本發(fā)明涉及制造技術(shù)中的特種加工領(lǐng)域，特指一種多電位吸液電沉積3D打印的加工裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前金屬零件快速成形的3D打印方法，可以利用激光的熱效應(yīng)和定域效果進(jìn)行選區(qū)或分層熔融鑄造，如選擇性激光燒結(jié)(SLS)，采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層不斷疊加生成所需形狀的零件。但該方法存在加工精度低、表面質(zhì)量差、設(shè)備昂貴、材料利用率低等缺陷。

微細(xì)電沉積加工即微細(xì)電鑄加工，是以帶電金屬離子在材料表面發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)3D打印增材制造的一種加工方法，其加工精度可達(dá)納米級(jí)，在微細(xì)制造及微細(xì)金屬零件的修復(fù)領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間。但由于加工過(guò)程中電場(chǎng)的分布特點(diǎn)經(jīng)常導(dǎo)致沉積厚度不均勻，定域性差，表面質(zhì)量差等缺點(diǎn)。對(duì)電場(chǎng)分布進(jìn)行約束成了提高電沉積定域性及均勻性的有效途徑，目前約束電場(chǎng)的方式主要有輔助電極法、輔助能量法、電極運(yùn)動(dòng)法、脈沖電源法及絕緣法等。

專利號(hào)為CN 103590080A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種激光強(qiáng)化噴射電沉積快速成形加工裝置及方法，將高能量密度激光束和高速電沉積溶液通過(guò)管狀的鈍性陽(yáng)極中心孔同步射向陰極表面，實(shí)現(xiàn)激光強(qiáng)化電沉積與溶液噴射電沉積的結(jié)合，達(dá)到較高的沉積速度，但由于增材沉積方向與沖液方向相對(duì)，沉積精度低、加工間隙難以保障。專利號(hào)為CN 102409369A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種添加輔助陽(yáng)極的微細(xì)電鑄裝置，該方法通過(guò)添加可隨進(jìn)液軸旋轉(zhuǎn)的輔助陽(yáng)極，確保理想的傳質(zhì)空間以獲得厚度均勻的微電鑄件，但裝置復(fù)雜，且加工定域性并未改善；專利號(hào)為CN 204342912U的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種用于電沉積的陰極移動(dòng)裝置，該裝置通過(guò)陰極作水平直線運(yùn)動(dòng)，可以改善陰極表面的流場(chǎng)分布和電流密度分布，從而提高沉積層厚度的均勻性，但定域性未有改善。

以上專利提供的裝置和方法能有效提高沉積速度及均勻性，但沉積精度低、定域性差、加工間隙難以保障，仍有待進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種多電位吸液電沉積3D打印的裝置及方法，減小或消除了雜散沉積現(xiàn)象，提高了加工定域性、加工精度和表面質(zhì)量以及加工效率，實(shí)現(xiàn)加工間隙的自動(dòng)化控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種多電位吸液電沉積3D打印裝置，其特征在于，包括多電位電沉積加工系統(tǒng)、溶液的吸液循環(huán)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；

所述的多電位電沉積加工系統(tǒng)包括電極座、工具電極、工件基板、可調(diào)脈沖電源、可調(diào)電阻、工作腔、工作臺(tái)，所述工具電極主要由內(nèi)電極、絕緣材料和外電極構(gòu)成，所述內(nèi)電極、絕緣材料和外電極均為筒狀，所述絕緣材料設(shè)置在內(nèi)電極與外電極之間，所述工具電極裝在電極座上，所述電極座上具有與軸向、徑向相連通的通孔，所述電極座軸向的通孔與內(nèi)電極中心的空腔連通，所述內(nèi)電極與可調(diào)脈沖電源的正極相連，具有高電位，所述外電極與可調(diào)脈沖電源的負(fù)極相連，具有低電位；所述工作腔用于盛放電沉積液，所述工作臺(tái)設(shè)置在工作腔內(nèi)部，工件基板能夠安裝在工作臺(tái)上，所述工件基板通過(guò)可調(diào)電阻與可調(diào)脈沖電源的負(fù)極相連，具有中電位；

