CN114875470A - 一种自动循环电解液浓度补偿装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动循环电解液浓度补偿装置及方法，包括：电解槽，电解槽上设有电解液进液口与电解液出液口；电解液循环水箱，设有循环电解液回收口和循环电解液出液口，循环电解液回收口与电解液出液口连通，循环电解液出液口与电解液进液口连通；电解液补偿***，与电解液循环水箱连通，用于根据电解液的浓度对电解液循环水箱中的电解液进行浓度补偿。本发明通过利用电解液补偿***对电解液循环水箱中的电解液进行浓度补偿可以使电解液中离子浓度始终在控制范围内，并且电解液在循环过程中还可以带动电解液流动，从而产生搅拌作用，帮助阴极附近的离子进行扩散，解决了电沉积过程中阴极附离子浓度低的难题。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种自动循环电解液浓度补偿装置及方法。
背景技术
电化学沉积，也被成为电沉积，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。电化学沉积技术在工业中应用广泛，也极为成熟。电镀、电铸、阳极氧化等涂层和零件制造方法都是电化学沉积技术的典型应用。电化学沉积过程热输入极小，相当于非热工艺，因此所得制件或涂层的残余应力极低，并且在常压下能够避免氧化问题。另外，电化学沉积具有优良的显微组织调控性，通过调控工艺参数能够获得不同尺寸和取向的晶粒结构，进而控制其机械性能。因此，有人尝试利用电化学沉积开发面向金属三维结构与零件的增材制造技术。例如，专利[ZL201710351130.3]提出了一种电化学金属针尖3D打印机，利用金属针尖实施定域性扫描实现了电化学金属针尖沉积3D打印；[CN201711387048.2]公开了一种基底表面金属化射流电铸成型的微模具制造方法，该方法利用机床驱动接阳极的电铸喷头对接阴极的金属基底表面进行选区扫描电铸，进而获得电铸成型微模具。电化学3D打印技术有效避免了现有金属3D打印技术的热应力和制件高温氧化问题，并且制造成本低、设备工艺简单、制件致密性好。另外，也因这些特性，电化学3D打印技术非常适合微小型制件的制造。
目前电化学3D打印技术的主要局限性在于两个方面。首先是电解液随着反应的进行，不仅特定金属离子浓度与含量会骤减，且会有其他产物的增加，从而大大缩短了打印时间(反应时间)，因此需要经常更换电解液，导致零件的加工效率较低；其次，尽管在足够多的电解液中进行沉积反应，在无搅拌或循环的情况下，离子扩散浓度无法满足离子消耗速度，故而阴极附近与边缘区域之间还是存在着一定的离子浓度差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自动循环电解液浓度补偿装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种自动循环电解液浓度补偿装置，包括：
电解槽，所述电解槽上设有电解液进液口与电解液出液口；
电解液循环水箱，设有循环电解液回收口和循环电解液出液口，所述循环电解液回收口与所述电解液出液口连通，所述循环电解液出液口与所述电解液进液口连通；
波美度测量仪，设置在所述电解液循环水箱内部，用于检测电解液的浓度；
电解液补偿***，与所述电解液循环水箱连通，用于根据电解液的浓度对所述电解液循环水箱中的电解液进行浓度补偿。
优选地，所述电解液循环水箱中还设置有电解液加热器、第一挡板和第二挡板；
所述第一挡板的下端具有第一缺口，所述第二挡板的上端具有第二缺口，所述电解液加热器设置在所述第一缺口和所述第二缺口组成的通路中。
优选地，在所述循环电解液出液口的一侧还设置有电解液箱温度测量仪。
优选地，电解液补偿***，包括：
电解液水箱，设置有电解液箱出液口，所述电解液箱出液口与所述电解液循环水箱连通；所述电解液水箱内设置有新的电解液；
电磁阀，设置在所述电解液箱出液口的一侧，用于根据电解液的浓度调控阀门，将新的电解液流入电解液循环水箱中使电解液循环水箱中的电解液浓度不变。
优选地，所述电解槽，包括：
电解槽箱体，所述电解槽箱体的箱底为光学高透玻璃；
液面限位排水口，设置在所述电解槽箱体的一侧。
