CN110357032A - 一种亲疏水性可控的微流道加工方法 - Google Patents

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滕翔宇
霍德鸿
丁辉
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Abstract

本发明涉及一种亲疏水性可控的微流道加工方法，该微流道加工方法的步骤为，S1、建立表面加工形貌与振动参数之间的关系并形成形貌‑振动关系数据库；S2、建立表面加工形貌与亲疏水性之间的关系并形成形貌‑亲疏水关系数据库；S3、根据微流道内对液体流动性的要求，选择合适的亲疏水性能，并根据亲疏水性能选择合适的表面加工形貌，最后根据表面加工形貌选取合适的振动参数，设计合适的加工方案；S4、根据设计出来的加工方案，加工成形微流道。通过上述方法不仅可以实现微流道的铣削加工，而且可以针对微流道不同区域对亲疏水性能要求的差异进行定制化可控加工，该方法效率高、操作简单、成本低对亲疏水可控微流道的加工具有重要意义。

Description

一种亲疏水性可控的微流道加工方法
技术领域
本发明涉及微流道的设计与加工，尤其是涉及一种亲疏水性可控的微流道加工方法。
背景技术
随着微机电系统(Micro-electro-mechanical System，MEMS)技术的迅猛发展，诸如微流道散热器、微泵、微阀、微混合器、微喷嘴、微生物芯片等微流体器件的应用越来越广泛。在这些器件中，微流道是介质输运的基础，各种功能部件之间均由它连接。与宏观流动系统不同，随着特征尺度的减小，表面效应成为影响微流体系统性能的主要因素。微流控产品发展中对更高加工精度、更复杂结构和更低价格的不断追求也对加工工艺的创新提出了越来越多的要求。
微细铣削加工作为一种典型的微纳制造技术，在复杂三维微流道制作方面具有其独特的优势，而微流道的表面结构则能够体现其亲疏水性，而其表面结构在加工由相关联的各种参数进行影响，不方便进行控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种亲疏水可控的微流道加工方法，基于振动辅助铣削的微流道加工技术可实现不同区域的亲疏水性能可控加工。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种亲疏水性可控的微流道加工方法，该微流道加工方法的步骤为，
S1、建立表面加工形貌与振动参数之间的关系并形成形貌-振动关系数据库；
S2、建立表面加工形貌与亲疏水性之间的关系并形成形貌-亲疏水关系数据库；
S3、根据微流道内对液体流动性的要求，选择合适的亲疏水性能，并根据亲疏水性能选择合适的表面加工形貌，最后根据表面加工形貌选取合适的振动参数，设计合适的加工方案；
S4、根据设计出来的加工方案，加工成形微流道。
进一步具体的，所述的步骤S1中通过建立微铣刀切削刃几何参数、机床拓扑结构、成形运动参数与加工表面形貌之间的对应关系模型，并通过对成形运动参数及其相关性参数的分析，建立振动参数与加工表面形貌之间的关系，形成形貌-振动关系数据库。
进一步具体的，所述的步骤S2中基于步骤S1中成形的表面加工形貌进行亲水性试验，建立试验结果与表面加工形貌之间的对应关系，并形成形貌-亲疏水关系数据库。
进一步具体的，在所述的步骤S3中根据亲水性能的不同，将微流道划分成为不同的区域，在不同的区域选取不同的振动参数进行加工。
进一步具体的，所述的微铣刀切削刃的几何参数包括刀具钝圆半径、刀具后角以及刀具半径。
进一步具体的，所述的成形运动参数包括机床导轨及主轴的进给运动的宏观成形运动参数、振动辅助装置提供的高频微观振动的微观成形运动参数。
本发明的有益效果是：通过上述方法不仅可以实现微流道的铣削加工，而且可以针对微流道不同区域对亲疏水性能要求的差异进行定制化可控加工，该方法效率高、操作简单、成本低对亲疏水可控微流道的加工具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明微流道的加工设计方案；
图3是本发明4种振动参数对应的表面加工形貌图；
图4是本发明微流道亲疏水试验过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示一种亲疏水性可控的微流道加工方法，该微流道加工方法的步骤为，
S1、建立表面加工形貌与振动参数之间的关系并形成形貌-振动关系数据库；
