[发明专利]均匀金属微滴变角度控向喷射装置及大倾角构件打印方法

说明书

本发明公开了一种均匀金属微滴变角度控向喷射装置及利用该装置打印大倾角结构件的方法，用于解决现有均匀金属微滴喷射装置实用性差的技术问题。技术方案是所述装置包括压电换能器、激振杆和坩埚，还包括高温密封膜片和坩埚上体。所述坩埚由横向坩埚和铅直坩埚即储料腔与送料腔两部分组成，呈T字型结构；储料腔通过高温密封膜片与压电换能器连接，激振杆的a、b两部分的端面将高温密封膜片夹紧并使其变形。本发明将坩埚的储料腔与送料腔分离，并通过活塞对送料腔内金属熔液施加压力，解决了现有装置喷射区域金属熔液液面不规则变化影响稳定喷射的技术问题；采用高温密封膜片，实现了装置在倾角打印工作中金属熔液的动态密封问题，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种均匀金属微滴喷射装置，具体涉及一种均匀金属微滴变角度控向喷射装置。还涉及一种利用该装置打印大倾角结构件的方法。

背景技术

均匀金属微滴喷射沉积成形技术是基于离散/堆积成形原理，通过喷射金属微熔滴，经过逐点、逐线、逐层沉积从而实现三维零件的直接成形。该方法具有无需大功率能量源、特殊原材料、设备成本低廉及成型单元尺寸均匀可控等优点，是一种理想的复杂零件增材制造及快速修复技术。

参照图5。文献1“Lee T M,Kang T G,Yang J S,et al.Drop-on-Demand SolderDroplet Jetting System for Fabricating Microstructure[J].IEEE Transactions onElectronics Packaging Manufacturing,2008,31(3):202-210.”公开了一种基于机械振动的均匀微滴喷射装置。该装置包括压电换能器1、激振杆2、坩埚上盖7、坩埚9、喷嘴10、加热炉11、压力阀14、气路管15、惰性气源16和微调装置17。其中，加热炉11用来加热坩埚9，坩埚9中有装有金属熔液12，喷嘴10装于坩埚9底部，激振杆2与压电换能器1相连且另一端深入金属熔液12底部、靠近喷嘴10处，坩埚上盖7用于固定压电换能器1且同时连接坩埚9，惰性气源16通过气路管15与压力阀14连接并通入坩埚9内腔，用于内部施压使得熔液进一步充满喷嘴10，微调装置17与压电换能器1相连，用于调节激振杆2相对喷嘴10的位置。该装置采用压电换能器1的脉冲振动作为激振源，并通过激振杆2传入喷嘴附近熔液内，迫使微小喷嘴内部流体克服表面张力喷射成滴。

文献2“Zhang D,Qi L,Luo J,et al.Direct Fabrication of UnsupportedInclined Aluminum Pillars based on Uniform Micro Droplets Deposition[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2017,116.”利用并改进上述装置，通过三维运动基板水平移动与铅直沉积的金属微滴的联动匹配，实现了具有一定倾斜角度的柱件打印，但该研究也发现，在倾角过大时，液滴因为铅直方向的惯性力冲击，会从倾斜基体上部分滑落，导致打印件坍塌。因此，为提高微小结构件倾斜角度，有必要改变微滴的喷射方向，使液滴沉积方向与结构件倾斜角度方向一致，以保证倾斜件成形精度。

然而，上述装置依赖重力使高温金属熔体充满喷射腔内，若直接改变喷射装置朝向会使得熔液不能充满喷嘴部分而使得喷射失败。并且振动换能腔与喷射储料腔并未进行密封、隔离，当现有喷射装置倾斜角大于90°时，高温熔液会在重力作用下流至振动换能器端，导致换能器受损；此外，也会造成喷嘴周围的液面无规律变化，增加了金属微滴喷射、打印过程的不稳定因素，这对微小结构件成形极为不利。

综上所述，现有金属微滴喷射装置依赖重力将熔融金属熔液充满喷射腔，且未对储料腔及振动腔进行隔离，并不能直接改变其喷射角度。故采用此类微滴喷射装置沉积出倾斜结构的倾角有限，难以实现大倾斜角度结构件成形，故有必要开发可变角度的控向喷射装置，以改变微滴喷射朝向，为复杂结构件成形提供新方法。

发明内容