CN107127345B - 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法 - Google Patents

一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107127345B
CN107127345B CN201710536538.8A CN201710536538A CN107127345B CN 107127345 B CN107127345 B CN 107127345B CN 201710536538 A CN201710536538 A CN 201710536538A CN 107127345 B CN107127345 B CN 107127345B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
crucible
metal
liquid
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710536538.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107127345A (zh
Inventor
刘赵淼
王翔
逄燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201710536538.8A priority Critical patent/CN107127345B/zh
Publication of CN107127345A publication Critical patent/CN107127345A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107127345B publication Critical patent/CN107127345B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/003—Apparatus, e.g. furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法，属于微滴喷射增材制造技术。保持密封箱体的内部为封闭环境以保持内部温度不变，内坩埚内部储存有液态金属从脉动压力气体入口通入压力为脉动变化的惰性气体，挤压液态金属从液体出口流出；外坩埚与内坩埚之间保持一定的间距，外坩埚外部包裹加热器，保持内部环境的温度恒定；高压气体从进气道流入，在液体出口处挤压和剪切流出的金属液体，高压气体从泄气道流出，生成的微液滴从液滴出口流出并落在沉积平台上；本发明通过液体出口周围气体的粘性剪切作用，在微滴生成阶段实现液体的提前剪切破碎，生成更小的均匀微滴，有助于提高成形件精度和致密度，金属晶格结构也更均匀，力学性能更好。

Description

一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法
技术领域
本发明涉及一种在惰性气体辅助下的金属材质微液滴的制造装置及方法，以用于微滴喷射增材制造技术，实现金属微液滴沉积并形成3D固体成形件。
背景技术
金属微液滴喷射制造技术是基于喷墨打印原理发展的一种3D打印技术。它基于“离散-叠加”的成形原理，先控制液态金属生成均匀微液滴，然后通过基板的运动使微液滴沉积在基板的特定位置，实现逐点、逐层地堆积形成复杂的三维实体结构。该技术具有工艺流程简单、生产成本低和成形件致密度高、力学性能好等优点，在微小金属零件快速成形、柔性电路打印、微电子封装等领域都具有广阔的应用前景。
尽管非金属材料微液滴喷射技术已有成熟应用，但金属材料具有熔点高,粘性和表面张力大等特性，而且金属微液滴的生成过程涉及温度和金属形态的变化，受多种因素的耦合影响，成熟的非金属材料喷射装置及控制方法很难直接用于金属材料的喷射制造。对于金属微液滴喷射制造技术，均匀稳定且尺寸小的金属微液滴是提高成形件质量的关键，国内外大量学者提出了多种控制微液滴生成尺寸的方法，然而由于喷孔加工技术和微液滴生成方式的限制，微液滴的直径很难均匀地降低。常温微尺度流动研究中的流动聚焦方式，提供了一种利用气体挤压剪切液体的流动形式，可以将其与金属微液滴喷射技术相结合，以促进金属微液滴的生成，减小生成微液滴的尺寸。
发明内容
本发明基于气动式金属微液滴生成方法，通过高压气体在出口处对液体施加粘性剪切力，促进液体断裂形成尺寸更小的微液滴。
本发明采用的技术方案为一种气相辅助的金属微液滴制造装置，该方装置包括密封箱体1，内坩埚2，外坩埚3，第一恒压气体入口4，第二恒压气体入口5，加热器6，密封板7，脉动压力气体入口8，液体出口9，液滴沉积平台10，进气道11，泄气道12，液滴出口13。
装置各个部分之间的关系和作用如下，密封箱体1为本装置的外部箱体结构，各构件均安装在密封箱体1内，以保证密封箱体1的内部为无氧环境并且温度恒定；内坩埚2内部储存液态金属；外坩埚3与内坩埚2相互配合，外坩埚3的内壁面和内坩埚2的外壁面保持一定间隔，间隔用以供高压气体流过；外坩埚3上对称设置有第一恒压气体入口4和第二恒压气体入口5，第一恒压气体入口4和第二恒压气体入口5为高压气体的入口；外坩埚3的外壁面包裹有加热器6，加热器6为整个内部环境提供热量，加热器6根据需要加热到不同温度以保持液态金属为融化状态；内坩埚2的密封板7上设置有脉动压力气体入口8，通入压力为脉动式变化的气体；液态金属在内部脉动气压的挤压下从液体出口9流出。液体出口9的下部为进气道11，进气道11的下部为泄气道12，泄气道12的下部为液滴出口13，液滴出口13与液体出口9的位置相对应。
一种气相辅助的金属微液滴制造方法，保持密封箱体1的内部为封闭环境以保持内部温度不变，同时为无氧环境，全部用惰性气体填充以防止金属氧化；内坩埚2内部储存有液态金属，内坩埚2的顶部由密封板7密封，内坩埚2内部的空间被惰性气体填充；从脉动压力气体入口8通入压力为脉动变化的惰性气体，挤压液态金属从液体出口9流出；外坩埚3与内坩埚2之间保持一定的间距，提供从第一恒压气体入口4和第二恒压气体入口5流入的高压气体的流通路径；外坩埚3外部包裹加热器6，保持内部环境的温度恒定，并根据需要加热到不同温度以保证液体处于特定的流动状态；高压气体从进气道11流入，在液体出口9处挤压和剪切流出的金属液体，高压气体从泄气道12流出，生成的微液滴从液滴出口13流出并落在沉积平台10上。
本发明的生成方式在气动式微滴生成方式的基础上，通过液体出口周围气体的粘性剪切作用，在微滴生成阶段实现液体的提前剪切破碎，生成更小的均匀微滴，有助于提高成形件精度和致密度，金属晶格结构也更均匀，力学性能更好。
附图说明
图1是本发明一种气相辅助的金属微液滴制造方法的装置结构示意图。
图2是图1中微液滴生成位置的局部放大图。
图3是气动式金属微液滴生成方式与本发明气相辅助下微液滴生成方式的生成过程的示意图对比。
具体实施方式
下面结合结构附图对本发明一种气相辅助的金属微液滴制造方法的工作过程和作用效果进行详细说明。
如图1、图2所示，整个装置包括密封箱体1，内坩埚2，外坩埚3，第一恒压气体入口4，第二恒压气体入口5，加热器6，密封板7，脉动压力气体入口8，液体出口9，液滴沉积平台10，进气道11，泄气道12，液滴出口13。
本装置的具体工作过程如下：保持密封箱体1的内部为封闭环境以保持内部温度不变，同时为无氧环境，全部用惰性气体填充以防止金属氧化；内坩埚2内部储存有液态金属，内坩埚2的顶部由密封板7密封，内坩埚2内部的空间被惰性气体填充；从脉动压力气体入口8通入压力为脉动变化的惰性气体，挤压液态金属从液体出口9流出；外坩埚3与内坩埚2之间保持一定的间距，提供从第一恒压气体入口4和第二恒压气体入口5流入的高压气体的流通路径；外坩埚3外部包裹加热器6，保持内部环境的温度恒定，并根据需要加热到不同温度以保证液体处于特定的流动状态；高压气体从进气道11流入，在液体出口9处挤压和剪切流出的金属液体，高压气体从泄气道12流出，生成的微液滴从液滴出口13流出并落在沉积平台10上。
图3中的a为气动式金属微液滴生成示意图，图3中的b为本发明的生成方式，在气动式微滴生成方式的基础上，通过液体出口周围气体的粘性剪切作用，在微滴生成阶段实现液体的提前剪切破碎，生成尺寸更小的均匀微滴。

