[發明專利]一種基于表面張力自洽的微通道制造方法及其裝置

有效

• 申請號: 201610210278.0
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105710376B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 黃延祿;黃權東
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F5/10
• 分類號: B22F5/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：包括用于盛裝Ga-In液態合金(5)的缸體(6)、設置在缸體(6)上方的用于噴射金屬粉末的聚焦裝置(2)和控制系統；

缸體(6)內設有一可在缸體(6)內升降的支撐平臺(4)；在缸體(6)內的Ga-In液態合金(5)的液面上方設有感應加熱工位(3)；

聚焦裝置(2)固定在移動平臺(1)上，并由移動平臺(1)帶動其在二維作平面運動；

控制系統，用于控制支撐平臺(4)按照預設升降速度作上升或下降運動和控制移動平臺(1)按照預設運動軌跡在二維平面內運動。

2.根據權利要求1所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：聚焦裝置(2)為一個具有進口(10)和出口(11)的管狀噴頭，在管狀噴頭內軸向方向上依次設有通過隔板(21)相互間隔的多個腔室(22)；各隔板(21)上分別開設有相互同心的通孔(23)。

3.根據權利要求2所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：各通孔(23)的孔徑由進口(10)端至出口(11)端依次逐漸縮小。

4.根據權利要求1所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：所述缸體(6)的外壁設有冷卻水循環通道，用于在加工微通道時，對Ga-In液態合金(5)進行冷卻。

5.根據權利要求1至4中任一項所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：所述支撐平臺(4)的熔點大于金屬粉末的熔點。

6.根據權利要求5所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置，其特征在于：所述支撐平臺(4)固定在一抽拉桿(7)上，抽拉桿(7)的下端伸出缸體(6)的底部并與驅動機構連接，控制系統控制驅動機構并帶動抽拉桿(7)上升或下降，進而使支撐平臺(4)在缸體(6)內作直線上升或直線下降運動。

7.一種基于表面張力自洽的微通道制造方法，其特征在于采用權利要求1至6中任一項所述基于表面張力自洽的微通道制造裝置實現，具體步驟如下：

初始時刻，支撐平臺(4)的上部露出Ga-In液態合金(5)的液面，下部則浸沒在Ga-In液態合金(5)中；先通過感應加熱工位(3)對支撐平臺(4)的上部進行加熱；此時支撐平臺(4)的上部溫度高于金屬粉末的熔點；

先通過控制系統預先設定移動平臺(1)的初始運動軌跡，該初始運動軌跡就是待加工的微通道的截面輪廓形狀的軌跡；然后金屬粉末通過輸送裝置由聚焦裝置(2)的進口(10)進入其內、由出口(11)噴出，并按照移動平臺(1)的初始運動軌跡噴落在支撐平臺(4)上后，被支撐平臺(4)熔化成金屬熔液，形成微通道的截面形狀輪廓，與此同時，繼續噴落在金屬熔液上的金屬粉末被熔融；完成移動平臺(1)的初始運動軌跡；

接著，控制系統控制支撐平臺(4)按照預設的下降速度逐漸下移，而此時由于感應加熱工位(3)的協同加熱作用，待加工的微通道(8)頂部始終保持熔融狀態，形成熔融區域(9)，而熔融區域(9)以下則被Ga-In液態合金(5)浸沒，并隨著支撐平臺(4)的逐漸下沉而逐漸被冷卻固化，并逐漸形成微通道(8)的結構體，直至微通道(8)的結構體完全成型，從而獲得所需形狀結構的微通道。

8.根據權利要求7所述基于表面張力自洽的微通道制造方法，其特征在于，在金屬粉末通過輸送裝置被送入聚焦裝置(2)的進口(10)時，氣流(13)攜帶金屬粉末(12)依次經過各個通孔(23)、各個腔室(22)，由于通孔的孔徑逐漸依次縮小，在氣流的拖曳力以及金屬粉末自身慣性的作用下，金屬粉末(12)沿軸線通過各個通孔(23)、腔室(22)，并在多級逐次縮小的通孔(23)聚焦作用下，最后從出口(11)流出的金屬粉末(12)將被聚焦成束狀。

9.根據權利要求7所述基于表面張力自洽的微通道制造方法，其特征在于，使待加工的微通道(8)頂部始終保持熔融狀態，形成熔融區域(9)后，即，移動平臺(1)帶動聚焦裝置走完一遍初始運動軌跡后停止不動或仍然按初始運動軌跡繼續運動，但仍然持續噴射金屬粉末。

10.根據權利要求9所述基于表面張力自洽的微通道制造方法，其特征在于，當移動平臺(1)帶動聚焦裝置走完一遍初始運動軌跡后，若停止不動，只往該熔融區域(9)的任意一個點位噴出金屬粉末，在金屬熔液內部的馬蘭戈尼效應下，使其質量自動重新分配。