CN106513682A - 一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置，其喷射液态原料方法为：通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射。实现了在3D打印领域的液态原料的高速喷射、尤其是高熔点材料的高速高可控性喷射；获得对液态原料流动性的灵活控制；可以产生体积微小的原料液滴；结构简单，稳定性高，安全性高。

Description

一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置
技术领域
本发明涉及三维打印技术中的液态原料喷射技术，尤其是涉及一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置，属于增材制造技术领域。
背景技术
三维打印技术最早起源于19世纪末的美国，直到20世纪七八十年代在日本和美国得到完善并逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(StereoLithography Apparatus,SLA)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结(Selecting Laser Sintering，SLS)、三维粉末粘接(Three DimensionalPrinting and Gluing，3DP)，于20世纪八九十年代在美国获得商业化。通过堆叠熔化原料实现三维打印的技术中，例如常见的FDM塑料打印和其它类似原理的金属打印，其中重要核心组件之一就是产生熔融原料的熔炉/挤出头/发生装置；又如喷射熔化原料的打印技术也属于堆叠熔化原料，其熔化原料喷射装置也是核心组件。目前有不少关于产生熔融金属原料的发生装置的专利申请，例如申请号为201410513433.7、名称为“一种用于金属熔融挤出成型的3D打印头”的中国专利申请，又如申请号为201520533246.5、名称为“一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置”的中国专利申请，这些专利申请无法产生液滴，可以产生连续的金属流。也有采用气压作为喷射动力的方式，可以产生金属液滴，例如文献Experimentson remelting and solidification of molten metal droplets deposited invertical columns(来源：期刊名《Journal of Manufacturing Science andEngineering-Transactions of the Asme》，2007年第129卷第2期311-318页)中记载的装置及方法，主要原理是采用脉冲气流在微型熔炉/坩埚内产生脉冲式的压强振动就可以在喷嘴出口处形成金属液滴；申请号为201520561484.7、名称为“一种液态金属打印墨盒”的中国专利申请使用的方法与该文献中记载的技术类似；又如申请号为201520644682.X、名称为“一种金属3D打印加支撑结构的装置”的中国专利申请,也是采用脉冲气流/气压来实现金属液滴生成。这些产生金属液滴的方法都是通过施加脉冲压力和利用流体的特性来产生金属液滴，也可以产生连续液态金属流；但这些技术不能在工作过程中连续添加固态原料，这对一些打印情形会带来不便(例如打印大型金属零件)，并且这类技术由于气体是可压缩的物质形态，存在压力传导延滞，金属液滴的生成速度不高,更严重的是可控性差。在现有技术中，如果喷嘴的内径与液态原料储存仓或主流道的内径之比过小(例如与喷嘴连接的液态原料储存仓或主流道的内径为2毫米、喷嘴内径为50微米)，特别是当原料为液态金属时，液态原料的表面张力和粘度较大，要施加大压力才能克服表面张力和流阻以实现喷射。
在2D打印技术中常用的喷射技术可以快速产生液滴，例如美国惠普和日本爱普生等企业开发的喷墨打印机的喷射技术，基于流道形变挤压(在喷嘴流道壁上设置有电致形变材料)或局部加热蒸发(在喷嘴流道壁上设置有发热元件)实现液体喷射，但这些技术不适用于高熔点材料的熔液的喷射(例如航空铝合金、铜、不锈钢等)，并且也不适用于高粘度液态材料的喷射。美国惠普公司2015年公开的多射流(MJF，Multi-Jet-Fusion)塑料3D打印技术，虽然用到了2D喷墨打印的喷射技术，但所喷射的液体只是一些高流动性的辅助性的试剂(所喷射的试剂在常温下处于液态)，主体材料仍然是固态塑料粉末(采用类似SLS铺粉技术的方式实现铺塑料粉层)。
