本发明专利技术公开了一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置，包括框架、工作台、压电换能器、悬浮支撑机构和悬浮导向装置；所述的工作台包括打印工作平台、两个驱动电机和支撑工作平台；所述的悬浮支撑机构有两个，每个悬浮支撑机构安装一个压电换能器，且一个压电换能器的中心线沿前后方向，另一个压电换能器的中心线沿左右方向，形成两个压电换能器的中心线相互正交的布局形式。本发明专利技术能够利用悬浮支撑结构通过固定平面内正交方向的压电换能器，保证压电换能器的辐射头与反射端产生辐射力的稳定性。本发明专利技术间接控制超声换能器的往复运动，从而改变颗粒在压电换能器谐振腔内的悬浮位置，实现颗粒在平面内悬浮运动过程内稳定悬浮的可控性。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置
本专利技术属于超声波悬浮
，特别是一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置。
技术介绍
随着材料工业、生化分析以及液滴表面流体动力学等技术的发展，人们对于实验条件的要求也在逐渐升高。但在传统的接触式实验条件下，容器壁会不可避免的与研究样品进行接触，对研究样品会造成一定程度的污染，而非接触式的无容器技术却可以很好的避免这一问题。在诸多悬浮技术中，虽然电磁悬浮式是目前应用较为广泛并且技术也最为成熟的一种悬浮技术，但却要求物体必须为导电材料，因而就不能悬浮无机玻璃、有机材料、陶瓷、橡胶、塑料制品等不具有导电性能的物体，并且电磁悬浮是悬浮与加热同时进行，不能应用于不需要加热的场合；气动悬浮稳定性较差；超导悬浮则要求悬浮物体为超导体。相比较而言，目前有关于超声波悬浮的一维研究比较多，大多数研究都是基于颗粒的一维悬浮的研究，考虑颗粒在二维方向的研究很少。超声驻波的悬浮性能主要体现在悬浮能力和悬浮稳定性上，然而目前对二维悬浮特性的研究不够成熟，缺乏可操作性，所以在研究超声悬浮过程中，建立基于颗粒特性、悬浮装置的二维平面模型分析和预测性能，分析在二维超声悬浮状态下超声波对颗粒悬浮特性的影响。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术要提供一种能够实现在二维平面内任意位置、实时的将颗粒稳定悬浮于谐振腔内的应用于3D打印领域的超声波悬浮装置。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置，包括框架、工作台、压电换能器、悬浮支撑机构和悬浮导向装置；所述的框架为矩形体结构框架，包括四个立柱、横向支架和顶部支架，所述的横向支架为四个侧板围成的矩形支架，所述的四个立柱的顶部固定安装顶部支架，所述的横向支架的四个垂直棱边固定安装在四个立柱的中部；所述的工作台包括打印工作平台、两个驱动电机和支撑工作平台；所述的打印工作平台下侧设置N个圆柱形凸起，支撑工作平台上侧设置N个圆柱形凹槽，所述的打印工作平台下侧的圆柱形凸起与支撑工作平台上侧的圆柱形凹槽紧密配合；所述的两个驱动电机分别固定在支撑工作平台的两个相邻侧面上，形成X方向电机和Y方向电机，X方向电机和Y方向电机分别用来控制支撑工作平台的微小移动，所述的打印工作平台在支撑工作平台的运动下，通过圆柱形凸起与圆柱形凹槽的相互作用实现打印工作平台的微小移动；所述的支撑工作平台的四个角固定于四个立柱的下部；所述的悬浮支撑机构有两个，所述的两个悬浮支撑机构沿前后方向并排安装在横向支架内；每个悬浮支撑机构安装一个压电换能器，且一个压电换能器的中心线沿前后方向，另一个压电换能器的中心线沿左右方向，形成两个压电换能器的中心线相互正交的布局形式；所述的悬浮支撑机构包括支撑台、传动丝杠A、导向杆A、伺服电机A、联轴器和换能器固定装置；所述的支撑台包括支撑板、前挡板、后挡板和电机固定板，所述的支撑板固定在横向支架上，所述的前挡板和后挡板分