优选地，所述电解液进液口上设有电解液进液流量传感器；所述电解液出液口上设有电解液出液流量传感器。
优选地，还包括：
3D打印***，用于使用电解槽完成3D打印；所述3D打印***包括Z向运动装置、阳极基板和激光器；所述Z向运动装置与阴极基板连接，用于控制所述阴极基板进行升降；所述阳极基板，设置在所述电解槽内部；所述激光器，设置电解槽底部，用于使用激光辐照阴极基板进行电化学沉积。
优选地，还包括：
电化学加工电源，所述电化学加工电源的负极与所述阴极基板连接，所述电化学加工电源的正极与所述阳极基板连接；
本发明还提供了一种自动循环电解液浓度补偿方法，包括：
步骤1：使用电解液循环水箱向电解槽中通入电解液；
步骤2：判断电解液进液口的流入量和电解液出液口的流出量的差是否在预设范围内；
步骤3：当流入量和流出量的差在预设范围内时，则调节激光器焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
步骤4：使用电解液加热器将电解液加热到预设温度；
步骤5：3D打印***使用电解槽进行3D打印；
步骤6：在3D打印过程中，实时监测电解液中电解质浓度，当电解质浓度低于所设下限值时，电磁阀打开，高浓度电解液注入循环水箱，进行电解液的浓度补偿；当电解质浓度没有低于下限值时，电磁阀保持关闭状态，无高浓度电解液注入水箱。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种自动循环电解液浓度补偿装置及方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过利用电解液补偿***对电解液循环水箱中的电解液进行浓度补偿可以使电解液中离子浓度始终在控制范围内，并且电解液在循环过程中还可以带动电解液流动，从而产生搅拌作用，帮助阴极附近的离子进行扩散，解决了电沉积过程中阴极附离子浓度低的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的一种自动循环电解液浓度补偿装置外部结构示意图；
图2为本发明提供的实施例中的一种自动循环电解液浓度补偿装置内部结构示意图；
图3为本发明提供的实施例中的电解槽示意图；
图4为本发明提供的电解液循环与浓度补偿流程图；
图5为本发明提供的实施例1中的待加工零件三维结构示意图；
图6为本发明提供的实施例2中的待加工零件三维结构示意图；
图7为本发明提供的实施例3中的待加工零件三维结构示意图；
图8为本发明提供的实施例4中的待加工零件三维结构示意图。
符号说明：
1—电解液箱出液口、2—电磁阀、3—电解液补偿水箱口、4—电解液加热器、5—电解液填充及观测口、6—循环电解液回收口、7—高浓度电解液填充及观测口、8—电解液水箱、9—高浓度电解液水箱支柱、10—电解液循环水箱、11—波美度测量仪、12—循环电解液出液口、13—高浓度电解液输送软管、14—电解液加热器、15—电解液水箱盖、16—循环的电解液、17—高浓度电解液水箱盖、18—高浓度电解液、19—电解液箱温度测量仪、20—第二挡板；101—阴极基板、102—温度测量计、103—电解槽端盖、104—电解槽箱体、105—液面限位排水口、106—电解液、107—电解液进液口、108—电解液进液流量传感器、109—阴极基板水平调节硅胶柱、1010—电沉积加工电源阴极线、1011—阴极基板夹具、1012—阳极基板、1013—光学高透玻璃、1014—电解液出液口、1015—电解液出液流量传感器、1016—激光器。
具体实施方式
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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参阅图1，一种自动循环电解液浓度补偿装置，包括：电解槽、电解液循环水箱10、波美度测量仪11和电解液补偿***。
