CN110653374A - 一种常温条件液态金属的微分配装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液态金属打印装置技术领域，具体来说是一种常温条件液态金属的微分配装置及其使用方法，其特征在于包括一压电陶瓷驱动器，通过电信号后能产生形变，一放大膜片，与压电陶瓷驱动器连接，压电陶瓷驱动器产生的形变会传递至放大膜片，并促使其产生形变，液压材料，设置于液压放大腔内，液压放大腔与放大膜片连接，放大膜片产生形变带动液压材料向下流动，一驱动膜片，设置于液压放大腔内部或底部，液压材料向下流动挤压驱动膜片，通过对传统压电撞针式喷头结构进行改造，有效避免了在微液滴产生过程中伴随大量卫星液滴的产生的情况，适用于在分配微量液态金属。

Description

一种常温条件液态金属的微分配装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及液态金属打印装置技术领域，具体来说是一种常温条件液态金属的微分配装置及其使用方法。
背景技术
液态金属是一大类功能材料，如镓、铋合金和特定合金，其具有优秀的电性能和热力学性能，可应用于电子增材制造和计算机散热技术。由于液态金属其优秀的性能，被作为替代传统电路打印或散热硅材料的替代产品，优选的液滴打印喷头方案为压电喷墨喷头和压电撞针式喷头，但由于液态金属的表面张力较大，压电喷墨喷头无法克服其表面张力形成液滴，压电撞针式喷头可以获得液滴，但在获得液滴的同时会形成大量的卫星液滴，无法满足当前的生产需求；因而目前打印液态金属仅能使用机械挤压或气体挤压方式进行打印，但该方式获得的液滴均一性差，无法获得微米级别的液滴。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种不会形成大量卫星液滴的常温条件液态金属的微分配装置及其使用方法。
为了实现上述目的，设计一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于包括一压电陶瓷驱动器，通过电信号后能产生形变，一放大膜片，与压电陶瓷驱动器连接，压电陶瓷驱动器产生的形变会传递至放大膜片，并促使其产生形变，液压材料，设置于液压放大腔内，液压放大腔与放大膜片连接，放大膜片产生形变带动液压材料向下流动，一驱动膜片，设置于液压放大腔内部或底部，液压材料向下流动挤压驱动膜片，一撞针，与驱动膜片连接，驱动膜片形变推动撞针向上运动，撞针顶部设有弹簧，一压电缓冲喷头，设置于撞针底部，压电缓冲喷头中心为毛细玻璃管，毛细玻璃管外设有缓冲压电陶瓷，缓冲压电陶瓷形变带动毛细玻璃管发生形变，用于对液滴进行缓冲作用。
所述的压电缓冲喷头包括压电缓冲喷头包括：压电陶瓷驱动器、液压放大壳和供液壳，液压放大壳位于压电陶瓷驱动器和供液壳中部，放大膜片安装在压电陶瓷驱动器和液压放大壳连接处，密封环安装在液压放大壳和供液壳连接处，形成三个独立的腔体，分别为压电驱动腔、液压放大腔和供液腔。
所述的放大膜片安装在压电陶瓷驱动器和液压放大壳连接处，通过放大膜片密封圈进行两侧密封，压电驱动腔安装有压电陶瓷驱动器，位于压电驱动壳和放大膜片中部，压电陶瓷驱动器上方安装预警螺栓，调节预警螺栓用于控制压电陶瓷驱动器和放大膜片接触效果。
所述的液压放大壳和供液壳连接处安装有密封环，通过密封环密封圈进行两侧密封，液压放大壳中间有弹簧安装孔,用于安装弹簧，弹簧下方安装撞针，撞针移动盘下表面安装驱动膜片，驱动膜片与弹簧安装孔连接，撞针顶针部分穿过驱动膜片和供液壳，与压电缓冲喷头接触。
所述供液壳左侧安装有液路管，液路管上方安装储液瓶，储液瓶内部填装液态金属并连接气压控制器，供液壳下方安装氮气导流器，供液壳和氮气导流器中间通过氮气密封环密封，压电缓冲喷头安装在供液壳上，压电缓冲喷头中间安装有喷头密封环，压电缓冲喷头下方通过氮气导流器进行固定，氮气导流器侧面安装氮气接头连接氮气，氮气用于防止液态金属形成的液滴被氧化。
