CN110125410A - 用于液态3d打印的压电陶瓷喷嘴 - Google Patents

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张佼
刘涛
孙宝德
东青
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Abstract

一种用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，带有加热机构的容腔以及设置于容腔内的T字形传动杆，其中：T字形传动杆的末端正对容腔底部的微孔通道，T字形传动杆的顶部通过压电陶瓷传动装置驱动实现竖直方向的微动，使得容腔内的熔融金属液滴通过微孔通道流出。本发明通过T字形杆振动产生应力波能量集中作用在微孔通道出口自由液面处产生微滴，微滴喷射过程由冲击T字形杆产生的应力波控制，金属熔滴尺寸由加载应力波决定，达到控制金属熔滴尺寸的目的。

Description

用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴
技术领域
本发明涉及的是一种金属打印领域的技术，具体是一种用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴。
背景技术
基于金属微滴喷射的增材制造技术是借鉴喷墨打印原理，通过控制微小金属熔滴的喷射及层层打印，以实现铸件成形的技术。该技术相比其他使用高能束的增材制造技术，具有无需昂贵的大功率高能量源和特殊的原材料、设备成本和运行成本低廉、成形过程中无污染物、废弃物产生等优点，有望用于金属铸件的快速、低成本增材制造，具有较大的工业应用潜力。
发明内容
本发明针对现有微小金属熔滴成型技术采用的驱动源结构较为复杂，运行和产生效率较低的缺陷，提出一种用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，通过T字形杆振动产生应力波能量集中作用在微孔通道出口自由液面处产生微滴，微滴喷射过程由冲击T字形杆产生的应力波控制，金属熔滴尺寸由加载应力波决定，达到控制金属熔滴尺寸的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：带有加热机构的容腔以及设置于容腔内的T字形传动杆，其中：T字形传动杆的末端正对容腔底部的微孔通道，T字形传动杆的顶部通过压电陶瓷传动装置驱动实现竖直方向的微动，使得容腔内的熔融金属液滴通过微孔通道流出。
所述的加热机构采用但不限于高频感应加热装置实现。
所述的压电陶瓷喷嘴的底部设有用于凝结熔化金属的成形机构，该成形机构包括沉积平台和三维移动平台。
所述的三维移动平台采用但不限于带有竖直移动杆的二维平面移动平台实现。
本发明涉及一种基于上述装置的金属微滴制备无偏析等轴晶金属铸锭的方法，通过向压电陶瓷转动装置施加电压信号，使其中的压电陶瓷片产生垂直方向上的振动从而带动T字形传动杆释放/封闭微孔通道，使得加热后的金属熔液通过微孔通道，实现微滴成形。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1压电陶瓷传动装置、2T字形传动杆、3微孔通道、4金属液滴、5沉积平台、6坩埚、7铝液、8加热机构、9沉积试样、10三维移动平台。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本装置包括：带有加热机构8的坩埚6以及设置于坩埚6内的T字形传动杆2，其中：T字形传动杆2的末端正对坩埚6底部的微孔通道3，T字形传动杆2的顶部通过压电陶瓷传动装置1驱动实现竖直方向的微动，使得坩埚6内的熔融金属通过微孔通道3以液滴4的形式流出并冷凝于沉积平台5上。
所述的微孔通道3包括入口部分以及直径更小的出口部分。
所述的T字形传动杆2包括：圆柱体和与之相连的圆盘，该圆盘的直径与微孔通道3的入口部分相匹配。
本装置具体通过以下方式进行无偏析等轴晶金属铸锭的制备：将整个装置设置于保护气体环境，通过首先设定加热温度利用加热装置8将金属材料加热至完全熔化，通过在压电陶瓷片上施加一个脉冲电压，压电陶瓷片1立即发生微米级变形，在此作用下将力传递给T字形传动杆2，微孔通道3上方的小容腔体积迅速缩小，产生朝向微孔通道3的压力波，此压力波克服微孔通道3中的压力损失和液面张力，使微孔通道处3形成一个个液滴4，并从微孔通道3喷出。
实施例2
本实施例涉及一种形成微小熔滴的方法，包括以下步骤：
步骤a)对T字形推杆进行抛光清理并清理坩埚内部杂物，对金属坯料进行表面清理，除去表面的杂质及氧化皮；
步骤b)在氩气环境下将金属坯料放入坩埚6内，通过加热装置3加热坩埚7，通电流测试压电陶瓷片1和冲击杆2的运动可靠性，通入氩气，设定加热温度，通过加热元件8加热坩埚6，待金属坯料熔化为金属液7后便会充满微孔通道3；
步骤c)在压电陶瓷片1两端通入电流，根据逆压电效应，对压电陶瓷片施加电场作用，引起材料内部正、负电荷的相对位移，使其在竖直方向变形(膨胀或收缩)，随后带动T字形传动杆2上下振动产生应力波，应力波能力聚集在微孔通道3下方的自由液面处产生金属微滴4；
步骤d)调节电流大小，控制T字形传动杆2的行程，从而控制由T字形传动杆2产生的应力波的大小，最终控制金属微滴4的尺寸。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，其特征在于，包括：带有加热机构的容腔以及设置于容腔内的T字形传动杆，其中：T字形传动杆的末端正对容腔底部的微孔通道，T字形传动杆的顶部通过压电陶瓷传动装置驱动实现竖直方向的微动，使得容腔内的熔融金属液滴通过微孔通道流出，所述的加热机构采用但不限于高频感应加热装置实现。
2.根据权利要求1所述的用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，其特征是，所述的压电陶瓷喷嘴的底部设有用于凝结熔化金属的成形机构，该成形机构包括沉积平台和三维移动平台。
3.根据权利要求1所述的用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，其特征是，所述的三维移动平台采用带有竖直移动杆的二维平面移动平台实现。
4.根据权利要求1所述的用于液态3D打印的压电陶瓷喷嘴，其特征是，所述的微孔通道包括入口部分以及直径更小的出口部分；
所述的T字形传动杆包括：圆柱体和与之相连的圆盘，该圆盘的直径与微孔通道的入口部分相匹配。
5.一种基于上述任一权利要求所述装置的金属微滴制备无偏析等轴晶金属铸锭的方法，其特征在于，通过向压电陶瓷转动装置施加电压信号，使其中的压电陶瓷片产生垂直方向上的振动从而带动T字形传动杆释放/封闭微孔通道，使得加热后的金属熔液通过微孔通道，实现微滴成形。
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