CN111088518B - 一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统 - Google Patents

一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，从而确保打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管堵塞等问题。

Description

一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统
技术领域
本发明涉及电化学沉积控制技术，尤其涉及三维微区电化学沉积的闭环控制系统。
背景技术
电化学沉积是指在外电场作用下电流通过电解质溶液中正负离子的迁移并在电极上发生得失电子的氧化还原反应而形成镀层的技术，近年来基于中空微管的三维微区电化学沉积技术受到产业界和学术界的广泛关注，可实现各类金属微纳三维结构的精准打印。在这些微纳三维打印过程中，中空微管和沉积表面逼近过程中两者间距的精准控制以及微纳结构打印过程中中空微管移动速率的实时调控，决定了打印物件的尺寸、精度和打印过程的重复性。
在已有报道中，打印过程往往通过施加恒定直流偏压以及恒定位移速率来实现，也即采用开环的控制工艺。但发明人发现由于外界环境、沉积机制等因素的影响，微区三维电化学沉积过程中，尽管施加电压恒定，但电化学沉积过程中的电流会产生波动，从而导致沉积速率变动。此时若一直采取恒定的位移速率，则可能导致打印图案中断，或者导致微管堵塞等问题，最终导致打印失败。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，以解决因电化学沉积过程中的电流波动，导致沉积速率变动，由此产生打印图案中断及微管堵塞的不良问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工。
在可能的优选实施方式中，微管装置包括：微管、罐体、注射泵，其中中空微管、罐体、注射泵之间采用转接头连接，微管与罐体连通，微管和罐体内灌注含有金属离子的电解液，微管为中空管。
在可能的优选实施方式中，总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送。
在可能的优选实施方式中，工作台包括：位移台及控制器，其中控制器与位移台控制连接，而控制器则与处理模块连接受控。
在可能的优选实施方式中，第一闭环控制方案控制步骤包括：处理模块操控第一回路施加恒定直流偏压V a，并设定预设逼近电流值I a；处理模块操控工作台逼近微管装置，并接收电流表对第一回路的测量值；当处理模块收到的第一回路测量值达到预设逼近电流值I a时，停止工作台移动。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为为位移速率调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制工作台仍按照预设速率S运动；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为偏压调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为位移速率及偏压联合调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制工作台仍按照预设速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；同时以步长V Step值为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；同时以步长V Step值为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
在可能的优选实施方式中，微管装置包括：微管、罐体、注射泵，及位移装置，其中微管、罐体、注射泵之间采用转接头连接，微管与罐体连通，微管和罐体内灌注含有金属离子的电解液，罐体及注射泵固定在位移装置移动端。
在可能的优选实施方式中，总控器包括：电流表、电压源及处理模块，其中处理模块与位移装置控制连接，而电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送。
在可能的优选实施方式中，第一闭环控制方案控制步骤包括：处理模块操控第一回路施加恒定直流偏压V a，并设定预设逼近电流值I a；处理模块操控逼近工作台，并接收电流表对第一回路的测量值；当处理模块收到的第一回路测量值达到预设逼近电流值I a时，停止微管装置移动。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为为位移速率调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制微管装置仍按照预设速率S运动；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至微管装置位移量达到预定的最终位移值L。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为偏压调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至微管装置位移量达到预定的最终位移值L。