二维振动辅助微铣削的表面形貌是在刀具高速旋转、工件慢速进给、振动台高频微幅振动及加工过程所引起的动力学响应等一系列宏、微观运动，高、低频激励的耦合作用下生成的。
首先，建立微铣刀切削刃几何参数(刀具钝圆半径、刀具后角及刀具半径)、机床拓扑结构及成形运动与加工表面形貌之间的对应关系模型，并通过对机床导轨及主轴的进给运动的宏观成形运动参数、振动辅助装置提供的高频微观振动的微观成形运动参数进行相关性分析，建立振动参数与表面加工形貌之间的关系，并形成形貌-振动关系数据库。
S2、建立表面加工形貌与亲疏水性之间的关系并形成形貌-亲疏水关系数据库；
根据步骤S1中的各种振动参数加工成型不同的表面形貌，并对成型的各种表面形貌进行亲疏水试验，并建立表面加工形貌与亲疏水性之间的联系形成形貌-亲疏水关系数据库。
S3、根据微流道内对液体流动性的要求，选择合适的亲疏水性能，并依据形貌-亲疏水关系数据库通过亲疏水性能选择合适的表面加工形貌，最后依据形貌-振动关系数据库通过表面加工形貌选取合适的振动参数，对微流道设计合适的加工方案。
S4、根据设计出来的加工方案，加工成形微流道。
采用微铣削机床配合振动辅助装置进行微流道的铣削加工，所提出的方法可有效控制液体在不同区域的流动性能。
实施例
如图2所示加工一种微流道，该微流道分为三部分，分别为①部分、②部分以及③部分，三部分对亲疏水性的要求均不同，①部分为亲水性适中，②部分为亲水性较好，③部分为亲水性最差；对应的可以从形貌-亲疏水关系数据库中选取相应的表面加工形貌。
选取四种主轴转速及振动参数如下：
通过上述四种参数加工成型的形貌特征如图3所示，相应的亲水性排布顺序为b>c>d>a，该加工的微流道中①部分采用d组对应的加工参数进行加工，②部分采用b组的加工参数进行加工，③部分采用a组的加工参数进行加工，在加工完成后对该微流道进行测试，测试如图4所示，按照1～4的顺序逐渐增加液体的压力，液体从①部分进入先从②部分流出，随着液体的压力及流量增加，向③部分流入，直至②部分与③部分均完全流通，可以看出②部分的亲水性比③部分好，说明该加工方法能够实现分不同区域亲疏水性进行可控加工。
综上，通过上述方法不仅可以实现微流道的铣削加工，而且可以针对微流道不同区域对亲疏水性能要求的差异进行定制化可控加工，该方法效率高、操作简单、成本低对亲疏水可控微流道的加工具有重要意义。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，该微流道加工方法的步骤为，
S1、建立表面加工形貌与振动参数之间的关系并形成形貌-振动关系数据库；
S2、建立表面加工形貌与亲疏水性之间的关系并形成形貌-亲疏水关系数据库；
S3、根据微流道内对液体流动性的要求，选择合适的亲疏水性能，并根据亲疏水性能选择合适的表面加工形貌，最后根据表面加工形貌选取合适的振动参数，设计合适的加工方案；
S4、根据设计出来的加工方案，加工成形微流道。
2.根据权利要求1所述的亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，所述的步骤S1中通过建立微铣刀切削刃几何参数、机床拓扑结构、成形运动参数与加工表面形貌之间的对应关系模型，并通过对成形运动参数及其相关性参数的分析，建立振动参数与加工表面形貌之间的关系，形成形貌-振动关系数据库。
3.根据权利要求1所述的亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，所述的步骤S2中基于步骤S1中成形的表面加工形貌进行亲水性试验，建立试验结果与表面加工形貌之间的对应关系，并形成形貌-亲疏水关系数据库。
4.根据权利要求1所述的亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，在所述的步骤S3中根据亲水性能的不同，将微流道划分成为不同的区域，在不同的区域选取不同的振动参数进行加工。
5.根据权利要求2所述的亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，所述的微铣刀切削刃的几何参数包括刀具钝圆半径、刀具后角以及刀具半径。
6.根据权利要求2所述的亲疏水性可控的微流道加工方法，其特征在于，所述的成形运动参数包括机床导轨及主轴的进给运动的宏观成形运动参数、振动辅助装置提供的高频微观振动的微观成形运动参数。
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