也有基于电场力的液态原料喷射方法，例如“电场喷射”技术(参见书籍《电场喷射》，作者李建林，上海交通大学出版社，2012年)，又如申请号为201610224283.7(名称为“一种液态金属打印设备”)、申请号为201310618953.X(名称为“一种高压静电驱动且可变直径3D打印机”)等中国专利申请也使用了电场驱动技术；这些技术都是在喷嘴(喷嘴须采用非导电性材料制造)与外界的电极(打印支撑平台作为电极)之间建立高压静电场或脉冲式高压静电场，以实现液态原料的喷射；但“电场喷射”也有局限性，例如：由于液态原料具有粘性，尤其是表面张力大的液态金属，必须施加高压静电场、甚至超高压静电场，以产生克服液态原料粘滞力和表面张力所需的拉力并产生一定的流动速度；高压电场存在危险性、容易产生电击穿、可控性不高；由于高压电场的可控性不高，导致电场喷射过程的可控性不高，以及对所产生的液滴的控制性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于三维打印的液态原料高速喷射方法及其装置，且喷射的可控性高，尤其适用于所要喷射的液态原料具有导电性的应用环境。
本发明的另一个目的在于提供一种用于三维打印的熔融金属等高温液态原料的高速高可控性喷射方法及其装置。
为了实现上述的发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于三维打印的液态原料喷射方法，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：
液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射；
所述的液态原料具有导电性；有些类型的液态原料在低电压下具有导电性，有些类型的液态原料在低电压下不具备导电性、但在高电压或超高电压下具有导电性，都属于导电性液态原料；
所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；
所述的较高电阻的区域，该较高电阻的区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；
所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。
可选地：
所述的液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；
所述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流(即气化所需的电流)在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行；
所述的流道，是指容纳液态原料且液态原料可在其中流动的结构。
可选地：
在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。
可选地：
所述的液态原料为熔融状态的原料，或者为半熔化的原料，或者为溶液，或者为悬浊液；
所述的气化电路属于控制电路的一部分。
可选地：
喷射液态原料的主要步骤为：
步骤S1，控制电路控制液态原料在流道内流动；驱动液态原料在流道内流动的力，为压力、毛细压力、重力、电场力、离心力、电磁力这些力当中的一种或多种；
步骤S2，液态原料在流道内形成电阻值较高的区域；液态原料的电阻值较高的区域被接入气化电路；
步骤S3，施加一定强度的电流，在液态原料的电阻值较高的区域产生电阻加热作用，将电阻值较高的区域的液态原料全部或部分气化；电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度；
步骤S4，气化产生的冲击力将介于液态原料电阻值较高的区域与流道出口之间的液态原料推至流道外。
进一步地，本发明提供了一种应用上述的用于三维打印的液态原料喷射方法的装置：一种用于三维打印的液态原料喷射装置，主要由壳体、控制电路组成，其中：在壳体上设置有原料入口和原料出口，壳体内部设置有流道，原料入口、原料出口与内部的流道连接，控制电路对工作过程进行控制；其特征在于：
在流道内设置有狭窄区，狭窄区的两边(或两侧)为电气接入区，电气接入区用于将气化电流引导至流道内的液态原料中；电流从一边(或一侧)的电气接入区流入，流经狭窄区，然后流入另一边(或另一侧)的电气接入区；电流在流经狭窄区时，将位于狭窄区的液态原料全部或部分加热气化；气化所产生的冲击力推动流道内的液态原料从原料出口喷出；
所述的气化电流用于将液态原料加热气化；
所述的电气接入区实际上是流道内的提供给液态原料与气化电流发生电路相连接的区域。
可选地：
所述的流道的数量至少为两条，并且流道之间存在交汇处，所述的狭窄区设置于该交汇处。
可选地：
所述的流道的数量为一条，流道的一端连接原料入口，流道的另一端连接原料出口，狭窄区介于原料入口与原料出口之间。
可选地：
设置有固态原料输送单元和加热单元；固态原料输送单元用于将固态原料送入流道内；加热单元用于对固态原料进行加热，以产生液态原料，以及维持液态原料的熔融状态；