在可能的优选实施方式中，第二闭环控制方案为位移速率及偏压联合调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制微管装置仍按照预设速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；同时以步长V Step值为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；同时以步长V Step值为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至微管装置位移量达到预定的最终位移值L。
通过本发明提供的该三维微区电化学沉积的闭环控制系统，实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率/施加偏压的实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管堵塞等问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统结构示意图；
图2为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统中微管上的电解液液滴与被加工品表面接触时的示意图；
图3为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统中微管上的电解液液滴与被加工品表面接触，且达到预设逼近电流值时的示意图；
图4为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统中微管装置开始在被加工品表面电化学沉积的示意图；
图5为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统中微管装置开始在被加工品表面电化学沉积，直至工作台达到预设的最终位移值的示意图；
图6为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统中微管装置开始在被加工品表面电化学沉积，直至工作台达到预设的最终位移值后停止时的示意图；
图7为本发明第一实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统实验例中，电化学沉积过程的光学照片，以示出该实验例最终成功实现了约3μm直径的铜线的电化学沉积；
图8为本发明第二实施例的三维微区电化学沉积的闭环控制系统结构示意图。
附图标记说明
微管装置1，总控器2，工作台3，被加工品9，微管11，罐体12，注射泵13，转接头14，处理模块21，电流表22，电压源23，位移台31，控制器32，手动位移台33，位移装置15。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
（一）
请参阅图1至图7，本发明提供的该三维微区电化学沉积的闭环控制系统，用于在被加工品9表面进行电化学沉积加工，在优选实施方式下，其主要包括：微管装置1，工作台3及总控器2，其中该微管装置1及工作台3分别与该总控器2连接得电并受控（以下简述为电控连接），且该微管装置1及该被加工品9表面与该总控器2形成第一回路，其中该总控器2内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，该总控器2控制该微管装置1逼近该工作台3承载的被加工品9表面，直至该总控器2检测到该第一回路反馈出预设逼近电流值I a 时停止，并执行第二闭环控制方案，使该总控器2控制该微管装置1与该工作台3配合，以在该被加工品9表面开始电化学沉积加工。
具体来说，为了说明本实施例的具体实现方案，在优选实施方式中，该被加工品9表面为了进行电化学沉积加工，则根据现有技术其表面应带有导电层，而该导电层可由各类真空沉积、溶液成膜等手段实现，本实施例中并不进行限制，而本实施例中该被加工品9的表面优选以带有导电层的表面为例进行说明，以下本案中该被加工品9表面即意表该被加工品9附有导电层的表面。
该微管装置1主要包括：微管11、罐体12、注射泵13，其中该中空微管11、罐体12、注射泵13之间采用转接头14连接，该微管11与该罐体12连通，在工作时，该微管11和罐体12内灌注含有金属离子的电解液。其中该微管11可为各类可填充电解质的中空管结构，如玻璃毛细管或微加工制备的中空硅阵列等其他现有技术的微管11。
该总控器2，在优选实施方式中包括：电流表22、可调电压源23及处理模块21，其中该可调电压源23经由导线分别与该罐体12内的电解液及被加工品9表面导电层连接，前者形成的第一回路中的电流由电流表22测量，而为了达到较高的检测效果，可以优选选用精密电流表22，当该电流表22检测的到数据后将会发送至处理模块21进行分析，此外在本发明的闭环控制方案下，优选通过该处理模对该电压源23进行控制，从而通过控制该电压源23的输出并分析该电流表22反馈的数据，籍此形成反馈控制。
