一種金屬微熔滴噴射裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅(qū)動信號波形發(fā)生裝置虛擬儀器、壓電陶瓷換能器、坩堝、加熱元件和微壓調(diào)節(jié)閥，還包括振動桿端部、振動桿中部、隔熱保護(hù)罩、可更換的錐面過渡的圓柱形振動桿端部，可更換的振動桿中部、錐面的坩堝加熱底座。本實用新型坩堝底部和噴嘴安裝處與振動桿端部配合，采用小內(nèi)徑，用以形成容積變化的噴射容腔，坩堝上部采用大內(nèi)徑，用以儲存更多熔融金屬，使噴射過程中液面變化不劇烈；振動桿端部采用漸變結(jié)構(gòu)，對應(yīng)不同物性的熔融金屬時，可通過更換不同直徑尺寸的振動桿端部來精確調(diào)節(jié)噴射的結(jié)構(gòu)尺寸以適應(yīng)不同物性的熔體，在按需式驅(qū)動信號作用下實現(xiàn)按需式微熔滴的噴射產(chǎn)生。
【專利說明】一種金屬微熔滴噴射裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于金屬微熔滴噴射打印【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種金屬微熔滴噴射裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]金屬微熔滴噴射打印技術(shù)是利用微熔滴噴射裝置使熔化坩堝內(nèi)的熔融金屬從噴嘴噴射而出形成尺寸均勻的連續(xù)微小球狀熔滴束流或是按需式的單顆微小球狀熔滴，用于微量金屬材料的產(chǎn)生、微球制作以及其沉積成型，具有工藝簡單、易于控制、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在金屬原型件快速成型、集成電路微電子封裝互聯(lián)凸點(diǎn)打印等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中有一種按需式金屬微熔滴噴射裝置，其工作原理是:振動桿端部與噴嘴及坩堝構(gòu)成的腔體容積發(fā)生變化，當(dāng)壓電陶瓷驅(qū)動振動桿進(jìn)行振動時，微量熔融金屬被從噴嘴處擠壓出去形成微熔滴，可通過調(diào)節(jié)振動桿直徑來調(diào)節(jié)振動桿圓周面與坩堝形成的縫隙大小，從而在一定程度上調(diào)節(jié)噴射生成的微熔滴的尺寸。該方法振動桿端部與坩堝及噴嘴構(gòu)成的腔體容積體積一定，且振動桿端部呈階梯狀，當(dāng)振動桿振動時,端部在向上回收時易將擠壓出噴嘴的熔融金屬帶回，對粘度較大的熔融金屬不易產(chǎn)生微熔滴。坩堝內(nèi)徑小，在噴射過程中熔融金屬的液面高度變化較大，對壓力控制系統(tǒng)的要求高，且坩堝內(nèi)徑小造成容積小，需經(jīng)常拆卸坩堝添加金屬材料。另外此裝置只能產(chǎn)生按需式的微熔滴，效率低。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種金屬微熔滴噴射裝置，坩堝內(nèi)部采用階梯結(jié)構(gòu)，坩堝底部和噴嘴安裝處與振動桿端部配合，采用小內(nèi)徑，用以形成容積變化的噴射容腔，坩堝上部采用大內(nèi)徑，用以儲存更多熔融金屬，使噴射過程中液面變化不劇烈；振動桿端部采用漸變結(jié)構(gòu)，對應(yīng)不同物性的熔融金屬時，可通過更換不同直徑尺寸的振動桿端部來精確調(diào)節(jié)噴射的結(jié)構(gòu)尺寸以適應(yīng)不同物性的熔體，在按需式驅(qū)動信號作用下實現(xiàn)按需式微熔滴的噴射產(chǎn)生。另外，更換小直徑尺寸的振動桿端部以及更換振動桿中部來調(diào)節(jié)噴射部位的結(jié)構(gòu)尺寸，通過調(diào)節(jié)坩堝與霧化室的壓差，使熔體形成射流，在連續(xù)式振動的作用下置能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)式微熔滴束流的噴射生成。
[0005]其技術(shù)方案如下:
[0006]一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅(qū)動信號波形發(fā)生裝置虛擬儀器20、壓電陶瓷換能器2、坩堝11、加熱元件13和微壓調(diào)節(jié)閥8，還包括振動桿端部16、振動桿中部10、隔熱保護(hù)罩15、可更換的錐面過渡的圓柱形振動桿端部16，可更換的振動桿中部10、錐面的坩堝加熱底座12，錐面連接的裝置支撐件5，坩堝11的外壁面與加熱底座12的錐形內(nèi)壁面相配合，加熱元件13緊緊固定在加熱底座12的外圓柱面，加熱的溫度由溫度控制器14來進(jìn)行精確控制，加熱元件13的外圍由隔熱外套15包裹，裝置支撐件5為隔熱材料制成，中間加工有防輻射板5a ;裝置支撐件5與坩堝11和裝置上蓋4之間均為錐面連接，連接部位有密封墊23，壓電陶瓷換能器2安裝于裝置上蓋4軸線處，由壓電陶瓷上蓋板I與裝置上蓋4通過螺紋連接方式壓緊，裝置上蓋4中設(shè)有冷卻水腔3，通過強(qiáng)制對流換熱對壓電陶瓷換能器2進(jìn)行冷卻，壓電陶瓷換能器2的驅(qū)動信號由虛擬儀器20產(chǎn)生信號，通過功率放大器19放大后進(jìn)行驅(qū)動，惰性氣體氣源6通過減壓閥7降壓，通過微壓調(diào)節(jié)閥8控制坩堝11與霧化室18之間的微壓差，振動桿中部10為圓柱形桿，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器2和振動桿端部16的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器2、振動桿中部10和振動桿端部16由螺紋連接形成振動系統(tǒng)，在壓電陶瓷換能器2和振動桿端部16的螺紋孔內(nèi)有圓柱孔，與振動桿中部10外螺紋端部的圓柱形成間隙配合，振動桿端部16為錐面過渡的變直徑圓柱桿。進(jìn)一步優(yōu)選，所述坩堝11的外壁面為錐面。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，所述加熱元件13為圓環(huán)狀的電阻加熱圈。
[0008]本實用新型的有益效果:本實用新型產(chǎn)生按需式微熔滴時，對應(yīng)不同物性的熔融金屬25，可更換不同長度的振動桿中部10、不同直徑的振動桿端部16來改變環(huán)隙22及容腔21的結(jié)構(gòu)尺寸來產(chǎn)生金屬微熔滴。本裝置還可使用較小直徑的振動桿端部16，在相應(yīng)頻率的正弦波形的連續(xù)信號的振動下，對射流破碎產(chǎn)生金屬均勻微熔滴束流。當(dāng)噴嘴堵塞導(dǎo)致微熔滴無法噴射出來需清理噴嘴時，利用高頻大振幅振動使噴嘴區(qū)域熔融金屬25產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，使噴嘴附近附著的雜質(zhì)清理出來，實現(xiàn)清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導(dǎo)致的噴射過程不穩(wěn)定狀況或更換噴嘴多次拆裝的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型金屬微熔滴噴射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0011]參照圖1，一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅(qū)動信號波形發(fā)生裝置虛擬儀器20、壓電陶瓷換能器2、坩堝11、加熱元件13和微壓調(diào)節(jié)閥8，還包括振動桿端部16、振動桿中部10、隔熱保護(hù)罩15、錐面的坩堝加熱底座12，錐面連接的裝置支撐件5，坩堝11的外壁面為錐面，與加熱底座12的錐形內(nèi)壁面相配合，可保證坩堝多次拆裝后能保持兩接觸面緊密接觸以保證傳熱效果，加熱元件13為圓環(huán)狀的電阻加熱圈，緊緊固定在加熱底座12的外圓柱面，加熱的溫度由溫度控制器14來進(jìn)行精確控制，加熱元件13的外圍由隔熱外套15包裹，裝置支撐件5為隔熱材料制成，中間加工有防輻射板5a ;裝置支撐件5與坩堝11和裝置上蓋4之間均為錐面連接來保證同軸度，連接部位有密封墊23保證氣密，壓電陶瓷換能器2安裝于裝置上蓋4軸線處，由壓電陶瓷上蓋板I與裝置上蓋4通過螺紋連接方式壓緊，裝置上蓋4中設(shè)有冷卻水腔3，通過強(qiáng)制對流換熱對壓電陶瓷換能器2進(jìn)行冷卻，壓電陶瓷換能器2的驅(qū)動信號由虛擬儀器20產(chǎn)生信號，通過功率放大器19放大后進(jìn)行驅(qū)動，惰性氣體氣源6通過減壓閥7降壓，通過微壓調(diào)節(jié)閥8控制坩堝11與霧化室18之間的微壓差，振動桿中部10為圓柱形桿，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器2和振動桿端部16的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器2、振動桿中部10和振動桿端部16由螺紋連接形成振動系統(tǒng)，在壓電陶瓷換能器2和振動桿端部16的螺紋孔內(nèi)有圓柱孔，與振動桿中部10外螺紋端部的圓柱形成間隙配合，用以保證壓電陶瓷換能器2、振動桿中部10和振動桿端部16連接的同軸度，振動桿中部10為加工成一系列長度的桿件，用以調(diào)節(jié)振動桿端部16與坩堝的距離21，振動桿端部16為錐面過渡的變直徑圓柱桿，加工成一系列大端直徑不同的桿件，用以調(diào)節(jié)噴射過程回流縫隙22。