或者，设置有加热单元，不设置固态原料输送单元；加热单元用于维持液态原料的熔融状态。加热单元的加热方式有多种，例如：电磁感应加热，电阻加热(电阻发热)，电弧加热，等离子体加热，激光加热。
可选地：
在所述的原料出口设置有电极。
可选地：
设置有原料仓或原料腔，用于储存液态原料或固态原料；所述的流道与原料仓或原料腔连接。
可选地：
设置有冷却单元，用于对不需要被加热或不能承受高温的区域进行冷却。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过将位于流道内的液态原料接入控制电路，并且在被接入控制电路的液态原料形成电阻值较高的区域，使用强电流将电阻值较高的区域高速气化，在流道内产生“微型爆炸”效果，利用流道对“微型爆炸”的约束作用而实现将流道内的部分液态原料快速喷出，过程类似发射子弹，实现“电子式”喷射；因此，本发明实现了在3D打印领域的液态原料的高速喷射(尤其是喷射液态金属)，可控性极高。
(2)本发明的液态原料喷射装置的核心结构基于简单的流道结构和电极，结构简单，稳定性高、可维护性强。
(3)本发明的液态原料喷射装置，可以通过在原料出口与流道内的液态原料之间建立电场，利用电场力改变液态原料在流道内的狭窄区的表面张力，或者利用电场力拉动液态原料的流动，以获得对液态原料流动性的灵活控制；尤其是在使用高表面张力和高粘滞力的液态原料(例如熔化的金属原料)时，通过电场力大幅度降低其表面张力，可以使液态原料在较低的压力驱动下轻易通过小口径的流道(例如直径10微米的流道)；并且由于流道出口处的电极与流道内液态原料之间的距离短，所需的电场强度远低于现有的电场喷射技术使用的高压电场，所需的电场的电压低且功率低，安全性和可控性都高于现有技术；因此，本发明可以获得对液态原料流动性的灵活控制，可以实现高表面张力高粘滞力的液态原料的喷射，并且可以产生体积微小的原料液滴。
(4)本发明将液态原料接入控制电路和利用气化产生的冲击力来推动液态原料的喷射，这样的原理决定了本发明可以实现对高熔点材料的喷射，例如不锈钢熔液、玻璃熔液、陶瓷熔液(多数类型玻璃和陶瓷的熔液也具有导电性)；因此，本发明可以用于金属和玻璃等高熔点材料的3D打印，这实现了在3D打印领域的高熔点材料的高速高可控性喷射的技术突破。
综上所述，本发明的有益效果：实现了在3D打印领域的液态原料的高速喷射，可控性极高；可以获得对液态原料流动性的灵活控制，可以实现高表面张力高粘滞力的液态原料的喷射，并且可以产生体积微小的原料液滴；实现了在3D打印领域的高熔点材料的高速高可控性喷射的技术突破；结构简单，稳定性高，安全性高，可维护性强。本发明具有实质性进步。
附图说明
图1是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第一个具体实施例的组成原理；
图2至图6是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第一个具体实施例喷射液态原料的过程，图中的箭头P1表示压力的作用方向；
图7是示意图，用于说明图1所示的用于三维打印的液态原料喷射装置的第一个具体实施例采用固态原料、在流道内将固态原料熔化获得液态原料的情形，图中的箭头D1表示驱动力的作用方向；
图8是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第二个具体实施例的组成原理；
图9至图12是示意图，用于说明本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第二个具体实施例喷射液态原料的过程；
其中的标号：1-壳体一，2-电极一，3-电极二，4-狭窄区一，5-原料入口一，6-原料出口一，7-控制电路一,8-液态原料一，9-气化区一，10-被截断的液态原料一，11-液滴一，12-电气接入区一，13-电气接入区二，14-电阻值较高的区域，15-固态原料，16-软化区，17-液态原料二，18-壳体二，19-电极三，20-电极四，21-电极五，22-原料出口二，23-原料入口二，24-原料入口三，25-控制电路二，26-狭窄区二，27-液态原料三，28-液态原料四，29-气化区二，30-被截断的液态原料二，31-液滴二。
具体实施方式
下面列举本发明的较佳具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。
如图2至图6所示的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第一个具体实施例，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路(即控制电路一7)的控制；关键在于：