Claims (2)

1.一种气相辅助的金属微液滴制造装置，其特征在于：该装置包括密封箱体(1)，内坩埚(2)，外坩埚(3)，第一恒压气体入口(4)，第二恒压气体入口(5)，加热器(6)，密封板(7)，脉动压力气体入口(8)，液体出口(9)，液滴沉积平台(10)，进气道(11)，泄气道(12)，液滴出口(13)；
密封箱体(1)为本装置的外部箱体结构，各构件均安装在密封箱体(1)内，以保证密封箱体(1)的内部为无氧环境并且温度恒定；内坩埚(2)内部储存液态金属；外坩埚(3)与内坩埚(2)相互配合，外坩埚(3)的内壁面和内坩埚(2)的外壁面保持一定间隔，间隔用以供高压气体流过；外坩埚(3)上对称设置有第一恒压气体入口(4)和第二恒压气体入口(5)，第一恒压气体入口(4)和第二恒压气体入口(5)为高压气体的入口；外坩埚(3)的外壁面包裹有加热器(6)，加热器(6)为整个内部环境提供热量，加热器(6)根据需要加热到不同温度以保持液态金属为融化状态；内坩埚(2)的密封板(7)上设置有脉动压力气体入口(8)，通入压力为脉动式变化的气体；液态金属在内部脉动气压的挤压下从液体出口(9)流出；液体出口(9)的下部为进气道(11)，进气道(11)的下部为泄气道(12)，泄气道(12)的下部为液滴出口(13)，液滴出口(13)与液体出口(9)的位置相对应。
2.利用权利要求1所述装置进行的一种气相辅助的金属微液滴制造方法，保持密封箱体(1)的内部为封闭环境以保持内部温度不变，同时为无氧环境，全部用惰性气体填充以防止金属氧化；内坩埚(2)内部储存有液态金属，内坩埚(2)的顶部由密封板(7)密封，内坩埚(2)内部的空间被惰性气体填充；从脉动压力气体入口(8)通入压力为脉动变化的惰性气体，挤压液态金属从液体出口(9)流出；外坩埚(3)与内坩埚(2)之间保持一定的间距，提供从第一恒压气体入口(4)和第二恒压气体入口(5)流入的高压气体的流通路径；外坩埚(3)外部包裹加热器(6)，保持内部环境的温度恒定，并根据需要加热到不同温度以保证液体处于特定的流动状态；高压气体从进气道(11)流入，在液体出口(9)处挤压和剪切流出的金属液体，高压气体从泄气道(12)流出，生成的微液滴从液滴出口(13)流出并落在液滴沉积平台(10)上；
在气动式微滴生成方式的基础上，通过液体出口周围气体的粘性剪切作用，在微滴生成阶段实现液体的提前剪切破碎，生成尺寸更小的均匀微滴。
CN201710536538.8A 2017-07-04 2017-07-04 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法 Active CN107127345B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710536538.8A CN107127345B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710536538.8A CN107127345B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107127345A CN107127345A (zh) 2017-09-05
CN107127345B true CN107127345B (zh) 2019-05-03

