专利名称：一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电子制造工业技术领域，特别是涉及一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置。
背景技术：
随着电子器件散热要求的热流密度不断增长，热管具有极高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、恒温特性环境的适应性等优良特点，可以满足电子电器设备对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率、不需要维修等要求。因此，热管技术已成为电气设备散热、电子器件冷却、半导体元件以及大规模集成电路板散热的首选技术。吸液芯为热管最核心的部分，它除了提供毛细力，也可以增大蒸发和冷凝面积从而加强相变传热过程，同时也助于保持一个蒸发温度的均勻分布。一旦微热管的物理尺寸、 外壳和吸液芯材料类型、工质流体确定之后，其传热性能就决定于吸液芯的性能。根据吸液芯通道特征将其分为三类简单均勻型、非均勻获复合型和复杂设计型三种。从工艺方法上分吸液芯结构有沟槽式、丝网式、烧结式等。沟槽式吸液芯结构发展方向是进一步提高沟槽深宽比及优化几何形状。研究发现，在相同测试条件下，薄壁高深宽比粗糙槽面沟槽式微热管比现有光滑槽面沟槽式微热管传热性能可提高以上。沟槽式吸液芯用切削方法制成，会对金属材料产生应力应变， 降低疲劳寿命，切削方法只适合于制作被加工面表面上以及有限深度内的形状，而且考虑到要有进刀槽和退刀槽，更适合加工线性的规则的图形结构，所以沟槽式吸液芯的结构复杂性受很大的限制，无法制成非线性的多尺度的吸液芯结构。对于现在对于一些对热管性能有极高要求的高精尖领域，沟槽式吸液芯并不能总是提供足够毛细力的同时降低回流阻力。烧结结构的吸液芯实际是一种多孔材料，台湾奇宏科技有限公司(AVC)对不同粒度铜粉梯度烧结毛细吸液芯进行了探索，结果发现，多粒度铜粉梯度烧结可以增加铜粉与壁面的接触强度，减小热阻，更重要的是能解决毛细吸力提高的同时液体回流阻力增大的矛盾。而烧结式特殊的成型方式虽然具有低成本、高产量的优势，但是无法在微观上控制结构和形状，以现有技术手段，依然很难大幅度提高吸液芯的结构科学性进而提高工作效率。吸液芯结构设计的目标是提高毛细吸力、减小回流阻力和提高导热系数，这要求在减小吸液芯微孔半径的同时增大液体回流通道的尺寸。虽然研究者在沟槽式和烧结式吸液芯设计和制造方面做了许多努力，但在解决提高毛细吸力同时减小回流阻力这一矛盾方面仍未取得理想成果。其原因是改善固液、固汽界面结构以增强沸腾(蒸发段)和凝结 (冷凝段)能力的诉求，以及提高毛细吸力、减小回流阻力的诉求，使得理想吸热芯的表面微结构、微通道尺寸和孔隙率在径向和轴向呈非线性变化，因此机械加工和烧结方法很难完成。但是实验研究表明，三种传统的加工方法所产生的吸液芯结构的传热能力均远低于“树状”吸液芯结构。而由于“树状结构”的复杂性和不规则性，传统的加工方法无法进行直接制备，使得吸液芯结构的工作能力提高很缓慢，成为制约散热技术发展的因素。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，能快速的制备任意管径比、分叉角的“树状结构”吸液芯。本发明通过以下技术方案来实现一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，包括控制器、激光发生器、光路传输原件、扫描振镜系统、F-θ镜、成型室、进气口、出气口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；所述激光发生器、光路传输原件、扫描振镜系统、F- θ镜依次光路设置连接；所述F-θ镜设置于成型室的上端中部，所述进气口设置于成型室一侧的内壁上端，所述出气口设置于成型室另一侧的内侧壁下端，所述成型室内还设置有数控移动刷片；所述成型件升降缸设置于成型室的下端，粉末升降缸设置于成型件升降缸的一侧，粉末回收缸设置于粉末升降缸的另一侧；所述光路传输原件包括光纤传输线路以及依次安装在光纤传输线路上的准直扩束镜；所述光路传输原件由光隔离器和光纤耦合头构成。所述扫描振镜系统、激光发生器、数控移动刷片、粉末升降缸、粉末回收缸分别与控制器连接。所述控制器为计算机。该装置还包括由全反镜和半反镜组成的分光镜系统、所述扫描振镜系统为双扫描振镜系统，所述分光镜系统设置于激光发生器与双扫描振镜系统之间的光路中。上述装置对吸液芯的选区激光熔化成型过程具体包括如下步骤(1)建立吸液芯的CAD几何模型，并进行分层离散，生成扫描路径数据，将所述的扫描路径数据导入控制器1中。