本發(fā)明涉及三維打印技術(shù)中的液態(tài)原料噴射技術(shù)，尤其是涉及一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法及其裝置，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

三維打印技術(shù)最早起源于19世紀(jì)末的美國，直到20世紀(jì)七八十年代在日本和美國得到完善并逐步商業(yè)化?，F(xiàn)在常見的主流三維打印技術(shù)，例如立體光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、熔融沉積制造(Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM)、選擇性激光燒結(jié)(Selecting Laser Sintering，SLS)、三維粉末粘接(Three Dimensional Printing and Gluing，3DP)，于20世紀(jì)八九十年代在美國獲得商業(yè)化。通過堆疊熔化原料實現(xiàn)三維打印的技術(shù)中，例如常見的FDM塑料打印和其它類似原理的金屬打印，其中重要核心組件之一就是產(chǎn)生熔融原料的熔爐/擠出頭/發(fā)生裝置；又如噴射熔化原料的打印技術(shù)也屬于堆疊熔化原料，其熔化原料噴射裝置也是核心組件。目前有不少關(guān)于產(chǎn)生熔融金屬原料的發(fā)生裝置的專利申請，例如申請?zhí)枮?01410513433.7、名稱為“一種用于金屬熔融擠出成型的3D打印頭”的中國專利申請，又如申請?zhí)枮?01520533246.5、名稱為“一種用于半固態(tài)金屬擠出沉積成型的裝置”的中國專利申請，這些專利申請無法產(chǎn)生液滴，可以產(chǎn)生連續(xù)的金屬流。也有采用氣壓作為噴射動力的方式，可以產(chǎn)生金屬液滴，例如文獻Experiments on remelting and solidification of molten metal droplets deposited in vertical columns(來源：期刊名《Journal of Manufacturing Science and Engineering-Transactions of the Asme》，2007年第129卷第2期311-318頁)中記載的裝置及方法，主要原理是采用脈沖氣流在微型熔爐/坩堝內(nèi)產(chǎn)生脈沖式的壓強振動就可以在噴嘴出口處形成金屬液滴；申請?zhí)枮?01520561484.7、名稱為“一種液態(tài)金屬打印墨盒”的中國專利申請使用的方法與該文獻中記載的技術(shù)類似；又如申請?zhí)枮?01520644682.X、名稱為“一種金屬3D打印加支撐結(jié)構(gòu)的裝置”的中國專利申請,也是采用脈沖氣流/氣壓來實現(xiàn)金屬液滴生成。這些產(chǎn)生金屬液滴的方法都是通過施加脈沖壓力和利用流體的特性來產(chǎn)生金屬液滴，也可以產(chǎn)生連續(xù)液態(tài)金屬流；但這些技術(shù)不能在工作過程中連續(xù)添加固態(tài)原料，這對一些打印情形會帶來不便(例如打印大型金屬零件)，并且這類技術(shù)由于氣體是可壓縮的物質(zhì)形態(tài)，存在壓力傳導(dǎo)延滯，金屬液滴的生成速度不高,更嚴(yán)重的是可控性差。在現(xiàn)有技術(shù)中，如果噴嘴的內(nèi)徑與液態(tài)原料儲存?zhèn)}或主流道的內(nèi)徑之比過小(例如與噴嘴連接的液態(tài)原料儲存?zhèn)}或主流道的內(nèi)徑為2毫米、噴嘴內(nèi)徑為50微米)，特別是當(dāng)原料為液態(tài)金屬時，液態(tài)原料的表面張力和粘度較大，要施加大壓力才能克服表面張力和流阻以實現(xiàn)噴射。

在2D打印技術(shù)中常用的噴射技術(shù)可以快速產(chǎn)生液滴，例如美國惠普和日本愛普生等企業(yè)開發(fā)的噴墨打印機的噴射技術(shù)，基于流道形變擠壓(在噴嘴流道壁上設(shè)置有電致形變材料)或局部加熱蒸發(fā)(在噴嘴流道壁上設(shè)置有發(fā)熱元件)實現(xiàn)液體噴射，但這些技術(shù)不適用于高熔點材料的熔液的噴射(例如航空鋁合金、銅、不銹鋼等)，并且也不適用于高粘度液態(tài)材料的噴射。美國惠普公司2015年公開的多射流(MJF，Multi-Jet-Fusion)塑料3D打印技術(shù)，雖然用到了2D噴墨打印的噴射技術(shù)，但所噴射的液體只是一些高流動性的輔助性的試劑(所噴射的試劑在常溫下處于液態(tài))，主體材料仍然是固態(tài)塑料粉末(采用類似SLS鋪粉技術(shù)的方式實現(xiàn)鋪塑料粉層)。

