[发明专利]一种加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造系统及方法

权利要求书

1.一种加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造系统，其特征在于：由产生区（4）、筛选区（8）、转向区（12）和加工区（17）组成，所述产生区（4）、筛选区（8）、转向区（12）和加工区（17）均为真空；

所述产生区（4）用于产生带电金属液滴，使液滴获得初速度；

所述筛选区（8）用于产生匀强电场和产生匀强磁场；

所述转向区（12）用于产生匀强电场和产生匀强磁场；

所述加工区（17）用于实现复杂微纳结构的打印加工，且不需要支撑的额外构架；

所述加工区（17）包括第三匀强电场发生器（18）、基板（19）、电极层（20）、放置层（21）、电压调节装置（22）和电荷调节装置（23）；所述加工区（17）设置有加工区入口（16）；

所述第三匀强电场发生器（18）用于产生匀强电场，所述基板（19）用于加工和放置加工器件；所述放置层（21）为压电陶瓷层，在不同电压作用下产生相应的变形；

所述基板（19）固定在电极层（20）上，基板（19）与电荷调节装置（23）相连；电极层（20）与电压调节装置（22）连接，通过电压改变，使得放置层（21）产生变形，调节基板（19）位置，实现基板（19）的定位。

2.根据权利要求1所述的加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造系统，其特征在于：所述产生区（4）设置有产生带电金属液滴的喷嘴装置（1）、带有用于固定轨道的固定支架（3）、和连接所述喷嘴装置（1）和固定支架（3）的悬架（2）；在垂直面内，喷嘴装置（1）在悬架（2）作用下，沿固定支架（3）前后移动，实现滴落液滴的定位；所述产生区（4）设置有产生区出口（5）。

3.根据权利要求1所述的加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造系统，其特征在于：所述筛选区（8）包括用于产生匀强电场的第一匀强电场发生器（9），和产生匀强磁场的第一匀强磁场发生器（10）；所述筛选区（8）设置有筛选区入口（6）和筛选区出口（7）；所述筛选区（8）内还设置有回收斜面装置（24），不满足加工条件的液滴，打在回收斜面装置（24）区域内，被回收循环利用。

4.根据权利要求1所述的加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造系统，其特征在于：所述转向区（12）包括用于产生匀强电场的第二匀强电场发生器（11），和产生匀强磁场的第二匀强磁场发生器（15）；所述转向区（12）设置有转向区入口（13）和转向区出口（14）。

5.一种加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：喷嘴装置（1）通过悬架（2）在固定支架（3）上前后移动，到达规定位置后，带负电荷的金属液滴从喷嘴装置（1）产生，在重力作用下做自由落体运动，获得一个初速度，然后液滴从产生区出口（5）和筛选区入口（6）射入筛选区（8）；

步骤2：第一匀强电场发生器（9）产生匀强电场，第一匀强磁场发生器（10）产生匀强磁场；在匀强电场的作用下，液滴将受到向上的电场力，与液滴所受的重力平衡；液滴在匀强磁场作用下，受洛伦磁力，做匀速圆周运动，使满足特定加工条件的液滴从筛选区出口（7）和转向区入口（13）射入转向区（12），不满足加工条件的液滴，打在回收斜面装置（24）区域内，被回收循环利用；

步骤3：第二匀强电场发生器（11）产生匀强电场，第二匀强磁场发生器（15）产生匀强磁场；在匀强电场的作用下，液滴将受到向上的电场力，与液滴所受的重力平衡；液滴在匀强磁场作用下，受洛伦磁力，做匀速圆周运动，使得液滴方向发生改变，从转向区出口（14）和加工区入口（16）垂直射入加工区（17）；

步骤4：第三匀强电场发生器（18）产生匀强电场，假设此时电场强度为E1，该电场使带电液滴落到既定的加工位置时正好减速为零，据此可以把器件的第一层加工完整；当第二层液滴进入时，电场强度增加为E2，使第二层液滴落到加工位置时正好减速为零；与此同时，通过电荷调节装置（23）改变第一层到加工位置液滴的电荷量，使其在新的匀强电场作用下依旧受力平衡；当第二层液滴落到加工区时，会与第一层接触，从而发生电荷的重新分配，可使第二层的液滴也在该新的匀强电场下受力平衡；以此类推，使加工微纳器件任意一层时，使已经加工好的每一层均始终保持受力平衡，从而实现复杂微纳结构的打印加工，且不需要支撑的额外构架。

6.根据权利要求5所述的加工微纳器件的金属微滴喷射增材制造方法，其特征在于：步骤2中所述液滴在匀强磁场作用下，受洛伦磁力，做匀速圆周运动，其运动半径通过所加磁场大小进行调节，即可只让满足特定加工条件的液滴从筛选区出口（7）射出，实现筛选。