一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置，其喷射液态原料方法为：通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射。实现了在3D打印领域的液态原料的高速喷射、尤其是高熔点材料的高速高可控性喷射；获得对液态原料流动性的灵活控制；可以产生体积微小的原料液滴；结构简单，稳定性高，安全性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维打印技术中的液态原料喷射技术，尤其是涉及一种用于三维打印的液态原料喷射方法及其装置，属于增材制造

技术介绍
三维打印技术最早起源于19世纪末的美国，直到20世纪七八十年代在日本和美国得到完善并逐步商业化。现在常见的主流三维打印技术，例如立体光固化成型法(StereoLithographyApparatus,SLA)、熔融沉积制造(FusedDepositionModeling，FDM)、选择性激光烧结(SelectingLaserSintering，SLS)、三维粉末粘接(ThreeDimensionalPrintingandGluing，3DP)，于20世纪八九十年代在美国获得商业化。通过堆叠熔化原料实现三维打印的技术中，例如常见的FDM塑料打印和其它类似原理的金属打印，其中重要核心组件之一就是产生熔融原料的熔炉/挤出头/发生装置；又如喷射熔化原料的打印技术也属于堆叠熔化原料，其熔化原料喷射装置也是核心组件。目前有不少关于产生熔融金属原料的发生装置的专利申请，例如申请号为201410513433.7、名称为“一种用于金属熔融挤出成型的3D打印头”的中国专利申请，又如申请号为201520533246.5、名称为“一种用于半固态金属挤出沉积成型的装置”的中国专利申请，这些专利申请无法产生液滴，可以产生连续的金属流。也有采用气压作为喷射动力的方式，可以产生金属液滴，例如文献Experimentsonremeltingandsolidificationofmoltenmetaldropletsdepositedinverticalcolumns(来源：期刊名《JournalofManufacturingScienceandEngineering-TransactionsoftheAsme》，2007年第129卷第2期311-318页)中记载的装置及方法，主要原理是采用脉冲气流在微型熔炉/坩埚内产生脉冲式的压强振动就可以在喷嘴出口处形成金属液滴；申请号为201520561484.7、名称为“一种液态金属打印墨盒”的中国专利申请使用的方法与该文献中记载的技术类似；又如申请号为201520644682.X、名称为“一种金属3D打印加支撑结构的装置”的中国专利申请,也是采用脉冲气流/气压来实现金属液滴生成。这些产生金属液滴的方法都是通过施加脉冲压力和利用流体的特性来产生金属液滴，也可以产生连续液态金属流；但这些技术不能在工作过程中连续添加固态原料，这对一些打印情形会带来不便(例如打印大型金属零件)，并且这类技术由于气体是可压缩的物质形态，存在压力传导延滞，金属液滴的生成速度不高,更严重的是可控性差。在现有技术中，如果喷嘴的内径与液态原料储存仓或主流道的内径之比过小(例如与喷嘴连接的液态原料储存仓或主流道的内径为2毫米、喷嘴内径为50微米)，特别是当原料为液态金属时，液态原料的表面张力和粘度较大，要施加大压力才能克服表面张力和流阻以实现喷射。在2D打印技术中常用的喷射技术可以快速产生液滴，例如美国惠普和日本爱普生等企业开发的喷墨打印机的喷射技术，基于流道形变挤压(在喷嘴流道壁上设置有电致形变材料)或局部加热蒸发(在喷嘴流道壁上设置有发热元件)实现液体喷射，但这些技术不适用于高熔点材料的熔液的喷射(例如航空铝合金、铜、不锈钢等)，并且也不适用于高粘度液态材料的喷射。美国惠普公司2015年公开的多射流(MJF，Multi-Jet-Fusion)塑料3D打印技术，虽然用到了2D喷墨打印的喷射技术，但所喷射的液体只是一些高流动性的辅助性的试剂(所喷射的试剂在常温下处于液态)，主体材料仍然是固态塑料粉末(采用类似SLS铺粉技术的方式实现铺塑料粉层)。也有基于电场力的液态原料喷射方法，例如“电场喷射”技术(参见书籍《电场喷射》，作者李建林，上海交通大学出版社，2012年)，又如申请号为201610224283.7(名称为“一种液态金属打印设备”)、申请号为201310618953.X(名称为“一种高压静电驱动且可变直径3D打印机”)等中国专利申请也使用了电场驱动技术；这些技术都是在喷嘴(喷嘴须采用非导电性材料制造)与外界的电极(打印支撑平台作为电极)之间建立高压静电场或脉冲式高压静电场，以实现液态原料的喷射；但“电场喷射”也有局限性，例如：由于液态原料具有粘性，尤其是表面张力大的液态金属，必须施加高压静电场、甚至超高压静电场，以产生克服液态原料粘滞力和表面张力所需的拉力并产生一定的流动速度；高压电场存在危险性、容易产生电击穿、可控性不高；由于高压电场的可控性不高，导致电场喷射过程的可控性不高，以及对所产生的液滴的控制性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于三维打印的液态原料高速喷射方法及其装置，且喷射的可控性高，尤其适用于所要喷射的液态原料具有导电性的应用环境。