电解槽上设有电解液进液口107与电解液出液口1014；电解液循环水箱10，设有循环电解液回收口6和循环电解液出液口12，所述循环电解液回收口6与所述电解液出液口1014连通，所述循环电解液出液口12与所述电解液进液口107连通。需要说明的是，本发明通过排液泵可将电解槽内的电解液输送到电解液循环水箱10内，通过输入泵可将电解液循环水箱10内的电解液输送到电解槽内；波美度测量仪11，设置在所述电解液循环水箱10内部，用于检测电解液的浓度；电解液补偿***，与所述电解液循环水箱10连通，用于根据电解液的浓度对所述电解液循环水箱10中的电解液进行浓度补偿。
进一步的，所述电解液循环水箱10中还设置有电解液加热器14、第一挡板、第二挡板20和电解液箱温度测量仪19；所述第一挡板的下端具有第一缺口，所述第二挡板20的上端具有第二缺口，所述电解液加热器14设置在所述第一缺口和所述第二缺口组成的通路中；电解液箱温度测量仪19设在所述循环电解液出液口12的一侧。
在本发明实施例中，电解液补偿***，包括：电解液水箱8和电磁阀2。
电解液水箱8，设置有电解液箱出液口1，所述电解液箱出液口1与所述电解液循环水箱10连通；所述电解液水箱8内设置有新的电解液(高浓度的电解液)；电磁阀2，设置在所述电解液箱出液口1的一侧，用于根据电解液的浓度调控阀门，将新的电解液流入电解液循环水箱10中使电解液循环水箱10中的电解液浓度不变。
进一步的，所述电解槽，包括：电解槽箱体104和液面限位排水口105。
电解槽箱体，所述电解槽箱体104的箱底为光学高透玻璃1013；液面限位排水口105，设置在所述电解槽箱体104的一侧。
本发明的自动循环电解液浓度补偿装置在电解槽进液管与出液管上，各有一个流量传感器，负责监控电解槽的电解液流入流出量；除了进液口与出液口，还有一个液面限位排水口，方便快速达到指定液位；在电解槽端盖板103上，有一个温度测量计，用于测量反馈电解槽实时温度情况。在电解液水箱8上，装着含有高浓度电解液的小水箱，小水箱的出液口与电解液水箱8相连，中间由电磁阀控制管道的开闭；高浓度电解液的汇入口在电解液水箱8的回收口附近，而波美度测量仪安装在电解液水箱8出液口附近。水箱的中间有两块挡板，一上一下间隔分布，使电解液从回收口再次到达出液口必须经过电解液加热器，从而实现电解液的恒温状态，如图2所示。
在本发明实施例中，本发明的电解槽可借助3D打印***，完成对零件的加工。电解槽固定在激光器1016的上方以及阴极基板101的下方，槽底中间留有一块区域为高透玻璃12，激光可通过高透玻璃12和电解液照射至阴极基板101上。电解槽上方除了留有阴极基板101同尺寸的窗口，其他部分均被电解槽端盖103覆盖，且槽中设有进液口与出液口，方便电解液循环，如图3所示，3D打印***包括Z向运动装置、阳极基板1012和激光器；所述Z向运动装置通过阴极基板水平调节硅胶柱109和阴极基板夹具1011与阴极基板101连接，用于控制所述阴极基板101进行升降；所述阳极基板1012，设置在所述电解槽内部；所述激光器1016，设置电解槽底部，用于使用激光辐照阴极基板进行电化学沉积。电化学加工电源的负极与所述阴极基板101连接，所述电化学加工电源的正极与所述阳极基板连接。激光头由高精度运动平台驱动进行X/Y向平面方向运动，阴极基板101则由高精度Z向运动装置驱动进行高度升降运动。其具体的加工过程如下：
(1)零件CAD建模：将所需要加工的零件在三维建模软件上进行建模；
(2)模型切片处理：将所建的三维模型导入切片软件，根据需要按厚度进行切片，获得切片数据；
(3)加工轨迹生成：利用所得的切片数据，对激光扫描的加工轨迹进行规划，并生产3D打印机能够识别的数控代码或加工文件；
(4)3D打印过程仿真：利用仿真软件对生成的数控代码或加工文件进行加工过程模拟，验证其是否满足设计和加工要求，若不满足，则返回模型切片处理环节，重新对切片和加工轨迹数据进行设定和生成；若满足要求，则进入下一环节，将加工文件导入3D打印***，准备进行实际加工；
(5)电解液配置：根据制件的材料要求，配制合理成分和浓度的电解液，并将其充入电解液循环过滤水箱中，配置同成分、高浓度的电解液置于电解液补偿水箱中；
(6)电沉积参数设定：根据加工需求设置电化学沉积的参数，主要包括电解液流量、电沉积电流、电沉积电压、电沉积频率、电沉积脉宽、电解液浓度补偿与停止补偿的上下限等；