(2)为了保证工作过程中，材料不被氧化，通过进气口 8向成型室7内注入惰性气体，以控制成型室7内的氧浓度在一定范围之内。(3)成型件升降缸11下降一层，粉末升降缸12上升一段距离，确保溢出足够的粉末量，数控移动刷片10将粉末缸12中溢出的粉末推至成型缸11中，多余的推至粉末回收缸13内。(4)激光扫描Cu粉，经F-θ镜6聚焦，在放置于成型件升降缸11上金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将Cu粉熔化，形成零件单层截面，在采用分光镜系统时，可以同时制备两个不同结构的吸液芯，扫描路径分别由双振镜扫描系统17控制。(5)控制器1判断根据扫描的层数判断吸液芯是否成型，若已成型，则取出成型件，否则重复步骤(3)、0)，使Cu粉逐层熔化，直至堆积成型，获得成型的吸液芯结构。现有的主流加工技术手段无法做出树状结构的非线性多尺度吸液芯。而采用本实用新型装置，可快速的制造出树状结构的吸液芯。可以令吸液芯达到最合理的结构，使之具有最大的毛细力的同时拥有最小的回流阻力。本发明装置，可以快速地制备任意管径比、分叉角的“树状结构”吸液芯，既可以用于科研，同时也满足了高效率热管的尖端领域的需求。本专利还提供了利用了分光系统和双扫描振镜系统，一次可以制造两个不同结构的吸液芯的方案，在保证质量的同时，提高了效率。这对于现有的关于吸液芯的实验研究和高质量吸液芯结构的制备有重大的意义。本发明结构简单，操作方便快捷，生产成本低，具有积极地推广应用价值。
图1为本发明选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置的结构示意图。图2为本发明选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置的另一结构示意图。图3为树状吸液芯结构示意图。上图中控制器1 ；激光发生器2 ；光路传输原件3 ；扫描振镜系统4 ；加工平面5 ； F- θ镜6 ；成型室7 ；进气口 8 ；出气口 9 ；数控移动刷片10 ；成型件升降缸11 ；粉末升降缸 12 ；粉末回收缸13 ；透明防尘罩14 ；半反镜15 ；全反镜16 ；双扫描振镜系统17。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图1、本发明选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，包括控制器1、激光发生器2、光路传输原件3、扫描振镜系统4、F- θ镜6、成型室7、进气口 8、出气口 9、数控移动刷片10、成型件升降缸11、粉末升降缸12、粉末回收缸13 ；所述激光发生器2、光路传输原件3、扫描振镜系统4、F- θ镜6依次光路设置连接；所述F- θ镜6设置于成型室7的上端中部，所述进气口 8设置于成型室7 —侧的内壁上端，所述出气口 9设置于成型室7另一侧的内壁下端，所述成型室7内还设置有数控移动刷片10 ；所述成型件升降缸11设置于成型室7的下端，粉末升降缸12设置于成型件升降缸11的一侧，粉末回收缸13设置于粉末升降缸12的另一侧；所述扫描振镜系统4、激光发生器2、数控移动刷片10、成型件升降缸11、粉末升降缸12分别与控制器1连接。所述控制器1为计算机。该装置还包括由全反镜16和半反镜15组成的分光镜系统、所述扫描振镜系统4 为双扫描振镜系统17，所述分光镜系统设置于激光发生器2与双扫描振镜系统17之间的光路中。在成型室7与F- θ镜6之间设置透明防尘罩14。由控制器1控制激光发生器2、扫描振镜系统4、成型件升降缸11、粉末回收缸13 和数控移动刷片10，通过USB接口连接到控制器的激光发生器2和扫描振镜系统4的控制卡。激光发生器2优先选择功率50至400W的光纤激光发生器，光束质量小于1. 1，光纤激光器功率能够满足聚焦光斑的要求。光路传输原件3包括光纤传输线路以及依次安装在光纤传输线路上的准直扩束镜(图中未示出)，光路传输原件3采用光隔离器和光纤耦合头 (图中未示出)，在光纤传输线路的外套上设有水冷机构。扫描振镜系统4上设有风冷机构， 成型室7的出气口 9处设有含氧量检测仪。将Cu粉进行一定时间的球磨，使颗粒尺寸大致在500-1000nm，避免过小而成粉尘，同时降低颗粒熔化能，可以用更快的速度扫描，从而提高工件表面质量。由于颗粒较小，为防止在数控移动刷片10进行推粉过程中的粉尘扬起而覆盖在F- θ镜6表面，降低F- θ镜6的透射性从而影响工作激光质量，因为F- θ镜6表面精密，不适宜清洁，特加设方便定时拆卸清洁的透明防尘罩14。激光发生器2发射的激光束经光路传输原件3传输，由振镜系统4控制扫描，扫描路径由控制器1分层离散CAD几何模型产生，并经F-θ镜6聚焦。