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于三维打印的熔融金属等高温液态原料的高速高可控性喷射方法及其装置。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于三维打印的液态原料喷射方法，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射；所述的液态原料具有导电性；有些类型的液态原料在低电压下具有导电性，有些类型的液态原料在低电压下不具备导电性、但在高电压或超高电压下具有导电性，都属于导电性液态原料；所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；所述的较高电阻的区域，该较高电阻的区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。可选地：所述的液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；所述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流(即气化所需的电流)在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行；所述的流道，是指容纳液态原料且液态原料可在其中流动的结构。可选地：在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。可选地：所述的液态原料为熔融状态的原料，或者为半熔化的原料，或者为溶液，或者为悬浊液；所述的气化电路属于控制电路的一部分。可选地：喷射液态原料的主要步骤为：步骤S1，控制电路控制液态原料在流道内流动；驱动液态原料在流道内流动的力，为压力、毛细压力、重力、电场力、离心力、电磁力这些力当中的一种或多种；步骤S2，液态原料在流道内形成电阻值较高的区域；液态原料的电阻值较高的区域被接入气化电路；步骤S3，施加一定强度的电流，在液态原料的电阻值较高的区域产生电阻加热作用，将电阻值较高的区域的液态原料全部或部分气化；电流的强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维打印的液态原料喷射方法，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射；所述的液态原料具有导电性；所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；所述的较高电阻的区域，该区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。

【技术特征摘要】
1.一种用于三维打印的液态原料喷射方法，通过将流道内的液态原料向流道外喷出，在流道外形成液段或液滴，喷射过程受到控制电路的控制，其特征在于：液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中；被接入气化电路的液态原料存在较高电阻的区域；对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，将液态原料的电阻值较高的区域全部或局部气化，利用气化所产生的冲击力将液态原料推至流道外，从而实现液态原料的喷射；所述的液态原料具有导电性；所述的气化电路，用于对与其连接的液态原料施加电流并产生电阻加热作用；所述的较高电阻的区域，该区域的电阻值高于被接入气化电路的液态原料的其它区域；所述的对被接入气化电路的液态原料施加一定强度的电流，电流的强度至少满足气化所述的液态原料电阻值较高区域的全部或局部所需的强度。2.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：所述的液态原料在流道内被全部地或局部地接入气化电路中，液态原料以串联的方式被接入气化电路；所述的较高电阻的区域，通过对被接入气化电路的液态原料设置径向截面积较小的区域以形成较高电阻的区域，其中：气化电流在液态原料中流动的总方向为轴向，径向截面的法线与轴向重合或平行；所述的流道，是指容纳液态原料且液态原料可在其中流动的结构。3.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：在所述的电阻值较高的区域被气化的起始时刻，在所述的电阻值较高的区域与流道的出口之间存在液态原料。4.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：所述的液态原料为熔融状态的原料，或者为半熔化的原料，或者为溶液，或者为悬浊液；所述的气化电路属于控制电路的一部分。5.根据权利要求1所述的用于三维打印的液态原料喷射方法，其特征在于：喷射液态原料的主要步骤为：步骤S1，控制电路控制液态原料在流道内...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁福鹏，
申请(专利权)人：梁福鹏，
类型：发明
国别省市：江苏;32