用于增材制造的气动金属喷射制造技术

装置、系统、和方法涉及从喷嘴气动喷射液体金属，该喷嘴沿受控的三维样式运动，以通过增材制造来制造三维物体。在阀被促动以控制增压气体向喷嘴的运动时金属可运动到喷嘴。在增压气体运动到喷嘴以在液体金属上形成喷射力时金属向阀中的这种运动可降低或消除在喷嘴中补充金属供应的需要，且因此可有助于连续或基本上连续的液体金属喷射，以用于制造零件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的气动金属喷射相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月3日提交的美国临时专利申请No.62/303,324的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。
本文所述的装置、系统、和方法涉及增材制造，且更具体地涉及用于金属材料增材制造的气动驱动系统。
技术介绍
气动喷射可用于通过增压空气或气体驱动金属液滴。这种液滴可聚集以形成物体。尽管气动喷射可为液体金属赋予力以形成金属物体，但是与速度、准确性、控制和材料性能有关的考量为大规模使用气动力来让物体成形造成了困难。因而，需要商业上可行的技术来用于使用气动力的金属增材制造。
技术实现思路
装置、系统、和方法涉及从喷嘴气动喷射液体金属，该喷嘴沿受控的三维样式运动，以通过增材制造来制造三维物体。在阀被促动以控制增压气体向喷嘴的运动时金属可运动到喷嘴。在增压气体运动到喷嘴以在液体金属上形成喷射力时金属向阀中的这种运动可降低或消除在喷嘴中补充金属供应的需要，且因此可有助于连续或基本上连续的液体金属喷射，以用于制造零件。增材制造系统可以包括：喷嘴，限定彼此流体连通的空间和排出孔；增压气体源；阀，可促动为控制增压气体源和喷嘴的空间之间的流体连通；和介质供应源，与喷嘴的空间流体连通。在阀被促动以在喷嘴中的增压气体的气动力下沿与三维物体制造关联的受控的三维样式从排出孔喷射液体形式的金属时，来自介质供应源的金属可以运动到喷嘴的空间。实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。来自介质供应源的金属可在阀定位为中断喷嘴的排出孔和增压气体源之间的流体连通时运动到所述空间中。喷嘴可进一步限定第一端口和第二端口，第一端口和第二端口沿喷嘴的空间彼此间隔开，所述阀的促动控制增压气体通过第一端口向喷嘴的空间中的运动。第一端口和第二端口可沿喷嘴的空间基本上彼此轴向对准介质供应源可通过第二端口与喷嘴的空间流体连通。第二端口导通到大气。第二端口可导通到真空。系统可以进一步包括与喷嘴的空间流体连通的介质排放部，其中来自介质供应源的金属能从喷嘴的空间运动到介质排放部。排出孔和第一端口可相对于彼此定位为使得从介质供应源运动到介质排放部的金属在排出孔和第一端口之间运动。系统可以进一步包括加热器，其布置为对排出孔附近的喷嘴的至少一部分加热。加热器可以是电阻加热器和感应加热器中的一个或多个。金属供应源能运动到排出孔附近的所述空间的一部分。系统可以进一步包括惰性气体幕帘，其至少部分地围绕排出孔设置。增材制造方法可以包括：让排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动，排出孔通过喷嘴限定且与所述空间流体连通；让排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动，其中排出孔通过喷嘴限定且与所述空间流体连通。方法也可以包括，至少部分地基于排出孔沿受控的三维样式的位置，选择性地输送增压气体脉冲到所述空间，以从排出孔喷射液体形式的金属，以在构建板上形成三维物体，其中在增压气体脉冲被选择性地输送到所述空间时金属被引导到通过喷嘴限定的空间。实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。选择性地输送增压气体脉冲到空间以喷射液体形式的金属可以包括，沿一方向从排出孔喷射液体形式的金属，该方向具有与重力方向相反的垂直分量。