(7)激光对刀：缓慢下降阴极板，阴极一旦触碰到电解液，检测到形成回路产生的电流，控制卡对阴极板进行制动，完成阴极板的定位；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
(8)激光参数设定：根据加工需求设置激光器扫描参数，包括功率、扫描速度等；
(9)3D打印加工：开启激光器和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工。需要说明的是，在制件打印完成后，还需要对制件表面进行钝化处理和精加工，保证制件表面质量和精度。
在对零件的打印过程，由于电解液中离子浓度会逐渐下降，因此本发明需要利用自动循环电解液浓度补偿装置保持镀液中离子浓度不变，其具体的补偿过程如下：
一种自动循环电解液浓度补偿方法，包括：
步骤1：使用电解液循环水箱向电解槽中通入电解液；
步骤2：判断电解液进液口的流入量和电解液出液口的流出量的差是否在预设范围内；
步骤3：当流入量和流出量的差在预设范围内时，则调节激光器焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
步骤4：使用电解液加热器将电解液加热到预设温度；
步骤5：3D打印***使用电解槽进行3D打印；
步骤6：在3D打印过程中，实时监测电解液中电解质浓度，当电解质浓度低于所设下限时，电磁阀打开，高浓度电解液注入循环水箱，进行电解液的浓度补偿；当电解质浓度没有低于下限时，电磁阀保持关闭状态，无高浓度电解液注入水箱。
请参阅图4，在实际应用中，本发明上述的补偿过程具体为：
(1)设置排量开启输入泵：根据工艺需求，设置电解槽的流量，根据流量设置排入量，将输入泵打开，使电解槽快速填充电解液；
(2)升至液面限位开启排液泵：当电解液升至液面限位处，可观测到有电解液溢出，此时将排液泵开启，将排量设置为逐渐增大；
(3)观测流入流出量：根据电解槽的流量，设置一个范围值a，当观察流量计的数据满足0ml<流入量-流出量<aml时，视为电解槽中的电解液实现动态平衡，可进入下一环节；若不满足，则继续等待排液泵排量增加；
(4)保持两泵排量，将阴极板归零：当电解槽实现动态平衡时，则保持两泵的排量不变。缓慢下降阴极板，阴极一旦触碰到电解液，检测到形成回路产生的电流，控制***对阴极板进行制动，完成阴极板的归零定位；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
(5)设置电解液工作温度t：根据工艺需求，设置电解液的工作温度t。
(6)开启加热模式：设置完电解液工作温度，控制加热器进入加热模式，加热器开始对电解液进行加热。
(7)观测电解槽内镀液温度T：当电解槽内的电解液温度T满足T>0.95t时，视为电解液基本达到工作温度，可以进入下一环节若不满足，则继续加热模式。
(8)开启保温模式：当电解液达到基本工作温度后，控制加热器进入保温模式，加热器开始对电解液进行保温。
(9)3D打印加工：开启激光器、3D打印***和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工；
(10)浓度补偿***：开始打印触发浓度补偿***，补偿过程中电磁阀有两种状态。开始3D打印加工后，电解液中离子浓度随打印过程的进行而逐渐下降。利用波美度测量仪实时监控电解液中电解质浓度当电解质浓度高于所设下限值时，电磁阀保持关闭状态，打印过程持续进行；当电解质浓度低于所设下限值时，电磁阀打开，进行浓度补偿，此时打印过程中断。随着高浓度电解液的加入，电解液水箱中的电解质浓度增加，若电解质浓度未达到所设上限值，电磁阀保持打开状态，持续进行浓度补偿；当电解质浓度达到所设上限值，电磁阀关闭，浓度补偿停止，激光束从断点处重新恢复打印加工。电磁阀的两种状态循环进行，使电解液中电解质浓度始终在控制范围内。
下面结合具体的实施例对本发明的浓度补偿过程做进一步说明：
实施例1：
本发明以图5所示的长12mm，宽8mm，高1mm长方体三维镍质结构制备为例，详细阐述本发明的浓度补偿方法。
1.设置排量开启输入泵：根据工艺需求，设置电解槽的流量为400ml/min，将输入泵打开，使电解槽快速填充电解液；
2.升至液面限位开启排液泵：当电解液升至液面限位处，可观测到有电解液溢出，此时将排液泵开启，将排量设置为逐渐增大；