所述压电缓冲喷头包括压电缓冲喷头撞击环、粘结胶、压电缓冲喷头外壳、毛细玻璃管、压电陶瓷、压电陶瓷粘结胶、压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线，压电缓冲喷头撞击环中心为圆锥孔，与撞针顶针匹配，压电缓冲喷头撞击环通过粘结胶与毛细玻璃管粘结，压电陶瓷为筒状结构，套在毛细玻璃管外部，使用压电陶瓷粘结胶粘结，压电陶瓷上下两侧连接压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线，通过给压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线施加电压信号，可以使压电陶瓷发生形变从而带动毛细玻璃管形变，喷头外壳通过胶体与压电缓冲喷头撞击环粘结，毛细玻璃管穿过喷头外壳同心孔。
所述的氮气密封环与氮气导流器密封形成氮气腔，氮气通过氮气接头输入到氮气腔被压缩，通过氮气导流通道形成环形高速气流，使喷嘴处形成致密的氮气墙，使喷嘴处充满氮气。
一种所述常温条件液态金属微分配装置的方法，其特征在于：
A.将液态金属填装入储液瓶；
B.储液瓶施加气体压力，液态金属通过液路管输入到供液腔；
C.给压电陶瓷驱动器输入信号使压电陶瓷驱动器发生纵向膨胀，挤压放大膜片使其向下膨胀，液压材料推动驱动膜片运动，推动撞针向上运动；
D.压电缓冲喷头内液滴通道填充溶液；
E.压电陶瓷驱动器信号断开，压电陶瓷驱动器发生纵向收缩，挤压放大膜片使其向上复原，弹簧推动撞针向下运动，撞针将液态金属从液滴通道挤出；
F.压电缓冲喷头施加电信号，毛细玻璃管发生形变，液滴状态保持稳定。
本发明同现有技术相比，其优点在于：
1.通过对传统压电撞针式喷头结构进行改造，有效避免了在微液滴产生过程中伴随大量卫星液滴的产生的情况，适用于在分配微量液态金属。
2.压电缓冲喷头中心为毛细玻璃管，毛细玻璃管外有缓冲压电陶瓷，当撞针将金属墨水挤到压电缓冲喷头时，金属墨水通过压电缓冲喷头的狭窄通道形成液滴，液滴的势能变大，通过缓冲压电陶瓷带动毛细玻璃管发生形变，可以对形成的液滴进行缓冲作用，降低其势能，使液滴在经过喷嘴时速度降低，从而减少卫星液滴的产生，氮气导流器内部填充氮气，并形成一个环形的氮气墙，可以避免氧气对液滴的快速氧化。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明局部结构示意图；
图中：1.预警螺栓 2.压电驱动壳 3.压电陶瓷驱动器 4.放大膜片 5.放大膜片密封圈6.液压放大壳 7.液压材料 8.密封环密封圈 9.密封环 10.供液壳 11.压电缓冲喷头信息线安装通道 12.压电缓冲喷头 13.氮气导流器 14.储液瓶 15.弹簧 16.驱动膜片 17.液路管 18.撞针 19.氮气密封环 20.氮气接头 21.喷头密封环 22.氮气导流通道 23.液滴通道 24.压电缓冲喷头撞击环 25.粘结胶 26.压电缓冲喷头外壳 27.毛细玻璃管 28.压电陶瓷 29.压电陶瓷粘结胶 30.压电陶瓷正极导线 31.压电陶瓷负极导线 32.撞击面33.喷嘴 34.压电驱动腔 35.液压放大腔 36.供液腔 37.弹簧安装孔 38.移动盘 39.顶针40.胶体 41.氮气腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示
压电驱动单元包含：预警螺栓1，压电驱动壳2，压电陶瓷驱动器3，放大膜片4，放大膜片密封圈5,；液压放大单元包括：液压放大壳6、液压材料7、密封环密封圈8、密封环9、弹簧15、驱动膜片16、撞针18；压电缓冲喷射单元包括：供液壳10、压电缓冲喷头12、氮气导流器13、液路管17、储液瓶14、氮气接头20；压电缓冲喷头包括：压电陶瓷驱动器3、液压放大壳6、供液壳10通过螺纹连接作为装置的装置的主体，液压放大壳6位于压电陶瓷驱动器3和供液壳10中部，通过液压放大壳6两侧螺纹连接；放大膜片4安装在压电陶瓷驱动器3和液压放大壳6连接处，密封环9安装在液压放大壳6和供液壳10连接处，装置形成3个独立的腔体，分别为压电驱动腔34，液压放大腔35，供液腔36。