所述溶液吸液循環(huán)系統(tǒng)包括連通工作腔的底部與電極座的循環(huán)管，設(shè)置在循環(huán)管上的流量泵、溢流閥；

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)、力傳感器、流量計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡，所述力傳感器裝在電極座與X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)上所述電極座裝在力傳感器上；所述力傳感器、所述流量計(jì)均與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，所述數(shù)據(jù)采集卡、所述X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)均與所述計(jì)算機(jī)相連。

優(yōu)選地，所述工作腔底部連接循環(huán)管的位置設(shè)置有過(guò)濾裝置，所述循環(huán)管與電極座連接的一端端部為橡膠管。

優(yōu)選地，所述工具電極的外電極下端面與絕緣材料下端面及內(nèi)電極下端面三者光滑齊平，內(nèi)電極及端面光滑導(dǎo)電，內(nèi)電極孔錐度0°～5°。

優(yōu)選地，所述可調(diào)電阻阻值的可調(diào)范圍為0～200Ω。

優(yōu)選地，所述可調(diào)脈沖電源的電壓0～30V，頻率1～5000Hz，占空比0～100％；所述可調(diào)脈沖電源具有短路保護(hù)及短路報(bào)警功能。

優(yōu)選地，所述工具電極的內(nèi)電極為銅管電極，外電極為石墨電極，所述工件基板為導(dǎo)電材料，所述絕緣材料為絕緣橡膠材料，所述電沉積液為硫酸銅導(dǎo)電溶液。

一種多電位吸液電沉積3D打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)組裝工具電極，并將其安裝在電極座上，將所述可調(diào)脈沖電源正極連接所述電極座的正接線柱，所述正接線柱與所述內(nèi)電極連接，將可調(diào)脈沖電源負(fù)極連接所述電極座的負(fù)接線柱，所述負(fù)接線柱與所述外電極連接，將所述工件基板安裝在工作臺(tái)上，并通過(guò)可調(diào)電阻連接所述可調(diào)脈沖電源的負(fù)極，使得內(nèi)電極具有高電位、外電極具有低電位、工件基板具有中電位，構(gòu)成多電位沉積加工系統(tǒng)；

(2)將過(guò)濾裝置安裝在工作腔底部，采用循環(huán)管依次將所述過(guò)濾裝置與流量泵、溢流閥、流量計(jì)、橡膠管及電極座連接，構(gòu)成電沉積液循環(huán)系統(tǒng)；

(3)將力傳感器安裝在X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)Z軸，并將所述電極座安裝在所述力傳感器下方夾頭上；

(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，向工作腔中添加電沉積液，通過(guò)控制X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)將工具電極移動(dòng)至工件加工位置，啟動(dòng)流量泵，工具電極內(nèi)孔吸收電沉積液，通過(guò)溶液的吸液循環(huán)系統(tǒng)將電沉積液輸送至工作腔內(nèi)，工具電極內(nèi)孔吸收電沉積液時(shí)在工件基板與工具電極之間產(chǎn)生吸力，通過(guò)流量計(jì)、力傳感器檢測(cè)不同的吸液流量情況下工件基板與工具電極之間的吸力值，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將流量、吸力值傳輸至計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)庫(kù)；

