CN106042375A - 用于增材制造的数字化喷射喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种用于增材制造的数字化喷射喷头。所述微喷嘴装入卡座，由前端下定位套在轴向和径向定位，由锁紧套夹紧于卡座中，卡座胶粘于压电作动器，压电作动器胶粘于座板，压电作动器由外接控制单元控制，座板孔中有上定位套，对微喷嘴辅助定位支承。本发明利用外部宏驱动力驱动管壁往复运动，借助微流边界层的剪切粘滞力传递外部宏驱动力和能量，实现液体或粉体的微量数字化喷射。本发明可用于增材制造中同一切片层的非均匀喷射，边界区域采用较高的频率和较小的喷射量，中间则较大喷射量，从而实现成型效率和成型精度的同步提升以及非均匀梯度材料的增材制造。

Description

用于增材制造的数字化喷射喷头

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种用于增材制造的数字化喷射喷头。

背景技术

增材制造是利用计算机将 CAD 模型沿一个方向离散成系列二维截面图，然后根据信息逐层均匀打印堆积成型的快速方法。

为了减小切片误差，通常取较小切片厚度，通过减薄分层厚度提高成型精度的传统方法不仅导致成型效率大幅度下降，成型制品机械强度的降低，还大幅提高成型的技术难度。成型精度、速度、成本严重制约着增材制造成型方法的应用普及。

为了解决成型精度提高导致的成型效率下降问题，实现成型效率和成型精度的同步提升，亟待开发出可以解决上述问题的新型喷射喷头。

发明内容

本发明的目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、使用方便的数字化喷头，可以在增材制造过程中实现数字化喷射打印，实现非均匀喷射打印，实现成型效率和成型精度的同步提升以及非均匀梯度材料的增材制造。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于增材制造的数字化单喷嘴喷射喷头，包括单管微喷嘴；所述微喷嘴的前端通过下定位套在轴向和径向定位后安装入微针卡座内，并通过锁紧套夹紧于微针卡座中；所述单管微喷嘴的后端通过上定位套在轴向和径向定位后安装于座板A中；所述座板A和微针卡座之间安装用于驱动单管微喷嘴喷射的作动器A，所述作动器A外接控制单元控制。

优选的，所述作动器A为压电作动器。

使用时，用于成型的物料（液体或粉体）装入微喷嘴，对压电作动器施加脉冲驱动电压，压电效应作用下，在低电平→高电平阶段，压电作动器膨胀，驱动微针卡座、喷嘴管壁加速前进，在边界层作用下，管内液体（或粉体）随管壁前进，相位慢π/2。在高电平→低电平时，压电效应消失，作动器回缩，产生反向加速度，管壁减速并加速后退，此时液体（或粉体）在惯性力作用下仍保持继续前进趋势，在边界层产生剪切力，当达到足以克服液体张力，与管壁间产生相对滑移运动，从而实现管内液体（或粉体）的脉冲运动，至管口处，克服管口阻力和液体张力（或粉体桥接力），实现微量喷射。常态下，在低雷诺数微管内，边界层阻力、液体张力（或粉体桥接力）等作用下，保持管内液体（粉体）不流动，微喷嘴处于常闭状态。

或者，一种用于增材制造的数字化阵列喷嘴喷射喷头，包括料斗，所述料斗侧面设置物料进口，所述料斗底部密封安装阵列微喷嘴，所述料斗顶部安装盖板，所述盖板上安装作动器B，所述作动器B固定于座板B上，所述作动器B外接控制单元控制。

优选的，所述作动器B为压电作动器。

使用时，用于成型的物料（液体或粉体）通过物料进口注入料斗内，对压电作动器施加脉冲驱动电压，动作原理同上。

与现有的技术相比，本发明有如下优点：

1、利用外部宏驱动力驱动管壁往复运动，借助微流边界层的剪切粘滞力传递外部宏驱动力和能量，实现液体或粉体的微量喷射；该方法不需要微嵌入微电路，不需要大量的微元器件，以微喷嘴自身低雷诺数特性实现常态下闭合状态。

2、所实现的微量喷射是数字化喷射，喷射频率、喷射量大小，可由程序调节驱动电压等参数控制。

本发明设计合理，可用于增材制造中同一切片层的非均匀喷射，边界区域采用较高的频率和较小的喷射量，中间则较大喷射量，从而实现成型效率和成型精度的同步提升以及非均匀梯度材料的增材制造，具有很好的实用价值。

附图说明

图1表示单喷嘴设计结构示意图。

图2表示阵列喷嘴设计结构示意图。

图中，10-胶粘层，11-单管微喷嘴，12-上定位套，13-座板A，14-作动器A，15-微针卡座，16-下定位套，17-锁紧套，21-座板B，22-作动器B，23-盖板，24-料斗，25-阵列喷嘴，26-密封圈，27-物料进口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种用于增材制造的数字化单喷嘴喷射喷头，包括微喷嘴、喷嘴夹持部件和喷射驱动部件。如图1所示，包括单管微喷嘴11；所述微喷嘴11的前端通过下定位套16在轴向和径向定位后安装入微针卡座15内，并通过锁紧套17夹紧于微针卡座15中；所述单管微喷嘴11的后端通过上定位套12在轴向和径向定位后安装于座板A13中；所述座板A13和微针卡座15之间通过胶粘层10安装用于驱动单管微喷嘴11喷射的作动器A14，所述作动器A14外接控制单元控制。

