CN108099196A - 一种微滴按需喷射用的压电式喷头 - Google Patents

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刘赵淼
徐元迪
逄燕
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种微滴按需喷射用的压电式喷头，属于微滴喷射增材制造技术领域。该压电式喷头包括端盖、螺钉、喷腔、喷孔、电极线、上位电极片、非标准定制的环形压电陶瓷片、下位电极片、金属薄片、液体入口和节流孔。喷腔为锥形结构，通过液体入口将待喷射液体注满喷腔，并设置所需的液体入口流量，将电极片导线与压电驱动电源相连接，通过设定所需的压电驱动波形控制环形压电陶瓷片振动。通过环形压电陶瓷片的振动位移改变喷腔内的液体体积使其从喷孔喷射，形成所需的微滴。适用于低温溶液的按需喷射系统，具有体积小、结构简单、便于加工等优点。

Description

一种微滴按需喷射用的压电式喷头
技术领域
本发明涉及一种微滴按需喷射用的压电式喷头，属于微滴喷射增材制造技术领域。
背景技术
微滴喷射增材制造(freeform fabrication with micro-dropletjetting)技术是快速成型(rapidprototyping)技术或增材制造(addictive manufacturing)技术的一个重要分支。无需传统的道具和夹具以及多道加工工序，以计算机三维模型为基础，通过软件控制微滴的生成、铺展、搭接、凝固、堆积叠加来形成三维实体。可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形问题，减少了加工工序，缩短了加工周期，作为制造领域的新兴前沿技术有着广泛的应用前景。
现有的控制技术结合压电喷头，能够精确按需控制微滴的喷射，但为了降低成型件表面的粗糙度、提高其致密度，需要生成尺寸更加小的微滴，以满足更高的成型要求。
目前，微滴按需喷射中压电喷头的喷腔内壁容易受到喷射溶液的腐蚀，从而影响压电喷头正常工作，降低了压电喷头的使用寿命。
发明内容
为了克服微滴按需喷射过程中的喷腔腐蚀、能量耗散及生成微滴尺寸过大等问题，本发明提供了一种微滴按需喷射用的压电式喷头，适用于低温溶液的按需喷射系统，具有体积小、结构简单、便于加工等优点。
本发明所采用的技术方案为一种微滴按需喷射用的压电式喷头，该压电式喷头包括端盖(1)、螺钉(2)、喷腔(3)、喷孔(6)、电极线(7)、上位电极片(8)、非标准定制的环形压电陶瓷片(9)、下位电极片(10)、金属薄片(11)、液体入口(12)和节流孔(13)。喷腔(3)为锥形结构，喷腔(3)的壳体(5)侧面上开设有液体入口(12)及节流孔(13)，喷腔(3)的下端设置有喷孔(6)；喷腔(3)上部设有金属薄片(11)，金属薄片(11)上粘接有下位电极片(10)；下位电极片(10)的上表面接有非标准定制的环形压电陶瓷片(9)，环形压电陶瓷片(9)与上位电极片(8)相接；端盖(1)将金属薄片(11)压紧在喷腔(3)上部，端盖(11)与喷腔(3)的外壳(5)由螺钉(2)连接；电极片导线(7)由压电陶瓷片(9)圆心孔处引出端盖(1)。喷腔(3)的内壁上喷涂有一层防腐层(4)。
通过液体入口(12)将待喷射液体注满喷腔(3)，并设置所需的液体入口(12)流量，将电极片导线(7)与压电驱动电源相连接，通过设定所需的压电驱动波形控制环形压电陶瓷片(9)振动。通过环形压电陶瓷片(9)的振动位移改变喷腔(3)内的液体体积使其从喷孔(6)喷射，形成所需的微滴。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
1、使用寿命长。通过在喷腔内涂覆一层防腐层，能减少液体对喷腔的腐蚀，提高压电喷头使用寿命。
2、设计合理。通过将喷腔设计为锥形，有利于减缓能量耗散；通过在非标准定制的环形压电陶瓷片两侧设置上位电极片和下位电极片，能够提高其压电效果。且圆环形压电陶瓷便于将电极导线从上端引出，使设计更加合理。
3、该发明结构简单、设计合理、便于加工，有助于提高压电喷嘴的使用寿命和压电效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、端盖，2、螺钉，3、喷腔，4、防腐层，5、壳体，6、喷孔，7、电极线，8、上位电极片，9、非标准定制的环形压电陶瓷片，10、下位电极片，11、金属薄片，12、液体入口，13、节流孔。
具体实施方式
如图1所示，一种微滴按需喷射用的压电式喷头，该压电式喷头包括端盖(1)、螺钉(2)、喷腔(3)、喷孔(6)、电极线(7)、上位电极片(8)、非标准定制的环形压电陶瓷片(9)、下位电极片(10)、金属薄片(11)、液体入口(12)和节流孔(13)。喷腔(3)为锥形结构，喷腔(3)的壳体(5)侧面上开设有液体入口(12)及节流孔(13)，喷腔(3)的下端设置有喷孔(6)；喷腔(3)上部设有金属薄片(11)，金属薄片(11)上粘接有下位电极片(10)；下位电极片(10)的上表面接有非标准定制的环形压电陶瓷片(9)，环形压电陶瓷片(9)与上位电极片(8)相接；端盖(1)将金属薄片(11)压紧在喷腔(3)上部，端盖(11)与喷腔(3)的外壳(5)由螺钉(2)连接；电极片导线(7)由压电陶瓷片(9)圆心孔处引出端盖(1)。喷腔(3)的内壁上喷涂有一层防腐层(4)。
通过液体入口(12)将待喷射液体注满喷腔(3)，并设置所需的液体入口(12)流量，将电极片导线(7)与压电驱动电源相连接，通过设定所需的压电驱动波形控制环形压电陶瓷片(9)振动。通过环形压电陶瓷片(9)的振动位移改变喷腔(3)内的液体体积使其从喷孔(6)喷射，形成所需的微滴。
1、加工要求
a)由于该发明需要保证微滴生成的尺寸，因此对喷孔直径有较高的要求，喷孔(6)直径为100μm-200μm之间。
b)为减小压电喷头工作工程中的能量耗散，所加工的喷腔(3)锥角要小于90°。
c)为保证压电喷头的使用寿命，喷腔(3)需要喷涂一层防腐层，其厚度为1mm-2mm。
d)为提高压电喷头压电效果，所述下位电极片(10)与上位电极片(8)厚度相同，且上位电极片(8)为圆环形，所述金属薄片(11)为铜薄片，厚度为2mm-3mm。