而该工作台3在本实施例中，优选包括：位移台31及控制器32，其中该控制器32与该处理模块21连接受控，而该位移台31本发明中并不限制其构成，本领域技术人员可以根据加工的实际需要，如根据电化学沉积过程所需要的位移控制精度，选择合适的位移台31，如单轴或多轴、或为压电位移台、电动位移台31或电动与手动结合的位移台、或是多种位移台的组合等，而为了说明本发明的方案，本实施例中，以电动与手动结合的位移台为例进行说明，其中该电动位移台31与该控制器32电控连接以接收该处理器的调控，而该手动位移台33设置在该电动位移台31的顶部，用以承载被加工品9，其中该手动位移台33，可以根据需求配置成单轴或多轴的手动位移台33和/或偏转台等，以方便操作调整。此外应当理解的是，本领域技术人员也可以根据实际需要仅使用电动位移台31，而本实施例中优选加入手动位移台33仅为达到操作上的便利，因此仅采用电动位移台31也可达到相应的效果，从而并未进行限制。
具体的，该处理模块21中存储有第一、二闭环控制方案，其中该第一闭环控制方案，即为微管11逼近被加工品9表面时的闭环控制方案，具体来说，在填充有电解液的微管11靠近被加工品9表面过程中，通过该处理模块21控制经由电压源23，在电解液和被加工品9表面导电层间，施加恒定直流偏压V a，其中该第一闭环控制方案中设有一预设逼近电流值I a。
而该第一回路的电流由高精密电流表22测量并由处理模块21记录并分析。当微管11与被加工品9表面距离较远时，即Z轴方向距离较远时，如图1至图2所示，可操控该手动位移台33Z向移动以控制逼近距离，而当距离过近时，则转由该处理模块21控制该控制器32驱动电动位移台31在Z轴方向移动，以继续逼近该微管装置1，使该微管11和被加工品9表面继续靠近，而在此过程中，若微管11尖端部分的电解液液滴未与被加工品9表面接触时，如图1所示，因没有形成有效导电回路，所以回路电流为零。而随着距离的持续逼近，当该微管11尖端部分的电解液液滴与被加工品9表面接触时，则该电流表22可以探测到可观测的电流值，如图2所示，而该电流值若达到预设电流I a时，该处理模块21便会停止电动位移台31Z向位的移动。
其中需要说明的是，在这一逼近过程中，该电压源23所施加到电解液中的电压正/负均可，因此本实施例中并未进行限制，因此本领域技术人员可以根据实际情况来调整该电压的极性及幅值，并设置预设电流值的极性及大小，因此任何采用上述发明构思的相关替换实施方案，皆属于本实施例的揭露范围。
其中该第二闭环控制方案，即为微区电化学沉积过程中的闭环控制方案，具体来说，该微管11尖端电解液液滴与被加工品9表面接触，且该第一回路电路达到预设逼近电流值I a后，该第二闭环控制方案即被启动，以开始执行微区电化学沉积过程。
根据工作要求，所加工的微区图案可以多种多样，既可以基于该位移台31单维运动实现一维方向图案电化学沉积，也可结合两维或三维位移台联动更加复杂图案的电化学沉积。而在本实施例中，优选实施方式下以实现Z向电化学沉积为例，以说明闭环控制流程。但并未进行限制，本领域技术人员亦可沿用本实施例的方案作为参考，实现在其它图案的闭环控制流程，因此任何采用本实施例发明构思下的替换实施方案，皆属于本发明的揭露方案。
具体的，在电沉积开始前，应先预设电沉积参数及反馈控制参数，这些参数及其意义阐述如下：
设置初始偏压V b，且保证电解液中金属丝为阳极，被加工品9表面导电层为阴极。
设置偏压反馈调节范围，由最大可调值和最小可调值两值来定义。最大可调值确定反馈控制时偏压上浮的最大值，可由相对V b值的百分比来定义，也可由一具体电压值V上限来定义。同理，最小可调值确定反馈控制时偏压下调的最小值，也可由相对V b值的百分比，由一具体电压值V下限来定义。最终电化学沉积过程中，该偏压可调范围为V下限～V上限之间。
设置偏压调节步长V Step，也即反馈过程中偏压每调节一次对应的增量或减量。
设置Z向位移速率初始值S。
设置Z向位移速率反馈调节范围，由最大可调值S上限和最小可调值S下限两值来定义，则最终Z向位移速率的可调范围介于S上限～S下限之间。
设置Z向位移速率调节的步长S Step。
设置预定的最终位移值L，该值确定加工图案的长度，而本实施例中即Z轴方向长度。
设置预设电流值I b，该值确定电化学沉积过程中该第一回路的工作电流值。
设置电流值I b的波动容忍度。沉积过程中电流值I b会存在一定波动，这里设置允许的波动范围，在该范围内反馈不工作，沉积过程按照已有参数进行；当波动值超出该范围时，反馈启动，将I b值重新拉回到许可的波动范围内。容忍度包括上限值(允许的最大电流值)和下限值(允许的最小电流值)两个参数，可以为指定的电流值，也可设置为背离I b值的程度(差值或百分比)。
设置PID反馈控制初始参数，可在电化学沉积过程中进一步优化。
当以上参数设置完成后，在处理模块21执行第二闭环控制方案时，将会形成闭环反馈控制系统，以开始在Z向进行微区电化学沉积。
流程如附图3至图6所示，其中在本发明的优选实施方式下，该第二闭环控制方案的闭环反馈控制系统，为位移速率调控模式。
具体来说，在该位移速率调控模式下，当微管11尖端电解液液滴接触该被加工品9的导电层，且达到预设逼近电流值后(图3)，开始电化学沉积过程，并在液滴与被加工品9表面接触面开始还原出金属单质。