液态原料(即液态原料一8)在流道内被全部地接入气化电路中(气化电路属于控制电路一7的一部分)；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域(即电阻值较高的区域14)；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部气化，利用气化所产生的冲击力将部分液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射(如图6所示)；
所述的液态原料具有导电性；所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；所述的较高电阻的区域，该较高电阻的区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。
在本具体实施例中，上述的液态原料在流道内被全部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；上述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流(即气化所需的电流)在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行。
在本具体实施例中，在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。
在本具体实施例中，所述的液态原料为熔融状态的航空铝合金。
如图1和图7所示的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第一个具体实施例，该具体实施例应用图2至图6所示的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第一个具体实施例：
一种用于三维打印的液态原料喷射装置，主要由壳体(即壳体一1)、控制电路(即控制电路一7)和加热单元(未在附图中示出)组成；其中：在壳体一1设置有原料入口(即原料入口一5)和原料出口(即原料出口一6)，在原料出口设置有电极(即电极二3)；壳体一1内部设置有流道，流道的数量为一条，流道贯穿壳体一1和电极二3；原料入口一5、原料出口一6与内部的流道连接；在流道内设置有狭窄区(即狭窄区一4)，流道的一端连接原料入口一5，流道的另一端连接原料出口一6，狭窄区一4位于原料入口一5与原料出口一6之间；狭窄区一4的两边(即两侧)为电气接入区(即电气接入区一12和电气接入区二13)，电气接入区用于将电流引入流道内，电气接入区为电流被接入流道的区域，电气接入区用于将气化电流引导至流道内的液态原料中；电流从一边/侧的电气接入区流入，流经狭窄区一4，然后流入另一边/侧的电气接入区；电流在流经狭窄区一4时，将狭窄区一4内的液态原料全部或部分加热气化。电气接入区二13通过电极二3接入控制电路一7。
控制电路一7，包括气化电路、逻辑电路、探测电路、电场发生电路和驱动电路；气化电路通过驱动电路与逻辑电路连接，气化电路用于向狭窄区一4的两边(即两侧)的电气接入区(即电气接入区一12和电气接入区二13)输出气化狭窄区一4内的液态原料所需的电流；探测电路与逻辑电路连接，探测电路用于监测液态原料是否与电极二3接触；电场发生电路通过驱动电路与逻辑电路连接，电场发生电路用于在液态原料与电极二3发生接触前、在两者之间建立电场，目的是降低液态原料的表面张力，以降低液态原料在狭窄区一4和电气接入区二13的流阻；逻辑电路在需要气化狭窄区一4内的液态原料的时候通过驱动电路驱动气化电路在设定的时间内输出强电流，例如输出200安培强度的电流并且维持五十万分之一秒的时间。
电气接入区二13的截面积大于或等于狭窄区一4的截面积，电气接入区二13和狭窄区一4的截面取流道径向的截面。当电气接入区二13的截面积大于狭窄区一4的截面积时，因为狭窄区一4的截面积较小(小于电气接入区一12和电气接入区二13)，狭窄区一4的液态原料的电阻值是最大的，导致该区域的液态原料被气化，气化的程度取决于所施加的电流强度及持续时间。
在本具体实施例中，狭窄区一4的径向截面的直径为30μm，流道的电气接入区一12的直径为800μm，流道的电气接入区二13的直径为100μm。
在本具体实施例中，液态原料采用熔融状态的航空铝合金，即航空铝合金熔液。加热单元主要由高温电阻丝组成，电阻丝缠绕在壳体一1外，通过电阻加热(即电阻发热)的方式对壳体一1和电极二3进行加热，并产生800℃的高温。壳体一1采用高纯度刚玉制造，电极二3采用特种钨合金制造。加热单元受到控制电路一7的控制。
由于电极二3设置于壳体一1内，电极二3与狭窄区一4之间的距离短(例如120μm)，所以，在液态原料与电极二3发生接触前、在两者之间所建立的电场只需低压低功率(例如电压100V、功率0.1W)。
