[發(fā)明專利]一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010950051.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112317763A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇春建;王恩民;郭素敏;王瑞;馮正陽;張明宇;紀(jì)超;吳曉辰
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/22;C21D10/00;C22F3/00;B22F10/368;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張正

1.一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型裝置，其特征在于：包括手套箱，所述手套箱的內(nèi)部安裝有三維工作臺、基板、檢測裝置、超聲波輔助裝置、熱熔裝置、壓電執(zhí)行器以及間隙微調(diào)儀；手套箱的外部設(shè)有惰性氣體罐、真空泵、壓力控制器、中央處理器、溫度控制器、運動控制卡和超聲波發(fā)生器；

所述三維工作臺安裝在手套箱內(nèi)的底部，基板安裝在三維工作臺的上端面，在三維工作臺的正上方設(shè)有熱熔裝置，熱熔裝置固定連接于手套箱，熱熔裝置包括有坩堝以及安裝在坩堝周圍的加熱元件，坩堝的底部安裝間隙可調(diào)噴嘴，坩堝的上端安裝壓電執(zhí)行器，壓電執(zhí)行器上方安裝間隙微調(diào)儀，間隙微調(diào)儀用于控制壓電執(zhí)行器產(chǎn)生的脈沖壓力，從而調(diào)節(jié)間隙可調(diào)噴嘴噴射金屬熔滴的頻率，坩堝上端與壓電執(zhí)行器中間安裝有絕熱元件；檢測裝置和超聲波輔助裝置設(shè)在熱熔裝置和基板中間，分別位于間隙可調(diào)噴嘴的左右兩側(cè)，檢測裝置包括卡座一和紅外熱成像儀，超聲波輔助裝置包括卡座二、超聲波換能器、超聲波變幅桿、工具頭和超聲沖擊針；

在手套箱的外部，惰性氣體罐通過管道連通手套箱，管道上設(shè)有壓力閥，所述壓力閥位于手套箱內(nèi)部；真空泵通過輸氣管連接手套箱；中央處理器通過線路分別連接壓力控制器、溫度控制器、紅外熱成像儀和運動控制卡，壓力控制器通過線路連接壓力閥，可以調(diào)節(jié)手套箱內(nèi)惰性氣體的含量；溫度控制器連接坩堝內(nèi)加熱元件，控制加熱元件對坩堝內(nèi)部金屬溶液的加熱；運動控制卡通過線路連接三維工作臺，控制其相對手套箱進(jìn)行移動；超聲波發(fā)生器通過線路連接超聲波輔助裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型裝置，其特征在于：檢測裝置中的卡座一固定在手套箱的內(nèi)壁上，紅外熱成像儀安裝在卡座一上，其探頭能夠分別檢測到間隙可調(diào)噴嘴以及金屬沉積層表面的溫度，將兩組數(shù)據(jù)傳輸至中央處理器；中央處理器通過對兩組溫度數(shù)據(jù)的分析控制調(diào)整加熱元件的溫度，使坩堝內(nèi)的金屬溶液在最適宜的溫度快速凝固沉積成型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型裝置，其特征在于：超聲波輔助裝置中的卡座二固定在手套箱的內(nèi)壁上，超聲波換能器、超聲波變幅桿、工具頭和超聲沖擊針順次組合安裝在卡座二上，超聲沖擊針靠近間隙可調(diào)噴嘴，保證超聲沖擊針能夠有效作用在沉積層上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型裝置，其特征在于：所述超聲發(fā)生器的功率為500～2000W，超聲頻率為15-25kHz。

5.一種超聲輔助金屬微噴熔滴沉積成型方法，基于權(quán)利要求1中所述的成型裝置，其特征在于：具體包括以下步驟，

S1、首先要保護金屬溶液在沉積成型過程中不被氧化，開啟中央處理器，控制真空泵運作對手套箱內(nèi)抽真空，壓力控制器控制壓力閥打開，將惰性氣體罐中氣體充入手套箱；

S2、溫度控制器控制加熱元件加熱坩堝內(nèi)金屬溶液達(dá)到熔滴溫度，超聲波發(fā)生器工作使超聲沖擊針處于振動狀態(tài)；

S3、間隙微調(diào)儀控制壓電執(zhí)行器產(chǎn)生脈沖壓力，調(diào)節(jié)間隙可調(diào)噴嘴噴射金屬溶液的頻率，使得金屬溶液在基板上沉積成型；在金屬溶液沉積成型的過程中，運動控制卡控制三維工作臺根據(jù)成型要求進(jìn)行運動，帶動基板移動，使金屬溶液能準(zhǔn)確沉積成型在基板上。