本实用新型属于增材制造领域，尤其涉及一种高熵合金微滴喷射增材制造装置。
背景技术：
增材制造技术正在改变我们的生产和生活方式，许多发达国家和发展中国家均高度重视并积极推广该技术。金属零件增材制造技术作为整个增材制造体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。目前用于直接制造金属功能零件的快速成形方法有：包括选区激光烧结(SLS)技术、选区激光熔化(SLM)技术、电子束选区熔化(EBM)技术以及金属均匀微滴喷射成形等。
SLS技术装置由控制单元、保护器密封单元、激光器、粉末缸、成形缸和铺粉装置等组成，装置工作过程中，计算机控制粉末缸活塞上升,铺粉装置带动粉末并将粉末均匀的铺在成形缸的基板上,根据切片模型单层轨迹，计算机控制激光束的扫描轨迹,选择性地烧结基板上粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层烧结后,工作缸活塞带动基板下降一个层厚的距离,粉末缸活塞上升一个层厚的距离，铺粉装置在成形缸基板上铺上一层新的粉末,控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到整个零件成形完毕。SLS工艺采用半固态液相烧结机制，部分粉末未发生熔化，成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，而且存在设备价格和粉末价格较高等问题。
SLM技术是在SLS基础上发展起来的，二者的基本工作原理类似。SLM技术使金属粉末完全熔化，虽能在一定程度上改善SLS激光成形件的致密度和表面光洁度，但是同样使用了粉末材料，成形件的还是表面质量较差，而且相对于SLS技术使用了更高功率的激光器，所以设备的价格更高。
EBM与SLS技术和SLM技术的工作过程相似,主要是熔化金属的方法不同，EBM技术是一种采用高能高速的电子束选择性地轰击金属粉末，从而使得粉末材料熔化成形的快速制造技术。但其存在一个比较特殊的问题即粉末溃散现象，其原因是电子束具有较大动能，当高速轰击金属原子使之加热、升温时，电子的部分动能也直接转化为粉末微粒的动能。当粉末流动性较好时，粉末颗粒会被电子束推开形成溃散现象。EBM技术成形室中必须为高真空,才能保证设备正常工作,这使得EBM技术整机复杂度提高，真空室抽气过程中粉末容易被气流带走，造成真空系统的污染。还因在真空度下粉末容易扬起而造成系统污染。此外，电子束无法比较难像激光束一样聚焦出细微的光斑因此成形件难以达到较高的尺寸精度。因此，对于精密或有细微结构的功能件，电子束选区熔化成形技术是难以直接制造出来的。而且电子束熔化技术的价格也很高。
金属均匀微滴喷射成形基于“离散一堆积”的成形原理，首先通过微滴喷射器产生金属微滴，同时控制三维基板运动，使微滴精确沉积在特定位置，微滴随后与基体或已沉积的金属层熔合，通过“逐点、逐行、逐层”地打印微滴，成形具有复杂结构的三维实体。目前，主要的微滴喷射方式有膜片式、静电式、机械式、电磁致动式、应力波驱动式，其中，膜片式按驱动力的不同又可分为气动膜片式和压电驱动膜片式，气动微滴喷射阀的驱动力是空气而压电驱动膜片式的驱动力是压电陶瓷，其基本原理都是在周期性的驱动信号作用下，膜片实现周期性弹性形变，膜片的弹性形变使液体腔的体积发生改变从而控制微液滴的产生。通过改变气体脉冲的频率即可实现喷射的速度，具有响应速度快、频响范围宽等优势，但是受温度特性的限制，不适合高黏度材料的喷射，且价格昂贵，也不易拆卸、清洗。静电式微滴喷射阀的基本原理：在电极上输入一适当电压时，由于电极与压板之间所产生的静电吸附力使压板变形、容腔内体积变大，迫使液体喷射形成液滴。该喷射阀消耗的功率小，但由于静电作用产生的变形有限，需要较大的隔膜，然而隔膜较大将会影响制造成本、分辨率和喷射速度。