装配时，微喷嘴装入微针卡座，并由下端下定位套在轴向和径向定位，在由锁紧套夹紧于微针卡座中，微针卡座胶粘于压电作动器A，压电作动器A胶粘于座板，座板孔中有上定位套，对微喷嘴辅助定位支承。

使用时，用于成型的物料（液体或粉体）装入微喷嘴，对压电作动器施加脉冲驱动电压，压电效应作用下，在低电平→高电平阶段，压电作动器膨胀，驱动微针卡座、喷嘴管壁加速前进，在边界层作用下，管内液体（或粉体）随管壁前进，相位慢π/2。在高电平→低电平时，压电效应消失，作动器回缩，产生反向加速度，管壁减少并加速后退，此时液体（或粉体）在惯性力作用下仍保持继续前进趋势，在边界层产生剪切力，当达到足以克服液体张力，与管壁间产生相对滑移运动，从而实现管内液体（或粉体）的脉冲运动，至管口处，克服管口阻力和液体张力（或粉体桥接力），实现微量喷射。常态下，在低雷诺数微管内，边界层阻力、液体张力（或粉体桥接力）等作用下，保持管内液体（粉体）不流动，微喷嘴处于常闭状态。

实施例2

一种用于增材制造的数字化阵列喷嘴喷射喷头，以阵列微喷嘴代替实施例1中的单喷嘴，可以实现阵列喷射。如图2所示，包括料斗24，所述料斗24侧面设置物料进口27，所述料斗24底部通过密封圈26密封安装阵列微喷嘴25，所述料斗24顶部通过胶粘层10安装盖板23，所述盖板23上通过胶粘层10安装作动器B22，所述作动器B22通过胶粘层10固定于座板B21上，所述作动器B22外接控制单元控制。

装配时，阵列微喷嘴以螺纹锁于料斗，由密封圈密封，料斗黏结于盖板，盖板胶粘与压电驱动器B，压电驱动器胶粘于座板。

使用时，用于成型的物料（液体或粉体）通过物料进口注入料斗内，对压电作动器施加脉冲驱动电压，动作原理同实施例1。

实施例中，作动器A和B均可以选择压电作动器。作动器又名激振器，用于进行动力学试验，是动力学试验的出力装置。作动器的作用是按照确定的控制规律对控制对象施加控制力。随着振动主动控制技术的发展，对作动器的要求愈来愈高。近年来，在传统的流体作动、气体作动器和电器作动器的基础上，研究开发出了多种智能型作动器，如压电陶瓷作动器、压电薄膜作动器、电致伸缩作动器、磁致伸缩作动器、形状记忆合金作动器、伺服作动器和电流变流体作动器等。这些作动器的出现为实现高精度的振动主动控制提供了必要条件。

上述液滴喷射驱动方式不限于压电驱动，凡输入的能量以数字化控制，输入的能量以宏驱动方式作用于外管壁，通过微流边界层实现的液滴数字化驱动喷射均可实现本实施例的功能。

本实施例中的单喷嘴喷射喷头和阵列喷射喷头均利用外部宏驱动力驱动管壁往复运动，借助微流边界层的剪切粘滞力传递外部宏驱动力和能量，实现液体或粉体的微量数字化喷射。可用于增材制造中同一切片层的非均匀喷射，边界区域采用较高的频率和较小的喷射量，中间则较大喷射量，从而实现成型效率和成型精度的同步提升以及非均匀梯度材料的增材制造。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种用于增材制造的数字化单喷嘴喷射喷头，其特征在于：包括单管微喷嘴（11）；所述微喷嘴（11）的前端通过下定位套（16）在轴向和径向定位后安装入微针卡座（15）内，并通过锁紧套（17）夹紧于微针卡座（15）中；所述单管微喷嘴（11）的后端通过上定位套（12）在轴向和径向定位后安装于座板A（13）中；所述座板A（13）和微针卡座（15）之间安装用于驱动单管微喷嘴（11）喷射的作动器A（14），所述作动器A（14）外接控制单元控制。

2.根据权利要求1所述的用于增材制造的数字化单喷嘴喷射喷头，其特征在于：所述作动器A（14）为压电作动器。

3.一种用于增材制造的数字化阵列喷嘴喷射喷头，其特征在于：包括料斗（24），所述料斗（24）侧面设置物料进口（27），所述料斗（24）底部密封安装阵列微喷嘴（25），所述料斗（24）顶部安装盖板（23），所述盖板（23）上安装作动器B（22），所述作动器B（22）固定于座板B（21）上，所述作动器B（22）外接控制单元控制。

4.根据权利要求3所述的用于增材制造的数字化阵列喷嘴喷射喷头，其特征在于：所述作动器B（22）为压电作动器。