Family

ID=59736071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710536538.8A Active CN107127345B (zh) 2017-07-04 2017-07-04 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107127345B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108516108B (zh) * 2018-03-06 2019-12-31 中国空间技术研究院 一种基于纳米流体微液滴工质的激光微推进装置及方法
CN110899710B (zh) * 2018-09-14 2023-03-17 于志远 一种制备金属或合金球形粉末的方法和装置
US10620380B1 (en) 2018-11-02 2020-04-14 Nanning Fugui Precision Industrial Co., Ltd. Camera module with non-mechanical light-blocking and light-passing function and electronic device using the camera module
CN111438206A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 浙江乔老爷铝业有限公司 一种铝板的加工设备及其加工工艺
CN112605391B (zh) * 2020-12-10 2022-09-02 西北工业大学 一种气液通道分离式均匀金属微滴稳定喷射装置
CN112916857B (zh) * 2021-01-16 2022-10-11 北京工业大学 一种气相辅助生成小尺寸金属微滴的按需气动喷射装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6135198A (en) * 1998-03-05 2000-10-24 Aluminum Company Of America Substrate system for spray forming
CN102672193A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 西北工业大学 金属熔滴喷射装置及用该装置喷射高熔点金属熔滴的方法
CN103056375A (zh) * 2013-01-06 2013-04-24 西北工业大学 微小金属熔滴形成装置以及利用该装置形成微小金属熔滴的方法
CN103658650A (zh) * 2013-12-24 2014-03-26 许昌学院 一种提高金属熔滴按需打印沉积成形零件致密度的方法
CN105750550A (zh) * 2016-04-02 2016-07-13 上海大学 数字喷射雾化沉积装置
CN105834430A (zh) * 2015-01-12 2016-08-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 3d打印装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6135198A (en) * 1998-03-05 2000-10-24 Aluminum Company Of America Substrate system for spray forming
CN102672193A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 西北工业大学 金属熔滴喷射装置及用该装置喷射高熔点金属熔滴的方法
CN103056375A (zh) * 2013-01-06 2013-04-24 西北工业大学 微小金属熔滴形成装置以及利用该装置形成微小金属熔滴的方法
CN103658650A (zh) * 2013-12-24 2014-03-26 许昌学院 一种提高金属熔滴按需打印沉积成形零件致密度的方法
CN105834430A (zh) * 2015-01-12 2016-08-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 3d打印装置
CN105750550A (zh) * 2016-04-02 2016-07-13 上海大学 数字喷射雾化沉积装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107127345A (zh) 2017-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107127345B (zh) 一种气相辅助的金属微液滴制造装置及方法
CN103785834B (zh) 一种金属微熔滴喷射装置及方法
CN105283293B (zh) 纤维增强塑料的制造方法及制造装置
CN104028761B (zh) 一种金属微喷熔滴电磁约束沉积成型系统
CN104550988A (zh) 一种基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置及方法
SI1886793T1 (sl) Postopek in naprava za izdelavo 3d predmeta in uporaba plastificirne enote za njegovo izdelavo
JP6072250B2 (ja) 容器を製造する方法および装置
CN104588674A (zh) 一种高效制备超细球形金属粉末的方法及装置
CN105499577A (zh) 一种金属熔液3d打印喷头及打印方法
CN101516732B (zh) 高速制造液体或固体产品的单个包装的方法和装置
CN104525958A (zh) 熔滴喷射制备焊球的装置及方法
CN205057065U (zh) 一种粉末注射成型用防凝结防气泡注射装置
CN105626005B (zh) 可视化平面玻璃模型及其制作方法
CN105498869B (zh) 一种微纳米液滴制备方法
CN104678659A (zh) 一种封框胶涂布装置
CN205270863U (zh) 一种金属熔液3d打印喷头
CN103934133A (zh) 一种喷头以及喷涂方法
CN204396884U (zh) 熔滴喷射制备焊球装置
CN103406510A (zh) 一种非晶制带喷嘴包
CN103301970B (zh) 液体注入式微点雾喷射装置
CN206734676U (zh) 一种安瓿瓶兽药针剂拉丝灌封机
CN102157398B (zh) 树脂封固金属模装置
CN207026414U (zh) 一种防粘接的手板模具
CN205989486U (zh) 一种保压系统、应用该系统的注塑机
CN211990929U (zh) 一种适用于金属熔融三维直写的材料熔化装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant