曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于先进制造技术领域，提供一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置，包括电喷射压电陶瓷模块和曲面基底六轴联动模块两部分。所述的电喷射压电陶瓷模块实现陶瓷浆料微纳米级精细射流稳定形成，并实时监控射流状况；所述的曲面基底六轴联动模块实现基底的曲面轨迹运动和喷针的高度调整以及定位移动。本发明专利技术的有益效果为能够实现不同种曲面陶瓷的按需打印制造，避免了传统制造工艺精度低、粘贴难度大等问题以及压电陶瓷和基体的粘接胶蠕变、结合强度弱等问题，提高复杂曲面传感和驱动器件的灵敏性和可靠性，并具有适应范围广、操作简单、成本低的优势。

Electrojet printing device for curved piezoelectric ceramics

The invention belongs to the field of advanced manufacturing technology, and provides a curved surface piezoelectric ceramic current body jet printing forming device, which comprises two parts: an electric jet piezoelectric ceramic module and a curved surface base six axis linkage module. The electrospray piezoelectric ceramic module realizes the stable formation of ceramic slurry micro nano fine jet and real-time monitoring of jet status; the six axis linkage module of curved substrate realizes the surface track movement of substrate, the height adjustment and positioning movement of spray needle. The beneficial effect of the invention is that it can realize the on-demand printing and manufacturing of different curved surface ceramics, avoid the problems of low precision of traditional manufacturing process, large difficulty of sticking, creep of adhesive between piezoelectric ceramics and matrix, weak bonding strength, etc., improve the sensitivity and reliability of complex curved surface sensing and driving devices, and have the advantages of wide application range, simple operation and low cost \u3002

【技术实现步骤摘要】
曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置
本专利技术属于先进制造
，提供一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置。
技术介绍
