[发明专利]一种石英金属复合结构防堵塞微喷枪系统

说明书

技术领域

本发明属于基于颗粒高速喷射的增材制造技术领域，具体涉及一种石英金属复合结构防堵塞微喷枪系统。

背景技术

目前，增材制造技术发展迅速，正向着多功能化多材料复杂结构零件的一体化快速制造方向发展。而同步完成多种材料复杂结构零件的三维自由成形，加工工艺必须摆脱材料熔点的限制，这使得基于颗粒熔化再凝固的热态加工工艺变得不再适用。相反，冷态加工工艺是在低于材料熔点的工艺温度下通过塑性变形实现颗粒或片材的结合，能实现熔点相差较大的异质材料的同时成形。典型工艺有冷喷涂成形工艺，在该工艺过程中，金属或非金属颗粒在高于其“临界沉积速度”的条件下高速撞击工作表面，产生“绝热剪切失稳”效应，形成沉积。而“临界沉积速度”一般为几百米每秒。

将金属或非金属颗粒加速至如此高的速度，绝大多数研究中都使用拉瓦尔喷枪。拉瓦尔喷枪通过其截面收缩再扩张的变化，完成气流从亚声速到超声速的加速。但是由于扩张段的存在，喷枪的出口尺寸较大，粒子束的分散不能控制，其空间分辨率较低，不能独立控制成形精度。Pattison等人利用该喷枪沉积了Ti半球，但是成形件精度由模具控制，非三维自由成形。

若将该冷态加工工艺改进作为一种增材制造技术，必须使得工艺系统能自主控制成形精度。因此必须改进喷枪结构，使其在具备高加速性能的同时，能够控制粒子束的分散。Alexey Sova等人利用内径0.5mm医用针管当直管喷枪进行了铜粉沉积的初步研究，常温下利用氦气在4.0MPa下形成了1mm宽，厚度只有20um-30um的直线沉积，在实验中，尽管将送粉量调至很低，依旧出现了喷枪堵塞的情况。而利用微小尺寸喷枪(出口直径小于1mm)实现微米级金属颗粒的加速时，喷枪堵塞问题是常见且很难避免的。其提出需要定做专用送粉器解决堵塞问题。

微小尺寸直管喷枪具有足够的加速性能和空间分辨率，保证了颗粒高速喷射作为一种增材制造工艺的精度要求，但是其极易堵塞，对工艺的稳定性造成很大不利影响。因此，目前基于颗粒高速喷射的增材制造工艺急需解决微小尺寸直管喷枪易堵塞的难题。定做专用送粉器的做法成本较大，且减小送粉量和利用粉末分离器减缓了喷枪的堵塞情况，不便于研究喷枪堵塞的机理，不能从根本上解决堵塞的发生。于是，能够通过微喷枪本身的结构设计来解决该问题是最合理的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石英金属复合结构防堵塞微喷枪系统，主要用于颗粒高速喷射的增材制造工艺中，压力4MPa以下粉末粒度为0-100um的气固两相流的加速，其在保证极高的空间分辨率的同时，大幅降低微小尺寸直管喷枪的堵塞几率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种石英金属复合结构防堵塞微喷枪系统，包括微喷枪4，微喷枪支架7的外螺纹端抵住微喷枪4前端法兰4-1，微喷枪4的前端法兰4-1与微喷枪支架7的外螺纹端之间设有密封圈5，微喷枪支架7穿过紧固件6的内孔，紧固件6抵住微喷枪支架7的轴环7-1，微喷枪4的前端通过微喷枪支架7的外螺纹与预先装有第一垫片3的送粉软管接头2出口连接，送粉软管接头2入口和送粉软管1连接，微喷枪4的后端通过紧固件6的内螺纹与预先装有第二垫片8的系统支架9外螺纹连接，微喷枪4采用石英材料通过高温热加工的方法制造。

所述的微喷枪4的前端为第一直管Ⅰ，后端为第二直管Ⅲ，第一直管Ⅰ和第二直管Ⅲ之间为收缩段Ⅱ，第一直管Ⅰ、收缩段Ⅱ、第二直管Ⅲ共同构成收缩-直壁结构；第二直管Ⅲ内径为0.1mm-1mm，长度为20mm-80mm。

所述的微喷枪4通过超声波水洗去除内壁上的粉末附着，保证其长期稳定的工作。

所述的送粉软管接头2、紧固件6、微喷枪支架7与系统支架9由金属材料制作而成。

所述的微喷枪支架7与送粉软管接头2通过细牙螺纹旋紧，且第一垫片3与密封圈5在两侧夹紧微喷枪4前端法兰4-1，保证微喷枪4的气密性。

所述的第一垫片3与第二垫片8均采用弹性材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明由于采用了石英材料做成微喷枪4，利用了石英材料的导流性，大幅降低了微小尺寸直管喷枪的堵塞几率；利用了石英材料的透明性，使得方便观察微喷枪4内壁上金属颗粒的附着情况，从而分析堵塞的原因，并进一步优化微喷枪4的尺寸结构设计；利用毛细石英管可超声波水洗的特性，使得微喷枪4可通过超声波水洗去除内壁附着颗粒，保证其长期稳定工作。