方法可以进一步包括至少沿限定了排出孔的喷嘴的一部分加热喷嘴。将金属引导到通过喷嘴限定的空间可以包括将固体形式的金属引导到喷嘴中。方法可以进一步包括让来自喷嘴的空间的增压气体经通过喷嘴限定且与大气或真空流体连通的端口进行导通。将金属引导到所述空间包括让金属通过所述端口运动到所述空间。增压气体相对于金属可以是惰性的。方法可以进一步包括在增压气体脉冲被选择性地输送到所述空间时将液体金属从喷嘴的空间排放。在三维物体制造期间液体形式的金属可以被喷射到构建腔室中承装的惰性气氛和真空中的一种或多种中。方法可以进一步包括调整排出孔，以控制排出孔处的液体形式的金属的弯液面。装置、系统、和方法涉及在喷嘴沿受控的三维样式运动以制造三维物体时调整与从喷嘴气动喷射液体金属关联中相关的气动回路。气动回路的调整可有助于在增压气体运动通过喷嘴以从喷嘴通过气动力喷射液体金属时调整喷嘴中的压力分布。通过调整气动回路，液体金属的特性(例如尺寸、形状和流率)可被控制为有助于对三维物体的制造进行控制。增材制造系统可以包括喷嘴，其限定彼此流体连通的空间和排出孔，该喷嘴包括与所述空间流体连通的排气通道。系统也可以包括：增压气体源，与喷嘴的空间选择性流体连通；和介质供应源，与喷嘴的空间流体连通，使得来自介质供应源的金属能运动到所述空间，其中排气通道具有可调整背压，以在增压气体运动通过所述空间以沿用于三维物体制造的受控三维样式从排出孔喷射液体形式的金属时，控制喷嘴的空间中的压力分布。实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。排气通道可以包括液压感应部，响应于通过让增压气体在排气通道中导通而在一定时间段内在液压感应部上所施加的力，液压感应部对流动具有散耗阻力。液压感应部可以包括桨轮，该桨轮能响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。桨轮可以响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。液压感应部的阻力的随时间变化形式是可调整的。排气通道可以包括可变液压阻力部。可变液压阻力部可以包括排气通道的可变长度。可变液压阻力部可以包括具有可变尺寸的流动限制部。系统可以进一步包括阀，其与增压气体源和所述空间流体连通，该阀可促动为将增压气体脉冲输送到所述空间。增材制造方法可以包括将金属引导到通过喷嘴限定的空间，该空间与通过喷嘴限定排气通道流体连通。方法也可以包括让排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动，排出孔通过喷嘴限定且与所述空间流体连通。方法也可以包括：输送增压气体脉冲到喷嘴的空间中，和调整排气通道的背压，增压气体通过该排气通道从喷嘴的空间导通，其中，响应于背压的调整，所述空间中的增压气体在喷嘴中的液体形式的金属上施加力，以在排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动以在构建板上形成三维物体时从排出孔喷射液体金属。实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。调整排气通道的背压可以包括让增压气体通过液压感应部导通，响应于通过让增压气体在排气通道中导通而在一定时间段内在液压感应部上所施加的力，所述液压感应部对流动具有散耗阻力。散耗阻力可以在所述时间段内散耗到一基本上恒定的液压阻力。该时间段可以小于将增压气体脉冲输送到喷嘴的空间的时间段。液压感应部可以包括桨轮，该桨轮能响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。调整排气通道的背压可以包括，让增压气体通过可变液压阻力部导通，并至少部分地基于排出孔相对于受控的三维样式的位置调整可变液压阻力部。可变液压阻力部可以包括流动限制部，其具有可变尺寸，且改变可变液压阻力部可以包括改变流动限制部的尺寸。