研究了三维微型腔模具的制备方法。该方法基于微型双工位分层实体制造工艺(DLOM), 通过多层铜箔二维微结构叠加拟合出三维队列微电极, 将制备的微电极用于微细电火花加工来制得三维微型腔模具。首先, 利用线切割对100 μm 厚的多层铜箔进行逐层切割, 获得多层二维微结构。然后, 通过真空压力热扩散焊对多层铜箔二维微结构进行连接, 叠加拟合出三维队列微电极。最后, 在电压80 V, 脉冲频率0.2 MHZ, 脉冲宽度800 ns, 休止脉宽4 200 ns的作用下, 将上述工艺制备的三维队列微电极用于微细电火花加工, 获得表面质量良好、形状与尺寸精度较高的三维微型腔模具。为了有效减少电极损耗对加工精度的不利影响, 使用队列电极中的微电极依序对三维微型腔进行了加工。基于上述研究结果, 制备了两种形状的三维队列微电极并通过微细电火花加工获得了表面粗糙度Ra为0.48 μm的三维微型腔模具。与目前主流的微细电极逐层扫描放电加工三维微结构的工作方式相比, 提出的三维微电极只需进行上下往返式加工便可获得三维微型腔模具, 工作效率高且损耗低。

为解决微细电火花加工过程中由于频繁出现的放电信号严重畸变、放电状态不稳定甚至突变等造成的放电状态难于准确检测的技术难点，在分析和研究传统的微细电火花加工放电状态检测方法的基础上，结合系统辨识和模糊逻辑理论，提出了微细电火花加工放电状态逐级映射检测原理和方法。对实时采集到的极间电压和电流信号，通过模糊运算判别采样点的放电状态，再将采样点放电状态值映射为放电状态矢量，并对该矢量进行统计得到“短路率”和“火花/电弧率”，经过模糊推理辨识出各分析周期的放电状态。实验表明，该检测方法准确性高、运算量低且运算速度快，与平均电压法相比，效率提高22.2%。检测结果可为微细电火花放电加工过程的实时控制提供系统放电状态的反馈输入，保证了加工控制系统的稳定性和准确性。

为了制作三维金属微结构，研究了UV-LIGA和微细电火花加工技术组合的工艺方法。使用UV-LIGA技术制作了准三维金属微结构,然后，对该微结构进行微细电火花加工制作三维金属微结构。使用提出的方法制作出了局部为梯形凸台和锥形凹槽三维微结构的镍模具,给出了梯形凸台和锥形凹槽的尺寸。分析了微细电火花加工中放电参数对表面粗糙度的影响，在工作电压为65 V，标称电容为100 pF时得到了Ra为0.08 μm的微细电火花加工表面。研究结果表明，使用该方法可实现三维金属微结构的制作;通过减小工作电压和标称电容的方法可降低微细电火花加工的表面粗糙度。

设计了微细电极在线检测系统.系统由卤素灯光源、变焦显微镜头、CCD摄像机和6自由度支架组成,具有1.61 μm的分辨率和113～729的放大率.在Linux平台下,基于V4L2 API开发了图像采集程序,使用mmap()内存映射方法获取图像数据.实现了IplImage数据结构和QImage类的转换,使图像既可以基于OpenCV进行处理,又可以基于Qt进行显示,通过Canny边缘检测算法提取了微细电极的边缘轮廓.实现了电极在线观测的G代码功能,进行了块状电极电火花磨削微细轴的实验.实验结果表明系统可以在线观察电极状态和在线测量电极尺寸,在线测量值与扫描电镜离线测量值的相对误差在5%以内, 解决了微细电火花加工的微细电极在线制造和检测等难题.