一种基于3D打印技术的微液滴喷射成形控制装置的制作方法

本发明涉及一种基于3D打印技术的微液滴喷射成形控制装置。

背景技术：

3D增量制造作为数字化制造的优先发展方向，是典型的先进制造技术，在现代工程技术领域得到了广泛应用，而微液滴喷射自由成形技术在3D增量制造技术中扮演着重要的角色。目前，3D增量制造的微液滴喷射供液系统具有以下功能：①将储液器的液体按时按量地传输进喷管；②供液系统停机时仍能保持喷嘴内的液面稳定，没有泄漏现象；③使用不同液体时，管壁或喷头的玻璃管壁产生附着，甚至堵塞管道，需要定时清洗。而且，现有的微液滴喷射供液系统，一般应用负压来控制系统。但是，微液滴喷射供液负压系统的缺点是结构复杂，技术复杂，价格昂贵，并受真空度的影响而使其输送距离较短。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于3D打印技术的微液滴喷射成形控制装置；该装置利用正压控制液滴喷射供液系统，其不但适用范围广，而且结构简单灵活，操作方便。

为了达到上述目的，本发明一种基于3D打印技术的微液滴喷射成形控制装置，主要包括：用于产生微液滴的微液滴喷头，用于接收微液滴的工作台，用于驱动以实现工作台三个自由度运动的驱动系统，用于观测微液滴喷头中的微液滴运动形态的液滴观测系统，用于定时定量提供喷射液体给微液滴喷头的供液系统，用于控制驱动系统、液滴观测系统和供液系统运行的计算机控制模块，以及用于提供能源的电源模块；所述微液滴喷头安装于工作台的上方，该微液滴喷头与供液系统连接；所述工作台与驱动系统连接，而所述计算机控制模块则连接于驱动系统、液滴观测系统和供液系统；所述供液系统包括有储液器以及控制该储液器的液体进入微液滴喷头的正压控制装置，所述正压控制装置与储液器连接，该储液器与微液滴喷头连接。

优选地，所述微液滴喷头设有喷管、喷腔和喷嘴，该喷腔和喷嘴为透明材料结构；以方便观测喷嘴内部的流体和液滴的形态。

所述微液滴喷头可以点喷水溶性物质或其他液体产生的微小液滴，能喷射一定粘度和表面张力的液体，当然所述喷嘴也能满足喷射高温液体。

优选地，所述液滴观测系统安装于工作台的上方，以方便观测。

优选地，所述电源模块上设有频闪光源驱动输出口，该频闪光源驱动输出口发出的电平触发信号传输给液滴观测系统。

所述电源模块控制驱动电压为周期信号，实现液滴单个喷射。其能够提供三角波、方波、正弦波；而且支持自定义波输出，通过连接上位机就能输出可定制电压波形。

作为上述方案的进一步改进，所述液滴观测系统主要由相机、显微镜头、光源以及光源控制器构成；所述频闪光源驱动输出口发出的电平触发信号传输给液滴观测系统的光源控制器，以在观测液滴时更好更方便的控制光源、闪光灯或相机。

优选地，所述储液器连接有用于使该储液器进行升降的升降机构。

所述储液器的液体按时注入微液滴喷头的喷管中，在停机或工作的间隙能保持喷嘴中的液体稳定，不出现泄漏。因此在微液滴的喷射过程中对喷射液进行正压控制时，针对使用不同液体时，管壁或喷嘴出现的附着甚至堵塞的现象，对设备进行定时清洗保洁。调节正压控制装置，能够实现清洗液在喷管内快速冲击，实现保洁功能。

作为上述方案的进一步改进，所述升降机构为升降台。

优选地，所述正压控制装置主要由依次连接的气源、第一气容、溢流阀、调压阀和第二气容构成；所述第二气容与储液器连接。

首先，气源进入第一气容，通过溢流阀和调压阀控制第二气容的气压值，保证气压值比相对稳定。通过控制第二气容的气压，将储液器中的液体挤压进微液滴喷头中，进一步调节调压阀，一直到微液滴喷头几乎不往外流出液体为止，从而实现粗调。然后通过升降台调节储液器和微液滴喷头液面之间的高度差，由于液体表面张力的作用，可以精确地调节喷嘴处微液滴的液面形状。