Claims (2)

1.一种微滴按需喷射用的压电式喷头，其特征在于：该压电式喷头包括端盖(1)、螺钉(2)、喷腔(3)、喷孔(6)、电极线(7)、上位电极片(8)、非标准定制的环形压电陶瓷片(9)、下位电极片(10)、金属薄片(11)、液体入口(12)和节流孔(13)；喷腔(3)为锥形结构，喷腔(3)的壳体(5)侧面上开设有液体入口(12)及节流孔(13)，喷腔(3)的下端设置有喷孔(6)；喷腔(3)上部设有金属薄片(11)，金属薄片(11)上粘接有下位电极片(10)；下位电极片(10)的上表面接有非标准定制的环形压电陶瓷片(9)，环形压电陶瓷片(9)与上位电极片(8)相接；端盖(1)将金属薄片(11)压紧在喷腔(3)上部，端盖(11)与喷腔(3)的外壳(5)由螺钉(2)连接；电极片导线(7)由压电陶瓷片(9)圆心孔处引出端盖(1)；喷腔(3)的内壁上喷涂有一层防腐层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种微滴按需喷射用的压电式喷头，其特征在于：通过液体入口(12)将待喷射液体注满喷腔(3)，并设置所需的液体入口(12)流量，将电极片导线(7)与压电驱动电源相连接，通过设定所需的压电驱动波形控制环形压电陶瓷片(9)振动；通过环形压电陶瓷片(9)的振动位移改变喷腔(3)内的液体体积使其从喷孔(6)喷射，形成所需的微滴。
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