近年来，智能装备不断向微型化、集成化、智能化方向发展，这一现状对机电系统也提出了更高的要求，需要实现空间全方位信息采集和曲面驱动变形等功能。在传感和驱动领域，压电陶瓷作为敏感传感和驱动元件，因具有响应快、结构简单、灵敏度高等优势，被广泛应用。目前，航空航天领域的变形翼飞行器，需要在弯曲翼面上集成数百个压电微驱动器以实现协同变形。航海工程领域的潜航器，需要捕捉空间多方向信号以实现航行器准确的导航控制；海洋预警声纳系统的水听器，需要感知水域中不同方向的信息以实现对各方位不明物体的准确识别。然而，压电传感和驱动敏感元件一般为平面结构，当对于空间曲面结构进行传感和驱动时，通常将压电陶瓷块材加工成薄片，以拼接、粘贴等方式安装到曲面基底上，这种方式存在精度低、粘贴难度大等问题，限制了复杂曲面传感和驱动的灵敏性和可靠性。此外，该方式还存在压电陶瓷和基体的粘接胶蠕变、结合强度弱等问题，严重影响了器件性能。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的难题，专利技术了一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置。采用压电陶瓷浆料，利用“电流体动力学”效应，浆料在电场力作用下形成微纳米级精细射流，结合曲面基底六轴联动系统和精细射流按需打印系统的协同控制，直接打印制造微纳米级曲面压电陶瓷图案。该装置免除了传统曲面压电陶瓷的拼接、转移、粘贴等工艺，简化了工艺流程，将提高压电陶瓷形位精度和结合强度，并提高压电器件的电学、力学等性能。该装置解决了曲面压电陶瓷的制造难题，实现了曲面压电陶瓷的高精度和高性能制造。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置，包括电喷射压电陶瓷模块和曲面基底六轴联动模块。所述的电喷射压电陶瓷模块包括PC工控机1、CCD观察相机2、微量注射泵4、精密注射器5、软管6、喷针7和高压电源8；所述的精密注射器5固定在微量注射泵4上，通过软管6和喷针7相连，且喷针7固定在三维移动装置10的Z轴滑块上，位于三维旋转装置9的上方；所述的高压电源8，其正极输出端与喷针7相连接，其负极输出端与三维旋转装置9中的可换夹具19相连接；陶瓷浆料作为原材料墨汁，储存在精密注射器5中；所述的微量注射泵4供电后，控制精密注射器5以稳定的流量将原材料墨汁经过软管6后从喷针7口喷出，实现电喷射打印；所述的CCD观察相机2、微量注射泵4和高压电源8，均与PC工控机1连接，通过CCD观察相机2观察打印过程中射流的稳定性，通过PC工控机1控制微量注射泵4的注射以及高压电源8通电情况。所述的曲面基底六轴联动模块包括PC工控机1、定位相机3、三维旋转装置9和三维移动装置10；所述的三维旋转装置9包括导电滑环11、周向旋转架12、Y向旋转步进电机13、Y向旋转架14、X向旋转架16、调平配重17、可换夹具19、X向旋转步进电机20、周向旋转电机22、X向旋转限位传感器18、Y向旋转限位传感器15和Z向旋转限位传感器21；所述的Y向旋转架14和X向旋转架16为框架结构，二者分别由Y向旋转步进电机13和X向旋转步进电机20控制并提供Y向和X向的旋转力矩；可换夹具19固定安装在X向旋转架16上，X向旋转架16通过安装轴安装在Y向旋转架14，X向旋转架16绕轴旋转；所述的Y向旋转架14通过安装轴安装在周向旋转架12上，Y向旋转架14绕轴旋转；所述的周向旋转架12通过周向旋转电机22提供周向的旋转力矩并保证打印的均匀性，使周向旋转架12绕底座周向旋转；从而通过电机和旋转架的配合带动可换夹具19做曲面运动；所述的X向旋转步进电机20和调平配重17均安装在Y向旋转架14上，且二者的安装位置相对称，通过调平配重17平衡X向旋转步进电机20的重量；所述的X向旋转限位传感器18、Y向旋转限位传感器15和Z向旋转限位传感器21分别安装在X向旋转架16、Y向旋转架14和周向旋转架12上，并与PC工控机1相连接，为模块的旋转运动提供基准原点和限位点，并通过PC工控机1反馈限位和回零；所述的导电滑环11安装在周向旋转架12的下方，解决周向电机22的旋转导致Y向旋转步进电机13和X向旋转步进电机20以及X向旋转限位传感器18、Y向旋转限位传感器15和Z向旋转限位传感器21的控制线发生绕线问题；所述的曲面基底23固定在可换夹具19上，并通过紧定螺钉26进行紧固；所述的三维旋转装置9安装在三维移动装置10的X/Y二维移动平台上，三维移动装置10实现三维旋转装置9的X和Y轴平移运动，通过调节三维移动装置10的Z轴滑块的位置以调整喷针7与曲面基底23之间的距离；三维旋转装置9和三维移动装置10均与PC工控机1相连接，PC工控机1协同控制三维旋转装置9和三维移动装置10实现六轴联动运动，实现曲面基底23的X、Y轴旋转运动以及周向旋转运动，从而实现复杂压电陶瓷曲面轨迹的运动；所述的定位相机3固定在三维移动装置10的Z轴滑块上，位于三维旋转装置9的上方，且与PC工控机1连接，通过定位相机3和三维移动装置10的共同配合实现曲面基底23轨迹的精确重复定位。