[0012]本實用新型金屬微熔滴噴射裝置在具體使用過程中:對坩堝11、振動桿中部10、振動桿端部16進(jìn)行清理，安裝新的噴嘴17，處理待熔化金屬，去除雜質(zhì)及表面氧化皮。
[0013]將待熔化金屬棒料或顆粒料放入坩堝11，對裝置進(jìn)行密封，將高純惰性氣體通入坩堝11及霧化室18，將原有空氣吹出，降低坩堝11及霧化室18內(nèi)部的含氧量。
[0014]通過溫度控制器14控制加熱元件13，使加熱底座12和坩堝11升溫，并熔化坩堝11內(nèi)的金屬，待金屬熔化并達(dá)到設(shè)定溫度并保溫后，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生微壓差，使熔融金屬25充滿噴嘴。
[0015]需要產(chǎn)生按需式微熔滴時，利用虛擬儀器20產(chǎn)生一定波形的信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，使振動桿16沿桿軸線向下振動，使容腔21體積減小，熔融金屬被擠出噴嘴17,當(dāng)振動桿16向上回收時,噴出的熔融金屬25從噴嘴處斷裂,形成微熔滴24，同時振動桿端部上面的熔融金屬沿環(huán)隙22向下補(bǔ)充到容腔21中。
[0016]產(chǎn)生按需式微熔滴時，對應(yīng)不同物性的熔融金屬25，可更換不同長度的振動桿中部10、不同直徑的振動桿端部16來改變環(huán)隙22及容腔21的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0017]需要產(chǎn)生連續(xù)式微熔滴束流時，使用較小直徑的振動桿端部16，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生壓差，使熔融金屬25由噴嘴噴出形成圓柱狀射流，利用虛擬儀器20產(chǎn)生相應(yīng)頻率的正弦波形的連續(xù)信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，使振動桿端部16沿桿軸線往復(fù)振動，射流在振動的作用下破碎形成一束尺寸均勻、距離相等的金屬均勻微熔滴束流。
[0018]當(dāng)噴嘴堵塞導(dǎo)致微熔滴無法噴射出來需清理噴嘴時，利用虛擬儀器20產(chǎn)生頻率大于16KHz的正弦波形的連續(xù)信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，高頻大振幅振動使噴嘴區(qū)域熔融金屬產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，調(diào)節(jié)微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生壓差，使噴嘴附近附著的雜質(zhì)被清理出來，實現(xiàn)清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導(dǎo)致的噴射過程不穩(wěn)定狀況或更換噴嘴多次拆裝的問題。
[0019]實施例1:按需式金屬微熔滴噴射
[0020]使用本實用新型裝置進(jìn)行焊料熔融金屬25 (如錫鉛合金、錫銀銅合金等)微熔滴噴射時，將待熔化金屬棒料或顆粒料放入坩堝11，對裝置進(jìn)行密封，將高純惰性氣體通入坩堝11及霧化室18，將原有空氣吹出，降低坩堝11及霧化室18內(nèi)部的含氧量。
[0021]使用本實用新型裝置進(jìn)行焊料熔融金屬(如錫鉛合金、錫銀銅合金等)微熔滴噴射時，首先在溫度控制器14上設(shè)置加熱元件13的溫度在熔點(diǎn)以上40攝氏度，將焊料金屬加熱熔化并保持一段時間以使坩堝11內(nèi)的熔融金屬25完全熔化并達(dá)到穩(wěn)定的溫度，調(diào)節(jié)微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生微壓差，使熔融金屬25充滿噴嘴，利用虛擬儀器20產(chǎn)生一定波形的信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，使振動桿16沿桿軸線向下振動，使容腔21體積減小，熔融金屬被擠出噴嘴17，當(dāng)振動桿16向上回收時，噴出的熔融金屬25從噴嘴處斷裂，形成微熔滴24，同時振動桿端部上面的熔融金屬沿環(huán)隙22向下補(bǔ)充到容腔21中。
