[发明专利]一种基于脉冲小孔液滴喷射三维快速成型的方法及装置

摘要

一种基于脉冲小孔液滴喷射三维快速成型的方法及装置，属于三维快速成型技术领域。其特征是利用加热器加热坩埚至其内部金属成熔融状态，在坩埚内部和真空腔室之间设定正差压值，同时利用压电陶瓷驱动器对压电陶瓷施加一定的脉冲信号，使其带动传动棒产生一纵向微小位移，此位移作用于坩埚底部的金属熔体，使微小液滴从坩埚底部小孔射出，压电陶瓷每运动一次小孔处可形成一个液滴，通过摄像系统实时分析液滴的尺寸数据，进而调整最优参数；液滴降落到运动的三维运动平台进行沉积，从而沉积出所需金属零件。本发明的效果和益处是脉冲小孔喷射产生大小均一可控的金属液滴，成型制件的微观组织细小、均匀，成型工艺可控性强，成型零件精度高。

主权项

一种基于脉冲小孔液滴喷射三维快速成型的装置，其特征在于：(a)该装置包括真空腔室(7)、液滴喷射部、压电陶瓷驱动系统、压差控制系统、温度控制系统以及三维运动系统；真空腔室(7)上部固定有液滴喷射部组件，下部安装三维转动平台(12)，两者中间为液滴观察部，三者通过支架相连；液滴喷射部组件主要有传动棒(2)、坩埚(3)、加热器(4)以及陶瓷片(9)组成，陶瓷片(9)固定于坩埚(3)底部；压电陶瓷驱动系统主要有压电陶瓷(1)和压电陶瓷驱动器(13)；压电陶瓷(1)固定于真空腔室(7)外部，与传动棒(2)连接，传动棒(2)的底部位于陶瓷片(9)上方，传动棒(2)的上部固定在压电陶瓷(1)上，压电陶瓷(1)与压电陶瓷驱动器(13)连接；压差控制系统包括电磁阀(26)、压差控制器(23)以及压差传感器(24)；温度控制系统由热电偶(5)、温度控制器(14)以及加热器(4)组成；真空腔室(7)的侧壁安装CCD摄像机(17)，CCD摄像机(17)与图像采集卡(16)相连，图像采集卡(16)连接计算机(15)，用于采集液滴图像，根据液滴图像实时调整加工参数；三维转动平台(12)由沉积平台(11)、丝杠和伺服电机组成， PMAC控制器(18)一端与伺服电机相连，另一端连接计算机(15)； (b)所述装置压差传感器(24)与压差控制器(23)相连，并固定于真空腔室(7)外侧，其中压差传感器(24)两端分别与坩埚(3)以及真空腔室(6)相连，用来感知二者压力差；压差控制器另一端与电磁阀(25)相连，通过压差传感器(24)感应坩埚(3)与真空腔室(7)的压力差，将信号传回压差控制器(24)，使得压差控制器(23)按照压差设定值控制电磁阀(25)的开闭，维持坩埚(3)内外稳定的压力差；坩埚进气管(19)与真空腔室进气管(29)通过导气管(26)相连，导气管(26)安装有平衡阀(27)，进气总管(24)与电磁阀(25)相连并安装有总阀(22)、流量计(21)、减压阀(20)并与氩气瓶(31)连接；(c)所述装置陶瓷片(9)上开有圆形小孔(8)，其孔径范围在0.020‑1.500mm之 间；压电陶瓷(1)的振动频率在1Hz‑2kHz之间;(d)所述装置坩埚3内置有与温度控制器(14)相连的热电偶(5)，坩埚(3)的加热器(4)与温度控制器(14)相连，温度控制器(14)另一端连接计算机(15)，实时控制记录坩埚(3)内金属熔体(6)的温度。