电磁致动式微滴喷射阀的原理是：当给电磁致动器输入脉冲信号时，电磁致动器冲击膜片，致使坩埚内振动阀杆受迫向下移动，液态原料的体积被压缩，使液滴克服喷嘴处摩擦阻力以及自身的表面张力从喷孔喷射而出；之后，阀杆在恢复力的作用下复位，完成一个喷射周期。该喷射阀成本较低，但电磁致动器受温度影响较大。应力波驱动式的原理是：冲击杆在脉冲信号的作用下冲击传振杆，传振杆加速运动产生应力波，应力波使液体喷出微滴喷射阀形成液体。这种结构参数调节范围广，但是结构较为复杂。机械式微滴喷射阀撞针在外力作用下移动一定的距离，使喷嘴处的局部压力增大，从而导致喷嘴处的胶液形成束状流体紧接着被切断，进而脱离喷嘴喷射在基板上形成液滴，适用于高黏度液体。这种微滴喷射装置受温度影响小，结构简单，易于控制，技术理论基础也较为成熟。但是，目前也存在工作频率不够高、受惯性影响大、精度不够高等缺点。摆线凸轮的在基圆上有多个圆润的齿峰，对阀座的冲击小，通过适当的提高转速可以实现阀杆的高频移动，可以实现高频的微滴喷射。同时，精加工的摆线凸轮精度高，可以实现对阀杆位移的精确控制，能够满足微滴喷射要求。
高熵合金是多主元高熵合金的简称，所谓“多主元高熵合金”就是多种主要元素的合金，其中每个主要元素皆具有高的原子百分比，定义高熵合金的主要元素数目n≥5,但其原子百分比皆不超过35％，而传统合金只含有一个原子百分比大于50％的主要元素。此外，材料的状态及特性与热力学中的焓、熵和自由能息息相关。混合熵是高熵合金有别于传统合金的重要热力学特性，熵是热力学上代表混乱度的一个参数，一个系统的混乱度愈大,熵就愈大。高熵效应促使多主元粉末体系形成简单、稳定的固溶体结构，避免元素种类过多导致的金属件化合物的出现，除此之外，通过合适的粉末体系，可以得到具有弥散强化作用的纳米颗粒，甚至得到非晶相的结构。因此，高熵合金同时具备了高硬度、高强度、耐高温和耐腐蚀等性能特点，具有广阔得的应用前景。但是，目前高熵合金制备方法主要有真空电弧熔炼、粉末冶金、机械合金法、激光熔覆、电化学沉积。其中，机械合金法只能得到高熵合金粉末，激光熔覆只能得到高熵合金涂层。真空电弧熔炼是目前较为常用的一种高熵合金熔炼方法，但是仅用于熔炼小量用于材料性能研究的高熵合金，原因在于铸造过程中的热膨胀和冷凝易使铸态合金出现内应力大、成分偏析、空隙以及缩孔等性能上的缺陷，从而对高熵合金的性能造成一定的影响，并且传统的熔炼过程相对较复杂，其会对所铸合金的尺寸与形状造成一定的限制，而且也很难对高熵合金的组织和性能加以控制。粉末冶金其优势在于可制取用普通冶炼方法难以制取的特殊材料，其中还包括低温度烧结、避免偏析等优点，且材料利用率较高，一般在90％以上，但是，目前在高熵合金制备领域应用还不广泛。
技术实现要素：
本实用新型提供一种高熵合金微滴喷射增材制造装置，以避免真空电弧熔炼技术在铸造过程中的热膨胀和冷凝易使铸态合金出现内应力大、成分偏析、空隙以及缩孔等性能上的缺陷，解决了传统熔炼过程对所铸合金的尺寸与形状的限制，能够对对高熵合金的组织和性能加以控制。
本实用新型采取的技术方案是：熔炼坩埚固定在支架上，熔炼坩埚搅拌器安装在支架上，保温输送管安装在熔炼坩埚下方，支架固定在密封保温箱上，三维运动平台固定在密封保温箱内，微滴喷射装置安装在三维运动平台上，保温输送管与微滴喷射装置连接。
所述坩埚搅拌器的结构是，丝杠与丝杠电机连接，丝杠螺母与丝杠螺纹连接，密封接口与丝杠固定连接，搅拌头与丝杠下端固定连接。
所述的密封保温箱的结构是：箱体门与箱体转动连接，保护气接口一和保护气接口二位于箱体侧面，加热装置与箱体底部固定连接。
所述加热装置的结构是：电热丝安装在支架内，支架固定在箱体底部。
