[发明专利]微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法

说明书

本发明公开了一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，包括脉冲惯性力驱动装置、超声驻波场发生装置、微喷嘴和显微摄像系统，所述脉冲惯性力驱动装置包括机架、堆栈式压电陶瓷驱动器和压电驱动信号源，所述超声驻波场发生装置包括超声电源、超声换能器、变蝠杆和声波反射端，所述脉冲惯性力驱动装置在粉体内部产生脉冲惯性力并使粉体沿微喷嘴轴线向喷嘴出口运动；超声驻波场发生装置在声源和声波反射端产生稳定的超声驻波场并将微喷嘴出口部分及其内部粉体置于驻波场的节点位置，微喷嘴出口位置粉体在声辐射力的作用下处于悬浮状态，并与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离。本发明消除了粉体在微喷嘴内的堵塞现象，具有输送过程稳定、精度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法。

背景技术

微纳米粉体的高精度稳定微量输送是三维打印和高效原料药(HPAPI)研究和制备等领域的关键技术。在大量粉体输送方面，目前研究较多的有气力输送、载气式同轴输送和超声振动送粉等多种粉体输送方法，气力送粉和同轴送粉仅适用于大量粉体的宏观输送，难以实现100mg/s以下的微量输送。超声振动微量送粉装置利用超声产生的高频机械振动(通常几十kHz)使粉体从毛细管喷嘴中流出。然而，由于微纳米的粉体在输送过程中颗粒间存在较大的黏性力和粉体和毛细管内壁间的摩擦力，粉体在微输送过程中密实度增大，堵塞喷嘴，因此输送过程不稳定，输送精度很难控制。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种微纳米黏性粉体微量稳定输送装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

微纳米黏性粉体微量稳定输送装置，包括脉冲惯性力驱动装置、超声驻波场发生装置、微喷嘴和显微摄像系统，所述脉冲惯性力驱动装置包括机架、堆栈式压电陶瓷驱动器和压电驱动信号源，所述超声驻波场发生装置包括超声电源、超声换能器、变蝠杆和声波反射端，所述脉冲惯性力驱动装置在粉体内部产生脉冲惯性力并使粉体沿微喷嘴轴线向喷嘴出口运动；超声驻波场发生装置在声源和声波反射端产生稳定的超声驻波场并将微喷嘴出口部分及其内部粉体置于驻波场的节点位置，微喷嘴出口位置粉体在声辐射力的作用下处于悬浮状态，并与其上方密集态粉体和微喷嘴内壁脱离。

所述堆栈式压电陶瓷驱动器上端面通过连接件A与所述机架固定连接。

所述堆栈式压电陶瓷驱动器下端面通过连接件B与所述微喷嘴固定连接。

所述脉冲惯性力驱动装置的压电驱动信号源电压在0～120V范围内可调，频率在1～256Hz可调，信号波形为方波、三角波或1/4周期正弦波。

所述超声驻波场发生装置的变蝠杆左端面和声波反射端平面平行，且两者距离为声源发射声波半波长的整数倍。

所述微喷嘴出口部分位于超声驻波场节点，且微喷嘴轴线与声波传播方向垂直。

所述微喷嘴沿轴线方向的内孔截面由大到小逐渐收缩。

所述微喷嘴截面形状为圆形、方形或三角形。

所述微喷嘴材料为玻璃、金属和非金属。

微纳米黏性粉体微量稳定输送方法，包括以下步骤：(1)从微喷嘴大端入口装载微纳米粉体；(2)沿微喷嘴轴线方向施加脉冲惯性力，使粉体在惯性力作用下向微喷嘴小端出口脉冲运动；(3)当粉体充满整个喷嘴时，在喷嘴小端出口施加超声驻波场，使粉体在声辐射力、脉冲惯性力和自身重力综合扰动下输送出喷嘴。

本发明消除了粉体在微喷嘴内的堵塞现象，具有输送过程稳定、精度高等优点。

附图说明

图1微纳米黏性粉体微量稳定输送装置基本结构示意图

图2脉冲惯性力驱动下粉体沿微喷嘴轴线运动示意图