(5)接通所述可調(diào)脈沖電源，形成多電位沉積加工系統(tǒng)，工件基板上開(kāi)始出現(xiàn)沉積體，在沉積的過(guò)程中工具電極上加工電流由高電位的內(nèi)電極流向中電位的工件基板時(shí)，由于內(nèi)電極外環(huán)繞著低電位的外電極，使內(nèi)電極邊緣處電場(chǎng)被外電極吸引偏轉(zhuǎn)，工件基板上的電流密度被定域集中，減小雜散沉積現(xiàn)象，提高沉積定域性；在電沉積過(guò)程中，流量泵為開(kāi)啟狀態(tài)，將溶液由工具電極內(nèi)孔向上吸出，再送回到工作腔循環(huán)流動(dòng)，使電沉積產(chǎn)生的氫氣泡隨之被吸出，提高加工表面質(zhì)量；同時(shí)電沉積溶液中金屬離子隨水流方向不斷向工具電極中心匯聚，電沉積溶液流動(dòng)方向與沉積體生長(zhǎng)方向相同，提高定域沉積效果；電沉積液的循環(huán)降低了濃差極化，提高沉積速度；所述流量計(jì)檢測(cè)循環(huán)管內(nèi)流量值并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)，所述力傳感器檢測(cè)所述工具電極與所述電沉積液間的吸力，并將數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)；隨著加工的進(jìn)行，工具電極與加工工件之間的間隙變小，即電沉積液通道變窄，工具電極端面流速逐漸增大，吸力也逐漸增大，所述力傳感器對(duì)吸力進(jìn)行高頻采集并將檢測(cè)的吸力值輸出到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)將檢測(cè)到的吸力值和流量值同數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行比較，通過(guò)X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)沿Z軸運(yùn)動(dòng)調(diào)整工具電極與加工工件之間的間隙，同時(shí)，所述計(jì)算機(jī)控制所述X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)沿X、Y軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的3D打印。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中，還包括通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，改變工件基板的電位高低，實(shí)現(xiàn)粗、精加工的快速轉(zhuǎn)換；當(dāng)可調(diào)電阻的電阻值增大時(shí)，工件基板的電位升高，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向電位低的輔助電極，流向工件基板的離子變少，有效沉積范圍變小，消除或降低雜散沉積現(xiàn)象，加工精度高；當(dāng)可調(diào)電阻值變小時(shí)，工件的電位降低，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向工件基板，導(dǎo)致有效沉積范圍變大，產(chǎn)生或加重雜散沉積現(xiàn)象，加工精度低。

優(yōu)選地，在所述步驟(1)前對(duì)所述工件依次進(jìn)行研磨、除油、水洗、弱侵蝕、水洗的處理。

優(yōu)選地，步驟(5)中，加工過(guò)程中應(yīng)定時(shí)清理所述外電極上的沉積物。

本發(fā)明有益效果是：

1.通過(guò)在高電位的內(nèi)電極外添加一層低電位的輔助外電極，使電極邊緣處電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，僅保留電場(chǎng)分布均勻的電極中心區(qū)域進(jìn)行電沉積，縮小了工件基板上的電場(chǎng)作用區(qū)域，減小或消除雜散沉積現(xiàn)象，提高加工定域性。

2.采用工具電極中心吸液方式，使電沉積液由四周向中心匯聚，溶液流動(dòng)方向與沉積體生長(zhǎng)方向相同，減小了四周的雜散沉積，加速中心的沉積速度；在一定流量范圍內(nèi)，流量越大則沉積速度越大，通過(guò)調(diào)控流量可間接控制加工區(qū)域的沉積速度，提高沉積定域性，還能提高加工精度和表面質(zhì)量。

3.采用多電位電沉積系統(tǒng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻控制沉積面積大小和沉積精度，依次實(shí)現(xiàn)粗沉積和精沉積加工，有效提高加工效率。

4.電沉積過(guò)程中，沉積體上會(huì)析出氫氣，采用吸液循環(huán)方式可以使氫氣泡隨電沉積液由電極內(nèi)孔吸出，提高了沉積層的表面質(zhì)量。

5.當(dāng)工具電極向上吸出電沉積液時(shí)產(chǎn)生吸力，力傳感器通過(guò)檢測(cè)該作用力控制X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)加工間隙的自動(dòng)化控制。

6.具有先沉積后刻蝕效果，由于外電極具有低電位，工件具有中間電位，電源導(dǎo)通后，外電極對(duì)工件有刻蝕效果，刻蝕后表面質(zhì)量要優(yōu)于沉積表面質(zhì)量，從而進(jìn)一步提高了定域性及加工表面質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述多電位吸液電沉積3D打印裝置的示意圖。