所述的微滴喷射装置的结构是，由支架板、固定板、摆线凸轮机构、连接柱、弹簧固定板、喷头固定板、喷头组成，支架板通过固定板上的导向槽与固定板连接，摆线凸轮机构固定在固定板上，喷头安装在喷头固定板上，弹簧固定板与喷头固定板固定在连接柱上，连接柱与固定板固定连接。
所述的摆线凸轮机构的结构是：由电机支架、电机轴、凸轮电机、摆线凸轮、凸轮支架组成，凸轮电机安装在电机支架上，电机轴与凸轮电机连接，电机轴通过花键与摆线凸轮固定连接。
所述的喷头由阀杆、弹簧、阀杆导向密封套、盖板、隔热密封垫片、外壳、隔热筒、加热线圈、储料仓、阀座、入料接口组成，弹簧上端固定在弹簧固定板上，下端固定在阀杆上，摆线凸轮的外缘与阀杆的顶部半球接触，同时通过弹簧把阀杆压紧在摆线凸轮上，阀杆导向密封套安装在盖板的孔上，阀杆通过阀杆导向密封套进入储料仓内，盖板、隔热密封垫片、外壳与喷头固定板通过螺栓连接在一起，阀座安装在储料仓底部，加热线圈安装在入料仓周围，隔热筒安装在加热线圈外侧，入料接口安装在外壳外侧，隔热筒、加热线圈、入料仓依次安装在外壳内。
所述的三维运动装置由框架、Z向运动装置、Y向运动装置、X向运动装置、基板组成，Z向运动装置安装在框架的四角，保证Z向运动的平稳，Y向运动装置安装在Z向运动装置之间，X向运动装置安装在Y向运动装置之间，基板安装在X向运动装置上；
Z向运动装置由Z向丝杠电机、Z向丝杠、Z向导向柱一，Z向导向柱二、Z向移动装置组成，Z向导向柱一，Z向导向柱二与Z向丝杠安装在框架上，Z向移动装置安装在Z向导向柱一与Z向导向柱二上，Z向丝杠电机输出轴与Z向丝杆连接，Z向移动装置通过内部丝杠螺母与Z向丝杆连接；
Y向运动装置由Y向电机、Y向同步带、Y向导向柱、Y向移动装置组成，Y向电机安装在Z向移动装置上，Y向导向柱安装在Z向移动装置上，Y向移动装置安装在Y向导向柱上，Y向移动装置与Y向同步带的一边固定，Y向电机带动同步带移动时，带动Y向移动装置在Y向移动；
X向运动装置由X向电机、电机与导轮支架、导轮、X向导向杆、X向同步带组成，电机与导轮支架安装在Y向移动装置上，X向电机与导轮安装在电机与导轮支架上，X向同步带安装在导轮上，基板与X向同步带的一边固定，在X向电机带动X向同步带移动的时，带动基板沿X方向移动。
所述支架由电机运动导筒、搅拌器支架、熔炼坩埚支架组成，电机运动导筒固定在搅拌器支架上，搅拌器支架固定在熔炼坩埚支架上。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型通过机械式微滴喷射实现大体积、复杂结构高熵合金零件的制备。零件成形精度高，致密度高，力学性能优良。
2.本实用新型以机械式微滴喷射装置为基础，不需要高能束设备，整体设备结构简单，成本低，运营维护方便。
3.改进了机械式微滴喷射装置的驱动方式，使用摆线凸轮作为阀杆的驱动方式，不受温度限制，工作可靠性高，微滴喷射频率调节方便，能够满足高粘度流体的微滴喷射要求。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构示意图；
图2是本实用新型的坩埚搅拌器的结构示意图；
图3是本实用新型的密封保温箱的结构示意图；
图4是本实用新型的加热装置的结构示意图；
图5是本实用新型的微滴喷射装置的结构示意图；
图6是本实用新型的摆线凸轮机构的结构示意图；
图7是本实用新型的喷头的结构示意图；
图8是本实用新型的三维运动系统的结构示意图；
图9是本实用新型的Z向运动系统的结构示意图；
图10是本实用新型的Y向运动系统的结构示意图；
图11是本实用新型的X向运动系统的结构示意图；
图12是本实用新型的支架结构示意图。
具体实施方式
熔炼坩埚2固定在支架7上，熔炼坩埚搅拌器1安装在支架上，保温输送管3安装在熔炼坩埚2下方，支架固定在密封保温箱4上，三维运动平台6固定在密封保温箱4内，微滴喷射装置5安装在三维运动平台上，保温输送管3与微滴喷射装置5连接；
