[发明专利]一种金属熔液3D打印喷头及打印方法

权利要求书

1.一种金属熔液3D打印喷头，其特征在于：它包括喷头本体和气压供给系统，所述喷头本体包括气腔壳体（2），气腔壳体（2）内部设置有活塞（1），活塞（1）的活塞杆与压电陶瓷相连提供动力，气腔壳体（2）和壳体底座（17）共同形成气腔（3），壳体底座（17）的左侧加工有进料通道（18），进料通道（18）的顶部设置有补料口（9），壳体底座（17）的底部安装有坩埚（8），坩埚（8）的外部设置有加热器（5），坩埚（8）的底座安装有坩埚端盖（6），坩埚（8）通过坩埚端盖（6）密封有熔液腔（7），在熔液腔（7）和气腔（3）之间设置有陶瓷薄片（10），坩埚端盖（6）的中心加工设置有喷嘴（19），所述壳体底座（17）的右侧加工有进气口（4），所述气压供给系统与进气口（4）相连，所述气压供给系统包括稳压回路和调压回路，调压回路与进气口（4）相连，稳压回路与调压回路相连；

所述调压回路包括单向阀（11）和溢流阀（12），单向阀（11）与溢流阀（12）并联，并联回路的左侧回路与进气口（4）相连通，右侧回路与稳压回路相连；

所述补料口（9）与补料罐相连，所述补料罐内部安装有气压泵，能够保证其内部气压稳定。

2.根据权利要求1所述一种金属熔液3D打印喷头，其特征在于：所述稳压回路包括气泵（16）、气动单向阀（15）、储气罐（14）和安全阀（13），所述储气罐（14）与调压回路相连，储气罐（14）之后安装有气动单向阀（15），在气动单向阀（15）和储气罐（14）之间并联有安全阀（13），气动单向阀（15）之后连接有气泵（16）。

3.根据权利要求1所述一种金属熔液3D打印喷头，其特征在于：所述气腔（3）内部的压缩气体为氦气。

4.根据权利要求2所述一种金属熔液3D打印喷头，其特征在于：所述稳压回路中的安全阀（13）的卸荷压力P1能够保证回路中有稳定的气压输出使其等于P1，所述调压回路中的溢流阀（12）的卸荷压力P0能够保证打印时气腔（3）中所需的最大压力等于P0，当气腔（3）中某时刻的实际压力P2大于P0，溢流阀（12）自动打开卸荷，若P2小于P1，单向阀（11）自动打开向气腔（3）充气，在调节和设定压力时，需保证P1<P0。

5.根据权利要求1所述一种金属熔液3D打印喷头，其特征在于：所述陶瓷薄片（10）与气腔（3）相接触的上端面为非对称凸台面，陶瓷薄片（10）被限制在气腔（3）的进气口（4）和熔液腔（7）的进料通道（18）之间，并沿轴向在气腔壳体（2）的下端面（20）和坩埚（8）的上端面（21）之间小距离往复运动，当活塞（1）压缩气腔（3）内气体使陶瓷薄片（10）向熔液腔（7）移动时，熔液受挤压，陶瓷薄片（10）逐渐遮挡进料通道（18），直到其向下运动到极限位置到达坩埚（8）的上端面（21），形成一个节流孔，防止受压的熔液从进料通道（18）回流；在活塞（1）回复过程中，熔液由节流孔进入熔液腔（7），陶瓷薄片（10）在熔液的浮力作用下移动至与气腔壳体（2）的下端面（20）接触，进料通道被逐渐打开，此时起到隔断气腔与熔液腔的作用，同时气腔（3）完成充气，为保证顺利补料，与补料口（9）连接的补料罐内需保持一定的压力P3，设定P3=P1。

6.采用权利要求1-5任意一项一种金属熔液3D打印喷头的打印方法，其特征在于，它包括以下步骤，1）调试过程，开始调试时，通过稳压回路给气腔（3）充气，同时设定安全阀（13）的卸荷压力为P1，活塞（1）在压电陶瓷的驱动下压缩气腔（3）内部气体，使气腔（3）压力升高到某个设定值P0，此后活塞继续挤压，在气腔压力的作用下，有熔液从喷嘴（19）挤出，如果熔液未能成滴，调节溢流阀（12）来改变P0的大小，直到可打印均匀一致的微滴；

2）打印过程，当系统调试好后，使活塞（1）回到初始位置，如果在上一阶段活塞压缩气体过程中，气腔内部气体存在泄漏，则气腔内部的压力值会小于P1，此时储气罐（14）中的气体就会经单向阀（11）进入气腔自动进行补充，此后活塞（1）在压电陶瓷的驱动下压缩气腔内部密封的气体，使熔液以微滴形式喷出，按预先设计好的路径移动喷头，并重复以上打印过程，即可连续打印，若需调节打印频率，只需调节压电陶瓷激励电压的频率即可。

7.根据权利要求6所述打印方法，其特征在于，步骤1）中气腔（3）压力升高到某个设定值P0，其中P0值和溢流阀（12）的设定压力值相等。