可变液压阻力部可以包括排气通道的可变长度，改变可变液压阻力部可变包括改变排气通道的长度。调整排气通道的背压可以基于喷嘴的空间中液体形式的金属的体积。排气通道可以导通到大气压力和真空中的至少一个。金属可以通过排气通道被引导到所述空间。方法也可以包括按喷嘴的空间的自然谐波的倍数来调节增压气体脉冲。装置、系统、和方法涉及将沉淀物与通过气动力从喷嘴喷射的液体金属分离，该喷嘴沿受控的三维样式运动以制造三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，该系统包括：喷嘴，限定彼此流体连通的空间和排出孔；增压气体源；阀，可促动为控制增压气体源和喷嘴的空间之间的流体连通；和介质供应源，与喷嘴的空间流体连通，其中在阀被促动时来自介质供应源的金属可运动到喷嘴的空间中，以在喷嘴中的增压气体的气动力下，沿与三维物体制造关联的受控的三维样式从排出孔喷射液体形式的金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.03 US 62/303,3241.一种增材制造系统，该系统包括：喷嘴，限定彼此流体连通的空间和排出孔；增压气体源；阀，可促动为控制增压气体源和喷嘴的空间之间的流体连通；和介质供应源，与喷嘴的空间流体连通，其中在阀被促动时来自介质供应源的金属可运动到喷嘴的空间中，以在喷嘴中的增压气体的气动力下，沿与三维物体制造关联的受控的三维样式从排出孔喷射液体形式的金属。2.如权利要求1所述的系统，其中来自介质供应源的金属可在阀定位为中断喷嘴的排出孔和增压气体源之间的流体连通时运动到所述空间中。3.如权利要求1所述的系统，其中喷嘴进一步限定第一端口和第二端口，第一端口和第二端口沿喷嘴的空间彼此间隔开，所述阀的促动控制增压气体通过第一端口向喷嘴的空间中的运动。4.如权利要求3所述的系统，其中第一端口和第二端口沿喷嘴的空间基本上彼此轴向对准。5.如权利要求3所述的系统，其中介质供应源通过第二端口与喷嘴的空间流体连通。6.如权利要求3所述的系统，其中第二端口导通到大气。7.如权利要求3所述的系统，其中第二端口导通到真空。8.如权利要求3所述的系统，进一步包括与喷嘴的空间流体连通的介质排放部，其中来自介质供应源的金属能从喷嘴的空间运动到介质排放部。9.如权利要求8所述的系统，其中排出孔和第一端口相对于彼此定位为使得从介质供应源运动到介质排放部的金属在排出孔和第一端口之间运动。10.如权利要求1所述的系统，进一步包括加热器，布置为对排出孔附近的喷嘴的至少一部分加热。11.如权利要求10所述的系统，其中加热器是电阻加热器和感应加热器中的一个或多个。12.如权利要求10所述的系统，其中金属供应源能运动到排出孔附近的所述空间的一部分。13.如权利要求1所述的系统，进一步包括至少部分地围绕排出孔设置的惰性气体幕帘。14.一种增材制造方法，该方法包括：将金属引导到通过喷嘴限定的空间；让排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动，排出孔通过喷嘴限定且与所述空间流体连通；和至少部分地基于排出孔沿受控的三维样式的位置，选择性地输送增压气体脉冲到所述空间，以从排出孔喷射液体形式的金属，以在构建板上形成三维物体，其中在增压气体脉冲被选择性地输送到所述空间时金属被引导到通过喷嘴限定的空间。15.如权利要求14所述的方法，其中选择性地输送增压气体脉冲到空间以喷射液体形式的金属包括，沿一方向从排出孔喷射液体形式的金属，该方向具有与重力方向相反的垂直分量。16.如权利要求14所述的方法，进一步包括至少沿限定了排出孔的喷嘴的一部分加热喷嘴。17.如权利要求14所述的方法，其中将金属引导到通过喷嘴限定的空间包括将固体形式的金属引导到喷嘴中。18.如权利要求14所述的方法，进一步包括让来自喷嘴的空间的增压气体经通过喷嘴限定且与大气或真空流体连通的端口进行导通。19.如权利要求18所述的方法，其中将金属引导到所述空间包括让金属通过所述端口运动到所述空间。20.