[發(fā)明專利]一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印裝置及打印方法

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• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111531892A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳立群;劉寬;楊夢露;陳增
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: B29C64/393
• 分類號: B29C64/393;B29C64/20;B29C64/153;B33Y50/02;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明公開一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印裝置及打印方法，包括計算機(jī)、PWM控制模塊、激光發(fā)生器、直流穩(wěn)壓可調(diào)電源單元、粉末發(fā)生器、驅(qū)動單元模塊、超聲陣列發(fā)射器以及反射器，計算機(jī)與PWM控制模塊中的單片機(jī)連接，驅(qū)動單元模塊與PWM控制模塊相連接，驅(qū)動單元模塊分別與激光發(fā)生器驅(qū)動端、粉末發(fā)生器驅(qū)動端和超聲陣列發(fā)射器的驅(qū)動端通信，直流穩(wěn)壓可調(diào)電源單元為驅(qū)動單元模塊提供能量；超聲陣列發(fā)射器與反射器相對設(shè)置，反射器的表面設(shè)有粉末噴射口，粉末噴射口與粉末發(fā)生器連通，激光發(fā)生器設(shè)于反射器的一側(cè)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)粉末在空間位置中任一聲波節(jié)點的懸浮以及移動，移動粉末效率高和安全性強(qiáng)，復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印的方法以及裝置。

背景技術(shù)

超聲駐波懸浮技術(shù)利用超聲振動產(chǎn)生的輻射聲壓使懸浮體在沒有任何附加效應(yīng)的聲場中懸浮或移動，具有非接觸、無容器懸浮的特點。超聲駐波在微電子機(jī)械系統(tǒng)、無容器材料處理和制備等領(lǐng)域都有運(yùn)用。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)、通過將粉末狀金屬或塑料等可粘合材料逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的快速成形技術(shù)，能快速個性規(guī)劃定制，并可結(jié)合其他計算機(jī)技術(shù)生產(chǎn)更加精密的零件。隨著中國制造不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)所用的材料種類越來越多，成形結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，零件的精度越來越高，使其應(yīng)用的范圍不斷增大。目前，3D打印已應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車制造行業(yè)，此外，在工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療醫(yī)學(xué)、教育等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的應(yīng)用也為其開辟了新的發(fā)展方向。

然而現(xiàn)在的3D打印只是簡單的采用擠出機(jī)來實現(xiàn)成型，耐腐蝕能力和力學(xué)性能較差。為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印的方法以及裝置，精確控制和組織懸浮粉末堆積形成3D打印形狀，在預(yù)定位置安全地處理它們。在進(jìn)入聲場和沉淀過程中，粉狀物質(zhì)的顆粒將被重新排列，沿著所需的軌跡落下并沉降成一定的圖案。一層又一層，顆粒將以任何形狀沉積。本裝置旨在解決現(xiàn)在的3D打印只是簡單的采用擠出機(jī)來實現(xiàn)成型，耐腐蝕能力和力學(xué)性能較差，成型困難。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印方法及打印裝置，操作穩(wěn)定性好，位置控制精確。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種非接觸式超聲相控陣懸浮3D打印裝置，包括計算機(jī)、PWM控制模塊、激光發(fā)生器、直流穩(wěn)壓可調(diào)電源單元、粉末發(fā)生器、驅(qū)動單元模塊、超聲陣列發(fā)射器以及反射器，計算機(jī)與PWM控制模塊中的單片機(jī)連接，驅(qū)動單元模塊通過數(shù)據(jù)線與PWM控制模塊相連接，驅(qū)動單元模塊分別與激光發(fā)生器驅(qū)動端、粉末發(fā)生器驅(qū)動端和超聲陣列發(fā)射器的驅(qū)動端通信，直流穩(wěn)壓可調(diào)電源單元為驅(qū)動單元模塊提供能量；超聲陣列發(fā)射器與反射器相對設(shè)置，超聲陣列發(fā)射器與反射器之間形成3D打印空間，反射器的表面設(shè)有粉末噴射口，粉末噴射口與粉末發(fā)生器連通，粉末由粉末噴射口噴出至3D打印空間；激光發(fā)生器設(shè)于反射器的一側(cè)，對3D打印空間內(nèi)的粉末進(jìn)行激光。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，超聲陣列發(fā)射器包括振動單元和固定單元，振動單元為超聲換能器組成的方形陣列，固定單元為樹脂殼體，振動單元設(shè)于固定單元的表面；反射器包括反射板，反射板的表面設(shè)有粉末噴射口；反射板與超聲陣列發(fā)射器通過支撐架固定。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，粉末發(fā)生器包括粉末儲存器、帶有壓電陶瓷結(jié)構(gòu)的噴射裝置、噴射管和噴嘴，噴嘴設(shè)于所述粉末噴射口內(nèi)，噴嘴通過噴射管與粉末儲存器連通。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述超聲陣列發(fā)射器為14*14超聲陣列發(fā)射器，包括14*14個超聲換能器組成的方形陣列；該方形陣列分為兩組，每組陣列產(chǎn)生不同的粉末懸浮點；每組陣列的邊角位置均設(shè)有位置傳感器，位置傳感器與計算機(jī)電性連接。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述PWM控制單元采用Arduino MEGA單片機(jī)。