[發(fā)明專利]金屬熔滴噴射系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110496182.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113369695A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邁克爾·澤諾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格拉納特研究有限公司;邁克爾·澤諾
• 主分類號(hào): B23K26/342
• 分類號(hào): B23K26/342;B23K26/70;B33Y30/00
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國(guó);吳啟超

本發(fā)明公開(kāi)用于增材制造的系統(tǒng)和方法，并且具體地采用脈沖激光器或其他加熱裝置從供體金屬微絲產(chǎn)生金屬熔滴的此類方法和設(shè)備，所述熔滴在集合體中固化時(shí)形成3D結(jié)構(gòu)。金屬微絲供應(yīng)源布置成以便通過(guò)壓電平移器朝向噴嘴區(qū)域饋送。在所述噴嘴附近，所述金屬微絲的端部部分被加熱(例如，通過(guò)激光脈沖或電加熱器元件)，從而致使所述金屬微絲的在所述噴嘴區(qū)域附近的所述端部部分形成金屬熔滴。接收基板定位成接收從所述噴嘴區(qū)域噴射的所述金屬熔滴。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01880085072.7的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于增材制造的方法和設(shè)備，并且具體地涉及采用脈沖激光器或其他加熱裝置從供體微絲產(chǎn)生金屬熔滴的此類方法和設(shè)備，所述熔滴在集合體中固化時(shí)形成三維(“3D”)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

所謂的“3D打印”或更一般地，增材制造，是用來(lái)描述在計(jì)算機(jī)控制下由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文件制造三維物體的過(guò)程的廣義術(shù)語(yǔ)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多不同的增材制造技術(shù)，其中的一些涉及使用激光熔合材料，通常是金屬、聚合物或陶瓷粉末。圖1中示出的稱為激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)印(“LIFT”)的更新增材制造工藝從設(shè)置在透明基板的背側(cè)(從入射激光束的角度來(lái)看)上的薄金屬箔或膜中產(chǎn)生并噴射金屬熔滴。為了形成熔滴，將激光通過(guò)在其上承載金屬箔的透明基板聚焦在金屬箔的較小區(qū)域上。由激光引起的局部加熱致使噴射金屬箔的熔滴，其中熔滴的大小與入射到箔上的激光束的橫截面成比例。如此噴射出的熔滴跨間隙(通常為約幾微米)行進(jìn)并且聚結(jié)在接收基板上。參見(jiàn)，例如，Zenou,M.等人的“Laser jetting offemto-liter metal droplets for high resolution 3D printed structures,”Scientific Reports 5,17265；doi:10.1038(2015)。通過(guò)在由正在被打印的物體的橫截面限定的形成件中噴射重疊的金屬熔滴，將此技術(shù)應(yīng)用于3D結(jié)構(gòu)的打印。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述了用于增材制造的系統(tǒng)和方法，并且具體地采用脈沖激光器或其他加熱裝置從供體微絲產(chǎn)生金屬熔滴的此類方法和設(shè)備，所述熔滴在集合體中固化時(shí)形成3D結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，用于金屬激光噴射的系統(tǒng)包括金屬微絲(例如，直徑約10微米)供應(yīng)源，所述金屬微絲供應(yīng)源布置成以便通過(guò)壓電平移器和/或電動(dòng)平移器朝向噴嘴區(qū)域饋送。金屬微絲沿其長(zhǎng)度支撐在玻璃基板(例如，熔融石英、熔融二氧化硅或陶瓷玻璃)的通孔中，并且噴嘴區(qū)域位于通孔的出口處。在控制器的控制下，激光器定位成朝向噴嘴區(qū)域發(fā)射光脈沖(例如，IR、UV或可見(jiàn)光，其中在激光脈沖的波長(zhǎng)處，玻璃基板為透明的或幾乎透明的)，其中金屬微絲的端部由壓電平移器定位，從而致使加熱金屬微絲的在噴嘴區(qū)域附近的端部部分。接收基板定位成接收從噴嘴區(qū)域噴射的金屬熔滴。加熱器可附連到玻璃基板的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面以預(yù)熱金屬微絲。

優(yōu)選地，金屬微絲供應(yīng)源組織在卷軸承載在其上的線軸中。在一些情況下，金屬微絲供應(yīng)源組織在金屬微絲的多個(gè)線軸中，每個(gè)線軸與其自身相應(yīng)的壓電平移器(和/或電動(dòng)平移器)和支撐玻璃基板裝置相關(guān)聯(lián)。替代地，金屬微絲供應(yīng)源可組織在金屬微絲的多個(gè)線軸中并且單一玻璃基板由金屬微絲線軸中的一些或全部共享。在任何或所有這些情況下，金屬微絲供應(yīng)源可布置成以便通過(guò)壓電平移器經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)輥朝向噴嘴區(qū)域饋送。

壓電平移器可包括布置成在控制器的控制下施加電流時(shí)在限定方向上移動(dòng)金屬微絲的一個(gè)或多個(gè)壓電陶瓷。在一些情況下，壓電平移器可包括一個(gè)或多個(gè)縱向壓電致動(dòng)器、一個(gè)或多個(gè)壓電剪切致動(dòng)器或一個(gè)或多個(gè)管致動(dòng)器。附加的壓電平移器可布置成使在其上承載金屬微絲線軸的卷軸繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，從而在控制器的控制下使金屬微絲朝向噴嘴區(qū)域展開(kāi)。

在一些實(shí)施方式中，激光器包括在掃描激光裝置中，所述掃描激光裝置被配置成在控制器的控制下在掃描路徑上掃描單一激光束，使得激光束在被激活時(shí)入射到與金屬微絲中相應(yīng)的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)噴嘴區(qū)域中的一個(gè)上。此種掃描激光裝置可包括掃描鏡或聲光偏轉(zhuǎn)器。