[发明专利]一种带小回流区的金属微滴喷射装置

说明书

本发明提供了一种带小回流区的金属微滴喷射装置，解决现有金属微滴喷射装置中侧吹式保护气流产生组件对金属液滴喷射飞行过程干扰作用强，以及现有环形射流式保护气流产生组件存在较大回流区的技术问题。该装置的保护气流道由保护气均布段流道和保护气作用段流道组成，保护气作用段流道由环形射流区I和侧吹区II组成，保护气先经过保护气均布段流道的均气作用，再流经保护气作用段流道环形射流区I使保护气流动方向与液滴下落方向一致，最后经过保护气作用段流道侧吹区II的小角度聚集作用到达喷嘴附近，从而用于金属液滴的低氧保护。

技术领域

本发明属于均匀金属微滴喷射技术领域，具体涉及一种基于均匀金属微滴喷射技术的带小回流区的金属微滴喷射装置。

背景技术

均匀金属微滴喷射打印技术基于离散/堆积成形原理，可逐点、逐线、逐面沉积用于金属三维结构件直接成型与损伤修复，也可用于三维电路打印及电子封装。该方式具有无需大功率能量源和特殊昂贵原材料、设备成本低廉等优点，在复杂结构件增材制造及快速修复、三维电路成型与电子封装方面具有广阔应用前景。为防止金属微滴在喷射打印过程中氧化，现有金属微滴喷射打印过程大多依靠常规手套箱形成密封低氧环境，导致设备占用资源较大，且不利于大尺寸结构件的修复工作及电子封装的流水线化生产。引入微域保护气流产生装置可实现设备的进一步小型化，突破工件尺寸限制，并实现物料的随时供应与转移，从而提高设备柔性化制造能力及生产效率。

文献1“Ming,Fang,Sanjeev,et al.Building three-dimensional objects bydeposition of molten metal droplets[J].Rapid Prototyping Journal,2008,14(1):44-52.”提出一种侧吹式保护气流产生装置用于均匀金属微滴的喷射，通过在喷嘴附近侧吹惰性保护气体实现对液滴的低氧保护。这种方式由于保护气流动方向与液滴下落方向垂直，保护气在喷嘴附近互相掺混作用强烈，金属液滴喷射飞行过程很容易受到保护气横向气流的干扰，从而影响打印件成型质量。

文献2“Moore E M,Shambaugh R L,Papavassiliou D V.Analysis ofisothermal annular jets:Comparison of computational fluid dynamics andexperimental data[J].Journal of Applied Polymerence,2004,94(3):909-922.”将一种环形射流式保护气流产生装置用于聚合物熔喷工艺，若将该装置应用于均匀金属微滴的喷射打印，相比于侧吹式保护气流产生装置能够有效降低气流对液滴的横向干扰作用，但由于环形射流存在中心壁效应，会在喷嘴出口截面倒三角区形成气流流动方向与液滴下落方向相反的回流区，从而使液滴下落方向与速度极不稳定，影响均匀液滴喷射打印成形。

因此，还需开发能够同时避免保护气对液滴产生横向干扰作用及中心壁效应的保护气流产生装置以保证均匀金属微滴喷射打印过程的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有金属微滴喷射装置侧吹式保护气流产生组件对金属液滴喷射飞行过程干扰作用强，以及现有环形射流式保护气流产生组件存在较大回流区的技术问题，而提供一种带小回流区的金属微滴喷射装置。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种带小回流区的金属微滴喷射装置，其特殊之处在于：包括金属微滴产生单元、顶盖、底盖以及保护气流产生单元；

所述金属微滴产生单元包括喷射控制器、均匀金属微滴喷射控制组件、坩埚、加热组件以及喷嘴；

所述坩埚和加热组件由内向外同轴密封设置在顶盖与底盖之间，且两者之间留有保护气均布段流道；坩埚用于容纳金属原料，坩埚下端同轴设置有所述喷嘴，喷嘴伸出所述底盖上开设的通孔，且坩埚和喷嘴均与底盖之间留有间隙；加热组件用于加热坩埚，使金属原料呈熔融态；