惯性较大，因此金属粉末将保持在轴线附近。在多级孔径逐渐缩小的通孔聚焦作用下，最后从出口流出的金属粉末将被聚焦成束状。
[0044]图5为举例在加工圆形结构微通道时的工作状态示意图；图中，聚焦装置定位在A点喷出金属粉末，由于熔体内部的马兰戈尼流14，质量可以实现自动重新分配。
【具体实施方式】
[0045]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0046]实施例
[0047]如图1至5所示。本发明公开了一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，包括用于盛装Ga-1n液态合金5(常温为液体)的缸体6、设置在缸体6上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置2和控制系统(图中未示出)；
[0048]缸体6内设有一可在缸体6内升降的支撑平台4;在缸体6内的Ga-1n液态合金5的液面上方设有感应加热工位3 ；
[0049]聚焦装置2固定在移动平台I上，并由移动平台I带动其在二维(XZ)作平面运动;移动平台I的运动可通过本领域技术人员熟知的丝杆机构或精密齿轮机构带动。
[0050]控制系统，用于控制支撑平台4按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台I按照预设运动轨迹在二维(xz)平面内运动。控制移动平台I的预设运动轨迹，根据待加工的微通道的截面形状及尺寸等决定;如果要加工圆柱形微通道，则移动平台I带动聚焦装置2按照圆形轨迹移动(如图5所示)。
[0051]聚焦装置2为一个具有进口10和出口 11的管状喷头，在管状喷头内轴向方向上依次设有通过隔板21相互间隔的多个腔室22;各隔板21上分别开设有相互同心的通孔23;各通孔23的孔径由进口 10端至出口 11端依次逐渐缩小。
[0052]所述缸体6的外壁设有冷却水循环通道，用于在加工微通道时，对Ga-1n液态合金5进行冷却。
[0053]所述支撑平台4可采用高温耐热材料，其熔点应当大于金属粉末的熔点。
[0054]所述支撑平台4固定在一抽拉杆7上，抽拉杆7的下端伸出缸体6的底部并与驱动机构连接，控制系统控制驱动机构并带动抽拉杆7上升或下降，进而使支撑平台4在缸体6内作直线上升或直线下降运动。抽拉杆7的运动也可通过本领域技术人员熟知的丝杆机构或精密齿轮机构带动。
[0055]本发明基于表面张力自洽的微通道制造方法，可通过如下步骤实现:
[0056]初始时刻，支撑平台4的上部露出Ga-1n液态合金5的液面，下部则浸没在Ga-1n液态合金5中；先通过感应加热工位3对支撑平台4的上部进行加热;此时支撑平台4的上部温度高于金属粉末的熔点；
[0057]先通过控制系统预先设定移动平台I的初始运动轨迹，该初始运动轨迹就是待加工的微通道的截面轮廓形状的轨迹;然后金属粉末通过输送装置由聚焦装置2的进口 10进入其内、由出口 11 (喷嘴)喷出，并按照移动平台I的初始运动轨迹喷落在支撑平台4上后，被支撑平台4熔化成金属熔液，形成微通道的截面形状轮廓，与此同时，继续喷落在金属熔液上的金属粉末被熔融;完成移动平台I的初始运动轨迹；
[0058]接着，控制系统控制支撑平台4按照预设的下降速度逐渐下移，而此时由于感应加热工位3的协同加热作用，待加工的微通道8顶部(在Ga-1n液态合金5的液面上)始终保持熔融状态，形成熔融区域9，而熔融区域9以下则被Ga-1n液态合金5浸没，并随着支撑平台4的逐渐下沉而逐渐被冷却固化，并逐渐形成微通道8的结构体，直至微通道8的结构体完全成型，从而获得所需形状结构的微通道。Ga-1n液态合金5常温为液体，导热系数极大，可以很快地带走由熔融区域9传递到微通道8下部的热量，对微通道8起冷却的作用。而传递到Ga-1n 液态合金 5 中的热量则由冷却水循环通道的冷却循环水带走。
[0059]在金属粉末通过输送装置被送入聚焦装置2的进口10时，气流13携带金属粉末12依次经过各个通孔23、各个腔室22，由于通孔的孔径逐渐依次缩小，在(大小可调的高速)气流的拖曳力以及金属粉末自身较大惯性的作用下，金属粉末12沿轴线通过各个通孔23、腔室22，并在多级逐次缩小的通孔23聚焦作用下，最后从出口 11流出的金属粉末12将被聚焦成束状。
[0060]待加工的微通道8顶部始终保持熔融状态，形成熔融区域9后，S卩，移动平台I带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后停止不动或仍然按初始运动轨迹继续运动，但仍然持续喷射金属粉末。当移动平台I带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后，若停止不动，此时仅向该熔融区域9中的任意一个点位喷出金属粉末，在金属熔液内部的马兰戈尼效应下，使其质量自动重新分配。
[0061]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0062]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他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。
【主权项】