圖2是沉積區(qū)域內(nèi)工具電極、工件基板和溶液抽吸作用的示意圖。

圖3是無(wú)輔助電極的沉積微形貌示意圖。從圖中可看出，單一電極的定域性差，沉積寬度隨著時(shí)間的推移而顯著變大。

圖4是添加輔助電極后的沉積形貌示意圖。由圖可見(jiàn)，沉積定域性良好，且沉積寬度隨著時(shí)間推移幾乎不改變。

圖中：

1.計(jì)算機(jī)，2.可調(diào)脈沖電源，3.工作腔，4.電沉積液，5.工作臺(tái)，6.工件基板，7.過(guò)濾裝置，8.流量泵，9.溢流閥，10.流量計(jì)，11.橡膠管，12.力傳感器，13.電極座，14.工具電極，15.X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)，16.數(shù)據(jù)采集卡，17.可調(diào)電阻，18.外電極，19.絕緣層，20.內(nèi)電極，21.電場(chǎng)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1所示，本發(fā)明所述的多電位吸液電沉積3D打印裝置，包括多電位電沉積加工系統(tǒng)、溶液的吸液循環(huán)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。所述的多電位電沉積加工系統(tǒng)包括電極座、工具電極、工件基板、可調(diào)脈沖電源、可調(diào)電阻、工作腔、工作臺(tái)，所述工具電極主要由內(nèi)電極、絕緣材料和外電極構(gòu)成，所述內(nèi)電極、絕緣材料和外電極均為筒狀，所述絕緣材料設(shè)置在內(nèi)電極與外電極之間，所述工具電極裝在電極座上，所述電極座上具有與軸向、徑向相連通的通孔，所述電極座軸向的通孔與內(nèi)電極中心的空腔連通，所述工作腔用于盛放電沉積液，所述工作臺(tái)設(shè)置在工作腔內(nèi)部，工件基板能夠安裝在工作臺(tái)上。具體的，所述內(nèi)電極為銅管電極，所述外電極為石墨電極，所述工件基板為導(dǎo)電材料，所述絕緣材料為絕緣橡膠材料。所述電沉積液為由CuSO₄·5H₂O(220g/L)、H₂SO₄(60g/L)、NaCl(80mg/L)組成的硫酸銅導(dǎo)電溶液，工件基板6為不銹鋼鋼板。所述可調(diào)脈沖電源的電壓0～30V，頻率1～5000Hz，占空比0～100％；所述可調(diào)脈沖電源具有短路保護(hù)及短路報(bào)警功能。所述內(nèi)電極與可調(diào)脈沖電源的正極相連，具有高電位，所述外電極與可調(diào)脈沖電源的負(fù)極相連，具有低電位；所述工件基板通過(guò)可調(diào)電阻與可調(diào)脈沖電源的負(fù)極相連，具有中電位，形成多電位電沉積加工系統(tǒng)。工具電極上加工電流由高電位的內(nèi)電極流向中電位的工件基板時(shí)，由于內(nèi)電極外環(huán)繞著低電位的外電極，使內(nèi)電極邊緣處電場(chǎng)被外電極吸引偏轉(zhuǎn)，工件基板上的電流密度被定域集中，從而減小雜散沉積現(xiàn)象，提高沉積定域性和加工表面質(zhì)量。

所述外電極下端面與絕緣材料下端面及內(nèi)電極下端面三者光滑齊平。所述工具電極內(nèi)孔及端面光滑導(dǎo)電，內(nèi)孔錐度0°～5°，所述工具電極內(nèi)孔錐度越大，則電極端面溶液流速越大，產(chǎn)生的吸力也越大。

所述可調(diào)電阻阻值的可調(diào)范圍為0～200Ω，通過(guò)控制可調(diào)電阻改變工件基板的電位高低，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積范圍及沉積精度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粗、精加工的快速轉(zhuǎn)換：當(dāng)可調(diào)電阻的電阻值增大時(shí)，工件基板的電位升高，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向電位低的輔助電極，流向工件基板的離子變少，使得有效沉積范圍變小，消除或降低雜散沉積現(xiàn)象，加工精度高；當(dāng)可調(diào)電阻值變小時(shí)，工件的電位降低，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向工件基板，導(dǎo)致有效沉積范圍變大，產(chǎn)生或加重雜散沉積現(xiàn)象，加工精度低。

所述溶液吸液循環(huán)系統(tǒng)包括連通工作腔的底部與電極座的循環(huán)管，設(shè)置在循環(huán)管上的流量泵、溢流閥，以及設(shè)置在所述工作腔底部連接循環(huán)管的過(guò)濾裝置。由于工具電極為帶內(nèi)孔的管狀電極，電沉積過(guò)程中利用流量泵將溶液由電極內(nèi)孔向上吸出，再送回到工作腔循環(huán)流動(dòng)。從而使加工產(chǎn)生的氫氣泡隨之被吸出，可提高加工表面質(zhì)量；同時(shí)溶液中金屬離子隨水流方向不斷向工具電極中心匯聚，溶液流動(dòng)方向與沉積體生長(zhǎng)方向相同，可提高定域沉積效果；電沉積液的吸出還可以降低了濃差極化，提高沉積速度；在一定流量范圍內(nèi)，流量越大則沉積速度越大，故調(diào)控流量可控制沉積定域性。

