[发明专利]面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置

权利要求书

1.一种面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，包括喷头(1)，所述喷头包括组合坩埚(2)、加热装置和喷嘴，所述组合坩埚(2)包括横向坩埚和铅直送料坩埚，所述铅直送料坩埚底部与横向坩埚中部连通呈倒T型结构，所述加热装置用于组合坩埚(2)内固体金属材料的加热熔化；其特征在于：还包括真空箱体(3)、运动平台(5)、电机(6)、滚珠丝杠(7)、真空泵(9)、变径四通、送料模块(13)、惰性气体气源(14)、高压针阀(15)、压电陶瓷驱动器(16)和脉冲信号发生器(17)；

所述喷头(1)密封安装于真空箱体(3)一侧壁的开口处，所述喷嘴和组合坩埚(2)位于真空箱体(3)内；所述铅直送料坩埚的入口与真空箱体(3)顶壁开设的通孔密封连接，作为送料和进出气口；所述运动平台(5)安装于真空箱体(3)内壁上，与所述喷嘴相对设置，使得扫描成形件能够在平面内沿X轴、Y轴移动；两个所述滚珠丝杠(7)平行设置于运动平台(5)的两侧，并保证平行于所述喷嘴的喷射方向，通过电机(6)驱动，实现扫描成形件沿Z轴移动，即所述喷嘴的喷射方向；

所述变径四通包括箱体电磁阀(10)、进气电磁阀(11)和送料阀门(12)；所述变径四通的第一端口与铅直送料坩埚的入口连通，第二端口通过箱体电磁阀(10)与真空箱体(3)连通，第三端口通过进气电磁阀(11)与真空泵(9)连通，第四端口通过送料阀门(12)与送料模块(13)连通，各部件与各阀之间均通过通气管道连接；通过箱体电磁阀(10)和进气电磁阀(11)控制真空泵(9)的管路通断，进而调节真空箱体(3)的真空环境；通过送料阀门(12)控制送料模块(13)内固体金属材料的供应量；

所述高压针阀(15)一端通过所述通气管道与所述变径四通的第三端口、进气电磁阀(11)之间的通气管道连通，另一端与惰性气体气源(14)连通，用于向组合坩埚(2)内通入惰性气体，同时与真空泵(9)配合控制喷头(1)喷射时组合坩埚(2)和真空箱(3)的压差；所述脉冲信号发生器(17)、压电陶瓷驱动器(16)与喷头(1)外接，用于驱动喷头(1)喷射。

2.根据权利要求1所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，其特征在于：所述喷头(1)和铅直送料坩埚均通过紧凑型法兰(8)与真空箱体(3)密封连接。

3.根据权利要求1所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(7)与所述真空箱体(3)连接处采用滚珠轴承(4)实现动密封。

4.根据权利要求1所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，其特征在于：所述惰性气体为氩气。

5.根据权利要求1所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，其特征在于：所述通气管道为304不锈钢。

6.根据权利要求2所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置，其特征在于：所述紧凑型法兰(8)和真空箱体(3)的材料为合金钢材料。

7.一种权利要求1所述面向太空制造的压差驱动式均匀金属微滴可控喷射装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：将所述喷头(1)和真空箱体(3)密封连接，将组合坩埚(2)的铅直送料坩埚的入口和真空箱体(3)顶壁上的通孔密封连接；

步骤二：打开所述变径四通与送料模块(13)连接管道上的常闭送料阀门(12)，箱体电磁阀(10)和进气电磁阀(11)均关闭；通过加料装置实现连续加料，固体金属材料通过管道直接滑入组合坩埚(2)中，通过所述加热装置将固体材料加热熔化至熔液，通入所述惰性气体产生背压，使熔液充满所述横向坩埚内部；

步骤三：关闭送料阀门(12)，打开连接真空箱体(3)和组合坩埚(2)管道上的的箱体电磁阀(10)和进气电磁阀(11)，打开真空泵(9)反复抽取组合坩埚(2)内部和真空箱体内气体，直至达到无氧或低氧环境，达到均匀微滴喷射保护气氛要求，或者装置直接连接外部太空真空环境；

步骤四：关闭箱体真空阀(10)，打开连接惰性气体源(14)管道的高压针阀(15)，在喷头(1)喷射过程中通入惰性气体，控制惰性气体的流入速度，实现对组合坩埚(2)和真空箱(3)内外压差的调控；进而能够实现在不同环境中均匀微滴喷射打印；

步骤五：通过压电驱动器(16)和脉冲发生器(17)驱动喷头(1)进行喷射，配合运动平台(5)、滚珠丝杠(7)的移动，进行沉积打印；

所述低氧环境为氧含量≤250ppm。