流道内的液态原料(如图2所示的液态原料一8)可以来自储存液态原料或产生液态原料的原料仓，也可以在流道内部直接将固态原料加热产生液态原料。如果液态原料来自储存液态原料或产生液态原料的原料仓，则电气接入区一12通过电极一2接入控制电路一7。
如果在流道内部直接将固态原料(即固态原料15)加热产生液态原料，需要额外设置固态原料输送单元(在附图中未示出)和加热单元(在附图中未示出)；固态原料输送单元用于将固态原料送入流道内；加热单元对固态原料进行加热，以产生液态原料，以及维持液态原料的熔融状态。电气接入区一12则通过固态原料15接入控制电路一7。固态原料15采用航空铝合金线材。固态原料输送单元主要由送丝轮和电动机组成；送丝轮带动固态原料15移动，沿着图7中所示的方向D1移动。如图7所示，固态原料15受到加热而在流道内产生液态原料二17，在固态原料15与液态原料二17之间产生过渡区，即软化区16，软化区16受挤压力作用发生形变，软化区16与流道壁紧密贴合并起到密封作用，因而起到防止液态原料二17往原料入口一5方向渗漏的作用(前提是固态原料的供给速率低于或等于液态原料在单位时间内的喷射量)。
具体应用方案：
结合上述的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第一个具体实施例和本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第一个具体实施例，喷射液态原料的主要步骤为：
步骤S1，如图2和图3所示，控制电路控制液态原料一8在流道内流动：流道内的液态原料(即液态原料一8，航空铝合金熔液)在流道的变窄处(电气接入区一12与狭窄区一4的交界处)受表面张力作用和液态原料一8对流道内表面的非浸润性影响，自身重力无法使液态原料一8从电气接入区一12流向电气接入区二13，如图2所示；控制电路一7启动电场发生电路(属于控制电路一7的组成部分)，在液态原料一8与电极二3之间建立电压100V、功率0.1W的电场(在两者之间可能产生电弧)，同时对液态原料一8施加1个标准大气压的压强(如图2至图6中的箭头P1所示)，使液态原料一8流到电气接入区二13，如图3所示。
步骤S2，如图3和图4所示，液态原料一8在流道内形成电阻值较高的区域：当液态原料一8接触到电极二3之后(如图3所示)，控制电路一7关闭电场发生电路，延时设定的时长(根据压强和流道的直径等参数计算获得，或者使用经验值，例如延时20微秒)，使液态原料一8在电气接入区二13内的前锋与电极二3的接触面积超过狭窄区一4的径向截面积(如图4所示)。
如图4所示，液态原料的电阻值较高的区域被接入气化电路：液态原料一8跨接电气接入区一12和电气接入区二13，即液态原料一8同时与电极一2和电极二3充分接触。
步骤S3，如图5所示，施加一定强度的电流，在液态原料的电阻值较高的区域产生电阻加热作用，将电阻值较高的区域的液态原料全部气化：控制电路一7启动气化电路(属于控制电路一7的组成部分)，对液态原料一8施加强度200A、持续时间为五十万分之一秒的电流，使狭窄区一4内的液态原料一8在五十万分之一秒内被气化，在流道内产生气化区一9。
步骤S4，如图5和图6所示，气化产生的冲击力将介于液态原料电阻值较高的区域与流道出口之间的液态原料推至流道外：瞬间气化所产生的冲击力将介于狭窄区一4与原料出口一6之间的被截断的液态原料一10在极短时间内从流道内推出，形成液滴一11。
如图9至图12所示，本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第二个具体实施例，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路(即控制电路二25)的控制；
液态原料(即液态原料三27和液态原料四28)在流道内被局部地接入气化电路中(气化电路属于控制电路的一部分)；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域(即液态原料三27与液态原料四28之间的交汇处的狭窄区域)；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部气化，利用气化所产生的冲击力将部分液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射(如图12所示)；
所述的液态原料具有导电性；所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；所述的较高电阻的区域，该较高电阻的区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。
