[发明专利]无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置，其特征在于：包括机架、三角洲运动基板装置、材料池装置、聚焦超声系统和供料装置，所述的三角洲运动基板装置固定在机架内并位于其顶板下方，所述的聚焦超声系统固定在机架内并位于其底板上方，所述的材料池装置位于聚焦超声系统上方并固定在机架上，所述的供料装置固定在机架的支撑柱上；

所述的机架由底板、光杠底座、支撑柱和顶板之间通过固定连接组成；所述的支撑柱用于固定连接底板和顶板，所述的光杠底座上有同步带轮槽，所述的光杠底座分别用于连接光杠一和光杠二，所述的同步带轮槽分别用于连接同步带轮一和同步带轮二，所述的顶板上有同步带通孔，用于穿过同步带一和同步带二。

2.根据权利要求1所述的一种无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置，其特征在于：所述的三角洲运动基板装置由步进电机一、联轴器一、电机座一、同步带轮三、滑块一、光杠一、连杆一、基板一、同步带一和同步带轮一组成，所述的步进电机一通过电机座一连接到机架的顶板上，所述的同步带轮三通过联轴器一与步进电机一相连，通过同步带一与固定于同步带轮槽上的同步带轮一相连，所述的滑块一与光杠一滑动连接、在同步带一的带动下进行上下运动，所述的连杆一一端与滑块一铰接，另一端与基板一铰接。

3.根据权利要求1所述的一种无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置，其特征在于：所述的材料池装置的结构是，料池底座通过连接件一固定连接在机架的支撑柱上，材料池固定连接在材料池底座上，所述的材料池具有多个储料小室，用于装不同的喷射材料。

4.根据权利要求1所述的一种无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置，其特征在于：所述的供料装置的结构是，微注射泵通过连接件二固定连接在机架的支撑柱上，所述的输料管一端与微注射泵相连，另一端与材料池相连，计算机根据喷射材料量控制供应材料量。

5.根据权利要求1所述的一种无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置，其特征在于：所述的聚焦超声系统由步进电机二、电机座二、联轴器二、同步带轮四、耦合液池、聚焦超声换能器、基板二、光杠二、同步带二、滑块二、连杆二和同步带轮二组成，所述的步进电机二通过电机座二连接到机架的顶板上，所述的同步带轮四通过联轴器二与步进电机二相连，通过同步带二与固定于同步带轮槽上的同步带轮二相连，所述的滑块与光杠二滑动连接、在同步带二的带动下进行上下运动，所述的连杆二一端与滑块二铰接，另一端铰接于基板二上，所述的耦合液池固定在基板二上，所述的聚焦超声换能器固定在耦合液池内。

6.采用权利要求1所述的无级变速多材料超声微滴喷射增材制造装置进行微滴喷射增材制造的方法，包括如下步骤：

计算机根据所需喷射材料的种类，控制聚焦超声系统平面移动，令聚焦超声换能器位于所需喷射材料的正下方；

所述的聚焦超声换能器在喷射微滴前，先发射一个检测声波，位于聚焦超声换能器表面的声呐接收由耦合液与材料池下底面之间的界面、材料池上底面与材料之间的界面和材料与空气之间的界面反射回来的声波，并将信息反馈给计算机，计算机根据反射声波的信息分析出材料池内所要喷射材料的声阻抗以及液面高度，结合输入的喷射液滴直径和喷射速度参数，分析出所需聚焦超声换能器的焦距以及驱动频率，调节聚焦超声系统的高度，发出相应的驱动信号进行微滴喷射；

在微滴喷射过程中，计算机根据喷射流量及材料种类控制供料装置供料，根据喷射液滴所需沉积位置控制三角洲运动基板装置上的基板一的空间运动，从而实现多材料混合超声微滴喷射增材制造。

7.根据权利要求6所述的进行微滴喷射增材制造的方法，其特征在于：聚焦超声换能器通过发射聚焦声波，在材料表面的焦点处，声压力使液体材料克服其表面张力并喷射出，喷射方向竖直向上，无需使用喷头；通过改变聚焦超声换能器驱动频率和驱动电压的大小，喷射过程中可改变喷射速度和喷射液滴直径的大小；可喷射粘度范围为0-2000mpa.s的陶瓷粉末浆料，聚合物粉末浆料，金属粉末浆料以及室温下液态金属材料；可喷微滴的体积范围为5pl-250nl，稳定喷射频率范围为0-8000Hz。。