[發明專利]噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 201610702969.2
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106273491B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 吳文征;劉巍;李桂偉;杜海東;郭曉鈺;王博凡;趙繼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B29C67/20
• 分類號: B29C67/20;B22F3/115;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：包括底座、Z向工作臺、高精密注射泵、聚焦超聲換能器、基板、承片臺、液體容器、送料頭，所述底座安裝在最下方，液體容器的噴射池安裝在底座上，噴射池中安裝有聚焦超聲換能器，基板固定在承片臺下方且位于噴射池上方，承片臺安裝在Z向工作臺上，Z向工作臺安裝在底座上，噴射池和液體容器的儲液池相互連通，高精密注射泵與送料頭相連；

所述的聚焦超聲換能器，包含4個完全相同的聚焦超聲振子，且均為90°扇形結構，并由與吸波材料構成完整的圓，且有共同的焦點，且4個聚焦超聲振子之間通過吸波材料分隔開，獨立工作互不干擾，吸波材料和聚焦超聲振子安裝在高阻抗層上，散熱片安裝在高阻抗層下方且與水冷管相連，密封圈位于散熱片上方，外殼位于密封圈上方；

所述聚焦超聲振子包括：PZT壓電陶瓷、上鎳電級、下鎳電極、聚對二甲苯涂層、空氣環；PZT壓電陶瓷上表面均鍍有上鎳電極、下表面鍍有下鎳電極，聚對二甲苯涂層位于上鎳電極上方，且聚對二甲苯涂層與上鎳電極之間存在空氣環；

所述的空氣環結構是：聚對二甲苯涂層與空氣環構成菲涅耳透鏡，滿足下列關系式：

其中：第k個空氣環外徑為第k個空氣環內徑為L為聚焦超聲振子焦距，即聚焦超聲振子到液面的距離，λ為超聲在液體材料中的波長，k＝1、2、3、4……。

2.根據權利要求1所述的一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：所述的液體容器的結構是：噴射池底部和儲液池底部采用直徑為400μm的管道連接，并滿足連通器原理。

3.一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造方法，其特征在于包括以下步驟：

1)建立成形件的三維模型；

2)根據步驟1)中的模型配制所需液體材料；

3)使用粘度計和密度計測得步驟2)中配制液體材料的液體粘度ν、液體密度ρ，根據打印精度、目標點所在的空間位置和液體粘度ν、液體密度ρ確定4個聚焦超聲振子各自的工作頻率f、電功率W₁、W₂、W₃、W₄；

4)產生驅動信號并驅動聚焦超聲換能器的四個聚焦超聲振子協調工作；

5)4個聚焦超聲振子在共同焦點處的超聲壓力相互疊加，驅動焦點處液滴沿超聲壓力合力方向以一定角度：α，β，γ射出并到達基板上的點P(x，y，z)：

其中

z＝H；

其中，基板距液面高度為H，4個聚焦超聲振子電功率W₁、W₂、W₃、W₄的值可根據電功率和P(x，y，z)的上述關系式取出一組W₁、W₂、W₃、W₄滿足上述關系式即可，四部分超聲壓力與X-Y平面夾角均為θ，夾角θ由聚焦超聲振子制造過程決定，且為定值可實驗測得，焦點面積為S，聚焦超聲振子換能效率均為η₁，聚對二甲苯涂層的聲學效率為η₂；

6)反復重復步驟3)至步驟5)，構建出所需成形件。