[發明專利]一種微噴自由成形系統無效

申請號：	201010596014.6	申請日：	2010-12-18
公開（公告）號：	CN102107164A	公開（公告）日：	2011-06-29
發明（設計）人：	王運贛;文成;牧青;李寶;繆育博;王宣;黃哲赟	申請（專利權）人：	江蘇銳畢利實業有限公司;上海富奇凡機電科技有限公司
主分類號：	B05B13/02	分類號：	B05B13/02;B05B17/04;B05D3/00;B22F3/115;B28B1/24;B29C67/00
代理公司：	上海專利商標事務所有限公司 31100	代理人：	施浩
地址：	224056 江蘇***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種自由成形系統
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及自由成形系統，尤其涉及一種用壓電式噴頭與微注射器噴頭組合的微噴自由成形系統。

背景技術

微噴自由成形(Freeform?Fabrication?with?Micro-droplet?Jetting，FFMJ)是基于加成制造法的一種新型成形方法，起源于20世紀80年代末出現的快速成形(Rapid?Prototyping，RP)。快速成形能根據工件的CAD模型直接制作三維實體，而無需傳統的機床與工模具，因此曾經被譽為制造領域的一場革命。但是由于它可以采用的原材料有較大的限制，致使多數快速成形件的性能與實際工件的要求有較大的差別。為克服上述弊端，近年來出現了微滴噴射自由成形，這種方法可采用的原材料幾乎不受限制，從而為新材料的應用，特別是功能器件的制作創造了極為有利的條件。

微噴自由成形利用精細噴頭噴射容積為微升至飛升的液滴(通常稱為墨滴)，此液滴沉積在基材上逐步形成二維或三維結構。目前微滴噴射用的噴頭主要有壓電式噴頭和微注射器式噴頭等兩種，由這兩種噴頭為核心構成的微噴自由成形系統已成為現代自由成形發展的方向。

其中，壓電式噴頭是噴墨打印機上十分先進而成熟的產品，其噴嘴直徑為微米級，每個噴頭上的噴嘴數可達1000個以上，噴射液滴的自然分辨率可達到幾百dpi(每英寸長度上的液滴數)以上，噴射頻率可達幾十KHz，因此，只需將噴墨打印機通常用的墨水變更為自由成形所需的特殊“墨水”(例如陶瓷墨水、金屬墨水、聚合物墨水、細胞液等)，就能實現二維或三維的自由成形，高效率地制作精細的功能機電器件、功能陶瓷器件、功能梯度材料構件和功能生物醫學器件等。但是，壓電式噴頭有如下缺點：(1)壓電陶瓷片的推力有限，噴射“墨水”的黏度一般限定為10～14(20)cPs，不能噴射高黏度(除非可以用加熱降低黏度)或含有較多顆粒的墨水。(2)噴嘴與噴印基板之間的噴射距離應小于1mm，否則噴印的墨滴會發散，因此不能在高低差別較大的基板上獲得一致的噴印品質。

微注射器式噴頭可采用直線步進電機驅動，噴射力大，能噴射黏度很大和含有較多顆粒的“墨水”(所含固體顆粒的容積可達40～55％)，“墨水”可以是下列狀態的有機或無機“墨水”：溶液(水溶液、溶劑溶液)、熔融體、含有納米金屬或陶瓷的膠體、懸浮液、漿料，以及低熔點焊料等流態材料；噴射速度大，在噴射距離較大的條件下能將“墨水”精確地噴印至平面或非平面基板上，因此能在高低差別較大的基板上進行立體印制。但是，微注射器式噴頭反應速度和噴射頻率不如壓電式噴頭，不能精確地噴射單個微細液滴，只能噴射液滴串，而且外形尺寸較大，難于制作更多噴嘴的噴頭，噴印效率較低。

國外現有商品化的微噴自由成形系統一般采用壓電式噴頭，采用微注射器式噴頭的微噴自由成形系統尚處于研究階段，未見商品化的成熟產品，更沒有綜合采用這兩種噴頭的微噴自由成形系統，我國也未見類似產品。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供了一種微噴自由成形系統，同時采用壓電式噴頭和微注射器式噴頭，廣泛適用于多種黏度不同狀態的原材料的組合自由成形。

本發明的技術方案為：本發明揭示了一種微噴自由成形系統，包括：

機身，對整個系統進行支撐和定位；

微注射器式噴頭，與滑架相連接，用于噴射包含顆粒流態原料；

壓電式噴頭，與滑架相連接，用于噴射流態原料，其中該壓電式噴頭所噴射的流態原料的黏度比該微注射器式噴頭所噴射的流態原料的黏度小；

可升降工作臺及其Z向驅動系統，與該機身相連接，用于支承工件，并使其逐步上升，成形三維結構件；

滑架及其Y向驅動系統，與該機身相連接，用于支撐該壓電式噴頭和該微注射器式噴頭，該Y向驅動系統驅動該滑架沿著Y向運動；

噴頭X向驅動系統，與該滑架相連接，用于驅動該微注射器式噴頭和該壓電式噴頭沿著X向運動；

冷氣槍，與該機身相連接，用于向該可升降工作臺上正在成形的該工件噴射冷氣流，使工件迅速降溫固化；

控制系統，對整個系統進行自動控制。