所述的微量注射泵4由220V交流电压供电，可实现100nL/min级溶液流量；所述的高压电源8输出的电压范围为0-5kV。所述的X向旋转限位传感器18、Y向旋转限位传感器15和Z向旋转限位传感器21为霍尔传感器。所述的Y向旋转步进电机13、X向旋转步进电机20和周向旋转电机22的转速为0-2000r/min。所述的曲面基底23可为不同尺寸的半球面、半柱面、锥面等曲面结构。所述的可换夹具19可根据曲面基底23的形状和尺寸更换为不同夹具，以实现不同需求。本专利技术的有益效果为：本专利技术的装置实现了复杂曲面压电陶瓷打印成型。本专利技术避免了传统制造工艺精度低、粘贴难度大等问题以及压电陶瓷和基体的粘接胶蠕变、结合强度弱等问题，提高了复杂曲面传感和驱动器件的灵敏性和可靠性，并具有适应范围广、操作简单、成本低的优势。附图说明图1为本专利技术的曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置的三维示意图；图2为三维旋转装置的三维示意图；图3为电喷射打印压电陶瓷示意图。图中：1PC工控机；2CCD观察相机；3定位相机；4微量注射泵；5精密注射器；6软管；7喷针；8高压电源；9三维旋转装置；10三维移动装置；11导电滑环；12周向旋转架；13Y向旋转步进电机；14Y向旋转架；15Y向旋转限位传感器；16X向旋转架；17调平配重；18X向旋转限位传感器；19可换夹具；20X向旋转步进电机；21Z向旋转限位传感器；22周向旋转电机；23曲面基底；24泰勒锥；25打印轨迹线；26紧定螺钉。具体实施方式以下结合技术方案和附图对本专利技术进一步说明，实施例的电喷印设备主要包括电喷射压电陶瓷模块和曲面基底六轴联动模块两部分。所述的电喷射压电陶瓷模块由PC工控机1、CCD观察相机2、微量注射泵4、精密注射器5、软管6、喷针7和高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置，其特征在于，所述的曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置包括电喷射压电陶瓷模块和曲面基底六轴联动模块；/n所述的电喷射压电陶瓷模块包括PC工控机(1)、CCD观察相机(2)、微量注射泵(4)、精密注射器(5)、软管(6)、喷针(7)和高压电源(8)；所述的精密注射器(5)固定在微量注射泵(4)上，通过软管(6)和喷针(7)相连，且喷针(7)固定在三维移动装置(10)的Z轴滑块上，位于三维旋转装置(9)的上方；所述的高压电源(8)，其正极输出端与喷针(7)相连接，其负极输出端与三维旋转装置(9)中的可换夹具(19)相连接；陶瓷浆料作为原材料墨汁，储存在精密注射器(5)中；所述的微量注射泵(4)供电后，控制精密注射器(5)以稳定的流量将原材料墨汁经过软管(6)后从喷针(7)口喷出，实现电喷射打印；所述的CCD观察相机(2)、微量注射泵(4)和高压电源(8)，均与PC工控机(1)连接，通过CCD观察相机(2)观察打印过程中射流的稳定性，通过PC工控机(1)控制微量注射泵(4)的注射以及高压电源(8)通电情况；/n所述的曲面基底六轴联动模块包括PC工控机(1)、定位相机(3)、三维旋转装置(9)和三维移动装置(10)；所述的三维旋转装置(9)包括导电滑环(11)、周向旋转架(12)、Y向旋转步进电机(13)、Y向旋转架(14)、X向旋转架(16)、调平配重(17)、可换夹具(19)、X向旋转步进电机(20)、周向旋转电机(22)、X向旋转限位传感器(18)、Y向旋转限位传感器(15)和Z向旋转限位传感器(21)；所述的Y向旋转架(14)和X向旋转架(16)为框架结构，二者分别由Y向旋转步进电机(13)和X向旋转步进电机(20)控制并提供Y向和X向的旋转力矩；可换夹具(19)固定安装在X向旋转架(16)上，X向旋转架(16)通过安装轴安装在Y向旋转架(14)，X向旋转架(16)绕轴旋转；所述的Y向旋转架(14)通过安装轴安装在周向旋转架(12)上，Y向旋转架(14)绕轴旋转；所述的周向旋转架(12)通过周向旋转电机(22)提供周向的旋转力矩并保证打印的均匀性，使周向旋转架(12)绕底座周向旋转；从而通过电机和旋转架的配合带动可换夹具(19)做曲面运动；所述的X向旋转步进电机(20)和调平配重(17)均安装在Y向旋转架(14)上，且二者的安装