[发明专利]一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印装置及打印方法

说明书

本发明公开一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印装置及打印方法，包括计算机、PWM控制模块、激光发生器、直流稳压可调电源单元、粉末发生器、驱动单元模块、超声阵列发射器以及反射器，计算机与PWM控制模块中的单片机连接，驱动单元模块与PWM控制模块相连接，驱动单元模块分别与激光发生器驱动端、粉末发生器驱动端和超声阵列发射器的驱动端通信，直流稳压可调电源单元为驱动单元模块提供能量；超声阵列发射器与反射器相对设置，反射器的表面设有粉末喷射口，粉末喷射口与粉末发生器连通，激光发生器设于反射器的一侧。本发明能够实现粉末在空间位置中任一声波节点的悬浮以及移动，移动粉末效率高和安全性强，复杂环境适应能力强。

技术领域

本发明属于超声加工设备技术领域，具体涉及一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印的方法以及装置。

背景技术

超声驻波悬浮技术利用超声振动产生的辐射声压使悬浮体在没有任何附加效应的声场中悬浮或移动，具有非接触、无容器悬浮的特点。超声驻波在微电子机械系统、无容器材料处理和制备等领域都有运用。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础、通过将粉末状金属或塑料等可粘合材料逐层堆叠累积的方式来构造物体的快速成形技术，能快速个性规划定制，并可结合其他计算机技术生产更加精密的零件。随着中国制造不断发展，3D打印技术所用的材料种类越来越多，成形结构越来越复杂，零件的精度越来越高，使其应用的范围不断增大。目前，3D打印已应用于机械制造、汽车制造行业，此外，在工业设备、医疗医学、教育等领域，3D打印技术的应用也为其开辟了新的发展方向。

然而现在的3D打印只是简单的采用挤出机来实现成型，耐腐蚀能力和力学性能较差。为了克服背景技术的不足，本发明提供一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印的方法以及装置，精确控制和组织悬浮粉末堆积形成3D打印形状，在预定位置安全地处理它们。在进入声场和沉淀过程中，粉状物质的颗粒将被重新排列，沿着所需的轨迹落下并沉降成一定的图案。一层又一层，颗粒将以任何形状沉积。本装置旨在解决现在的3D打印只是简单的采用挤出机来实现成型，耐腐蚀能力和力学性能较差，成型困难。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印方法及打印装置，操作稳定性好，位置控制精确。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种非接触式超声相控阵悬浮3D打印装置，包括计算机、PWM控制模块、激光发生器、直流稳压可调电源单元、粉末发生器、驱动单元模块、超声阵列发射器以及反射器，计算机与PWM控制模块中的单片机连接，驱动单元模块通过数据线与PWM控制模块相连接，驱动单元模块分别与激光发生器驱动端、粉末发生器驱动端和超声阵列发射器的驱动端通信，直流稳压可调电源单元为驱动单元模块提供能量；超声阵列发射器与反射器相对设置，超声阵列发射器与反射器之间形成3D打印空间，反射器的表面设有粉末喷射口，粉末喷射口与粉末发生器连通，粉末由粉末喷射口喷出至3D打印空间；激光发生器设于反射器的一侧，对3D打印空间内的粉末进行激光。

作为本发明的优选方案之一，超声阵列发射器包括振动单元和固定单元，振动单元为超声换能器组成的方形阵列，固定单元为树脂壳体，振动单元设于固定单元的表面；反射器包括反射板，反射板的表面设有粉末喷射口；反射板与超声阵列发射器通过支撑架固定。

作为本发明的优选方案之一，粉末发生器包括粉末储存器、带有压电陶瓷结构的喷射装置、喷射管和喷嘴，喷嘴设于所述粉末喷射口内，喷嘴通过喷射管与粉末储存器连通。

作为本发明的优选方案之一，所述超声阵列发射器为14*14超声阵列发射器，包括14*14个超声换能器组成的方形阵列；该方形阵列分为两组，每组阵列产生不同的粉末悬浮点；每组阵列的边角位置均设有位置传感器，位置传感器与计算机电性连接。

作为本发明的优选方案之一，所述PWM控制单元采用Arduino MEGA单片机。