1.一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:包括用于盛装Ga-1n液态合金(5)的缸体(6)、设置在缸体(6)上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置(2)和控制系统； 缸体(6)内设有一可在缸体(6)内升降的支撑平台(4);在缸体(6)内的Ga-1n液态合金(5)的液面上方设有感应加热工位(3); 聚焦装置(2)固定在移动平台(I)上，并由移动平台(I)带动其在二维作平面运动； 控制系统，用于控制支撑平台(4)按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台(I)按照预设运动轨迹在二维平面内运动。2.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:聚焦装置(2)为一个具有进口(10)和出口(11)的管状喷头，在管状喷头内轴向方向上依次设有通过隔板(21)相互间隔的多个腔室(22);各隔板(21)上分别开设有相互同心的通孔(23)。3.根据权利要求2所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:各通孔(23)的孔径由进口( 1)端至出口( 11)端依次逐渐缩小。4.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:所述缸体(6)的外壁设有冷却水循环通道，用于在加工微通道时，对Ga-1n液态合金(5)进行冷却。5.根据权利要求1至4中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:所述支撑平台(4)的熔点大于金属粉末的熔点。6.根据权利要求5所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于:所述支撑平台(4)固定在一抽拉杆(7)上，抽拉杆(7)的下端伸出缸体(6)的底部并与驱动机构连接，控制系统控制驱动机构并带动抽拉杆(7)上升或下降，进而使支撑平台(4)在缸体(6)内作直线上升或直线下降运动。7.—种基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装置实现，具体步骤如下: 初始时刻，支撑平台(4)的上部露出Ga-1n液态合金(5)的液面，下部则浸没在Ga-1n液态合金(5)中；先通过感应加热工位(3)对支撑平台(4)的上部进行加热;此时支撑平台(4)的上部温度高于金属粉末的熔点； 先通过控制系统预先设定移动平台(I)的初始运动轨迹，该初始运动轨迹就是待加工的微通道的截面轮廓形状的轨迹;然后金属粉末通过输送装置由聚焦装置(2)的进口(10)进入其内、由出口(11)喷出，并按照移动平台(I)的初始运动轨迹喷落在支撑平台(4)上后，被支撑平台(4)熔化成金属熔液，形成微通道的截面形状轮廓，与此同时，继续喷落在金属熔液上的金属粉末被熔融;完成移动平台(I)的初始运动轨迹； 接着，控制系统控制支撑平台(4)按照预设的下降速度逐渐下移，而此时由于感应加热工位(3)的协同加热作用，待加工的微通道(8)顶部始终保持熔融状态，形成熔融区域(9)，而熔融区域(9)以下则被Ga-1n液态合金(5)浸没，并随着支撑平台(4)的逐渐下沉而逐渐被冷却固化，并逐渐形成微通道(8)的结构体，直至微通道(8)的结构体完全成型，从而获得所需形状结构的微通道。8.根据权利要求7所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，在金属粉末通过输送装置被送入聚焦装置(2)的进口(10)时，气流(13)携带金属粉末(12)依次经过各个通孔(23)、各个腔室(22)，由于通孔的孔径逐渐依次缩小，在气流的拖曳力以及金属粉末自身惯性的作用下，金属粉末(12)沿轴线通过各个通孔(23)、腔室(22)，并在多级逐次缩小的通孔(23)聚焦作用下，最后从出口(11)流出的金属粉末(12)将被聚焦成束状。9.根据权利要求7所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，使待加工的微通道(8)顶部始终保持熔融状态，形成熔融区域(9)后，S卩，移动平台(I)带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后停止不动或仍然按初始运动轨迹继续运动，但仍然持续喷射金属粉末。10.根据权利要求9所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，当移动平台(I)带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后，若停止不动，只往该恪融区域(9)的任意一个点位喷出金属粉末，在金属熔液内部的马兰戈尼效应下，使其质量自动重新分配。
【专利摘要】本发明公开了一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置，包括用于盛装Ga?In液态合金的缸体、设置在缸体上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置和控制系统；缸体内设有一可在缸体内升降的支撑平台；在缸体内的Ga?In液态合金的液面上方设有感应加热工位；聚焦装置固定在移动平台上，并由移动平台带动其在二维作平面运动；控制系统，用于控制支撑平台按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台按照预设运动轨迹在二维平面内运动。在制造过程中，聚焦装置由移动平台带动，可在二维平面精确地运动，形成各种各样的轨迹。通过控制系统设置所需运动轨迹，即微通道的截面形状、图案等，通过聚焦装置就能方便快捷地加工出任意形状的微通道。
【IPC分类】B22F5/10
【公开号】CN105710376
【申请号】CN201610210278
【发明人】黄延禄, 黄权东
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年4月5日