[發明專利]無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 201610703001.1
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106142571B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 吳文征;李桂偉;劉巍;耿鵬;杜海東;王玉磊;趙繼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/255;B29C64/321;B29C64/264;B29C64/112;B28B1/00;B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 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

1.一種無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：包括機架、三角洲運動基板裝置、材料池裝置、聚焦超聲系統和供料裝置，所述的三角洲運動基板裝置固定在機架內并位于其頂板下方，所述的聚焦超聲系統固定在機架內并位于其底板上方，所述的材料池裝置位于聚焦超聲系統上方并固定在機架上，所述的供料裝置固定在機架的支撐柱上；

所述的機架由底板、光杠底座、支撐柱和頂板之間通過固定連接組成；所述的支撐柱用于固定連接底板和頂板，所述的光杠底座上有同步帶輪槽，所述的光杠底座分別用于連接光杠一和光杠二，所述的同步帶輪槽分別用于連接同步帶輪一和同步帶輪二，所述的頂板上有同步帶通孔，用于穿過同步帶一和同步帶二。

2.根據權利要求1所述的一種無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：所述的三角洲運動基板裝置由步進電機一、聯軸器一、電機座一、同步帶輪三、滑塊一、光杠一、連桿一、基板一、同步帶一和同步帶輪一組成，所述的步進電機一通過電機座一連接到機架的頂板上，所述的同步帶輪三通過聯軸器一與步進電機一相連，通過同步帶一與固定于同步帶輪槽上的同步帶輪一相連，所述的滑塊一與光杠一滑動連接、在同步帶一的帶動下進行上下運動，所述的連桿一一端與滑塊一鉸接，另一端與基板一鉸接。

3.根據權利要求1所述的一種無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：所述的材料池裝置的結構是，料池底座通過連接件一固定連接在機架的支撐柱上，材料池固定連接在材料池底座上，所述的材料池具有多個儲料小室，用于裝不同的噴射材料。

4.根據權利要求1所述的一種無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：所述的供料裝置的結構是，微注射泵通過連接件二固定連接在機架的支撐柱上，所述的輸料管一端與微注射泵相連，另一端與材料池相連，計算機根據噴射材料量控制供應材料量。

5.根據權利要求1所述的一種無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置，其特征在于：所述的聚焦超聲系統由步進電機二、電機座二、聯軸器二、同步帶輪四、耦合液池、聚焦超聲換能器、基板二、光杠二、同步帶二、滑塊二、連桿二和同步帶輪二組成，所述的步進電機二通過電機座二連接到機架的頂板上，所述的同步帶輪四通過聯軸器二與步進電機二相連，通過同步帶二與固定于同步帶輪槽上的同步帶輪二相連，所述的滑塊與光杠二滑動連接、在同步帶二的帶動下進行上下運動，所述的連桿二一端與滑塊二鉸接，另一端鉸接于基板二上，所述的耦合液池固定在基板二上，所述的聚焦超聲換能器固定在耦合液池內。

6.采用權利要求1所述的無級變速多材料超聲微滴噴射增材制造裝置進行微滴噴射增材制造的方法，包括如下步驟：

計算機根據所需噴射材料的種類，控制聚焦超聲系統平面移動，令聚焦超聲換能器位于所需噴射材料的正下方；

所述的聚焦超聲換能器在噴射微滴前，先發射一個檢測聲波，位于聚焦超聲換能器表面的聲吶接收由耦合液與材料池下底面之間的界面、材料池上底面與材料之間的界面和材料與空氣之間的界面反射回來的聲波，并將信息反饋給計算機，計算機根據反射聲波的信息分析出材料池內所要噴射材料的聲阻抗以及液面高度，結合輸入的噴射液滴直徑和噴射速度參數，分析出所需聚焦超聲換能器的焦距以及驅動頻率，調節聚焦超聲系統的高度，發出相應的驅動信號進行微滴噴射；

在微滴噴射過程中，計算機根據噴射流量及材料種類控制供料裝置供料，根據噴射液滴所需沉積位置控制三角洲運動基板裝置上的基板一的空間運動，從而實現多材料混合超聲微滴噴射增材制造。

7.根據權利要求6所述的進行微滴噴射增材制造的方法，其特征在于：聚焦超聲換能器通過發射聚焦聲波，在材料表面的焦點處，聲壓力使液體材料克服其表面張力并噴射出，噴射方向豎直向上，無需使用噴頭；通過改變聚焦超聲換能器驅動頻率和驅動電壓的大小，噴射過程中可改變噴射速度和噴射液滴直徑的大小；可噴射粘度范圍為0-2000mpa.s的陶瓷粉末漿料，聚合物粉末漿料，金屬粉末漿料以及室溫下液態金屬材料；可噴微滴的體積范圍為5pl-250nl，穩定噴射頻率范圍為0-8000Hz。。