[發明專利]一種帶小回流區的金屬微滴噴射裝置

有效

• 申請號: 202111119021.1
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113909492B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 齊樂華;周怡;羅俊;豆毅博;李賀軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B22F10/22
• 分類號: B22F10/22;B22F12/70;B22F12/53;B33Y40/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 高凌君

本發明提供了一種帶小回流區的金屬微滴噴射裝置，解決現有金屬微滴噴射裝置中側吹式保護氣流產生組件對金屬液滴噴射飛行過程干擾作用強，以及現有環形射流式保護氣流產生組件存在較大回流區的技術問題。該裝置的保護氣流道由保護氣均布段流道和保護氣作用段流道組成，保護氣作用段流道由環形射流區I和側吹區II組成，保護氣先經過保護氣均布段流道的均氣作用，再流經保護氣作用段流道環形射流區I使保護氣流動方向與液滴下落方向一致，最后經過保護氣作用段流道側吹區II的小角度聚集作用到達噴嘴附近，從而用于金屬液滴的低氧保護。

技術領域

本發明屬于均勻金屬微滴噴射技術領域，具體涉及一種基于均勻金屬微滴噴射技術的帶小回流區的金屬微滴噴射裝置。

背景技術

均勻金屬微滴噴射打印技術基于離散/堆積成形原理，可逐點、逐線、逐面沉積用于金屬三維結構件直接成型與損傷修復，也可用于三維電路打印及電子封裝。該方式具有無需大功率能量源和特殊昂貴原材料、設備成本低廉等優點，在復雜結構件增材制造及快速修復、三維電路成型與電子封裝方面具有廣闊應用前景。為防止金屬微滴在噴射打印過程中氧化，現有金屬微滴噴射打印過程大多依靠常規手套箱形成密封低氧環境，導致設備占用資源較大，且不利于大尺寸結構件的修復工作及電子封裝的流水線化生產。引入微域保護氣流產生裝置可實現設備的進一步小型化，突破工件尺寸限制，并實現物料的隨時供應與轉移，從而提高設備柔性化制造能力及生產效率。

文獻1“Ming,Fang,Sanjeev,et al.Building three-dimensional objects bydeposition of molten metal droplets[J].Rapid Prototyping Journal,2008,14(1):44-52.”提出一種側吹式保護氣流產生裝置用于均勻金屬微滴的噴射，通過在噴嘴附近側吹惰性保護氣體實現對液滴的低氧保護。這種方式由于保護氣流動方向與液滴下落方向垂直，保護氣在噴嘴附近互相摻混作用強烈，金屬液滴噴射飛行過程很容易受到保護氣橫向氣流的干擾，從而影響打印件成型質量。

文獻2“Moore E M,Shambaugh R L,Papavassiliou D V.Analysis ofisothermal annular jets:Comparison of computational fluid dynamics andexperimental data[J].Journal of Applied Polymerence,2004,94(3):909-922.”將一種環形射流式保護氣流產生裝置用于聚合物熔噴工藝，若將該裝置應用于均勻金屬微滴的噴射打印，相比于側吹式保護氣流產生裝置能夠有效降低氣流對液滴的橫向干擾作用，但由于環形射流存在中心壁效應，會在噴嘴出口截面倒三角區形成氣流流動方向與液滴下落方向相反的回流區，從而使液滴下落方向與速度極不穩定，影響均勻液滴噴射打印成形。

因此，還需開發能夠同時避免保護氣對液滴產生橫向干擾作用及中心壁效應的保護氣流產生裝置以保證均勻金屬微滴噴射打印過程的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于解決現有金屬微滴噴射裝置側吹式保護氣流產生組件對金屬液滴噴射飛行過程干擾作用強，以及現有環形射流式保護氣流產生組件存在較大回流區的技術問題，而提供一種帶小回流區的金屬微滴噴射裝置。

為實現上述目的，本發明所提供的技術解決方案是：

一種帶小回流區的金屬微滴噴射裝置，其特殊之處在于：包括金屬微滴產生單元、頂蓋、底蓋以及保護氣流產生單元；

所述金屬微滴產生單元包括噴射控制器、均勻金屬微滴噴射控制組件、坩堝、加熱組件以及噴嘴；

所述坩堝和加熱組件由內向外同軸密封設置在頂蓋與底蓋之間，且兩者之間留有保護氣均布段流道；坩堝用于容納金屬原料，坩堝下端同軸設置有所述噴嘴，噴嘴伸出所述底蓋上開設的通孔，且坩堝和噴嘴均與底蓋之間留有間隙；加熱組件用于加熱坩堝，使金屬原料呈熔融態；