[发明专利]制造中金属的磁流体动力沉积

说明书

装置、系统、和方法涉及对液体金属施加磁流体动力，以沿受控样式喷射液体金属，例如受控的三维样式，作为物体增材制造的零件。磁流体动力可以脉冲方式施加，以喷射液体金属液滴，以提供对被制造物体准确性的控制。脉动可以施加在具有高共振频率的流体腔室中，使得可在宽频率范围有效地控制液滴喷射，包括适用于以适合商业上可行的三维制造的速率进行液体金属喷射的高频率。

相关申请的交叉引用

本申请根据35§119(e)要求2016年3月3日提交的美国临时专利申请No.62/303,341的权益，其全部内容因此引用并入本文。

技术领域

本文所述的装置、系统和方法涉及制造磁流体动力(MHD)系统，且更具体地涉及用于通过金属材料进行制造的磁流体动力系统。

背景技术

电流可与磁场组合以在液体金属上赋予MHD力。这种力可推动液体金属以形成金属物体。尽管MHD力可用于形成金属物体，但是与速度、准确性、控制和材料性能有关的问题为使用MHD力以大批量进行物体形成带来了挑战。因而，需要一种使用MHD力进行金属制造的商业上可行的技术。

发明内容

装置、系统、和方法涉及对液体金属施加磁流体动力，以沿受控样式喷射液体金属，例如受控的三维样式，作为物体增材制造的零件。磁流体动力可以脉冲方式施加，以喷射液体金属液滴，以提供对被制造物体准确性的控制。脉动可以施加在具有高共振频率的流体腔室中，使得可在宽频率范围有效地控制液滴喷射，包括适用于以适合商业上可行的三维制造的速率进行液体金属喷射的高频率。在一个方面，用于喷射液体金属的喷嘴包括壳体，该壳体限定流体腔室的至少一部分，其具有进入区域和排出区域；一个或多个磁体，相对于壳体设置，磁体的磁场被引导穿过壳体；和电极，限定出在进入区域和排出区域之间的流体腔室中的发射腔室的至少一部分，其中至少在基本上位于排出区域的排出孔附近的点，电流可从电极传导到发射腔室，且在基本上位于排出孔附近的点，电流与发射腔室中的磁场交叉，以从排出孔喷射液体金属。

发射腔室和排出孔之间的流体腔室的容积可以小于流体腔室总容积的约百分之十。发射腔室的容积可以大于流体腔室总容积的约百分之50。流体腔室可以具有的轴向长度大于约2mm且小于约2cm。电极中的至少一个可以与限定了流体腔室至少一部分的壳体的一部分整体形成，使得至少一个电极和限定了流体腔室中的至少一个的壳体的该部分用相同材料形成。电极中的至少一个可以与至少限定了流体腔室的排出区域的壳体的一部分整体形成，使得至少一个电极和限定了排出区域的壳体的该部分用相同材料形成。壳体可以是导电材料杆，且电流可沿与杆的轴向维度平行的轴线在电极之间传导。发射腔室可以在与液体金属从进入区域朝向排出区域行进的方向垂直的平面中包括大致矩形截面，且来自电极的电流可沿大致矩形截面传导到液体金属中。

喷嘴可以包括过滤器，其沿流体腔室设置且与排出区域间隔开。电极中的至少一个可以用钽、铌或其组合形成。

在另一方面，本文公开的增材制造系统包括：喷嘴，其包括一个或多个磁体和电极，喷嘴限定具有进入区域和排出区域的流体腔室，一个或多个磁体将磁场引导通过壳体，且电极在进入区域和排出区域之间限定流体腔室中的发射腔室的至少一部分，其中电流从电极传导，使得电流在基本上位于排出区域的排出孔附近的点处与发射腔室中的磁场交叉；机器人系统，机械地联接到喷嘴；电源，与电极电连通；和控制器与机器人系统和电源电通信，控制器配置为让机器人系统运动，以让喷嘴的排出区域以受控的三维样式定位，且基于排出区域沿受控的三维样式的位置，促动电源，以向电极输送脉冲电流，以让液体金属从排出区域喷射，以形成三维物体。

脉冲电流的频率在排出区域的最大运动速度下可以小于约5kHz。脉冲电流可以具有基于喷嘴速度的频率。脉冲电流可以具有基于三维样式的一个或多个特征的频率。