别固定在支撑板上的前后两端，所述的电机固定板固定于支撑板上的前挡板和后挡板之间，电机固定板和后挡板之间构成悬浮轨迹区间；所述的伺服电机A固定在电机固定挡板上；所述的传动丝杠A的一端通过联轴器与伺服电机A连接、另一端固定在后挡板上；所述的换能器固定装置通过螺纹连接方式与传动丝杠A连接；所述的导向杆A有两根，对称固定安装在传动丝杠A的两侧，并同时穿过换能器固定装置的两个导向孔；所述的换能器固定装置用于固定压电换能器，在伺服电机A传送给传动丝杠A旋转力的作用下，换能器固定装置沿着传动丝杠A在悬浮轨迹区间内做往复运动，从而带动压电换能器在伺服电机A的控制下，按照预先设定的轨迹做往复运动。所述的压电换能器包括辐射头、变幅杆、绝缘套筒、前盖板、后盖板和预紧力螺栓；所述的辐射头的外端面为圆形平面、内端面为内凹圆弧面；辐射头的外端与变幅杆的内端通过螺栓连接；变幅杆的外端带有法兰盘；所述的预应力螺栓从外向内依次穿过后盖板和绝缘套筒后与变幅杆外端连接；所述的法兰盘上均布四个轴向通孔；所述的绝缘套筒上嵌套陶瓷电极组件；所述的陶瓷电极组件由四个电极片和四个压电陶瓷片间隔串联组成；所述的压电陶瓷片为圆环体；所述的后盖板与绝缘套筒间隙配合；所述的后盖板与变幅杆紧密配合；所述的前盖板位于后盖板与变幅杆之间，通过螺栓穿过绝缘套筒固定；所述的悬浮导向装置包括两个悬浮导向组件，所述的两个悬浮导向组件沿左右方向并排安装在在横向支架内，并位于悬浮支撑机构的上方；所述的悬浮导向组件包括伺服电机B、电机固定件、皮带、转轮、反射端固定板、主动轮、从动轮和导向杆B；所述的电机固定件固定安装在横向支架上，所述的伺服电机B与电机固定件固定连接、保证传动过程输出动力的稳定性；所述的主动轮安装在横向支架上与伺服电机B的同一侧，所述的从动轮安装在横向支架的另一侧，所述的伺服电机B的输出轴与主动轮连接，所述的转轮固定安装在反射端固定板上，所述的反射端固定板分别通过两根导向杆B固定在横向支架上；所述的反射端固定板用于安装反射端，所述的反向端的反射方向与辐射头的辐射方向相反；所述的转轮位于主动轮与从动轮之间且位于同一条直线上，所述的皮带环绕在主动轮与从动轮上、并同时与转轮摩擦接触；所述的两根导向杆B对称安装在皮带的两侧；所述的反射端固定板在皮带的带动下沿着导向杆B移动。进一步地，所述的打印工作平台下侧设置12个圆柱形凸起，12个圆柱形凸起按6×2的排列方式排列；支撑工作平台上侧设置12个圆柱形凹槽，12个圆柱形凹槽按6×2的排列方式排列。进一步地，所述打印工作平台的上侧平面是粗糙面。进一步地，所述支撑工作平台的侧面设置电机安装槽，用于安装驱动电机。进一步地，所述的驱动电机通过紧固螺栓安装固定。进一步地，所述的预应力螺栓、后盖板、变幅杆和辐射头的轴线共线。进一步地，所述的换能器固定装置的通孔周围沿周向均布4个螺纹孔，所述的压电换能器通过换能器紧固螺栓穿过法兰上的4个轴向通孔安装在换能器固定装置的侧板上。进一步地，所述的变幅杆和辐射头为整体结构。进一步地，所述主动轮和从动轮尺寸相同，主动轮固定于伺服电机B上，伺服电机B通过紧固螺栓安装于电机固定件上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术能够利用悬浮支撑结构通过固定平面内正交方向的压电换能器，保证压电换能器的辐射头与反射端产生辐射力的稳定性。2、本专利技术能够利用伺服电机控制悬浮导向装置，间接控制超声换能器的往复运动，从而改变颗粒在压电换能器谐振腔内的悬浮位置，实现颗粒在平面内悬浮运动过程内稳定悬浮的可控性。3、本专利技术对环境适应性强，整体结构紧凑、安装方便、性能稳定可靠，重复定位精度高，成本低、工作效率高。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的悬浮支撑机构示意图。图3为本专利技术的悬浮导向装置示意图。图4为本专利技术的压电换能器示意图。图5为本专利技术的压电换能器安装示意图。...