而该处理模块21，将会驱动位移台31在Z向，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b，使得被加工品9表面逐渐与该微管11尖端远离，并持续还原出金属单质(图4)。此时该处理模块21实时采集电流表22测量得到的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流波动容忍度加以比较。若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则该处理模块21控制该位移台31仍按照预设速率S运动。若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快Z向位移速率，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间，并记录下该新的移动速率值，以在该处理模块21中更新，籍此按照新的移动速率值控制该位移台31运动。
当I c值低于容忍度下限值时，也会触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小Z向位移速率，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；随后按照新的移动速率值控制位移台31运动。由此往复调节。随着位移台31持续运动及偏压的连续施加，在微管11尖端和被加工品9表面间沉积出金属线，直至位移台31位移量达到预设的最终位移值L(图5)。此外需要注意的是，在位移速率调控过程中，实际位移速率值不应超过S上限且不应低于S下限。
籍此本实施例的方案，实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率的实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
在另一优选实施方式中，该第二闭环控制方案的闭环反馈控制系统，也可为偏压调控模式。
其中在偏压调控模式下，与上述位移速率调控模式类似，该处理模块21驱动该位移台31朝Z向按照预设位移速率S运动并持续施加预设偏压V b，使得被加工品9表面逐渐远离微管11尖端，并持续还原出金属单质(图4)。
该处理模块21实时采集电流表22测量得到的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流波动容忍度加以比较。若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数。若I c值超过容忍度上限值，则处理模块21激活反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下该新的偏压值，以在该处理模块21中更新，随后按照新的偏压值来工作。
若I c值低于容忍度下限值，该处理模块21也会激活反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下该新的偏压值，以在该处理模块21中更新，随后按照新的偏压值来工作。由此往复调节。随着位移台31持续运动及偏压的连续施加，在微管11尖端和被加工品9表面间沉积出金属线，直至位移台31位移量达到预设的最终位移值L(图5)。此外需要注意的是，在偏压调控过程中，实际施加的偏压值不应超过V上限且不应低于V下限。
籍此实现了在电化学沉积过程中，经由施加偏压的实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
在另一优选实施方式中，在以上两种模式均无法实现三维微区电化学沉积过程的连续可控进行时，可采用位移速率及偏压联合调控模式，此时处理模块21同时根据上述实施例中的方案来调节偏压和位移速率值，以确保沉积电流值介于预设的波动容忍度范围内。
籍此实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率及施加偏压的同时实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
当根据上述实施例完成位第二闭环控制方案及，该位移台31位移值达到预设的最终位移值后，偏压设为零，停止电化学沉积过程；如图6所示，同时处理模块21驱使位移台31快速远离已沉积的金属线顶端，至此本次电化学沉积工作完成。
实验例：
本实施例以Z方向上铜微米线的电化学沉积为例，介绍三维微区电化学沉积的闭环控制系统的运作。
所用电解液为0.05M的硫酸铜水溶液。所用微管11为外径1.5mm、内径0.85mm的玻璃毛细管，毛细管经由熔融拉伸工艺锐化处理，处理后尖端直径约3微米。毛细管内灌注硫酸铜水溶液。被加工品9为镀有金层的载玻片，沉积过程中金层接地，偏压施加于插入到电解液中的铜丝上。按照如图1所示将各部件连接起来。
其中该毛细管尖端与加工品表面逼近时，反馈控制参数设置为：V a=-0.1V，I a=-20pA。电化学沉积过程中预设参数为：V b=0.1V；V下限=0.05V；V上限=0.15V；V step=0.005V；S=300nm/s；S上限=600nm/s；S下限=100nm/s；S step=10nm/s；L=60μm；I b=20pA,电流容忍度上下限分别为40pA和10pA。
电化学沉积过程的典型的光学照片如图7所示，最终成功实现了约3μm直径的铜线的电化学沉积。
综上所述，本发明提供的该该三维微区电化学沉积的闭环控制系统实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率及施加偏压的同时实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
（二）