实现正压控制方式的基本要求是储液器液面的高度低于喷管的液面高度。本发明提供一个稳定工作而且便于实现观测的平台，其釆用控制正压的方式来保证液面稳定和清洗微液滴喷头，从而实现了液面的稳定和清洗的目的。本发明控制液体的压力和选配喷嘴表面的疏水性，通过优化系统的驱动频率、幅值和高电平保持时间，从而解决在微液滴喷头的工作过程中出现的喷嘴堵塞问题。

本发明利用正压控制液滴喷射供液系统，其不但适用范围广，而且结构简单灵活，操作方便。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为正压控制装置的流程简图。

其中，1为微液滴喷头，2为工作台，3为驱动系统，4为液滴观测系统，5为供液系统，51为储液器，521为气源。522为第一气容，523为溢流阀，524为调压阀，525为第二气容，6为计算机控制模块，7为电源模块，8为升降台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1～2，本发明实施例一种基于3D打印技术的微液滴喷射成形控制装置，主要包括：用于产生微液滴的微液滴喷头1，用于接收微液滴的工作台2，用于驱动以实现工作台2三个自由度运动的驱动系统3，用于观测微液滴喷头1中的微液滴运动形态的液滴观测系统4，用于定时定量提供喷射液体给微液滴喷头1的供液系统5，用于控制驱动系统3、液滴观测系统4和供液系统5运行的计算机控制模块6，以及用于提供能源的电源模块7；所述微液滴喷头1和液滴观测系统4安装于工作台2的上方，该微液滴喷头1与供液系统5连接；所述工作台2与驱动系统3连接，而所述计算机控制模块6则连接于驱动系统3、液滴观测系统4和供液系统5；所述供液系统5包括有储液器51以及控制该储液器51的液体进入微液滴喷头1的正压控制装置，所述正压控制装置与储液器51连接，该储液器51与微液滴喷头1连接；所述储液器51连接有用于使该储液器51进行升降的升降台8；所述正压控制装置主要由依次连接的气源521、第一气容522、溢流阀523、调压阀524和第二气容525构成；所述第二气容525与储液器51连接。

所述微液滴喷头1设有喷管、喷腔和喷嘴，该喷腔和喷嘴为透明材料结构；以方便观测喷嘴内部的流体和液滴的形态。所述微液滴喷头1可以点喷水溶性物质或其他液体产生的微小液滴，能喷射一定粘度和表面张力的液体，当然所述喷嘴也能满足喷射高温液体。

所述电源模块7上设有频闪光源驱动输出口，该频闪光源驱动输出口发出的电平触发信号传输给液滴观测系统4。所述电源模块控制驱动电压为周期信号，实现液滴单个喷射。其能够提供三角波、方波、正弦波；而且支持自定义波输出，通过连接上位机就能输出可定制电压波形。所述液滴观测系统4主要由相机、显微镜头、光源以及光源控制器构成；所述频闪光源驱动输出口发出的电平触发信号传输给液滴观测系统4的光源控制器，以在观测液滴时更好更方便的控制光源、闪光灯或相机。

所述储液器51的液体按时注入微液滴喷头1的喷管中，在停机或工作的间隙能保持喷嘴中的液体稳定，不出现泄漏。因此在微液滴的喷射过程中对喷射液进行正压控制时，针对使用不同液体时，管壁或喷嘴出现的附着甚至堵塞的现象，对设备进行定时清洗保洁。调节正压控制装置，能够实现清洗液在喷管内快速冲击，实现保洁功能。

对于正压控制装置，首先，气源521进入第一气容522，通过溢流阀523和调压阀524控制第二气容525的气压值，保证气压值比相对稳定。通过控制第二气容525的气压，将储液器51中的液体挤压进微液滴喷头1中，进一步调节调压阀524，一直到微液滴喷头1几乎不往外流出液体为止，从而实现粗调。然后通过升降台8调节储液器51和微液滴喷头1液面之间的高度差，由于液体表面张力的作用，可以精确地调节喷嘴处微液滴的液面形状。

实现正压控制方式的基本要求是储液器8液面的高度低于喷管的液面高度。本发明提供一个稳定工作而且便于实现观测的平台，其釆用控制正压的方式来保证液面稳定和清洗微液滴喷头，从而实现了液面的稳定和清洗的目的。本发明控制液体的压力和选配喷嘴表面的疏水性，通过优化系统的驱动频率、幅值和高电平保持时间，从而解决在微液滴喷头的工作过程中出现的喷嘴堵塞问题。

本发明利用正压控制液滴喷射供液系统，其不但适用范围广，而且结构简单灵活，操作方便。

以上已将本发明做一详细说明，但显而易见，本领域的技术人员可以进行各种改变和改进，而不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围。