[發明專利]一種金屬熔液3D打印噴頭及打印方法

有效

• 申請號: 201610000043.9
• 申請日: 2016-01-01
• 公開（公告）號: CN105499577B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 陳從平;黃杰光;聶葳;胡瓊;李林波;冉艷華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 成鋼

1.一種金屬熔液3D打印噴頭，其特征在于：它包括噴頭本體和氣壓供給系統，所述噴頭本體包括氣腔殼體（2），氣腔殼體（2）內部設置有活塞（1），活塞（1）的活塞桿與壓電陶瓷相連提供動力，氣腔殼體（2）和殼體底座（17）共同形成氣腔（3），殼體底座（17）的左側加工有進料通道（18），進料通道（18）的頂部設置有補料口（9），殼體底座（17）的底部安裝有坩堝（8），坩堝（8）的外部設置有加熱器（5），坩堝（8）的底座安裝有坩堝端蓋（6），坩堝（8）通過坩堝端蓋（6）密封有熔液腔（7），在熔液腔（7）和氣腔（3）之間設置有陶瓷薄片（10），坩堝端蓋（6）的中心加工設置有噴嘴（19），所述殼體底座（17）的右側加工有進氣口（4），所述氣壓供給系統與進氣口（4）相連，所述氣壓供給系統包括穩壓回路和調壓回路，調壓回路與進氣口（4）相連，穩壓回路與調壓回路相連；

所述調壓回路包括單向閥（11）和溢流閥（12），單向閥（11）與溢流閥（12）并聯，并聯回路的左側回路與進氣口（4）相連通，右側回路與穩壓回路相連；

所述補料口（9）與補料罐相連，所述補料罐內部安裝有氣壓泵，能夠保證其內部氣壓穩定。

2.根據權利要求1所述一種金屬熔液3D打印噴頭，其特征在于：所述穩壓回路包括氣泵（16）、氣動單向閥（15）、儲氣罐（14）和安全閥（13），所述儲氣罐（14）與調壓回路相連，儲氣罐（14）之后安裝有氣動單向閥（15），在氣動單向閥（15）和儲氣罐（14）之間并聯有安全閥（13），氣動單向閥（15）之后連接有氣泵（16）。

3.根據權利要求1所述一種金屬熔液3D打印噴頭，其特征在于：所述氣腔（3）內部的壓縮氣體為氦氣。

4.根據權利要求2所述一種金屬熔液3D打印噴頭，其特征在于：所述穩壓回路中的安全閥（13）的卸荷壓力P1能夠保證回路中有穩定的氣壓輸出使其等于P1，所述調壓回路中的溢流閥（12）的卸荷壓力P0能夠保證打印時氣腔（3）中所需的最大壓力等于P0，當氣腔（3）中某時刻的實際壓力P2大于P0，溢流閥（12）自動打開卸荷，若P2小于P1，單向閥（11）自動打開向氣腔（3）充氣，在調節和設定壓力時，需保證P1<P0。

5.根據權利要求1所述一種金屬熔液3D打印噴頭，其特征在于：所述陶瓷薄片（10）與氣腔（3）相接觸的上端面為非對稱凸臺面，陶瓷薄片（10）被限制在氣腔（3）的進氣口（4）和熔液腔（7）的進料通道（18）之間，并沿軸向在氣腔殼體（2）的下端面（20）和坩堝（8）的上端面（21）之間小距離往復運動，當活塞（1）壓縮氣腔（3）內氣體使陶瓷薄片（10）向熔液腔（7）移動時，熔液受擠壓，陶瓷薄片（10）逐漸遮擋進料通道（18），直到其向下運動到極限位置到達坩堝（8）的上端面（21），形成一個節流孔，防止受壓的熔液從進料通道（18）回流；在活塞（1）回復過程中，熔液由節流孔進入熔液腔（7），陶瓷薄片（10）在熔液的浮力作用下移動至與氣腔殼體（2）的下端面（20）接觸，進料通道被逐漸打開，此時起到隔斷氣腔與熔液腔的作用，同時氣腔（3）完成充氣，為保證順利補料，與補料口（9）連接的補料罐內需保持一定的壓力P3，設定P3=P1。

6.采用權利要求1-5任意一項一種金屬熔液3D打印噴頭的打印方法，其特征在于，它包括以下步驟，1）調試過程，開始調試時，通過穩壓回路給氣腔（3）充氣，同時設定安全閥（13）的卸荷壓力為P1，活塞（1）在壓電陶瓷的驅動下壓縮氣腔（3）內部氣體，使氣腔（3）壓力升高到某個設定值P0，此后活塞繼續擠壓，在氣腔壓力的作用下，有熔液從噴嘴（19）擠出，如果熔液未能成滴，調節溢流閥（12）來改變P0的大小，直到可打印均勻一致的微滴；

2）打印過程，當系統調試好后，使活塞（1）回到初始位置，如果在上一階段活塞壓縮氣體過程中，氣腔內部氣體存在泄漏，則氣腔內部的壓力值會小于P1，此時儲氣罐（14）中的氣體就會經單向閥（11）進入氣腔自動進行補充，此后活塞（1）在壓電陶瓷的驅動下壓縮氣腔內部密封的氣體，使熔液以微滴形式噴出，按預先設計好的路徑移動噴頭，并重復以上打印過程，即可連續打印，若需調節打印頻率，只需調節壓電陶瓷激勵電壓的頻率即可。

7.根據權利要求6所述打印方法，其特征在于，步驟1）中氣腔（3）壓力升高到某個設定值P0，其中P0值和溢流閥（12）的設定壓力值相等。