成型件升降缸11的最上层粉末处为加工平面5处于F- θ镜6焦平面上。进气口 8、出气口 9由控制器1控制，向成型室7内注入惰性气体，并排出空气。如图2，为提高工作效率，增加了利用全反镜16半反镜15组成的分光镜系统，将激光发生器2产生的光束分成两束的方案，两束激光能量依然满足工作要求，分别经过由控制器1控制的双扫描振镜系统17，可以同时进行两个图形的扫描，可一次加工出两个不同的吸液芯结构。上述装置对吸液芯的选区激光熔化成型过程，可通过如下步骤实现(1)建立吸液芯的CAD几何模型，并进行分层离散，生成扫描路径数据，将所述的扫描路径数据导入控制器1中。(2)为了保证工作过程中，材料不被氧化，通过进气口 8向成型室7内注入惰性气体，以控制成型室7内的氧浓度在一定范围之内。(3)成型件升降缸11下降一层，粉末升降缸12上升一段距离，确保溢出足够的粉末量，数控移动刷片10将粉末缸12中溢出的粉末推至成型缸11中，多余的推至粉末回收缸13内。(4)激光扫描Cu粉，经F-θ镜6聚焦，在放置于成型件升降缸11上金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，将Cu粉熔化，形成零件单层截面，在采用分光镜系统时，可以同时制备两个不同结构的吸液芯，扫描路径分别由双振镜扫描系统17控制。(5)控制器1判断根据扫描的层数判断吸液芯是否成型，若已成型，则取出成型件，否则重复步骤(3)、0)，使Cu粉逐层熔化，直至堆积成型，获得成型的吸液芯结构。如图3所示，本专利成型的非线性树状吸液芯结构参数具有如下特点管径比1. 3 左右，分叉角55°左右。但本方法成型的吸液芯结构尺寸不限于上述参数。如上所述便可较好地实现本发明。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，包括控制器、激光发生器、光路传输原件、扫描振镜系统、F-θ镜、成型室、进气口、出气口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；所述激光发生器、光路传输原件、扫描振镜系统、F-θ镜依次光路设置连接；所述F-θ镜设置于成型室的上端中部，所述进气口设置于成型室一侧的内壁上端，所述出气口设置于成型室另一侧的内壁下端，所述成型室内还设置有数控移动刷片；所述成型件升降缸设置于成型室的下端，粉末升降缸设置于成型件升降缸的一侧，粉末回收缸设置于粉末升降缸的另一侧；所述扫描振镜系统、激光发生器、数控移动刷片、粉末升降缸、粉末回收缸分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，该装置还包括由全反镜和半反镜组成的分光镜系统、所述扫描振镜系统为双扫描振镜系统， 所述分光镜系统设置于激光发生器与双扫描振镜系统之间的光路中。
3.根据权利要求2所述的选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，所述光路传输原件包括光纤传输线路以及依次安装在光纤传输线路上的准直扩束镜。
4.根据权利要求3所述的选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，所述光路传输原件由光隔离器和光纤耦合头构成。
5.根据权利要求4所述的选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，所述成型室顶部设置有透明防尘罩。
6.根据权利要求5所述的选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，其特征在于，所述控制器为计算机。
全文摘要
本发明公开了一种选区激光熔化制备非线性树状吸液芯装置，包括控制器、激光发生器、光路传输原件、扫描振镜系统、F-θ镜、成型室、进气口、出气口、成型件升降缸、粉末升降缸、粉末回收缸；本发明可以快速地制备任意管径比、分叉角的“树状结构”吸液芯，既可以用于科研，同时也满足了高效率热管的尖端领域的需求；本发明还提供了利用了分光系统和双扫描振镜系统，一次可以制造两个不同结构的吸液芯的方案，在保证质量的同时，提高了效率；这对于现有的关于吸液芯的实验研究和高质量吸液芯结构的制备有重大的意义；本发明结构简单，操作方便快捷，生产成本低，具有积极地推广应用价值。
文档编号B22F3/105GK102274968SQ20111024111
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者杨彦哲, 杨永强, 汤勇, 黄延禄 申请人:华南理工大学