[发明专利]液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印设备技术领域，尤其涉及一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机。

背景技术

3D打印技术是快速成型技术的一种，又称增材制造技术，是一种以计算机设计的数字模型文件为基础，以物件本身的材料，例如尼龙材料、石膏材料、金属材料、橡胶等材料为“墨水”，并以不同层构建创建部件。通常是利用熔融沉积式(简称FDM)、电子束自由成形制造(简称EBF)、分层实体制造(简称LOM)等方法，将塑料、金属或陶瓷粉末等墨水材料通过逐层打印的方式来制造物品。

对于纯金属、合金等材料的3D打印，目前大多采用的是选择性激光烧结技术(简称SLS)、激光工程化净成形技术(简称LENS)和电子束选区熔化技术(简称EBSM)三种典型工艺。在这些工艺中均采用金属粉末作为打印墨水，并在气体中进行冷却成型。综合应用了计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术、材料科学、精密机械控制等多方面的知识和技术的3D金属打印技术，相比传统的减材制造技术，金属的3D打印大大缩短了产品研制周期，加快了新产品的制造速度，降低了成本，在珠宝、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业，以及其他领域都有广泛的应用前景。因此3D金属打印是当前金属制造技术的一个重要发展方向。但由于常规金属材料如铜、铝等熔点极高，往往需要极高的烧结温度，因此打印过程耗能高，控制难度大；部件在常规的空气冷却中效果较弱，结构件凝固成型时间过长，打印过程的控制困难，亟需改进；此外，熔融金属或金属粉末的输运和喷射过程复杂，一般采用机械泵及运动 部件加以控制，这些因素均导致此类传统金属打印设备整体结构庞大而且复杂，价格昂贵，因而不易普及到大众或家庭中使用。

低熔点液态金属还没有被用于打印材料，但低熔点金属热导率大，粘度低，熔化凝固过程容易实现，其在打印技术领域的应用是一个全新的课题。

此外，传统的金属3D打印技术在尺寸上仍然有限制，最小的尺寸只能达到100至几百微米的量级，从很大程度上制约了现有的金属3D打印技术的发展。

鉴于上述背景技术的缺陷，本发明提供了一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机。。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机，能够实现液态金属的高精度微滴堆积打印。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，所述液滴产生机构包括相交设置的液态金属微流道和主流体微流道，在所述主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，所述液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组所述液态金属微液滴。

进一步的，所述主流体微流道为至少两条，两条所述主流体微流道分别相对的连通在所述液态金属微流道的两侧，且均与所述液态金属微流道成一定角度相交设置；所述液态金属微流道的末端连通有喷嘴。

进一步的，所述液滴产生机构还包括液态金属储液槽，所述液态金属储液槽的一端与液态金属微流道连通，另一端通过液态金属压力 进口连接有压力控制机构，所述压力控制机构用于驱动并控制所述液态金属储液槽内的液态金属向液态金属微流道内流动的速度；所述液态金属储液槽上设有液态金属注入口。

进一步的，所述主流体微流道通过主流体进样口连通有主流体采样瓶，所述主流体采样瓶与压力控制机构连通，以驱动并控制所述主流体微流道内的连续相主流体的流动速度。

进一步的，所述压力控制机构为气压式微流体进样系统、注射泵或蠕动泵。

进一步的，还包括加热控温机构，所述加热控温机构用于控制所述液滴产生机构内的液态金属的温度。

进一步的，所述加热控温机构包括热电片、电加热丝和热电偶，所述热电片设置于所述液滴产生机构的外侧，电加热丝设置于所述液滴产生机构内，以控制所述液滴产生机构内的液态金属温度；所述热电偶的测温端伸入到所述液滴产生机构内，以测量所述液滴产生机构内的液态金属的温度。

进一步的，所述液态金属微流道中的液态金属的固化温度小于等于200℃；优选所述液态金属为镓单质金属、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金或铋铟锡锌合金中的一种或几种混合。

进一步的，所述主流体微流道中的连续相主流体包括丙三醇溶液、氢氧化钠溶液、或硅油溶液中的一种或几种混合。