放大膜片4安装在压电陶瓷驱动器3和液压放大壳6连接处，通过放大膜片密封圈5进行两侧密封，压电驱动腔34安装有压电陶瓷驱动器3，位于压电驱动壳2和放大膜片4中部，压电陶瓷驱动器3上方安装预警螺栓1，调节预警螺栓1用于控制压电陶瓷驱动器3和放大膜片4接触效果。
密封环9安装在液压放大壳6、供液壳10连接处，通过密封环密封圈8进行两侧密封，液压放大壳6中间有弹簧安装孔37,安装弹簧15，弹簧15下方安装撞针18接触撞针18移动盘38上表面，移动盘38下表面安装驱动膜片16，驱动膜片16通过螺纹与安装孔37连接；撞针18顶针39部分穿过驱动膜片16，供液壳10，与压电缓冲喷头12接触。
供液壳10左侧安装有液路管17，液路管17上方安装储液瓶14，储液瓶14内部填装液态金属并连接气压控制器；供液壳10下方安装氮气导流器13，供液壳10和氮气导流器13中间通过氮气密封环19密封，压电缓冲喷头12安装在供液壳10，中间安装有喷头密封环21，压电缓冲喷头12下方通过氮气导流器13进行固定，氮气导流器13侧面安装氮气接头20连接氮气，氮气用于防止液态金属形成的液滴被氧化。
如图2所示，所用到的压电缓冲喷头12包含压电缓冲喷头撞击环24、粘结胶25、压电缓冲喷头外壳26、毛细玻璃管27、压电陶瓷28、压电陶瓷粘结胶29、压电陶瓷正极导线30、电陶瓷负极导线31；压电缓冲喷头撞击环24中心为圆锥孔，与撞针18的顶针39匹配，压电缓冲喷头撞击环24通过粘结胶25与毛细玻璃管27粘结，压电陶瓷28为筒状结构，套在毛细玻璃管27外部，使用压电陶瓷粘结胶29粘结，压电陶瓷28上下两侧连接压电陶瓷正极导线30、电陶瓷负极导线31，通过给压电陶瓷正极导线30、电陶瓷负极导线31施加电压信号，可以使压电陶瓷28发生形变从而带动毛细玻璃管27形变，喷头外壳26通过胶体40与压电缓冲喷头撞击环24粘结，毛细玻璃管27穿过喷头外壳26同心孔。
如图1所示为氮气导流器13结构图，氮气密封环21与氮气导流器13密封形成氮气腔41，氮气通过氮气接头20输入到氮气腔41被压缩，通过氮气导流通道22形成环形高速气流，使喷嘴处形成致密的氮气墙，使喷嘴处充满氮气氛围。
使用方法具体如下：
将液态金属填装入储液瓶14，储液瓶14施加气体压力，液态金属通过液路管17输入到供液腔36，给压电陶瓷驱动器3输入信号使压电陶瓷驱动器3发生纵向膨胀，挤压放大膜片4使其向下膨胀，使液压材料7推动驱动膜片16运动，推动撞针18向上运动，压电缓冲喷头12内液滴通道23填充溶液，此时压电陶瓷驱动器3信号断开，压电陶瓷驱动器3发生纵向收缩，挤压放大膜片4使其向上复原，弹簧15推动撞针18向下运动，撞针18降液态金属从液滴通道23挤出，挤出过程中，压电缓冲喷头施加电信号，毛细玻璃管27发生形变，使液滴状态保持稳定。

Claims (8)

1.一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于包括
一压电陶瓷驱动器，通过电信号后能产生形变，
一放大膜片，与压电陶瓷驱动器连接，压电陶瓷驱动器产生的形变会传递至放大膜片，并促使其产生形变，
液压材料，设置于液压放大腔内，液压放大腔与放大膜片连接，放大膜片产生形变带动液压材料向下流动，
一驱动膜片，设置于液压放大腔内部或底部，液压材料向下流动挤压驱动膜片，
一撞针，与驱动膜片连接，驱动膜片形变推动撞针向上运动，撞针顶部设有弹簧，
一压电缓冲喷头，设置于撞针底部，压电缓冲喷头中心为毛细玻璃管，毛细玻璃管外设有缓冲压电陶瓷，缓冲压电陶瓷形变带动毛细玻璃管发生形变，用于对液滴进行缓冲作用。
