[發明專利]一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型方法

在審

• 申請號: 202011604580.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112810131A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 趙玉剛;湯海波;黃承志;王東民
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/20;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型方法，采用堆疊成型裝置進行，具體包括以下步驟：(1)制備納米流體懸浮液；(2)注射單元吸入納米流體，逐滴滴在設定好過冷度的承載底板上，凝固面由液滴底面向頂部推移，在完全凝固后，納米顆粒隨補償流移動，密集堆積至頂面，形成一個光滑平臺；(3)等待前一液滴凝固后，在其平臺正中心繼續放置液滴，形成第二個圓柱體或圓臺，如此反復，堆疊出圓柱體。本發明利用納米流體液滴凝固過程中的特征形變，在凝固液滴頂部產生平臺結構，利用堆疊原理一次成型制備大高徑比的圓柱或塔形結構。納米流體液滴的堆疊結構穩定可控，精確度更高。

技術領域

本發明涉及液滴凝固成型領域，具體涉及一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型方法。

背景技術

納米流體通常指懸浮納米級固體粒子的液體，體積小，重量輕，導熱性很好。廣泛應用于能源、化工、材料領域。傳統三維打印技術在進行線狀零件加工時，往往由于材料限制，結構脆弱，無法長時間維持，不能在工業過程中使用。或者在堆疊柱狀結構時，表面也比較粗糙。使用常規液滴進行凝固堆疊會受到以下限制：1)單液滴受表面張力的影響為球狀，不增加外部條件下，凝固后也是單一的球狀。2)在球狀凝固液滴表面繼續滴加液滴，過冷度足夠，假設其不會滾落，也無法準確確定滴落位置，即使凝固后也會產生空隙，影響了材料機械強度和氣密性。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型方法，本發明納米流體液滴一方面在表面張力的作用下凝固會形成光滑的表面，在低溫下形成穩定的結構，另一方面液滴頂部會形成一個平臺，便于進一步精確堆疊。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型裝置，包括用于滴加液滴的注射單元和用于液滴凝固的低溫臺，所述低溫臺包括設有制冷工質入口及制冷工質出口的循環冷卻裝置，以及設于所述循環冷卻裝置上的承載底板，所述循環冷卻裝置內循環通入冷卻液工質，使所述承載底板處于低溫狀態。

采用低溫平臺提供足夠的過冷度，通過注射單元逐滴滴在承載底板上的納米流體液滴由液滴底面向頂部推移，在完全凝固后，納米顆粒隨補償流移動，密集堆積至頂面，形成一個光滑平臺，利用納米流體液滴凝固過程中的特征形變，即在凝固液滴頂部產生平臺結構，利用堆疊原理一次成型制備大高徑比的圓柱或塔形結構。

優選地，所述承載底板為導熱材料制得，采用化學穩定性好、不易腐蝕或氧化的導熱材料，如光滑銅片，用導熱膠固定于循環冷卻裝置頂部。

優選地，所述承載底板連接溫控儀，并通過溫控儀控制溫度，所述低溫臺的工作溫度根據選用納米流體懸浮液的凝固點設定。

優選地，所述循環冷卻裝置內循環通入的冷卻液工質為質量濃度為40％的乙二醇水溶液。

優選地，所述注射單元包括注射器，優選地，所述注射器為恒溫注射器。

一種基于納米流體液滴凝固的堆疊成型方法，采用上述堆疊成型裝置進行，包括以下步驟：

(1)制備納米流體懸浮液；

(2)注射單元吸入納米流體，逐滴滴在設定好過冷度的承載底板上，凝固面由液滴底面向頂部推移，在完全凝固后，納米顆粒隨補償流移動，密集堆積至頂面，形成一個光滑平臺；

(3)等待前一液滴凝固后，在其平臺正中心繼續放置液滴，形成第二個圓柱體或圓臺，如此反復，堆疊出圓柱體。

優選地，所述注射單元連接在移動控制裝置上，并配合計算機程序，改變液滴放置位置，實現三維打印功能。理論上，該方案可以一次成型，打印出微米至亞微米尺度的復雜器件。