3.观测流入流出量：当观察流量计的数据满足0ml<流入量-流出量<4ml时，视为电解槽中的电解液实现动态平衡，可进入下一环节；若不满足，则继续等待排液泵排量增加；
4.保持两泵排量阴极板归零：当电解槽实现动态平衡时，则保持两泵的排量不变。缓慢下降阴极板，阴极触碰到电解液，控制卡对阴极板进行制动；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
5.设置电解液工作温度：根据工艺需求，设置电解液的工作温度38℃；
6.开启加热模式：设置完电解液工作温度，控制加热器进入加热模式，加热器开始对电解液进行加热。
7.观测电解槽内镀液温度：当电解槽内的电解液温度大于36.1℃时，视为电解液基本达到工作温度，可以进入下一环节；若不满足，则继续加热模式。
8.开启保温模式：当电解液达到基本工作温度后，控制加热器进入保温模式，加热器开始对电解液进行保温。
9.3D打印加工：开启激光器、3D打印机和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工；
10.浓度补偿：补偿过程电磁阀包含两种状态：开始3D打印加工后，电解液中NiSiO4浓度逐渐下降，当NiSiO4浓度低于160g/L，电磁阀打开进行浓度补偿此时打印过程中断；若未低于160g/L，电磁阀保持关闭状态。随着高浓度电解液的加入，溶液中离子浓度增加，当NiSiO4浓度高于190g/L，电磁阀关闭停止浓度补偿，激光束从断点处重新恢复打印加工；若未高于190g/L，电磁阀保持打开状态。电磁阀两种状态依次进行，使电解液中NiSiO4浓度始终在160g/L～190g/L。
实施例2：
本发明以图6所示的高为1mm，内径为10mm，外径为11mm的圆环图案三维镍质结构的制备为例，详细阐述本发明的浓度补偿方法。
1.设置排量开启输入泵：根据工艺需求，设置电解槽的流量为350ml/min，将输入泵打开，使电解槽快速填充电解液；
2.升至液面限位开启排液泵：当电解液升至液面限位处，可观测到有电解液溢出，此时将排液泵开启，将排量设置为逐渐增大；
3.观测流入流出量：当观察流量计的数据满足0ml<流入量-流出量<3.5ml时，视为电解槽中的电解液实现动态平衡，可进入下一环节；若不满足，则继续等待排液泵排量增加；
4.保持两泵排量阴极板归零：当电解槽实现动态平衡时，则保持两泵的排量不变。缓慢下降阴极板，阴极触碰到电解液，控制卡对阴极板进行制动；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
5.设置电解液工作温度：根据工艺需求，设置电解液的工作温度38℃；
6.开启加热模式：设置完电解液工作温度，控制加热器进入加热模式，加热器开始对电解液进行加热。
7.观测电解槽内镀液温度：当电解槽内的电解液温度大于36.1℃时，视为电解液基本达到工作温度，可以进入下一环节；若不满足，则继续加热模式。
8.开启保温模式：当电解液达到基本工作温度后，控制加热器进入保温模式，加热器开始对电解液进行保温。
9.3D打印加工：开启激光器、3D打印机和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工；
10.浓度补偿：补偿过程电磁阀包含两种状态：开始3D打印加工后，电解液中NiSiO4浓度逐渐下降，当NiSiO4浓度低于160g/L，电磁阀打开进行浓度补偿，此时打印过程中断；若未低于160g/L，电磁阀保持关闭状态。随着高浓度电解液的加入，溶液中离子浓度增加，当NiSiO4浓度高于190g/L，电磁阀关闭停止浓度补偿，激光束从断点处重新恢复打印加工；若未高于190g/L，电磁阀保持打开状态。电磁阀两种状态依次进行，使电解液中NiSiO4浓度始终在160g/L～190g/L。
实施例3：
本发明以图7所示的半径为10mm的半球形的三维铜质结构的制备为例，详细阐述本发明的浓度补偿方法。
1.设置排量开启输入泵：根据工艺需求，设置电解槽的流量为250ml/min，将输入泵打开，使电解槽快速填充电解液；
2.升至液面限位开启排液泵：当电解液升至液面限位处，可观测到有电解液溢出，此时将排液泵开启，将排量设置为逐渐增大；