在本具体实施例中，上述的液态原料在流道内被局部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；上述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流(即气化所需的电流)在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行。
在本具体实施例中，在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。
在本具体实施例中，所述的液态原料为熔融状态的航空铝合金。
如图8所示的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第二个具体实施例，该具体实施例是应用图9至图12所示的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第二个具体实施例：一种用于三维打印的液态原料喷射装置，主要由壳体(即壳体二18)、控制电路(即控制电路二25)和加热单元(未在附图中示出)组成；其中：在壳体二18内设置有两个原料入口(即原料入口二23和原料入口三24)和一个原料出口(即原料出口二22)，在原料出口设置有电极(即电极三19)；壳体二18内部设置有流道，流道的数量为两条；其中第一条流道为主流道，主流道贯穿壳体二18和电极三19，并且该流道与原料入口二23、原料出口二22连接；第二条流道为副流道，副流道的一端与原料入口三24连接，另一端与主流道交汇，在交汇处设置有狭窄区(即狭窄区二26)；狭窄区二26两边(即两侧)的主流道和副流道均为电气接入区，电气接入区用于将气化电流引导至流道内的液态原料中；电气接入区通过电极四20和电极五21接入气化电路(属于控制电路二25的子模块)；电极三19被接入控制电路二25。
控制电路二25的组成与控制电路一7相同，包括气化电路、逻辑电路、探测电路、电场发生电路和驱动电路；气化电路通过驱动电路与逻辑电路连接，气化电路用于向狭窄区二26的两边(即两侧)的电气接入区(即主流道和副流道)输出气化狭窄区二26内的液态原料所需的电流；探测电路与逻辑电路连接，探测电路用于监测液态原料是否与电极三19接触；电场发生电路通过驱动电路与逻辑电路连接，电场发生电路用于在主流道内的液态原料和副流道内的液态原料发生接触前、在两者之间建立电场，目的是降低液态原料的表面张力和拉动两者向彼此移动；逻辑电路在需要气化狭窄区二26内的液态原料的时候通过驱动电路驱动气化电路在设定的时间内输出强电流，例如输出200安培强度的电流并且维持五十万分之一秒的时间。
在本具体实施例中，液态原料采用熔融状态的航空铝合金，即航空铝合金熔液。加热单元主要由高温电阻丝组成，电阻丝缠绕在壳体二18外，通过电阻加热(即电阻发热)的方式对壳体二18和电极三19进行加热，并产生800℃的高温。采用壳体二18高纯度刚玉制造，电极三19采用特种钨合金制造。加热单元受到控制电路二25的控制。
具体应用方案：
结合上述的本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射方法的第二个具体实施例和本发明的一种用于三维打印的液态原料喷射装置的第二个具体实施例，喷射液态原料的主要步骤为：
步骤S101，如图9和图10所示，控制电路二25控制液态原料三27和液态原料四28在流道内流动：流道内的液态原料(即液态原料三27和液态原料四28，航空铝合金熔液)在主流道和副流道的交汇处的狭窄区受表面张力作用和液态原料对流道内表面的非浸润性影响，自身重力无法使液态原料三27和液态原料四28流过交汇处的狭窄区(即狭窄区二26)，液态原料三27和液态原料四28无法相互接触，主流道内的液态原料四28的下端前锋受重力作用而与电极三19接触、但无法通过原料出口二22，如图9所示；控制电路二25通过液态原料四28的下端前锋是否与电极三19的接触来判断液态原料四28的下端前锋的位置；控制电路二25启动电场发生电路(属于控制电路二25的组成部分)，在液态原料三27和液态原料四28之间建立电压500V、功率0.1W的电场(在两者之间可能产生电弧)，利用电场力改变液态原料三27和液态原料四28在狭窄区二26处的表面张力，以及利用电场力拉动两者相互靠近和接触。
步骤S102，如图10所示，液态原料三27和液态原料四28在流道内形成电阻值较高的区域：当在液态原料三27和液态原料四28相互接触之后(如图10所示)，控制电路二25关闭电场发生电路，液态原料三27和液态原料四28在狭窄区二26的连接处形成电阻值较高的区域(对于所有流道内的液态原料而言)。液态原料的电阻值较高的区域的两侧通过电极四20和电极五21接入气化电路(属于控制电路二25的子模块)。