请参阅图8，本发明提供的该三维微区电化学沉积的闭环控制系统，用于在被加工品9表面进行电化学沉积加工，在优选实施方式下，其主要包括：微管装置1，工作台3及总控器2，其中该微管装置1与该总控器2连接得电并受控（以下简述为电控连接），且该微管装置1及该被加工品9表面与该总控器2形成第一回路，其中该总控器2内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，该总控器2控制该微管装置1逼近该工作台3承载的被加工品9表面，直至该总控器2检测到该第一回路反馈出预设逼近电流值时停止，并执行第二闭环控制方案，使该总控器2控制该微管装置1与该工作台3配合，以在该被加工品9表面开始电化学沉积加工。
具体来说，为了说明本实施例的具体实现方案，在优选实施方式中，该被加工品9表面为了进行电化学沉积加工，则根据现有技术其表面应带有导电层，而该导电层可由各类真空沉积、溶液成膜等手段实现，本实施例中并不进行限制，而本实施例中该被加工品9的表面优选以带有导电层的表面为例进行说明，以下本案中该被加工品9表面即意表该被加工品9附有导电层的表面。
该微管装置1主要包括：微管11、罐体12、注射泵13，及位移装置15，其中该位移装置15可以是多轴电控位移装置15或单轴电控位移装置15，本实施例中并不进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况选用，而本实施例中优选为多轴电控位移装置15，其中该中空微管11、罐体12、注射泵13之间采用转接头14连接，该微管11与该罐体12连通，在工作时，该微管11和罐体12内灌注含有金属离子的电解液。其中该微管11可为各类可填充电解质的中空管结构，如玻璃毛细管或微加工制备的中空硅阵列等其他现有技术的微管11，其中该罐体12及注射泵13固定在该位移装置15移动端。
该总控器2，在优选实施方式中包括：电流表22、电压源23及处理模块21，其中该电压源23为可调电压源23，其经由导线分别与该罐体12内的电解液及被加工品9表面导电层连接，前者形成的第一回路中的电流由电流表22测量，而为了达到较高的检测效果，可以优选选用精密电流表22，当该电流表22检测的到数据后将会发送至处理模块21进行分析，此外在本发明的闭环控制方案下，优选通过该处理模对该电压源23进行控制，从而通过控制该电压源23的输出并分析该电流表22反馈的数据，籍此形成反馈控制，此外该处理模块21还与该位移装置15控制连接。
而该工作台3在本实施例中，设置在该微管装置1下方，并承载所述被加工品9。
具体的，该处理模块21中存储有第一、二闭环控制方案，其中该第一闭环控制方案，即为微管11逼近被加工品9表面时的闭环控制方案，具体来说，在填充有电解液的微管11靠近被加工品9表面过程中，通过该处理模块21控制经由电压源23，在电解液和被加工品9表面导电层间，施加恒定直流偏压V a，其中该第一闭环控制方案中设有一预设逼近电流值I a。
而该第一回路的电流由高精密电流表22测量并由处理模块21记录并分析。其中该处理模块21控制该位移装置15，促使微管装置1在Z轴方向移动，以逼近该微管装置1，使该微管11和被加工品9表面靠近，而在此过程中，若微管11尖端部分的电解液液滴未与被加工品9表面接触时，因没有形成有效导电回路，所以回路电流为零。而随着距离的持续逼近，当该微管11尖端部分的电解液液滴与被加工品9表面接触时，则该电流表22可以探测到可观测的电流值，而该电流值若达到预设电流I a时，该处理模块21便会停止微管装置1Z向位的移动。
其中需要说明的是，在这一逼近过程中，该电压源23所施加到电解液中的电压正/负均可，因此本实施例中并未进行限制，因此本领域技术人员可以根据实际情况来调整该电压的极性及幅值，并设置预设电流值的极性及大小，因此任何采用上述发明构思的相关替换实施方案，皆属于本实施例的揭露范围。
其中该第二闭环控制方案，即为微区电化学沉积过程中的闭环控制方案，具体来说，该微管11尖端电解液液滴与被加工品9表面接触，且该第一回路电路达到预设逼近电流值I a后，该第二闭环控制方案即被启动，以开始执行微区电化学沉积过程。
根据工作要求，所加工的微区图案可以多种多样，既可以基于该微管装置1单维运动实现一维方向图案电化学沉积，也可结合两维或三维位移装置15联动更加复杂图案的电化学沉积。而在本实施例中，优选实施方式下以实现Z向电化学沉积为例，以说明闭环控制流程。但并未进行限制，本领域技术人员亦可沿用本实施例的方案作为参考，实现在其它图案的闭环控制流程，因此任何采用本实施例发明构思下的替换实施方案，皆属于本发明的揭露方案。
具体的，在电沉积开始前，应先预设电沉积参数及反馈控制参数，这些参数及其意义阐述如下：
设置初始偏压V b，且保证电解液中金属丝为阳极，被加工品9表面导电层为阴极。
设置偏压反馈调节范围，由最大可调值和最小可调值两值来定义。最大可调值确定反馈控制时偏压上浮的最大值，可由相对V b值的百分比来定义，也可由一具体电压值V上限来定义。同理，最小可调值确定反馈控制时偏压下调的最小值，也可由相对V b值的百分比，由一具体电压值V下限来定义。最终电化学沉积过程中，该偏压可调范围为V下限～V上限之间。
设置偏压调节步长V Step，也即反馈过程中偏压每调节一次对应的增量或减量。
设置Z向位移速率初始值S。
设置Z向位移速率反馈调节范围，由最大可调值S上限和最小可调值S下限两值来定义，则最终Z向位移速率的可调范围介于S上限～S下限之间。
