[发明专利]一种基于过饱和盐溶液结晶的快速成型方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于过饱和盐溶液结晶的快速成型方法及装置，特别涉及一种通过喷射过饱和盐溶液到存在结晶中心的沉积基台上，利用过饱和盐溶液遇结晶中心会迅速结晶固化的特性，在沉积基台上按一定的图案逐层沉积结晶水合物以构建三维实体的方法及装置。

背景技术

快速成型是一种快速制造复杂三维实体的先进制造技术。目前主流的快速成型技术中，熔融沉积快速成型方法因为成本最为低廉而广受青睐(US6253116B1)。典型的熔融沉积快速成型技术如附图1。容器2中的材料8被加热元件10加热呈熔融状态。在驱动泵3的作用下，熔融材料经连接管道5被输送至喷头4喷出；因为冷却器12的存在，熔融材料到达沉积基台1会迅速凝固；以此同时，计算机6一方面调节驱动泵3流量，另一方面控制伺服机构7决定喷头4的三维运动，使熔融材料按工件截面逐层凝固成型，最终形成三维实体9。

然而，上述熔融沉积快速成型工艺存在以下不足：(1)需要复杂的温控装置。图1中喷头温控装置11需保证喷头内熔融材料温度不能太低(防止凝固堵塞)，也不能太高(防止喷射到基台上之后冷却过慢而溢流)；(2)相变方法控制工质“液/固”状态改变成型能耗高，同时容易发生相变缩孔，变形等问题；因此，寻找更加高效的液/固转变方式，获取结构简单，成本低廉，性能优越的喷射快速成型方法仍然是工业界亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于过饱和盐溶液结晶的快速成型方法和装置，即通过喷射过饱和盐溶液到存在结晶中心的沉积基台上，利用过饱和盐溶液遇结晶中心会迅速结晶固化的特性，在沉积基台上按一定的图案逐层沉积结晶水合物，最终构建三维实体。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的基于过饱和盐溶液结晶的快速成型方法，其特征在于，其为通过喷射过饱和盐溶液到存在结晶中心的沉积基台上，由于结晶中心的存在导致结晶水合物迅速析出生成，从而在所述沉积基台上按一定的图案逐层沉积以构建三维实体；所述结晶中心为置于所述沉积基台上的固体颗粒、块状溶质晶体或为沉积基台自身表面的粗糙突起，所述块状溶质晶体为过饱和盐溶液的溶质结晶水合物；用于诱导过饱和盐溶液围绕结晶中心结晶；

本发明提供的基于过饱和盐溶液结晶的快速成型装置，其包括：沉积基台、储液容器、驱动泵、喷头、连接管道、计算机、伺服机构和结晶中心；所述储液容器内装过饱和盐溶液；所述结晶中心为置于所述沉积基台上的固体颗粒、块状溶质晶体或为沉积基台自身表面的粗糙突起，所述块状溶质晶体为过饱和盐溶液的溶质结晶水合物；用于诱导过饱和盐溶液围绕结晶中心结晶；

所述储液容器、驱动泵和喷头通过连接管道顺序相连通，以形成过饱和盐溶液输送至喷头的输送路径；

所述计算机设置两条控制线路，第一控制线路控制驱动泵流量，第二控制线路通过伺服机构控制喷头的三维运动。

所述喷头喷口直径为10纳米～10毫米；

所述喷头、储液容器、驱动泵及连接管路为一个或多个；以实现多泵输送，多喷头同时造型，提高成型速度；也可采用多流道输送不同颜色的液体，进行彩色造型的构建。

本发明提供的的基于过饱和盐溶液结晶的快速成型装置，还可包括：用于监控三维实体的成型过程的光学摄像仪。

所述计算机内装有三维建模软件，模型分析软件和模型截面数据提取软件，并根据所沉积的三维实体的三维信息生成伺服机构的运动指令、驱动泵流量控制指令及发送错误报警信息。

所述驱动泵为叶片式泵、容积式泵、压电泵、电润湿泵或蠕动泵；其中容积式泵(如气压泵)因为易实现恒压驱动，流体扰动小等优点为最优选择。

所述过饱和盐溶液为正盐过饱和溶液、酸式盐过饱和溶液或复盐过饱和溶液。

所述的正盐过饱和溶液为醋酸钠过饱和溶液、硝酸铜过饱和溶液或硝酸锶过饱和溶液；所述的酸式盐过饱和溶液为碳酸氢钠过饱和溶液；所述复盐过饱和溶液为硫酸铝钾过饱和溶液或硫酸亚铁铵过饱和溶液。

本发明利用计算机构建三维实体(CAD三维模型)，其构建流程如图3所示：