如权利要求14所述的方法，其中增压气体相对于金属是惰性的。21.如权利要求14所述的方法，进一步包括在增压气体脉冲被选择性地输送到所述空间时将液体金属从喷嘴的空间排放。22.如权利要求14所述的方法，其中在三维物体制造期间液体形式的金属被喷射到构建腔室中承装的惰性气氛和真空中的一种或多种中。23.如权利要求14所述的方法，进一步包括调整排出孔，以控制排出孔处的液体形式的金属的弯液面。24.一种增材制造系统，该系统包括：喷嘴，限定彼此流体连通的空间和排出孔，该喷嘴包括与所述空间流体连通的排气通道；增压气体源，与喷嘴的空间选择性流体连通；和介质供应源，与喷嘴的空间流体连通，使得来自介质供应源的金属能运动到所述空间，其中排气通道具有可调整背压，以在增压气体运动通过所述空间以沿用于三维物体制造的受控三维样式从排出孔喷射液体形式的金属时，控制喷嘴的空间中的压力分布。25.如权利要求24所述的系统，其中排气通道包括液压感应部，响应于通过让增压气体在排气通道中导通而在一定时间段内在液压感应部上所施加的力，液压感应部对流动具有散耗阻力。26.如权利要求25所述的系统，其中液压感应部包括桨轮，该桨轮能响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。27.如权利要求25所述的系统，一桨轮能响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。28.如权利要求25所述的系统，其中液压感应部的阻力的随时间变化形式是可调整的。29.如权利要求24所述的系统，其中排气通道包括可变液压阻力部。30.如权利要求29所述的系统，其中可变液压阻力部包括排气通道的可变长度。31.如权利要求29所述的系统，其中可变液压阻力部包括具有可变尺寸的流动限制部。32.如权利要求24所述的系统，进一步包括阀，与增压气体源和所述空间流体连通，该阀可促动为将增压气体脉冲输送到所述空间。33.一种增材制造方法，该方法包括：将金属引导到通过喷嘴限定的空间，该空间与通过喷嘴限定排气通道流体连通；让排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动，排出孔通过喷嘴限定且与所述空间流体连通；输送增压气体脉冲到喷嘴的空间；和调整排气通道的背压，增压气体通过该排气通道从喷嘴的空间导通，其中，响应于背压的调整，所述空间中的增压气体在喷嘴中的液体形式的金属上施加力，以在排出孔和构建板相对于彼此沿受控的三维样式运动以在构建板上形成三维物体时从排出孔喷射液体金属。34.如权利要求33所述的方法，其中调整排气通道的背压包括让增压气体通过液压感应部导通，响应于通过让增压气体在排气通道中导通而在一定时间段内在液压感应部上所施加的力，所述液压感应部对流动具有散耗阻力。35.如权利要求34所述的方法，其中散耗阻力在所述时间段内散耗到一基本上恒定的液压阻力。36.如权利要求35所述的方法，其中该时间段小于将增压气体脉冲输送到喷嘴的空间的时间段。37.如权利要求34所述的方法，其中液压感应部包括桨轮，该桨轮能响应于通过让增压气体在排气通道中导通而施加在桨轮上的力而旋转。38.如权利要求33所述的方法，其中调整排气通道的背压包括，让增压气体通过可变液压阻力部导通，并至少部分地基于排出孔相对于受控的三维样式的位置调整可变液压阻力部。39.如权利要求38所述的方法，其中可变液压阻力部包括流动限制部，其具有可变尺寸，且改变可变液压阻力部包括改变流动限制部的尺寸。40.如权利要求38所述的方法，其中可变液压阻力部包括排气通道的可变长度，改变可变液压阻力部包括改变排气通道的长度。41.如权利要求33所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS梅尔伯格，TK纳舒里瓦拉皮尔拉派詹姆斯，EM萨克斯，PA霍伊辛顿，KM李，RR方塔纳，
申请(专利权)人：德仕托金属有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US