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)、力傳感器、流量計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡，所述力傳感器裝在電極座與X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)上所述電極座裝在力傳感器上；所述力傳感器、所述流量計(jì)均與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，所述數(shù)據(jù)采集卡、所述X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)均與所述計(jì)算機(jī)相連。所述循環(huán)管與電極座連接的一端端部為橡膠管，X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)能帶動(dòng)工具電極進(jìn)行空間三維運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)3D打印功能。

本發(fā)明所述多電位吸液電沉積3D打印方法，首先對(duì)所述工件依次進(jìn)行研磨、除油、水洗、弱侵蝕、水洗的處理，然后再進(jìn)行以下步驟的操作：

(1)組裝工具電極，并將其安裝在電極座上，將所述可調(diào)脈沖電源正極連接所述電極座的正接線柱，所述正接線柱與所述內(nèi)電極連接，將可調(diào)脈沖電源負(fù)極連接所述電極座的負(fù)接線柱，所述負(fù)接線柱與所述外電極連接，將所述工件基板安裝在工作臺(tái)上，并通過(guò)可調(diào)電阻連接所述可調(diào)脈沖電源的負(fù)極，使得內(nèi)電極具有高電位、外電極具有低電位、工件基板具有中電位，構(gòu)成多電位沉積加工系統(tǒng)；

(2)將過(guò)濾裝置安裝在工作腔底部，采用循環(huán)管依次將所述過(guò)濾裝置與流量泵、溢流閥、流量計(jì)、橡膠管及電極座連接，構(gòu)成電沉積液循環(huán)系統(tǒng)；

(3)將力傳感器安裝在X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)Z軸，并將所述電極座安裝在所述力傳感器下方夾頭上；

(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，向工作腔中添加電沉積液，通過(guò)控制X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)將工具電極移動(dòng)至工件加工位置，啟動(dòng)流量泵，工具電極內(nèi)孔吸收電沉積液，通過(guò)溶液的吸液循環(huán)系統(tǒng)將電沉積液輸送至工作腔內(nèi)，工具電極內(nèi)孔吸收電沉積液時(shí)在工件基板與工具電極之間產(chǎn)生吸力，通過(guò)流量計(jì)、力傳感器檢測(cè)不同的吸液流量情況下工件基板與工具電極之間的吸力值，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將流量、吸力值傳輸至計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)庫(kù)；

(5)接通所述可調(diào)脈沖電源，形成多電位沉積加工系統(tǒng)，工件基板上開(kāi)始出現(xiàn)沉積體，在沉積的過(guò)程中工具電極上加工電流由高電位的內(nèi)電極流向中電位的工件基板時(shí)，由于內(nèi)電極外環(huán)繞著低電位的外電極，使內(nèi)電極邊緣處電場(chǎng)被外電極吸引偏轉(zhuǎn)，工件基板上的電流密度被定域集中，減小雜散沉積現(xiàn)象，提高沉積定域性；在電沉積過(guò)程中，流量泵為開(kāi)啟狀態(tài)，將溶液由工具電極內(nèi)孔向上吸出，再送回到工作腔循環(huán)流動(dòng)，使電沉積產(chǎn)生的氫氣泡隨之被吸出，提高加工表面質(zhì)量；同時(shí)電沉積溶液中金屬離子隨水流方向不斷向工具電極中心匯聚，電沉積溶液流動(dòng)方向與沉積體生長(zhǎng)方向相同，提高定域沉積效果；電沉積液的循環(huán)降低了濃差極化，提高沉積速度；所述流量計(jì)檢測(cè)循環(huán)管內(nèi)流量值并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)，所述力傳感器檢測(cè)所述工具電極與所述電沉積液間的吸力，并將數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)；隨著加工的進(jìn)行，工具電極與加工工件之間的間隙變小，即電沉積液通道變窄，工具電極端面流速逐漸增大，吸力也逐漸增大，所述力傳感器對(duì)吸力進(jìn)行高頻采集并將檢測(cè)的吸力值輸出到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)將檢測(cè)到的吸力值和流量值同數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行比較，通過(guò)X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)沿Z軸運(yùn)動(dòng)調(diào)整工具電極與加工工件之間的間隙，同時(shí)，所述計(jì)算機(jī)控制所述X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)沿X、Y軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的3D打印。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中，還包括通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，改變工件基板的電位高低，實(shí)現(xiàn)粗、精加工的快速轉(zhuǎn)換；當(dāng)可調(diào)電阻的電阻值增大時(shí)，工件基板的電位升高，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向電位低的輔助電極，流向工件基板的離子變少，有效沉積范圍變小，消除或降低雜散沉積現(xiàn)象，加工精度高；當(dāng)可調(diào)電阻值變小時(shí)，工件的電位降低，內(nèi)電極邊緣區(qū)域的金屬離子更多地流向工件基板，導(dǎo)致有效沉積范圍變大，產(chǎn)生或加重雜散沉積現(xiàn)象，加工精度低。