设置Z向位移速率调节的步长S Step。
设置预定的最终位移值L，该值确定加工图案的长度，而本实施例中即Z轴方向长度。
设置预设电流值I b，该值确定电化学沉积过程中该第一回路的工作电流值。
设置电流值I b的波动容忍度。沉积过程中电流值I b会存在一定波动，这里设置允许的波动范围，在该范围内反馈不工作，沉积过程按照已有参数进行；当波动值超出该范围时，反馈启动，将I b值重新拉回到许可的波动范围内。容忍度包括上限值(允许的最大电流值)和下限值(允许的最小电流值)两个参数，可以为指定的电流值，也可设置为背离I b值的程度(差值或百分比)。
设置PID反馈控制初始参数，可在电化学沉积过程中进一步优化。
当以上参数设置完成后，在处理模块21执行第二闭环控制方案时，将会形成闭环反馈控制系统，以开始在Z向进行微区电化学沉积。
其中在本发明的优选实施方式下，该第二闭环控制方案的闭环反馈控制系统，为位移速率调控模式。
具体来说，在该位移速率调控模式下，当微管11尖端电解液液滴接触该被加工品9的导电层，且达到预设逼近电流值后，开始电化学沉积过程，并在液滴与被加工品9表面接触面开始还原出金属单质。
而该处理模块21，将会驱动位移装置15在Z向，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b，使得被加工品9表面逐渐与该微管11尖端远离，并持续还原出金属单质。此时该处理模块21实时采集电流表22测量得到的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流波动容忍度加以比较。若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则该处理模块21控制该位移装置15仍按照预设速率S运动。若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快Z向位移速率，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间，并记录下该新的移动速率值，以在该处理模块21中更新，籍此按照新的移动速率值控制该位移装置15运动。
当I c值低于容忍度下限值时，也会触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小Z向位移速率，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；随后按照新的移动速率值控制位移装置15运动。由此往复调节。随着位移装置15持续运动及偏压的连续施加，在微管11尖端和被加工品9表面间沉积出金属线，直至位移装置15位移量达到预设的最终位移值L。此外需要注意的是，在位移速率调控过程中，实际位移速率值不应超过S上限且不应低于S下限。
籍此本实施例的方案，实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率的实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
在另一优选实施方式中，该第二闭环控制方案的闭环反馈控制系统，也可为偏压调控模式。
其中在偏压调控模式下，与上述位移速率调控模式类似，该处理模块21驱动该位移装置15朝Z向按照预设位移速率S运动并持续施加预设偏压V b，使得被加工品9表面逐渐远离微管11尖端，并持续还原出金属单质。
该处理模块21实时采集电流表22测量得到的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流波动容忍度加以比较。若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数。若I c值超过容忍度上限值，则处理模块21激活反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下该新的偏压值，以在该处理模块21中更新，随后按照新的偏压值来工作。
若I c值低于容忍度下限值，该处理模块21也会激活反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，经由单次或多次反馈调节，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下该新的偏压值，以在该处理模块21中更新，随后按照新的偏压值来工作。由此往复调节。随着位移装置15持续运动及偏压的连续施加，在微管11尖端和被加工品9表面间沉积出金属线，直至位移装置15位移量达到预设的最终位移值L。此外需要注意的是，在偏压调控过程中，实际施加的偏压值不应超过V上限且不应低于V下限。
籍此实现了在电化学沉积过程中，经由施加偏压的实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
在另一优选实施方式中，在以上两种模式均无法实现三维微区电化学沉积过程的连续可控进行时，可采用位移速率及偏压联合调控模式，此时处理模块21同时根据上述实施例中的方案来调节偏压和位移速率值，以确保沉积电流值介于预设的波动容忍度范围内。
籍此实现了在电化学沉积过程中，经由位移速率及施加偏压的同时实时调控，来保证电化学电流在预设范围内的波动，从而确保了打印过程稳定进行，解决了现有技术中可能导致打印图案中断，或者导致微管11堵塞等问题。