【技术保护点】
1.一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置，其特征在于：包括框架、工作台、压电换能器、悬浮支撑机构和悬浮导向装置；/n所述的框架为矩形体结构框架，包括四个立柱(2)、横向支架(3)和顶部支架(1)，所述的横向支架(3)为四个侧板围成的矩形支架，所述的四个立柱(2)的顶部固定安装顶部支架(1)，所述的横向支架(3)的四个垂直棱边固定安装在四个立柱(2)的中部；/n所述的工作台包括打印工作平台(4)、两个驱动伺服电机(7)和支撑工作平台(5)；所述的打印工作平台(4)下侧设置N个圆柱形凸起，支撑工作平台(5)上侧设置N个圆柱形凹槽，所述的打印工作平台(4)下侧的圆柱形凸起与支撑工作平台(5)上侧的圆柱形凹槽紧密配合；所述的两个驱动伺服电机(7)分别固定在支撑工作平台(5)的两个相邻侧面上，形成X方向电机和Y方向电机，X方向电机和Y方向电机分别用来控制支撑工作平台(5)的微小移动，所述的打印工作平台(4)在支撑工作平台(5)的运动下，通过圆柱形凸起与圆柱形凹槽的相互作用实现打印工作平台(4)的微小移动；所述的支撑工作平台(5)的四个角固定于四个立柱(2)的下部；/n所述的悬浮支撑机构有两个，所述的两个悬浮支撑机构沿前后方向并排安装在横向支架(3)内；每个悬浮支撑机构安装一个压电换能器，且一个压电换能器的中心线沿前后方向，另一个压电换能器的中心线沿左右方向，形成两个压电换能器的中心线相互正交的布局形式；/n所述的悬浮支撑机构包括支撑台(13)、传动丝杠A(19)、导向杆A(18)、伺服电机A(16)、联轴器(15)和换能器固定装置(8)；所述的支撑台(13)包括支撑板、前挡板(14)、后挡板(20)和电机固定板(17)，所述的支撑板固定在横向支架(3)上，所述的前挡板(14)和后挡板(20)分别固定在支撑板上的前后两端，所述的电机固定板(17)固定于支撑板上的前挡板(14)和后挡板(20)之间，电机固定板(17)和后挡板(20)之间构成悬浮轨迹区间；所述的伺服电机A(16)固定在电机固定挡板上；所述的传动丝杠A(19)的一端通过联轴器(15)与伺服电机A(16)连接、另一端固定在后挡板(20)上；所述的换能器固定装置(8)通过螺纹连接方式与传动丝杠A(19)连接；所述的导向杆A(18)有两根，对称固定安装在传动丝杠A(19)的两侧，并同时穿过换能器固定装置(8)的两个导向孔；所述的换能器固定装置(8)用于固定压电换能器，在伺服电机A(16)传送给传动丝杠A(19)旋转力的作用下，换能器固定装置(8)沿着传动丝杠A(19)在悬浮轨迹区间内做往复运动，从而带动压电换能器在伺服电机A(16)的控制下，按照预先设定的轨迹做往复运动；/n所述的压电换能器包括辐射头(24)、变幅杆(26)、绝缘套筒(29)、前盖板(30)、后盖板(27)和预紧力螺栓(28)；/n所述的辐射头(24)的外端面为圆形平面、内端面为内凹圆弧面；辐射头(24)的外端与变幅杆(26)的内端通过螺栓连接；变幅杆(26)的外端带有法兰盘(25)；所述的预应力螺栓从外向内依次穿过后盖板(27)和绝缘套筒(29)后与变幅杆(26)外端连接；所述的法兰盘(25)上均布四个轴向通孔；所述的绝缘套筒(29)上嵌套陶瓷电极组件；所述的陶瓷电极组件由四个电极片和四个压电陶瓷片间隔串联组成；所述的压电陶瓷片为圆环体；所述的后盖板(27)与绝缘套筒(29)间隙配合；所述的后盖板(27)与变幅杆(26)紧密配合；所述的前盖板(30)位于后盖板(27)与变幅杆(26)之间，通过螺栓穿过绝缘套筒(29)固定；/n所述的悬浮导向装置包括两个悬浮导向组件，所述的两个悬浮导向组件沿左右方向并排安装在在横向支架(3)内，并位于悬浮支撑机构的上方；/n所述的悬浮导向组件包括伺服电机B(11)、电机固定件(9)、皮带(21)、转轮(22)、反射端固定板(12)、主动轮(32)、从动轮(31)和导向杆B(10)；/n所述的电机固定件(9)固定安装在横向支架(3)上，所述的伺服电机B(11)与电机固定件(9)固定连接、保证传动过程输出动力的稳定性；所述的主动轮(32)安装在横向支架(3)上与伺服电机B(11)的同一侧，所述的从动轮(31)安装在横向支架(3)的另一侧，所述的伺服电机B(11)的输出轴与主动轮(32)连接，所述的转轮(22)固定安装在反射端固定板(12)上，所述的反射端固定板(12)分别通过两根导向杆B(10)固定在横向支架(3)上；所述的反射端固定板(12)用于安装反射端(23)，所述的反向端的反射方向与辐射头(24)的辐射方向相反；所述的转轮(22)位于主动轮(32)与从动轮(31)之间且位于同一条直线上，所述的皮带(21)环绕在主动轮(32)与从动轮(31)上、并同时与转轮(22)摩擦接触；所述...