3.观测流入流出量：当观察流量计的数据满足0ml<流入量-流出量<3ml时，视为电解槽中的电解液实现动态平衡，可进入下一环节；若不满足，则继续等待排液泵排量增加；
4.保持两泵排量阴极板归零：当电解槽实现动态平衡时，则保持两泵的排量不变。缓慢下降阴极板，阴极触碰到电解液，控制卡对阴极板进行制动；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
5.设置电解液工作温度：根据工艺需求，设置电解液的工作温度40℃；
6.开启加热模式：设置完电解液工作温度，控制加热器进入加热模式，加热器开始对电解液进行加热。
7.观测电解槽内镀液温度：当电解槽内的电解液温度大于38℃时，视为电解液基本达到工作温度，可以进入下一环节；若不满足，则继续加热模式。
8.开启保温模式：当电解液达到基本工作温度后，控制加热器进入保温模式，加热器开始对电解液进行保温。
9.3D打印加工：开启激光器、3D打印机和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工；
10.浓度补偿：补偿过程包含两个步骤：开始3D打印加工后，电解液中CuSiO4浓度逐渐下降，当CuSiO4浓度低于140g/L，电磁阀打开进行浓度补偿，此时打印过程中断；若未低于140g/L，电磁阀保持关闭状态。随着高浓度电解液的加入，溶液中离子浓度增加，当CuSiO4浓度高于170g/L，电磁阀关闭停止浓度补偿，激光束从断点处重新恢复打印加工；若未高于170g/L，电磁阀保持打开状态。两个步骤依次进行，使电解液中CuSiO4浓度始终在140g/L～170g/L。
实施例4：
本发明以图8所示的外直径为10mm，高为8mm的圆柱与球形组成的铜质空心密封腔，壁厚1mm，底部厚度1mm的三维铜制结构的制备为例，详细阐述本发明的浓度补偿方法。
1.设置排量开启输入泵：根据工艺需求，设置电解槽的流量为280ml/min，将输入泵打开，使电解槽快速填充电解液；
2.升至液面限位开启排液泵：当电解液升至液面限位处，可观测到有电解液溢出，此时将排液泵开启，将排量设置为逐渐增大；
3.观测流入流出量：当观察流量计的数据满足0ml<流入量-流出量<3ml时，视为电解槽中的电解液实现动态平衡，可进入下一环节；若不满足，则继续等待排液泵排量增加；
4.保持两泵排量阴极板归零：当电解槽实现动态平衡时，则保持两泵的排量不变。缓慢下降阴极板，阴极触碰到电解液，控制卡对阴极板进行制动；调节激光焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
5.设置电解液工作温度：根据工艺需求，设置电解液的工作温度40℃；
6.开启加热模式：设置完电解液工作温度，控制加热器进入加热模式，加热器开始对电解液进行加热。
7.观测电解槽内镀液温度：当电解槽内的电解液温度大于38℃时，视为电解液基本达到工作温度，可以进入下一环节；若不满足，则继续加热模式。
8.开启保温模式：当电解液达到基本工作温度后，控制加热器进入保温模式，加热器开始对电解液进行保温。
9.3D打印加工：开启激光器、3D打印机和电沉积电源等，实施制件的逐层打印加工；
10.浓度补偿：补偿过程包含两个步骤：开始3D打印加工后，电解液中CuSiO4浓度逐渐下降，当CuSiO4浓度低于140g/L，电磁阀打开进行浓度补偿，此时打印过程中断；若未低于140g/L，电磁阀保持关闭状态。随着高浓度电解液的加入，溶液中离子浓度增加，当CuSiO4浓度高于170g/L，电磁阀关闭停止浓度补偿，激光束从断点处重新恢复打印加工；若未高于170g/L，电磁阀保持打开状态。两个步骤依次进行，使电解液中CuSiO4浓度始终在140g/L～170g/L。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
①本发明所采用的浓度补偿方式具有离子浓度补充快速且补充过程无杂质产生。
②本发明的电解液循环可以带动电解液流动，从而产生搅拌作用，帮助阴极附近的离子进行扩散，解决了电沉积过程中阴极附离子浓度低的难题。
③本发明控制了电解液的液位且使阴极始终与电解液仅有底面接触，打印过程中则仅有沉积层底面与电解液接触，从而可实现密闭中空零件的制造以及减少非加工区域发生沉积。