2.如权利要求1所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述的压电缓冲喷头包括压电缓冲喷头包括：压电陶瓷驱动器、液压放大壳和供液壳，液压放大壳位于压电陶瓷驱动器和供液壳中部，放大膜片安装在压电陶瓷驱动器和液压放大壳连接处，密封环安装在液压放大壳和供液壳连接处，形成三个独立的腔体，分别为压电驱动腔、液压放大腔和供液腔。
3.如权利要求1所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述的放大膜片安装在压电陶瓷驱动器和液压放大壳连接处，通过放大膜片密封圈进行两侧密封，压电驱动腔安装有压电陶瓷驱动器，位于压电驱动壳和放大膜片中部，压电陶瓷驱动器上方安装预警螺栓，调节预警螺栓用于控制压电陶瓷驱动器和放大膜片接触效果。
4.如权利要求2所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述的液压放大壳和供液壳连接处安装有密封环，通过密封环密封圈进行两侧密封，液压放大壳中间有弹簧安装孔,用于安装弹簧，弹簧下方安装撞针，撞针移动盘下表面安装驱动膜片，驱动膜片与弹簧安装孔连接，撞针顶针部分穿过驱动膜片和供液壳，与压电缓冲喷头接触。
5.如权利要求2所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述供液壳左侧安装有液路管，液路管上方安装储液瓶，储液瓶内部填装液态金属并连接气压控制器，供液壳下方安装氮气导流器，供液壳和氮气导流器中间通过氮气密封环密封，压电缓冲喷头安装在供液壳上，压电缓冲喷头中间安装有喷头密封环，压电缓冲喷头下方通过氮气导流器进行固定，氮气导流器侧面安装氮气接头连接氮气，氮气用于防止液态金属形成的液滴被氧化。
6.如权利要求1所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述压电缓冲喷头包括压电缓冲喷头撞击环、粘结胶、压电缓冲喷头外壳、毛细玻璃管、压电陶瓷、压电陶瓷粘结胶、压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线，压电缓冲喷头撞击环中心为圆锥孔，与撞针顶针匹配，压电缓冲喷头撞击环通过粘结胶与毛细玻璃管粘结，压电陶瓷为筒状结构，套在毛细玻璃管外部，使用压电陶瓷粘结胶粘结，压电陶瓷上下两侧连接压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线，通过给压电陶瓷正极导线和压电陶瓷负极导线施加电压信号，可以使压电陶瓷发生形变从而带动毛细玻璃管形变，喷头外壳通过胶体与压电缓冲喷头撞击环粘结，毛细玻璃管穿过喷头外壳同心孔。
7.如权利要求5所述的一种常温条件液态金属的微分配装置，其特征在于：所述的氮气密封环与氮气导流器密封形成氮气腔，氮气通过氮气接头输入到氮气腔被压缩，通过氮气导流通道形成环形高速气流，使喷嘴处形成致密的氮气墙，使喷嘴处充满氮气。
8.一种采用权利要求1所述常温条件液态金属微分配装置的使用方法，其特征在于：
A.将液态金属填装入储液瓶；
B.储液瓶施加气体压力，液态金属通过液路管输入到供液腔；
C.给压电陶瓷驱动器输入信号使压电陶瓷驱动器发生纵向膨胀，挤压放大膜片使其向下膨胀，液压材料推动驱动膜片运动，推动撞针向上运动；
D.压电缓冲喷头内液滴通道填充溶液；
E.压电陶瓷驱动器信号断开，压电陶瓷驱动器发生纵向收缩，挤压放大膜片使其向上复原，弹簧推动撞针向下运动，撞针将液态金属从液滴通道挤出；
F.压电缓冲喷头施加电信号，毛细玻璃管发生形变，液滴状态保持稳定。
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