CN104057085B - 一种熔滴微喷沉积成型喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，包括积液管、毛细齿牙和喷嘴基体；其中，在喷嘴基体的中心开设有若干环形均匀分布的毛细齿牙，若干毛细齿牙的尖部环绕形成金属微熔滴流道，流道的底部为出口；若干毛细齿牙与喷嘴基体之间设有环形齿槽；积液管位于若干毛细齿牙的上方，其用于盛放金属熔液；金属熔液从积液管下落形成金属微熔滴，该金属微熔滴的直径为50～200μm。本发明利用金属熔液表面张力和热毛细现象，使金属微熔滴内部速度场不均匀，具有一定的动量，提高金属熔滴铺展成型质量。

Description

一种熔滴微喷沉积成型喷嘴

【技术领域】

本发明属于三维增材制造领域，具体涉及一种微喷熔滴沉积成型喷嘴。

【背景技术】

熔滴微喷沉积成型是三维增材制造(又称3D打印)的一种，其基本原理是在计算机中生成零件的三维CAD模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，将零件的三维信息转换成一系列二维轮廓信息，通过计算机控制系统控制微熔滴的产生、逐点、逐层沉积，实现金属熔滴直接成形零件三维实体。该技术可直接成形复杂三维结构，减少了传统工艺在零件设计、制造过程中约束条件，已成为无约束成型技术的一个新发展方向。

目前，熔滴微喷方式主要有连续喷射(continuous-ink-jet,CIJ)和按需喷射(drop-on-demand,DoD)两类。CIJ是通过在液体腔内施加恒定压力，迫使腔体内流体从喷嘴以较高速度形成射流，在流体腔内扰动或者在表面张力作用下，射流断裂成液滴实现沉积成型。DoD则是利用激振器在需要时产生压力脉冲挤压熔体喷射出单颗熔滴，熔滴直接沉积于基板上。如何精确控制液滴的均匀程度和尺寸大小是熔滴微喷沉积成型的关键所在，喷嘴是控制液滴均匀程度和大小的关键部件。

专利201320004815.8公开了一种微小金属熔滴形状装置，用于解决金属熔滴喷射形成金属熔滴尺寸难以控制的问题，采用“T”形能量杆结构，通过加载应力波获得均匀尺寸的熔滴，但该专利形成的熔滴尺寸较大，影响铺展成型质量。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，其利用金属熔液表面张力和热毛细现象，使金属微熔滴内部速度场不均匀，具有一定的动量，从而提高了金属熔滴铺展成型质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，包括积液管和喷嘴基体；其中，在喷嘴基体的中心开设有若干环形均匀分布的毛细齿牙，若干毛细齿牙的尖部环绕形成金属微熔滴流道，流道的底部为出口；若干毛细齿牙与喷嘴基体之间设有环形齿槽；积液管位于若干毛细齿牙的上方，其用于盛放金属熔液；金属熔液从积液管下落形成金属微熔滴，该金属微熔滴的直径为50～200μm。

本发明进一步改进在于，毛细齿牙为三角齿形结构，且呈不等高斜形分布，相邻两个毛细齿牙之间的缝隙为3-10μm。

本发明进一步改进在于，若干毛细齿牙的上端面低于喷嘴基体的上端面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在喷嘴基体的中心开设有若干环形均匀分布的毛细齿牙，若干毛细齿牙的尖部环绕形成金属微熔滴流道，进而利用金属熔液表面张力和热毛细现象，使金属微熔滴下落过程内部速度场不均匀，在金属熔滴形成液膜时，提高熔滴铺展成型质量。

【附图说明】

图1为本发明一种熔滴微喷沉积成型喷嘴的结构示意图；

图2为本发明一种熔滴微喷沉积成型喷嘴的剖视图；

图3为本发明的熔滴成型原理图。

图中：1.金属熔液，2.积液管，3.毛细齿牙，4.金属微熔滴，5.齿槽，6.流道，7.出口，8.喷嘴基体，9.已成型熔体，10.金属液膜。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

如图1和2所示，包括积液管2、毛细齿牙3和喷嘴基体8；其中，在喷嘴基体8的中心开设有若干环形均匀分布的毛细齿牙3，若干毛细齿牙3的尖部环绕形成金属微熔滴流道6，流道6的底部为出口7；若干毛细齿牙3与喷嘴基体8之间设有环形齿槽5。其中，若干毛细齿牙3的上端面低于喷嘴基体8的上端面。

毛细齿牙3为三角齿形结构，且呈不等高斜形分布，相邻两个毛细齿牙3之间的缝隙为3-10μm。积液管2位于若干毛细齿牙3的上方，用于盛放金属熔液1，金属熔液1从积液管2下落形成金属微熔滴4，金属微熔滴4在重力作用下，通过有毛细齿牙3环绕组成的流道6下落，该金属微熔滴4的直径为50～200μm。金属微熔滴4下落过程中内部熔体速度场分布不均匀，在毛细齿牙3较高侧面金属微熔滴4内熔体速度场高，使得金属微熔滴4发生倾斜；金属微熔滴4下落形成金属液膜10场也不均匀分布，金属液膜10在动量作用下继续向已成型熔体9铺展，提高成型质量。具体来说，金属微熔滴4在表面张力作用和毛细齿牙3作用下，形成金属液膜10，金属液膜10铺展，与已成型熔体9搭接成型为一体。

如图2所示，本发明的工作过程为：在重力作用下，金属熔液1从积液管2底部出口下落发生紧缩，形成金属微熔滴4，经由毛细齿牙3环绕组成的流道6内下落。金属微熔滴4下落过程中，在表面张力作用和热毛细作用下，经由斜形不等高毛细齿牙3环绕组成的流道6时，金属微熔滴4内部速度场分布不均匀，具有动量，毛细齿牙3较高一侧的熔体流速较大。

如图3所示，毛细齿牙3等高均匀分布时，金属微熔滴4下落过程中内部熔体速度场分布也均匀，如状态a所示；金属微熔滴4下落形成金属液膜10，金属液膜10与已成型熔体9铺展搭接，如状态c所示，铺展搭接位置存在一定的高度差，铺展成型效果不理想。毛细齿牙3不等高斜形分布时，金属微熔滴4下落过程中内部熔体速度场分布不均匀，在毛细齿牙3较高侧面金属微熔滴4内熔体速度场高，使得金属微熔滴4发生倾斜，如状态b所示；金属微熔滴4下落形成金属液膜10场也不均匀分布，金属液膜10在动量作用下有继续向已成型熔体9铺展的倾向，如状态d所示，显著提高金属液膜10的铺展成型效果。

Claims (3)

1.一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，其特征在于，包括积液管(2)和喷嘴基体(8)；其中，在喷嘴基体(8)的中心开设有若干环形均匀分布的毛细齿牙(3)，若干毛细齿牙(3)的尖部环绕形成金属微熔滴流道(6)，流道(6)的底部为出口(7)；若干毛细齿牙(3)与喷嘴基体(8)之间设有环形齿槽(5)；积液管(2)位于若干毛细齿牙(3)的上方，其用于盛放金属熔液(1)；金属熔液(1)从积液管(2)下落形成金属微熔滴(4)，该金属微熔滴(4)的直径为50～200μm。

2.根据权利要求1所述的一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，其特征在于，毛细齿牙(3)为三角齿形结构，且呈不等高斜形分布，相邻两个毛细齿牙(3)之间的缝隙为3-10μm。

3.根据权利要求1所述的一种熔滴微喷沉积成型喷嘴，其特征在于，若干毛细齿牙(3)的上端面低于喷嘴基体(8)的上端面。