[发明专利]一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型方法

说明书

本发明涉及一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型方法，采用堆叠成型装置进行，具体包括以下步骤：(1)制备纳米流体悬浮液；(2)注射单元吸入纳米流体，逐滴滴在设定好过冷度的承载底板上，凝固面由液滴底面向顶部推移，在完全凝固后，纳米颗粒随补偿流移动，密集堆积至顶面，形成一个光滑平台；(3)等待前一液滴凝固后，在其平台正中心继续放置液滴，形成第二个圆柱体或圆台，如此反复，堆叠出圆柱体。本发明利用纳米流体液滴凝固过程中的特征形变，在凝固液滴顶部产生平台结构，利用堆叠原理一次成型制备大高径比的圆柱或塔形结构。纳米流体液滴的堆叠结构稳定可控，精确度更高。

技术领域

本发明涉及液滴凝固成型领域，具体涉及一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型方法。

背景技术

纳米流体通常指悬浮纳米级固体粒子的液体，体积小，重量轻，导热性很好。广泛应用于能源、化工、材料领域。传统三维打印技术在进行线状零件加工时，往往由于材料限制，结构脆弱，无法长时间维持，不能在工业过程中使用。或者在堆叠柱状结构时，表面也比较粗糙。使用常规液滴进行凝固堆叠会受到以下限制：1)单液滴受表面张力的影响为球状，不增加外部条件下，凝固后也是单一的球状。2)在球状凝固液滴表面继续滴加液滴，过冷度足够，假设其不会滚落，也无法准确确定滴落位置，即使凝固后也会产生空隙，影响了材料机械强度和气密性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型方法，本发明纳米流体液滴一方面在表面张力的作用下凝固会形成光滑的表面，在低温下形成稳定的结构，另一方面液滴顶部会形成一个平台，便于进一步精确堆叠。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型装置，包括用于滴加液滴的注射单元和用于液滴凝固的低温台，所述低温台包括设有制冷工质入口及制冷工质出口的循环冷却装置，以及设于所述循环冷却装置上的承载底板，所述循环冷却装置内循环通入冷却液工质，使所述承载底板处于低温状态。

采用低温平台提供足够的过冷度，通过注射单元逐滴滴在承载底板上的纳米流体液滴由液滴底面向顶部推移，在完全凝固后，纳米颗粒随补偿流移动，密集堆积至顶面，形成一个光滑平台，利用纳米流体液滴凝固过程中的特征形变，即在凝固液滴顶部产生平台结构，利用堆叠原理一次成型制备大高径比的圆柱或塔形结构。

优选地，所述承载底板为导热材料制得，采用化学稳定性好、不易腐蚀或氧化的导热材料，如光滑铜片，用导热胶固定于循环冷却装置顶部。

优选地，所述承载底板连接温控仪，并通过温控仪控制温度，所述低温台的工作温度根据选用纳米流体悬浮液的凝固点设定。

优选地，所述循环冷却装置内循环通入的冷却液工质为质量浓度为40％的乙二醇水溶液。

优选地，所述注射单元包括注射器，优选地，所述注射器为恒温注射器。

一种基于纳米流体液滴凝固的堆叠成型方法，采用上述堆叠成型装置进行，包括以下步骤：

(1)制备纳米流体悬浮液；

(2)注射单元吸入纳米流体，逐滴滴在设定好过冷度的承载底板上，凝固面由液滴底面向顶部推移，在完全凝固后，纳米颗粒随补偿流移动，密集堆积至顶面，形成一个光滑平台；

(3)等待前一液滴凝固后，在其平台正中心继续放置液滴，形成第二个圆柱体或圆台，如此反复，堆叠出圆柱体。

优选地，所述注射单元连接在移动控制装置上，并配合计算机程序，改变液滴放置位置，实现三维打印功能。理论上，该方案可以一次成型，打印出微米至亚微米尺度的复杂器件。