微型腔叠层滑焊成形方法及其沉积效应机理研究

本项目首次提出一种微型化金属箔叠层成形方法，简称Micro-DLOM工艺。Micro-DLOM可应用于制作强度高、材质与基体一致的三维微结构型腔，无深宽比限制，且工艺过程简单、成本低。 本项目在研究过程中构建了飞秒激光切割与微细电阻滑焊组合工艺平台，飞秒激光的切割精度可达±1μm，而微细电阻滑焊的叠层成形精度最高可达±0.5μm。针对金属箔叠层成形过程中出现的“沉积效应”现象，分别以铜和钨为滑焊电极材料，采用数值模拟结合实验分析的方法，研究电热物理场的耦合作用、围绕沉积相和沉积相布局沿高度方向的“波浪形变化”规律，从根本上揭示了滑焊沉积效应机理。 作为拓展研究，本项目还构建了电火花线切割与真空压力热扩散焊组合工艺平台，将Micro-DLOM工艺用于三维微电极的叠层成形，并将三维叠层微电极应用于微细电火花加工从而获得高性能的整体式三维微模具。 通过本项目的研究，可以解决三维微结构型腔模具的制作问题，形成微型腔金属箔叠层成形的完整方法体系。 2100433B

本课题首次提出一种微型腔金属箔叠层滑焊成形方法，可应用于具有复杂三维微结构型腔模具的制造。前期基础试验研究证明该方法与目前占据主流地位、基于深层光刻和微电铸的UV-LIGA等工艺方法相比，可以制作强度高、材质与基体一致或接近的真三维微结构型腔，无深宽比限制，且工艺过程简单、成本低。.本课题针对金属箔叠层成形过程中出现的滑焊沉积效应现象，采用多相流数值模拟结合实验分析的方法，研究电、热、磁、力物理场的耦合作用、围绕沉积相的传热传质流场中的多界面追踪问题、二次熔核流动和沉积相布局沿高度方向的波浪形变化规律，从根本上揭示滑焊沉积效应机理是本课题拟解决的关键科学问题。通过本课题的研究，可以解决长期困扰微模具制造技术领域的三维微结构型腔模具的制作问题，形成微型腔金属箔叠层滑焊成形的完整方法体系，提升我国在微模具制造技术领域的国际竞争力。

本项目首次提出一种用于微细电火花加工的三维微电极制备方法。该方法通过线切割分别完成多层铜箔二维微结构的加工，再利用热扩散焊将多层铜箔二维微结构叠加拟合成三维微电极。与目前主流的微细电极逐层扫描放电加工三维微型腔的工作方式相比，三维微电极只需进行上下往返式加工，工作效率高且损耗低，可完成大深宽比三维微型腔的电火花加工。.针对台阶效应和热扩散焊质量分别是影响叠层微电极制备精度和加工微型腔产生接缝放电痕缺陷的关键因素，提出通过电火花成形磨削来消减三维叠层微电极台阶效应和在铜箔上下表面溅射锡膜以大幅提高热扩散焊质量。针对上述关键科学问题，本项目将聚焦研究电火花成形磨削过程中台阶损耗规律的定量表征和热扩散焊后锡相与铜锡合金化合物沿铜箔厚度方向的分布规律及其对放电加工性能的影响，从而可以从根本上提高三维叠层微电极的制备精度和质量。本项目的研究将开拓一种全新的电火花三维微电极制备方法和研究领域。