步骤S103，如图11所示，施加一定强度的电流，在液态原料的电阻值较高的区域产生电阻加热作用，将电阻值较高的区域的液态原料全部气化：控制电路二25启动气化电路(属于控制电路二25的组成部分)，对狭窄区二26处的液态原料施加强度200A、持续时间为五十万分之一秒的电流，使狭窄区二26内的液态原料在五十万分之一秒内被气化，在流道内产生气化区二29。
步骤S104，如图11和图12所示，气化产生的冲击力将介于液态原料的电阻值较高的区域与流道出口之间的液态原料推至流道外：瞬间气化所产生的冲击力将介于狭窄区二26与原料出口二22之间的被截断的液态原料二30在极短时间内从流道内推出，形成液滴二31。
以上所述，仅作为本发明的较佳具体实施例，不能以此限定本发明的实施范围，即依据本发明权利要求书及说明书内容所做的等效变换与修饰，皆仍属于本发明涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于三维打印的液态原料喷射方法，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：
液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射；
所述的液态原料具有导电性；
所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；
所述的较高电阻的区域，该区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；
所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。
2.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：
所述的液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；
所述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行；
所述的流道，是指容纳液态原料且液态原料可在其中流动的结构。
3.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：
在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。
4.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：
所述的液态原料为熔融状态的原料，或者为半熔化的原料，或者为溶液，或者为悬浊液；
所述的气化电路属于控制电路的一部分。
5.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：
喷射液态原料的主要步骤为：
步骤S1，控制电路控制液态原料在流道内流动；
步骤S2，液态原料在流道内形成电阻值较高的区域；液态原料的电阻值较高的区域被接入气化电路；
步骤S3，施加一定强度的电流，在液态原料的电阻值较高的区域产生电阻加热作用，将电阻值较高的区域内的液态原料全部或部分气化；
步骤S4，气化产生的冲击力将介于液态原料的电阻值较高的区域与流道出口之间的液态原料推至流道外。
6.一种用于三维打印的液态原料喷射装置，主要由壳体、控制电路组成，其中：在壳体上设置有原料入口和原料出口，壳体内部设置有流道，原料入口、原料出口与内部的流道连接，控制电路对工作过程进行控制；其特征在于：
在流道内设置有狭窄区，狭窄区的两边为电气接入区，电气接入区用于将气化电流引导至流道内的液态原料中；电流从一边的电气接入区流入，流经狭窄区，然后流入另一边的电气接入区；电流在流经狭窄区时，将位于狭窄区的液态原料全部或部分加热气化；气化所产生的冲击力推动流道内的液态原料从原料出口喷出；
所述的气化电流用于将液态原料加热气化。
7.根据权利要求6所述的用于三维打印的液态原料喷射装置，其特征在于：
所述的流道的数量至少为两条，并且流道之间存在交汇处，所述的狭窄区设置于该交汇处。
8.根据权利要求6所述的用于三维打印的液态原料喷射装置，其特征在于：
所述的流道的数量为一条，流道的一端连接原料入口，流道的另一端连接原料出口，狭窄区位于原料入口与原料出口之间。
9.根据权利要求6所述的用于三维打印的液态原料喷射装置，其特征在于：
设置有固态原料输送单元和加热单元；固态原料输送单元用于将固态原料送入流道内；加热单元用于对固态原料进行加热，以产生液态原料，以及维持液态原料的熔融状态；
或者，设置有加热单元，不设置固态原料输送单元；加热单元用于维持液态原料的熔融状态。
10.根据权利要求6所述的用于三维打印的液态原料喷射装置，其特征在于：
在所述的原料出口设置有电极。
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