位置相对称，通过调平配重(17)平衡X向旋转步进电机(20)的重量；所述的X向旋转限位传感器(18)、Y向旋转限位传感器(15)和Z向旋转限位传感器(21)分别安装在X向旋转架(16)、Y向旋转架(14)和周向旋转架(12)上，并与PC工控机(1)相连接，为模块的旋转运动提供基准原点和限位点，并通过PC工控机(1)反馈限位和回零；所述的导电滑环(11)安装在周向旋转架(12)的下方，解决周向电机22的旋转导致Y向旋转步进电机(13)和X向旋转步进电机(20)以及X向旋转限位传感器(18)、Y向旋转限位传感器(15)和Z向旋转限位传感器(21)的控制线发生绕线问题；所述的曲面基底(23)固定在可换夹具(19)上，并通过紧定螺钉(26)进行紧固；所述的三维旋转装置(9)安装在三维移动装置(10)的X/Y二维移动平台上，三维移动装置(10)实现三维旋转装置(9)的X和Y轴平移运动，通过调节三维移动装置(10)的Z轴滑块的位置以调整喷针(7)与曲面基底(23)之间的距离；三维旋转装置(9)和三维移动装置(10)均与PC工控机(1)相连接，PC工控机(1)协同控制三维旋转装置(9)和三维移动装置(10)实现六轴联动运动，实现曲面基底(23)的X、Y轴旋转运动以及周向旋转运动，从而实现复杂压电陶瓷曲面轨迹的运动；所述的定位相机(3)固定在三维移动装置(10)的Z轴滑块上，位于三维旋转装置(9)的上方，且与PC工控机(1)连接，通过定位相机(3)和三维移动装置(10)的共同配合实现曲面基底(23)轨迹的精确重复定位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置，其特征在于，所述的曲面压电陶瓷电流体喷射打印成型装置包括电喷射压电陶瓷模块和曲面基底六轴联动模块；
所述的电喷射压电陶瓷模块包括PC工控机(1)、CCD观察相机(2)、微量注射泵(4)、精密注射器(5)、软管(6)、喷针(7)和高压电源(8)；所述的精密注射器(5)固定在微量注射泵(4)上，通过软管(6)和喷针(7)相连，且喷针(7)固定在三维移动装置(10)的Z轴滑块上，位于三维旋转装置(9)的上方；所述的高压电源(8)，其正极输出端与喷针(7)相连接，其负极输出端与三维旋转装置(9)中的可换夹具(19)相连接；陶瓷浆料作为原材料墨汁，储存在精密注射器(5)中；所述的微量注射泵(4)供电后，控制精密注射器(5)以稳定的流量将原材料墨汁经过软管(6)后从喷针(7)口喷出，实现电喷射打印；所述的CCD观察相机(2)、微量注射泵(4)和高压电源(8)，均与PC工控机(1)连接，通过CCD观察相机(2)观察打印过程中射流的稳定性，通过PC工控机(1)控制微量注射泵(4)的注射以及高压电源(8)通电情况；
所述的曲面基底六轴联动模块包括PC工控机(1)、定位相机(3)、三维旋转装置(9)和三维移动装置(10)；所述的三维旋转装置(9)包括导电滑环(11)、周向旋转架(12)、Y向旋转步进电机(13)、Y向旋转架(14)、X向旋转架(16)、调平配重(17)、可换夹具(19)、X向旋转步进电机(20)、周向旋转电机(22)、X向旋转限位传感器(18)、Y向旋转限位传感器(15)和Z向旋转限位传感器(21)；所述的Y向旋转架(14)和X向旋转架(16)为框架结构，二者分别由Y向旋转步进电机(13)和X向旋转步进电机(20)控制并提供Y向和X向的旋转力矩；可换夹具(19)固定安装在X向旋转架(16)上，X向旋转架(16)通过安装轴安装在Y向旋转架(14)，X向旋转架(16)绕轴旋转；所述的Y向旋转架(14)通过安装轴安装在周向旋转架(12)上，Y向旋转架(14)绕轴旋转；所述的周向旋转架(12)通过周向旋转电机(22)提供周向的旋转力矩并保证打印的均匀性，使周向旋转架(12)绕底座周向旋转；从而通过电机和旋转架的配合带动可换夹具(19)做曲面运动；所述的X向旋转步进电机(20)和调平配重(17)均安装在Y向旋转架(14)上，且二者的安装位置相对称，通过调平配重(17)平衡X向旋转步进电机(20)的重量；所述的X向旋转限位传感器(18)、Y向旋转限位传感器(15)和Z向旋转限位传感器(21)分别安装在X向旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，赵奎鹏，姜重阳，周鹏，梁军生，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21