当根据上述实施例完成位第二闭环控制方案及，该位移装置15位移值达到预设的最终位移值后，偏压设为零，停止电化学沉积过程；同时处理模块21驱使位移装置15快速远离已沉积的金属线顶端，至此本次电化学沉积工作完成。
此外，本发明提供的该三维微区电化学沉积的闭环控制系统，还可以适用于，所有采用溶液填充的中空微管11来实现三维微区电化学沉积功能的仪器设备。因此以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员可以理解，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器32以及嵌入式微控制器32等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
并且实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (11)

1.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案，为位移速率调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制工作台仍按照预设速率S运动；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
2.根据权利要求1的三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于，微管装置包括：微管、罐体、注射泵，其中中空微管、罐体、注射泵之间采用转接头连接，微管与罐体连通，微管和罐体内灌注含有金属离子的电解液，微管为中空管。
3.根据权利要求1的三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于，微管装置包括：微管、罐体、注射泵，及位移装置，其中微管、罐体、注射泵之间采用转接头连接，微管与罐体连通，微管和罐体内灌注含有金属离子的电解液，罐体及注射泵固定在位移装置移动端。
4.根据权利要求3的三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于，第一闭环控制方案控制步骤包括：处理模块操控第一回路施加恒定直流偏压V a，并设定预设逼近电流值I a；处理模块操控逼近工作台，并接收电流表对第一回路的测量值；当处理模块收到的第一回路测量值达到预设逼近电流值I a时，停止微管装置移动。
5.根据权利要求1的三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于，工作台包括：位移台及控制器，其中控制器与位移台控制连接，而控制器则与处理模块连接受控。
6.根据权利要求1的三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于，第一闭环控制方案控制步骤包括：处理模块操控第一回路施加恒定直流偏压V a，并设定预设逼近电流值I a；处理模块操控工作台逼近微管装置，并接收电流表对第一回路的测量值；当处理模块收到的第一回路测量值达到预设逼近电流值I a时，停止工作台移动。
7.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案，为偏压调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
8.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案，为位移速率及偏压联合调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动工作台移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制工作台仍按照预设速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；同时以步长V Step值为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制工作台运动；同时以步长V Step值为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至工作台位移量达到预定的最终位移值L。
9.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案为，为位移速率调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制微管装置仍按照预设速率S运动；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至微管装置位移量达到预定的最终位移值L。
10.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案，为偏压调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置，按照预设位移速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则不改变已有设置参数；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值，则触发反馈控制，以步长V Step为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