④本发明所采用制件打印方式，其加工区域位于电解液中，无需通入惰性气体进行保护，装备与工艺更加简单；
⑤本发明主要以电沉积的方式实现打印，热输入低，热影响小，因此制件内应力较低，不易变形和开裂；
⑥本发明所采用的3D打印方案以电解液还原反应为基础，打印过程中无需铺粉环节，加工效率大幅度提高；
⑦本发明所采用的电化学沉积方式具有更优良的显微组织调控性，通过调控工艺参数能够获得不同尺寸和取向的晶粒结构，进而控制其机械性能；
⑧本发明所采用的制件倒置式进行打印，可实现密闭中空零件的制造。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，包括：
电解槽，所述电解槽上设有电解液进液口与电解液出液口；
电解液循环水箱，设有循环电解液回收口和循环电解液出液口，所述循环电解液回收口与所述电解液出液口连通，所述循环电解液出液口与所述电解液进液口连通；
波美度测量仪，设置在所述电解液循环水箱内部，用于检测电解液的浓度；
电解液补偿***，与所述电解液循环水箱连通，用于根据电解液的浓度对所述电解液循环水箱中的电解液进行浓度补偿。
2.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，所述电解液循环水箱中还设置有电解液加热器、第一挡板和第二挡板；
所述第一挡板的下端具有第一缺口，所述第二挡板的上端具有第二缺口，所述电解液加热器设置在所述第一缺口和所述第二缺口组成的通路中。
3.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，在所述循环电解液出液口的一侧还设置有电解液箱温度测量仪。
4.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，电解液补偿***，包括：
电解液水箱，设置有电解液箱出液口，所述电解液箱出液口与所述电解液循环水箱连通；所述电解液水箱内设置有新的电解液；
电磁阀，设置在所述电解液箱出液口的一侧，用于根据电解液的浓度调控阀门，将新的电解液流入电解液循环水箱中使电解液循环水箱中的电解液浓度不变。
5.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，所述电解槽，包括：
电解槽箱体，所述电解槽箱体的箱底为光学高透玻璃；
液面限位排水口，设置在所述电解槽箱体的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，所述电解液进液口上设有电解液进液流量传感器；所述电解液出液口上设有电解液出液流量传感器。
7.根据权利要求1所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，还包括：
3D打印***，用于使用电解槽完成3D打印；所述3D打印***包括Z向运动装置、阳极基板和激光器；所述Z向运动装置与阴极基板连接，用于控制所述阴极基板进行升降；所述阳极基板，设置在所述电解槽内部；所述激光器，设置电解槽底部，用于使用激光辐照阴极基板进行电化学沉积。
8.根据权利要求7所述的一种自动循环电解液浓度补偿装置，其特征在于，还包括：
电化学加工电源，所述电化学加工电源的负极与所述阴极基板连接，所述电化学加工电源的正极与所述阳极基板连接。
9.一种自动循环电解液浓度补偿方法，其特征在于，包括：
步骤1：使用电解液循环水箱向电解槽中通入电解液；
步骤2：判断电解液进液口的流入量和电解液出液口的流出量的差是否在预设范围内；
步骤3：当流入量和流出量的差在预设范围内时，则调节激光器焦距，使激光焦点落在阴极基板表面；
步骤4：使用电解液加热器将电解液加热到预设温度；
步骤5：3D打印***使用电解槽进行3D打印；
步骤6：在3D打印过程中，实时监测电解液中电解质浓度，当电解质浓度低于所设下限时，电磁阀打开，高浓度电解液注入循环水箱，进行电解液的浓度补偿；当电解质浓度没有低于下限时，电磁阀保持关闭状态，无高浓度电解液注入水箱。
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