CN112916857B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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，属于增材制造技术领域。其结构主要包括端盖、连通器、引流器、坩埚和外壳和电感线圈。目前，在微滴喷射增材制造技术领域，高粘度、高界面张力的金属熔体生成小尺寸微滴仍存在不足，致使打印的工件存在成形精度较低等问题。本发明通过辅助气路的气流提供外部扰动，使从喷嘴挤出的射流因气流剪切力的作用提前断裂，从而减小生成微滴的尺寸，能够改善打印工件的表面粗糙度及成形质量。

Description

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
技术领域
本发明涉及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，属于增材制造技术领域。
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。
目前，在微滴喷射增材制造技术领域，非金属材料微滴喷射技术已经较为成熟，但高粘度、高界面张力的金属熔体生成小尺寸微滴仍存在不足，致使打印的金属工件仍存在成形精度较低等问题，严重影响工件的成形质量。
因此，本发明提出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，通过辅助气路的气流提供外部扰动，使从喷嘴挤出的射流因气流剪切力的作用提前断裂，从而减小生成微滴的尺寸，能够改善打印工件的表面粗糙度及成形质量，其具有重要的科研与实际应用价值。
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，可以减小生成微滴的尺寸，从而改善打印工件的表面粗糙度及成形质量，其具有重要的科研与实际应用价值，其采用的技术方案如下：
本发明所采用的技术方案为本发明提出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，主要由端盖(1)、连通器(2)、引流器(3)、坩埚(4)、外壳(5)和电感线圈(6)组成。
端盖(1)通过螺纹与连通器(2)相连接，端盖(1)上设有进气孔(13)、排气孔(14)、压力调节螺纹孔(15)和温度传感器孔(16)。连通器(2)通过阶梯孔同轴固定引流器(3)，引流器(3)上设有喷射气入口(11)、补液气入口(10)和喷射气出口(9)。连通器(2)通过螺纹与坩埚(4)相连接，坩埚(4)下端设有喷口(7)。连通器(2)通过螺纹与外壳(5)相连接，外壳(5)下端设有孔口(8)，外壳(3)侧面设有辅助气路进气孔(12)。电感线圈(6)与外壳(5)同轴，且电感线圈(6)的最高点低于辅助气路进气孔(12)的最低点。电感线圈(6)与外部电感加热装置相连接。
在3D打印过程中，降低生成微滴的直径是提高工件打印质量的重要途径，该喷射装置通过调节辅助气路的气流量调节施加在射流表面的剪切力，使射流提前断裂，从而有效减小了生成微滴的尺寸，提高了工件的成形精度，满足对不同条件下工作要求。
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，通过螺纹连接，方便更换，便于维修。
3、该装置成本低。装置各部件均由石墨加工而成，有较高的密封性。
4、引流器的设计。引流器将从进气口进入的脉冲气流分为两路气体，一路气体从喷射气入口进入，用于微滴的喷射，另一路气体从补液入口进入，用于喷射液体液面的补充，为下次生成微滴提供条件。
5、辅助气路的设计。气体从辅助气路进气孔进入喷头，作用于熔体射流表面，提供的剪切力使熔体射流提前断裂，能够生成小尺寸的金属微滴。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图的主视图及剖视图。
图2是本发明整体结构示意图的左视图。
图3是本发明整体结构示意图的俯视图。
图4是图1中A-A剖视图。
图中：1.端盖2.连通器3.引流器4.坩埚5.外壳6.电感线圈7.喷口8.孔口9.喷射器出口10.补液气入口11.喷射气入口12.辅助气路进气孔13.进气孔14.排气孔15.压力调节螺纹孔16.温度传感器孔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图所示的一种气相辅助生成小尺寸金属微滴的按需气动喷射装置，恒压气体通过电磁阀后形成方形脉动气压，脉动气体通过进气孔(13)进入喷腔内部，引流器(3)将脉动气体分为两路，一路气体喷射气入口(11)进入坩埚(4)内，直接作用于坩埚内的熔融液体，使熔体从喷口(7)挤出，通过孔口(8)喷出，另一路气体从补液气入口(10)进入坩埚内，用于挤出熔体液面的补充，并为下次熔体的挤出做准备。
通过旋转压力调节螺纹孔(15)内的螺栓调节排气孔(14)的大小，进而调节喷腔内的压力，是腔内的压力始终保持在动态平衡的状态。
通过温度传感器孔(16)内的温度传感器实时监测喷腔内的温度。电感线圈(6)与外部电感加热装置相连，与温度传感器协同作用，保持喷腔内的温度恒定。
辅助气体从辅助气路进气孔(12)进入喷头作用于熔体射流表面，提供的剪切力使熔体射流提前断裂，生成小尺寸的金属微滴。

Claims (3)

1.一种气相辅助生成小尺寸金属微滴的按需气动喷射装置，其特征在于：端盖（1）通过螺纹与连通器（2）相连接，连通器（2）通过阶梯孔同轴固定引流器（3），引流器（3）上设有喷射气入口（11）、补液气入口（10）和喷射气出口（9）；连通器（2）通过螺纹与坩埚（4）相连接，坩埚（4）下端设有喷口（7）；连通器（2）通过螺纹与外壳（5）相连接，外壳（5）下端设有孔口（8），外壳（5）侧面设有辅助气路进气孔（12）；电感线圈（6）与外壳（5）同轴，且电感线圈（6）的最高点低于辅助气路进气孔（12）的最低点；
端盖（1）上设有进气孔（13）、排气孔（14）和温度传感器孔（16）；
外壳（5）与电感线圈（6）同轴固定且不相互接触，电感线圈（6）固定于外部电感加热装置；
恒压气体通过电磁阀后形成方形脉动气压，方形脉动气体通过进气孔（13）进入喷腔内部，引流器（3）将脉动气体分为两路，一路气体喷射气入口（11）进入坩埚（4）内，直接作用于坩埚内的熔融液体，使熔体从喷口（7）挤出，通过孔口（8）喷出，另一路气体从补液气入口（10）进入坩埚内，用于挤出熔体液面的补充，并为下次熔体挤出做准备；
通过旋转压力调节螺纹孔（15）内的螺栓调节排气孔（14）的大小，进而调节喷腔内的压力，使腔内的压力始终保持在动态平衡的状态。
2.根据权利要求1所述的一种气相辅助生成小尺寸金属微滴的按需气动喷射装置，其特征在于：通过温度传感器孔（16）内的温度传感器实时监测喷腔内的温度；电感线圈（6）与外部电感加热装置相连，与温度传感器协同作用，保持喷腔内的温度恒定。
3.根据权利要求1所述的一种气相辅助生成小尺寸金属微滴的按需气动喷射装置，其特征在于：辅助气体从辅助气路进气孔（12）进入喷头作用于熔体射流表面，提供的剪切力使熔体射流提前断裂，生成小尺寸的金属微滴。
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