[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

本發明涉及一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置及方法，屬于增材制造領域。底座安裝在最下方，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，噴射池和儲液池相互連通，高精密注射泵與送料頭相連；聚焦超聲使液體克服表面張力并從液面噴射出微滴，通過計算機控制聚焦超聲換能器的4個聚焦超聲振子的功率并相互配合進而改變液滴出射角度，噴射至基板的不同位置；Z軸運動平臺配合不同的出射角度完成基板不同位置點的打印。本發明提高了打印精度，保證成形零件的物理、化學等性能，不需使用打印噴頭，避免了液體材料的污染和清洗困難。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，涉及一種增材制造裝置及方法，特別涉及一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置及方法。

背景技術

目前，各種各樣的增材制造設備及方法不斷涌現，針對液體材料的增材制造技術有光固化增材制造技術、數字光處理增材制造技術(DLP)、微滴噴射增材技術，光固化增材制造技術和數字光處理增材制造技術(DLP)只能用于液態光敏樹脂材料增材制造，應用材料受限，微滴噴射增材制造技術能夠噴射多種材料液滴進行增材制造，具有廣闊的應用前景。

目前典型微滴噴射增材制造技術的原理有氣動式、機械式、熱泡式、壓電式等：

1)氣動式微滴噴射增材制造通過控制壓縮氣體對裝有液體材料的料管或針管的壓力作用實現定量噴射。適用于廣泛的液體材料，噴射液滴的大小取決于壓縮氣體的作用壓力大小和時間長短。但噴射過程中氣體體積增大壓強減小，氣體的滯后性和可壓縮性會導致液體材料在噴嘴的噴射滯后，響應速度變慢，一致性也發生變化。

2)機械式微滴噴射增材制造通過機械運動(活塞運動、螺桿旋轉等)將液體材料從噴頭擠出并噴射至基板上，液滴直徑和速度受到噴口直徑和機械運動的影響，適用于高粘度液體的噴射，但由于腔體中有運動部件，存在機械磨損和沖擊，液體材料性質可能發生變化。

3)熱氣泡式微滴噴射增材制造通過局部加熱產生氣泡，液滴受氣泡壓力作用噴出到達基板實現增材制造過程，該方法受材料限制較大，噴射材料在加熱過程中易發生物理或化學性質的改變，影響噴射精度和成形件質量。

4)壓電式微滴噴射增材制造通過電壓脈沖使壓電陶瓷產生位移或機械振動，導致料管或針管內部壓力發生變化，產生的壓力使得液體材料克服表面張力并由噴嘴噴出，到達基板實現增材制造，但液滴直徑受噴頭限制不可改變且噴頭易發生堵塞不易清洗，維護成本較高。

目前，微滴噴射增材制造存在噴射液滴直徑受噴頭限制不可改變、噴頭易堵塞清洗不便、液滴噴射方向不可改變、增材制造過程中成形件晃動、無法使用廣泛的液體材料的缺點；聚焦超聲具有能量小，無接觸等特點，采用聚焦超聲微滴噴射技術進行增材制造，能夠實現無污染、高精度非接觸式微滴噴射增材制造，噴射方向和液面成一定角度的微滴極大程度上減少了液體表面和成形件的晃動，提高打印精度和成形質量。

發明內容

本發明提供一種噴射角度可控超聲微滴噴射增材制造裝置及方法，以解決大多數微滴噴射增材制造過程中存在的精度低、噴嘴成本高、易堵塞且清理不便等問題。

本發明采取的技術方案是：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；