【技术特征摘要】
1.一种应用于3D打印领域的超声波悬浮装置，其特征在于：包括框架、工作台、压电换能器、悬浮支撑机构和悬浮导向装置；
所述的框架为矩形体结构框架，包括四个立柱(2)、横向支架(3)和顶部支架(1)，所述的横向支架(3)为四个侧板围成的矩形支架，所述的四个立柱(2)的顶部固定安装顶部支架(1)，所述的横向支架(3)的四个垂直棱边固定安装在四个立柱(2)的中部；
所述的工作台包括打印工作平台(4)、两个驱动伺服电机(7)和支撑工作平台(5)；所述的打印工作平台(4)下侧设置N个圆柱形凸起，支撑工作平台(5)上侧设置N个圆柱形凹槽，所述的打印工作平台(4)下侧的圆柱形凸起与支撑工作平台(5)上侧的圆柱形凹槽紧密配合；所述的两个驱动伺服电机(7)分别固定在支撑工作平台(5)的两个相邻侧面上，形成X方向电机和Y方向电机，X方向电机和Y方向电机分别用来控制支撑工作平台(5)的微小移动，所述的打印工作平台(4)在支撑工作平台(5)的运动下，通过圆柱形凸起与圆柱形凹槽的相互作用实现打印工作平台(4)的微小移动；所述的支撑工作平台(5)的四个角固定于四个立柱(2)的下部；
所述的悬浮支撑机构有两个，所述的两个悬浮支撑机构沿前后方向并排安装在横向支架(3)内；每个悬浮支撑机构安装一个压电换能器，且一个压电换能器的中心线沿前后方向，另一个压电换能器的中心线沿左右方向，形成两个压电换能器的中心线相互正交的布局形式；
所述的悬浮支撑机构包括支撑台(13)、传动丝杠A(19)、导向杆A(18)、伺服电机A(16)、联轴器(15)和换能器固定装置(8)；所述的支撑台(13)包括支撑板、前挡板(14)、后挡板(20)和电机固定板(17)，所述的支撑板固定在横向支架(3)上，所述的前挡板(14)和后挡板(20)分别固定在支撑板上的前后两端，所述的电机固定板(17)固定于支撑板上的前挡板(14)和后挡板(20)之间，电机固定板(17)和后挡板(20)之间构成悬浮轨迹区间；所述的伺服电机A(16)固定在电机固定挡板上；所述的传动丝杠A(19)的一端通过联轴器(15)与伺服电机A(16)连接、另一端固定在后挡板(20)上；所述的换能器固定装置(8)通过螺纹连接方式与传动丝杠A(19)连接；所述的导向杆A(18)有两根，对称固定安装在传动丝杠A(19)的两侧，并同时穿过换能器固定装置(8)的两个导向孔；所述的换能器固定装置(8)用于固定压电换能器，在伺服电机A(16)传送给传动丝杠A(19)旋转力的作用下，换能器固定装置(8)沿着传动丝杠A(19)在悬浮轨迹区间内做往复运动，从而带动压电换能器在伺服电机A(16)的控制下，按照预先设定的轨迹做往复运动；
所述的压电换能器包括辐射头(24)、变幅杆(26)、绝缘套筒(29)、前盖板(30)、后盖板(27)和预紧力螺栓(28)；
所述的辐射头(24)的外端面为圆形平面、内端面为内凹圆弧面；辐射头(24)的外端与变幅杆(26)的内端通过螺栓连接；变幅杆(26)的外端带有法兰盘(25)；所述的预应力螺栓从外向内依次穿过后盖板(27)和绝缘套筒(29)后与变幅杆(26)外端连接；所述的法兰盘(25)上均布四个轴向通孔；所述的绝缘套筒(29)上嵌套陶瓷电极组件；所述的陶瓷电极组件由四个电极片和四个压电陶瓷片间隔串联组成；所述的压电陶瓷片为圆环体；所述的后盖板(27)与绝缘套筒(...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮，卓恒力，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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