所述坩埚搅拌器的结构是，丝杠104与丝杠电机101连接，丝杠螺母102与丝杠104螺纹连接，丝杠电机放置在电机运动导筒701内，丝杠螺母102固定在搅拌器支架702上，密封接口103与丝杠104固定连接，搅拌头105与丝杠104下端固定连接；
所述的密封保温箱4的结构是：箱体门402与箱体401转动连接，保护气接口一404和保护气接口二405位于箱体401侧面，加热装置403与箱体401底部固定连接；微滴喷射之前箱体门402关闭，通保护气，同时加热装置403工作，提高箱体内温度；
所述加热装置403的结构是：电热丝40302安装在支架40301内，支架40301固定在箱体401底部，加热装置403为高熵合金增材制造提供适宜的环境温度，防止温度过低时，成形零件由于冷却收缩产生裂纹等缺陷；
所述的微滴喷射装置5的结构是，由支架板501、固定板502、摆线凸轮机构503、连接柱504、弹簧固定板505、喷头固定板506、喷头507组成，支架板501通过固定板502上的导向槽与固定板502连接，摆线凸轮机构503固定在固定板502上，喷头507安装在喷头固定板506上，弹簧固定板505与喷头固定板506固定在连接柱504上，连接柱504与固定板502固定连接；
所述的摆线凸轮机构503的结构是：由电机支架50301、电机轴50302、凸轮电机50303、摆线凸轮50304、凸轮支架50305组成，凸轮电机50303安装在电机支架50301上，电机轴50302与凸轮电机50303连接，电机轴50302通过花键与摆线凸轮50304固定连接，摆线凸轮50304的轮廓以摆线齿轮为基础设计，结合喷头507的尺寸，基圆直径设计为48mm，共12齿，保证在成形过程中阀杆50701运动平稳，舒畅；
所述的喷头507，由阀杆50701、弹簧50702、阀杆导向密封套50703、盖板50704、隔热密封垫片50705、外壳50706、隔热筒50707、加热线圈50708、储料仓50709、阀座50710、入料接口50711组成，弹簧50702上端固定在弹簧固定板505上，下端固定在阀杆50701上，摆线凸轮50304的外缘与阀杆50701的顶部半球接触，同时通过弹簧50702把阀杆50701压紧在摆线凸轮50304上，阀杆导向密封套50703安装在盖板50704的孔上，阀杆50701通过阀杆导向密封套50703进入储料仓50709内，盖板50704、隔热密封垫片50705、外壳50706与喷头固定板506通过螺栓连接在一起，阀座50710安装在储料仓50709底部，加热线圈50708安装在入料仓50709周围，隔热筒50707安装在加热线圈50708外侧，入料接口50711安装在外壳50706外侧，隔热筒50707、加热线圈50708、入料仓50709依次安装在外壳50706内；
熔炼后的高熵合金熔液通过入料接口50711进入储料仓50709内，依靠加热线圈50708的加热作用和隔热筒50707的保温作用，能够在成形高熵合金零件过程中使储料仓50709内的高熵合金熔液的温度保持在一个恒定的温度；成形时，摆线凸轮50304转动，当阀杆50701与摆线凸轮50304轮廓线的接触点靠近摆线凸轮50304圆心时，阀杆50701向上运动，离开阀座，腔体容积变大，周围流体在压力作用下从熔炼坩埚2流向储料仓50709，填充阀杆50701离开后在留在阀座50710上的空隙，由于喷嘴足够小并且供料系统提供了合适的压力，空气无法从喷嘴位置进入到喷射装置，当阀杆50701与摆线凸轮50304轮廓线的接触点远离摆线凸轮50304圆心时，阀杆50701以一定加速度向下运动，在阀杆50701和阀座50710的配合面接触时，一定体积的流体被卡在阀杆50701和阀座50710形成的腔体内，最后，由于阀杆50701和阀座50710的封闭作用，使腔体内流体局部形成高压，从而将流体从喷嘴内挤出，形成微滴；
