CN111055492A - 一种基于3d打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置 - Google Patents

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高山山
逄燕
钟希祥
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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，属于增材制造技术领域。其结构主要包括柔性铰链放大机构、压电元件、连接管、绝热环、罩壳、挤出撞针、挤出通道、保温腔和加热棒。本发明解决了尺寸较小的压电元件因驱动距离小而无法使高粘度熔料挤出喷嘴的难题，拓宽了3D打印压电驱动式喷射装置选择材料的范围。

Description

一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置
技术领域
本发明涉及一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，属于增材制造领域。
背景技术
3D打印压电驱动喷射技术是增材制造技术的一种，该技术是基于“离散-叠加”的成形原理，先控制液态熔料生成均匀的微滴，然后通过基板的运动使熔融微滴沉积在基板的指定位置，实现逐点、逐层的堆积，最终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。
3D打印压电驱动式喷射装置的驱动源是压电元件，压电元件收到电压的激励后，在施加激励的竖直方向上会发生极化，产生逆压电效应，使压电元件在其竖直方向上产生位移形变。目前的3D打印压电式喷射装置由于尺寸的限制，其所用到的压电元件尺寸也较小，而压电元件的位移形变量与其尺寸在一定范围内成正比关系，这就限制了压电元件所提供的驱动距离，使其不能够喷射粘度较高的材料，限制了压电驱动式喷射技术的发展。
因此，本发明提出一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其具有重要的科研与应用价值。
发明内容
针对背景技术中所提到的问题，本发明提出了一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，该装置可以喷射较高粘度的熔融材料，对拓宽3D压电驱动式喷射装置的选材范围具有重要的实际应用意义，具有较高的科研应用价值，其采用的技术方案如下：
本发明所采用的技术方案为一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，包括：柔性铰链放大机构(1)、压电元件(2)、连接管(3)、绝热环(4)、罩壳(5)、挤出撞针(6)、挤出通道(7)、保温腔(8)和加热棒(9)。
柔性铰链放大机构(1)通过螺钉安装于罩壳(5)内壁上方，压电元件(2)固定于柔性铰链放大机构(1)的中间，连接管(3)通过螺纹安装在罩壳(5)上，挤出撞针(6)通过螺纹安装在柔性铰链放大机构(1)上，连接管(3)和挤出通道(7)之间设置绝热环(4)，保温腔(8)通过螺纹与挤出通道(7)连接，加热棒(9)固定于保温腔(8)上的小孔内。
柔性铰链放大机构(1)通过螺钉安装于罩壳(5)内壁上方，进行自由拆卸与安装。
压电元件(2)固定于柔性铰链放大机构(1)的中间，保证柔性铰链放大机构的整体受力平衡。
连接管(3)通过螺纹连接到罩壳(5)和挤出通道(7)。
出撞针(6)通过螺纹安装在柔性铰链放大机构(1)上。
连接管(3)和挤出通道(7)之间设置绝热环(4)，阻隔保温腔的热量传递到压电元件，保证压电元件的正常工作。
保温腔(8)通过螺纹与挤出通道(7)连接。
加热棒(9)固定于保温腔(8)上的小孔内，加热棒(9)的加热方式是电阻加热。
在3D打印过程中，该3D打印压电式喷射装置能够完成较高粘度熔料的喷射要求，拓宽3D压电式喷射装置的选材范围，对3D打印压电式喷射装置的研发有重要的实际意义。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
1、该发明设计合理、结构简单、便于加工和安装。
2、该装置设计合理，各主要部件相互独立，通过螺纹、螺钉连接，方便更换，便于维修。
3、柔性铰链放大机构的设计增加了压电元件所带来的驱动距离，能够满足喷射较高粘度熔料的要求。
附图说明
图1是本发明整体的结构示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的侧视图。
图4是本发明的轴测图。
图中：1.柔性铰链放大机构 2.压电元件 3.连接管 4.绝热环 5.罩壳 6.挤出撞针 7.挤出通道 8.保温腔 9.加热棒。
具体实施方式
如图1所示的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，当送料装置将熔料送至保温腔8并保持恒压，加热棒9对熔料进行加热保温。绝热环4阻隔保温腔8的热量传递给压电元件2，使压电元件2的温度保持在其居里温度以下并能够正常工作。罩壳5对柔性铰链放大机构1和压电元件2起到保护作用。压电元件2接通电压后，在竖直方向上发生形变，柔性铰链放大机构1将形变位移进行放大，并带动挤出撞针6向下运动，挤出撞针6作用于保温腔8内的熔料，使熔料从保温腔8底部的喷嘴喷出。
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
所述压电元件2材料为压电陶瓷元件，其外形尺寸为7mm×7mm×32.5mm，在施加电压为200V时，其最大形变量为45μm。所述柔性铰链放大机构1材料为65Mn钢，可以根据其尺寸确定放大倍数。绝热环4的材料为碳酸铝纤维，挤出撞针6、保温腔8、罩壳5、连接管3和挤出通道7的材料均为结构钢，熔料材料为锡合金。
如图1所示的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，锡合金熔料通过送料装置被送至保温腔8内部，加热棒9加热，保证锡合金一直处于熔融状态。绝热环4阻隔保温腔8的热量传递给压电陶瓷元件2，使压电陶瓷元件2的温度保持在其居里温度以下并能够正常工作。压电陶瓷元件2接通电压后，在竖直方向上发生形变，柔性铰链放大机构1将形变位移进行放大，并带动挤出撞针6向下运动，挤出撞针6作用于保温腔8内的熔料，使熔融锡合金从保温腔8底部的喷嘴喷出。

Claims (5)

1.一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其特征在于：包括柔性铰链放大机构(1)、压电元件(2)、连接管(3)、绝热环(4)、罩壳(5)、挤出撞针(6)、挤出通道(7)、保温腔(8)和加热棒(9)；
柔性铰链放大机构(1)通过螺钉安装于罩壳(5)内壁上方，压电元件(2)固定于柔性铰链放大机构(1)的中间，连接管(3)通过螺纹安装在罩壳(5)上，挤出撞针(6)通过螺纹安装在柔性铰链放大机构(1)上，连接管(3)和挤出通道(7)之间设置绝热环(4)，保温腔(8)通过螺纹与挤出通道(7)连接，加热棒(9)固定于保温腔(8)上的小孔内。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其特征在于：压电元件(2)保证柔性铰链放大机构的整体受力平衡。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其特征在于：绝热环(4)阻隔保温腔的热量传递到压电元件，保证压电元件的正常工作。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其特征在于：锡合金熔料通过送料装置被送至保温腔(8)内部，加热棒(9)加热，保证锡合金一直处于熔融状态；绝热环(4)阻隔保温腔(8)的热量传递给压电陶瓷元件(2)，使压电陶瓷元件(2)的温度保持在其居里温度以下并能够正常工作；压电陶瓷元件(2)接通电压后，在竖直方向上发生形变，柔性铰链放大机构(1)将形变位移进行放大，并带动挤出撞针(6)向下运动，挤出撞针(6)作用于保温腔(8)内的熔料，使熔融锡合金从保温腔(8)底部的喷嘴喷出。
5.根据权利要求4所述的一种基于3D打印压电驱动式高粘度熔料喷射装置，其特征在于：绝热环(4)的材料为碳酸铝纤维，挤出撞针(6)、保温腔(8)、罩壳(5)、连接管(3)和挤出通道(7)的材料均为结构钢，熔料材料为锡合金。
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