[发明专利]一种电喷射三维打印原位热处理装置

权利要求书

1.一种电喷射三维打印原位热处理装置，其特征在于，所述的电喷射三维打印原位热处理装置包括电喷射打印模块、原位加热模块和原位冷却模块；

所述的电喷射打印模块包括PC上位机(1)、CCD相机(2)、高压电源(3)、微量注射泵(4)、精密注射器(5)、导管(6)、喷针(7)、X/Y/Z轴运动平台(9)和打印平板(14)；精密注射器(5)安装在微量注射泵(4)上，内部装有“液体墨水”，微量注射泵(4)按照一定的流量，精确推动精密注射器(5)进给；喷针(7)通过导管(6)与精密注射器(5)相连接，使“液体墨水”流至喷针(7)出口处；高压电源(3)正极输出端与喷针(7)相连，负极与打印平板(14)相连接，在喷针(7)和打印平板(14)之间形成稳定电场；“液体墨水”在微量注射泵(4)的推动下从喷针(7)流出，同时，在电场的作用下，在喷针(7)口处形成稳定的泰勒锥，喷射出稳定的精细射流，并在基体上形成打印层；X/Y轴组合形成各种运动路径并带动打印基体一起运动，Z轴调节喷针(7)和打印平板(14)之间的高度，以满足各种打印需求；CCD相机(2)通过USB连接线与PC上位机(1)相连接，检测打印区域内的泰勒锥的稳定性以及打印基体的运动路径；

所述的原位加热模块包括固定绝缘柱(11)、支撑框(12)、原位加热元件(13)、打印平板(14)、温度传感器(15)和温控器(19)；原位加热模块安装在运动平台(9)上，打印平板(14)为方形薄金属板，原位加热元件(13)通过耐高温胶粘贴在打印平板(14)下表面；支撑框(12)为方形薄块材，中间为方形镂空；打印平板(14)与支撑框(12)保持一定间隙，以保证加热元件13仅对打印平板(14)加热，而不影响装置的其他部件；打印平板(14)通过螺钉固定在支撑框(12)上，支撑框(12)通过螺钉连接在固定绝缘柱(11)；温度传感器(15)安装在打印平板(14)上，检测打印平板(14)的温度，并实时反馈至温控器(19)；温控器(19)由PC上位机(1)控制并用于监测、调节原位加热模块的温度；

所述的原位冷却模块包括原位冷却风扇A(10)、原位冷却风扇B(16)、制冷装置(18)、温度传感器(15)和温控器(19)；原位冷却风扇A(10)放置于支撑框(12)下方，与打印平板(14)保持一定距离，对打印平板(14)进行常温风冷；冷却风扇B16放置于打印平板(14)的侧面，安装在制冷装置(18)出口处，从侧面对打印平板(14)进行低温风冷；温度传感器(15)安装在打印平板(14)上，实时检测打印平板(14)的温度，并反馈至温控器(19)；温控器(19)由PC上位机(1)控制，实时监控并调节原位冷却模块温度变化；

采用所述电喷射三维打印原位热处理装置进行电喷射三维打印原位热处理的方法包括以下步骤：

1)电喷射打印射流形成

高压电源(3)在喷针(7)和打印平板(14)施加电压，选用氧化铝悬浮液作为“液体墨水”，精密注射器(5)在微量注射泵(4)的推动下，使氧化铝悬浮液通过导管(6)流至喷针(7)出口，流量约为20μL/min，调节喷针(7)和基体之间的高度约400μm；氧化铝悬浮液在电场力、重力复合力的作用下在喷针口处形成泰勒锥，产生稳定的精细射流，并打印基在基体上；PC上位机(1)控制运动平台(9)带动打印平板(14)按照预定轨迹运动，使精细射流在基体上打印出规定的形状；

2)原位热处理固化成型

PC上位机(1)检测到该层氧化铝悬浮液电喷射打印完成后，自动控制温控器(19)启动原位热处理模块，在原位对打印层进行快速高温热处理；温控器(19)控制原位加热元件(13)对打印平板(14)进行阶梯升温热处理，打印平板(14)先快速升温至250°，保温热处理1min后，再次升温至300°，保温热处理1min，在原位完成对打印层热处理，使打印层固化，并同时去除内部的有机溶剂和应力，为下一层电喷射打印提供条件；

3)原位快速冷却降温

原位高温热处理完成后，温控器(19)自动启动原位冷却降温模块对打印平板(14)风冷降温；原位冷却风扇A(10)启动，并从下方向打印平板(14)常温风冷降温，原位冷却风扇B(16)安装在制冷装置(18)出口处，从侧面对打印平板(14)降温；待打印平板(14)恢复室温后，PC上位机(1)控制温控器(19)关闭整个原位热处理装置，并启动电喷射打印模块，在固化的打印层上进行再次打印；电喷射打印、原位热处理、原位冷却如此循环直至打印成型三维微结构。