在加工過(guò)程中，應(yīng)定時(shí)清理所述外電極上的沉積物。所述沉積加工的加工精度和加工速度由可調(diào)電阻及流量調(diào)節(jié)，通過(guò)改變可調(diào)電阻大小在不更換電極情況下實(shí)現(xiàn)粗精加工的快速轉(zhuǎn)換。

其中電沉積液4由CuSO₄·5H₂O(220g/L)、H₂SO₄(60g/L)、NaCl(80mg/L)組成；工件基板6為不銹鋼鋼板，絕緣材料19為絕緣橡膠材料，內(nèi)電極20采用銅管電極，外電極18為石墨電極；可調(diào)脈沖電源2電壓0～30V，頻率1～5000Hz，占空比0～100％。

本發(fā)明使用方法如下：

(1)組裝工具電極14，并將其安裝在電極座13上，將可調(diào)脈沖電源2正極連接電極座13的正接線柱，將可調(diào)脈沖電源2負(fù)極連接電極座13的負(fù)接線柱，將工件6安裝在工作臺(tái)5上，并通過(guò)可調(diào)電阻17連接可調(diào)脈沖電源2的負(fù)極，使得內(nèi)電極具有高電位、外電極具有低電位、工件具有中電位，構(gòu)成多電位沉積加工系統(tǒng)；

(2)將過(guò)濾裝置7安裝在工作腔3底部，并依次將過(guò)濾裝置7與流量泵8、溢流閥9、流量計(jì)10、橡膠管11及電極座13連接，構(gòu)成電沉積液循環(huán)系統(tǒng)，流量泵8將電沉積液4從內(nèi)電極20中吸出到橡膠管11，橡膠管11隨電極座13運(yùn)動(dòng)，流量計(jì)10檢測(cè)管內(nèi)流量值并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)采集卡16，數(shù)據(jù)采集卡16將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)1，將計(jì)算機(jī)1與流量泵8和X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)15連接；

(3)將力傳感器12安裝在X-Y-Z三坐標(biāo)數(shù)控平臺(tái)15的Z軸，并將電極座13安裝在力傳感器12下方夾頭上，力傳感器12檢測(cè)工具電極與電沉積液間的吸力，并將數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)采集卡16，所述數(shù)據(jù)采集卡16將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)1；

(4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，向工作腔3中添加電沉積液4，啟動(dòng)流量泵8，移動(dòng)工具電極14至工件基板6的加工位置，工具電極14內(nèi)孔吸入電沉積液4，在工件6與工具電極14間產(chǎn)生吸力，力傳感器12檢測(cè)該吸力并根據(jù)不同的吸液流量檢測(cè)并設(shè)置吸力值，所述工具電極14內(nèi)孔加工錐度，可以加快電極內(nèi)部溶液流速；

(5)接通可調(diào)脈沖電源2，形成沉積回路，工件開(kāi)始沉積加工，隨著加工的進(jìn)行，吸力逐漸增大，力傳感器12對(duì)吸力進(jìn)行高頻采集并將檢測(cè)的吸力值輸出到數(shù)據(jù)采集卡16，數(shù)據(jù)采集卡16將數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1將檢測(cè)到的吸力值和流量值同設(shè)置值進(jìn)行比較，合理調(diào)整加工間隙，直到所需零件沉積成形。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。