[0022]實施例2:連續(xù)式金屬微熔滴束流噴射
[0023]使用本實用新型裝置進(jìn)行焊料熔融金屬25 (如錫鉛合金、錫銀銅合金等)微熔滴噴射時，將待熔化金屬棒料或顆粒料放入坩堝11，對裝置進(jìn)行密封，將高純惰性氣體通入坩堝11及霧化室18，將原有空氣吹出，降低坩堝11及霧化室18內(nèi)部的含氧量。
[0024]使用本實用新型裝置進(jìn)行焊料熔融金屬25 (如錫鉛合金、錫銀銅合金等)微熔滴噴射時，首先在溫度控制器14上設(shè)置加熱元件13的溫度在熔點(diǎn)以上40攝氏度，將焊料金屬加熱熔化并保持一段時間以使坩堝11內(nèi)的熔融金屬25完全熔化并達(dá)到穩(wěn)定的溫度，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生壓差，使熔融金屬25由噴嘴噴出形成圓柱狀射流，利用虛擬儀器20產(chǎn)生相應(yīng)頻率的正弦波形的連續(xù)信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，使振動桿端部16沿桿軸線往復(fù)振動，射流在振動的作用下破碎形成一束尺寸均勻、距離相等的金屬均勻微熔滴束流。
[0025]實施例3:噴嘴清理。
[0026]當(dāng)噴嘴堵塞導(dǎo)致微熔滴無法噴射出來時，利用虛擬儀器20產(chǎn)生頻率大于16KHz的正弦波形的連續(xù)信號，通過功率放大器19放大后驅(qū)動壓電陶瓷換能器2，高頻大振幅振動使噴嘴區(qū)域熔融金屬25產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，調(diào)節(jié)微壓調(diào)節(jié)閥8使坩堝11內(nèi)部與霧化室18產(chǎn)生壓差，使噴嘴附近附著的雜質(zhì)清理出來，實現(xiàn)清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導(dǎo)致的噴射過程不穩(wěn)定狀況。
[0027]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，本實用新型的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅(qū)動信號波形發(fā)生裝置虛擬儀器、壓電陶瓷換能器、坩堝、加熱元件和微壓調(diào)節(jié)閥，其特征在于，還包括振動桿端部、振動桿中部、隔熱保護(hù)罩、可更換的錐面過渡的圓柱形振動桿端部，可更換的振動桿中部、錐面的坩堝加熱底座，錐面連接的裝置支撐件，坩堝的外壁面與加熱底座的錐形內(nèi)壁面相配合，加熱元件緊緊固定在加熱底座的外圓柱面，加熱的溫度由溫度控制器來進(jìn)行精確控制，加熱元件的外圍由隔熱外套包裹，裝置支撐件為隔熱材料制成，中間加工有防輻射板；裝置支撐件與坩堝和裝置上蓋之間均為錐面連接，連接部位有密封墊，壓電陶瓷換能器安裝于裝置上蓋軸線處，由壓電陶瓷上蓋板與裝置上蓋通過螺紋連接方式壓緊，裝置上蓋中設(shè)有冷卻水腔，通過強(qiáng)制對流換熱對壓電陶瓷換能器進(jìn)行冷卻，壓電陶瓷換能器的驅(qū)動信號由虛擬儀器產(chǎn)生信號，通過功率放大器放大后進(jìn)行驅(qū)動，惰性氣體氣源通過減壓閥降壓，通過微壓調(diào)節(jié)閥控制坩堝與霧化室之間的微壓差，振動桿中部為圓柱形桿，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器和振動桿端部的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器、振動桿中部和振動桿端部由螺紋連接形成振動系統(tǒng)，在壓電陶瓷換能器和振動桿端部的螺紋孔內(nèi)有圓柱孔，與振動桿中部外螺紋端部的圓柱形成間隙配合，振動桿端部為錐面過渡的變直徑圓柱桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微熔滴噴射裝置，其特征在于，所述坩堝的外壁面為錐面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微熔滴噴射裝置，其特征在于，所述加熱元件為圓環(huán)狀的電阻加熱圈。
【文檔編號】B22F3/115GK203764979SQ201420064807
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月13日
【發(fā)明者】高勝東, 姚英學(xué), 劉榮輝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)