
[0019]步驟二:如圖3所示，將工件12安裝于立式精密車床的水平工作臺10上方，將具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具2安裝于精密立式車床立式軸的刀具裝夾裝置13上；調(diào)整刀具2切削刃處于水平位置，且刀具2前刀面垂直于切削方向。該精密車削加工立式車床主要包括:沿水平方向(X軸)運動的第一滑塊8、沿豎直方向(Z軸)運動的第二滑塊9、水平工作臺10、支撐基體11、被加工鋁合金工件12、具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具2和刀具裝夾裝置13。其中，第一滑塊8在支撐基體11上端沿X軸方向左右移動；第二滑塊9安裝在第一滑塊8下端，將刀具裝夾裝置13固定于第二滑塊9上實現(xiàn)沿Z軸方向的上下移動，其中，調(diào)整被加工鋁合金工件12上的微結構加工區(qū)域的寬度須小于硬質(zhì)合金刀具2上加工有目標微結構的主切削刃的長度，防止硬質(zhì)合金刀具2上未加工有目標微結構的主切削刃參與切削過程。
[0020]步驟三:控制裝有被加工工件12的精密立式車床水平工作臺按照設定參數(shù)靠近具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具2，與此同時沿切削深度方向逐漸降低第二滑塊9的高度位置，使具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具2切削被加工工件，并達到目標微結構的高度設計值。通過簡單的精密車削加工方法，實現(xiàn)了目標微結構的快速成型。
[0021]目標微結構的快速成型的具體方法介紹如下:
[0022]實施例1:首先，將被加工鋁合金工件12安裝于水平旋轉(zhuǎn)工作臺10上方，調(diào)整被加工鋁合金工件12與水平旋轉(zhuǎn)工作臺10的中心距離，保證采用合適的切削速度進行目標微結構的精密車削過程。隨后，單一控制第二滑塊9，使刀具裝夾裝置13沿豎直切削深度方向進給運動，逐漸降低安裝刀具2的高度位置，使鋁合金工件12在每一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)被硬質(zhì)合金刀具2以恒定切削深度車削加工，最終達到目標微結構的高度設計值。最后，對快速成型于鋁合金工件12上的目標微結構進行檢測，沿微結構水平方向12-1和截面方向12-2的光學顯微鏡檢測結果如圖4所示。
[0023]實施例2:首先，將被加工鋁合金工件12安裝于固定水平工作臺上方，調(diào)整被加工鋁合金工件12與具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具2的距離。隨后，同時控制第一滑塊8和第二滑塊9，使刀具裝夾裝置13沿豎直切削深度方向和水平切削方向進給運動，逐漸降低安裝刀具2的高度位置，使鋁合金工件12被硬質(zhì)合金刀具2以恒定切削深度刨削加工，最終達到目標微結構的高度設計值。
[0024]加工完成后，用于微結構快速成型的加工刀具2利用超聲振動清洗后可以重復使用。
【主權項】
1.一種微結構快速成型制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一:將目標結構加工于具有導電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結構快速成型的加工刀具； 步驟二:將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺上方，將具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床立式軸的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向； 步驟三:控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺按照設定參數(shù)靠近具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達到目標微結構的高度設計值，實現(xiàn)了目標微結構的快速成型。2.根據(jù)權利要求1所述的一種微結構快速成型制造方法，其特征在于，步驟一中，所述目標結構利用電火花線切割的方法加工于具有導電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上。3.根據(jù)權利要求1所述的一種微結構快速成型制造方法，其特征在于，步驟一中，所述用于微結構快速成型的加工刀具利用超聲振動清洗后可以重復使用。4.根據(jù)權利要求1所述的一種微結構快速成型制造方法，其特征在于，步驟三中，所述裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺為逆時針連續(xù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的水平回轉(zhuǎn)臺或水平移動工作臺。
【專利摘要】一種微結構快速成型制造方法屬于微結構制造技術領域，該方法包括：將目標結構加工于具有導電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結構快速成型的加工刀具；將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺上方，將具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向；控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺按照設定參數(shù)靠近具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結構切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達到目標微結構的高度設計值，實現(xiàn)了目標微結構的快速成型。刀具可重復使用，實現(xiàn)高效、低成本的微結構快速成型制造。
【IPC分類】B23H7/02, B23B5/00
【公開號】CN105269097
【申請?zhí)枴緾N201510705229
【發(fā)明人】張建國, 李全松, 張輝, 隋永新, 楊懷江
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月27日