所述的三维运动装置6由框架601、Z向运动装置602、Y向运动装置603、X向运动装置604、基板605组成，Z向运动装置602安装在框架601的四角，保证Z向运动的平稳，Y向运动装置603安装在Z向运动装置602之间，X向运动装置604安装在Y向运动装置603之间，基板605安装在X向运动装置604上；
Z向运动装置602由Z向丝杠电机60201、Z向丝杠60202、Z向导向柱一60203，Z向导向柱二60204、Z向移动装置60205组成，Z向导向柱一60203，Z向导向柱二60204与Z向丝杠60202安装在框架601上，Z向移动装置60205安装在Z向导向柱一60203与Z向导向柱二60204上，Z向丝杠电机60201输出轴与Z向丝杆60202连接，Z向移动装置60205通过内部丝杠螺母与Z向丝杆60202连接；
Y向运动装置603由Y向电机60301、Y向同步带60302、Y向导向柱60303、Y向移动装置60304组成，Y向电机60301安装在Z向移动装置60205上，Y向导向柱60303安装在Z向移动装置60205上，Y向移动装置60304安装在Y向导向柱60303上，Y向移动装置60304与Y向同步带60302的一边固定，Y向电机60301带动同步带移动时，带动Y向移动装置60304在Y向移动；
X向运动装置604由X向电机60401、电机与导轮支架60402、导轮60403、X向导向杆60404、X向同步带60405组成，电机与导轮支架60402安装在Y向移动装置60304上，X向电机60401与导轮60403安装在电机与导轮支架60402上，X向同步带60405安装在导轮60403上，基板605与X向同步带60405的一边固定，在X向电机60401带动X向同步带60405移动的时，带动基板605沿X方向移动。
所述支架7由电机运动导筒701、搅拌器支架702、熔炼坩埚支架702组成，电机运动导筒701固定在搅拌器支架702上，搅拌器支架702固定在熔炼坩埚支架702上。
工作原理如下：
(一)、用三维建模软件建立需要打印的零件模型，保存成STL格式，应用切片软件进行切片，将切片完的数据导入到高熵合金微滴喷射增材制造装置；
(二)、把高熵合金粉末放入到熔炼坩埚2中，同时把熔炼坩埚2抽成真空，通保护气，进行高温熔炼；
(三)、在成形之前首先向密封保温箱4内通入一段时间氩气来除去成形室内的氧气，防止成形中的高熵合金金属液滴与氧气接触之后被氧化，同时对成形室进行加热，提高环境温度，为高熵合金成形提供一个适宜的环境温度，防止快速冷却后产生裂纹等缺陷；
(四)、在成形的之前，根据零件模型的切片数据，通过三维运动装置6的Z向运动装置602、Y向运动装置603、X向运动装置604，控制基板605运动到初始位置；
(五)、增大熔炼坩埚2内的气压，推动熔炼坩埚2内的高熵合金溶液进入喷头507的储料仓50709内，此时，摆线凸轮电机50203转动，带动摆线式凸轮50304转动，带动阀杆50701上下移动，每一次行程实现一颗微滴的喷射，同时通过Y轴运动装置603、X轴运动装置604，控制基板605根据零件模型切片轮廓数据在X、Y平面内运动，实现微滴喷射成形，打印完一层后，摆线凸轮电机50303停止转动，通过Z轴运动装置602，使基板605向下移动一个层厚的距离，根据零件模型的下一层轮廓信息，控制基板605和喷头507打印零件模型的下一层；
(六)、零件微滴喷射成形结束之后，缓慢降低成形室温度，零件温度逐渐降低至室温后，打开成形室，取出零件。
初始调节行程为2mm，单个阀杆行程为时间设为50ms，凸轮电机转速为100r/min。