A6根据A3至A5步骤往复调节，直至微管装置位移量达到预定的最终位移值L。
11.一种三维微区电化学沉积的闭环控制系统，其特征在于包括：微管装置，工作台及总控器，其中微管装置及工作台分别与总控器电控连接，且微管装置及被加工品表面与总控器形成第一回路，其中总控器内存储有第一、二闭环控制方案，当执行第一闭环控制方案时，总控器控制微管装置与工作台承载的被加工品表面逼近，直至总控器检测到第一回路反馈出预设逼近电流值I a时停止，并执行第二闭环控制方案，使总控器控制微管装置与工作台配合，以在被加工品表面开始电化学沉积加工，其中总控器包括：电流表、可调电压源及处理模块，其中可调电压源经由导线分别与微管装置中的罐体内的电解液及被加工品表面导电层电连接，以形成第一回路，电流表测量第一回路的电流值，以向处理模块发送;其中第二闭环控制方案，为位移速率及偏压联合调控模式，其控制步骤包括：
A1处理模块驱动微管装置移动，按照预设位移速率S运动，并持续施加初始偏压V b；
A2处理模块实时采集电流表测得的电流值I c，并与预设电流值I b和预设的电流值I b波动容忍度加以比较；
A3若I c值介于容忍度上限值和下限值之间，则处理模块控制微管装置仍按照预设速率S运动，并持续施加预设偏压V b；
A4若I c值超过容忍度上限值，则触发反馈控制，以步长S Step值为单位，加快位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；同时以步长V Step值为单位，减小实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，以按照新的偏压值工作；
A5若I c值低于容忍度下限值时，触发反馈控制，其以步长S Step值为单位，减小位移速率S，直至I c值重新处于电流值I b的波动容忍度内，并记录下新的移动速率S值，以在处理模块中更新，以按照新的移动速率S值控制微管装置运动；同时以步长V Step值为单位，增加实际施加的偏压值，直至I c值重新介于电流容忍度的上下限值之间；并记录下新的偏压值，以在处理模块中更新，随后按照新的偏压值工作；
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111663121A (zh) * 2020-05-15 2020-09-15 复旦大学 一种基于化学镀工艺的金属微纳三维打印装置和方法
CN111719178B (zh) * 2020-07-02 2021-10-01 橙河微系统科技(上海)有限公司 一种三维微区电化学沉积控制方法及其适配系统
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1072700A (ja) * 1996-08-31 1998-03-17 Mitsui High Tec Inc 負荷状態監視装置
CN102582293A (zh) * 2012-02-29 2012-07-18 厦门大学 电纺直写闭环控制系统及控制方法
CN107414221A (zh) * 2017-04-14 2017-12-01 哈尔滨工业大学 一种三维微纳结构电化学诱导加工方法
CN109778244A (zh) * 2019-03-04 2019-05-21 中国石油大学(华东) 一种喷射电沉积3d微细金属增材制造装置
CN109825856A (zh) * 2019-03-04 2019-05-31 中国石油大学(华东) 基于3d打印的枝晶镍基催化电极制备装置及方法
CN110565130A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 张家港博发纳米材料科技有限公司 一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1072700A (ja) * 1996-08-31 1998-03-17 Mitsui High Tec Inc 負荷状態監視装置
CN102582293A (zh) * 2012-02-29 2012-07-18 厦门大学 电纺直写闭环控制系统及控制方法
CN107414221A (zh) * 2017-04-14 2017-12-01 哈尔滨工业大学 一种三维微纳结构电化学诱导加工方法
CN109778244A (zh) * 2019-03-04 2019-05-21 中国石油大学(华东) 一种喷射电沉积3d微细金属增材制造装置
CN109825856A (zh) * 2019-03-04 2019-05-31 中国石油大学(华东) 基于3d打印的枝晶镍基催化电极制备装置及方法
CN110565130A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 张家港博发纳米材料科技有限公司 一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置

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