也有基于電場力的液態(tài)原料噴射方法，例如“電場噴射”技術(shù)(參見書籍《電場噴射》，作者李建林，上海交通大學(xué)出版社，2012年)，又如申請?zhí)枮?01610224283.7(名稱為“一種液態(tài)金屬打印設(shè)備”)、申請?zhí)枮?01310618953.X(名稱為“一種高壓靜電驅(qū)動且可變直徑3D打印機”)等中國專利申請也使用了電場驅(qū)動技術(shù)；這些技術(shù)都是在噴嘴(噴嘴須采用非導(dǎo)電性材料制造)與外界的電極(打印支撐平臺作為電極)之間建立高壓靜電場或脈沖式高壓靜電場，以實現(xiàn)液態(tài)原料的噴射；但“電場噴射”也有局限性，例如：由于液態(tài)原料具有粘性，尤其是表面張力大的液態(tài)金屬，必須施加高壓靜電場、甚至超高壓靜電場，以產(chǎn)生克服液態(tài)原料粘滯力和表面張力所需的拉力并產(chǎn)生一定的流動速度；高壓電場存在危險性、容易產(chǎn)生電擊穿、可控性不高；由于高壓電場的可控性不高，導(dǎo)致電場噴射過程的可控性不高，以及對所產(chǎn)生的液滴的控制性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于三維打印的液態(tài)原料高速噴射方法及其裝置，且噴射的可控性高，尤其適用于所要噴射的液態(tài)原料具有導(dǎo)電性的應(yīng)用環(huán)境。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于三維打印的熔融金屬等高溫液態(tài)原料的高速高可控性噴射方法及其裝置。

為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法，通過將流道內(nèi)的液態(tài)原料向流道外噴出，在流道外形成液段或液滴，噴射過程受到控制電路的控制，其特征在于：

液態(tài)原料在流道內(nèi)被全部地或局部地接入氣化電路中；被接入氣化電路的液態(tài)原料存在較高電阻的區(qū)域；對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，將液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域全部或局部氣化，利用氣化所產(chǎn)生的沖擊力將液態(tài)原料推至流道外，從而實現(xiàn)液態(tài)原料的噴射；

所述的液態(tài)原料具有導(dǎo)電性；有些類型的液態(tài)原料在低電壓下具有導(dǎo)電性，有些類型的液態(tài)原料在低電壓下不具備導(dǎo)電性、但在高電壓或超高電壓下具有導(dǎo)電性，都屬于導(dǎo)電性液態(tài)原料；

所述的氣化電路，用于對與其連接的液態(tài)原料施加電流并產(chǎn)生電阻加熱作用；

所述的較高電阻的區(qū)域，該較高電阻的區(qū)域的電阻值高于被接入氣化電路的液態(tài)原料的其它區(qū)域；

所述的對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，電流的強度至少滿足氣化所述的液態(tài)原料電阻值較高區(qū)域的全部或局部所需的強度。

可選地：

所述的液態(tài)原料在流道內(nèi)被全部地或局部地接入氣化電路中，液態(tài)原料以串聯(lián)的方式被接入氣化電路；

所述的較高電阻的區(qū)域，通過對被接入氣化電路的液態(tài)原料設(shè)置徑向截面積較小的區(qū)域以形成較高電阻的區(qū)域，其中：氣化電流(即氣化所需的電流)在液態(tài)原料中流動的總方向為軸向，徑向截面的法線與軸向重合或平行；

所述的流道，是指容納液態(tài)原料且液態(tài)原料可在其中流動的結(jié)構(gòu)。

可選地：

在所述的電阻值較高的區(qū)域被氣化的起始時刻，在所述的電阻值較高的區(qū)域與流道的出口之間存在液態(tài)原料。

可選地：

所述的液態(tài)原料為熔融狀態(tài)的原料，或者為半熔化的原料，或者為溶液，或者為懸濁液；

所述的氣化電路屬于控制電路的一部分。

可選地：

噴射液態(tài)原料的主要步驟為：

步驟S1，控制電路控制液態(tài)原料在流道內(nèi)流動；驅(qū)動液態(tài)原料在流道內(nèi)流動的力，為壓力、毛細壓力、重力、電場力、離心力、電磁力這些力當(dāng)中的一種或多種；

步驟S2，液態(tài)原料在流道內(nèi)形成電阻值較高的區(qū)域；液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域被接入氣化電路；

步驟S3，施加一定強度的電流，在液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域產(chǎn)生電阻加熱作用，將電阻值較高的區(qū)域的液態(tài)原料全部或部分氣化；電流的強度至少滿足氣化所述的液態(tài)原料電阻值較高區(qū)域的全部或局部所需的強度；

步驟S4，氣化產(chǎn)生的沖擊力將介于液態(tài)原料電阻值較高的區(qū)域與流道出口之間的液態(tài)原料推至流道外。

進一步地，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用上述的用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的裝置：一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置，主要由殼體、控制電路組成，其中：在殼體上設(shè)置有原料入口和原料出口，殼體內(nèi)部設(shè)置有流道，原料入口、原料出口與內(nèi)部的流道連接，控制電路對工作過程進行控制；其特征在于：

在流道內(nèi)設(shè)置有狹窄區(qū)，狹窄區(qū)的兩邊(或兩側(cè))為電氣接入?yún)^(qū)，電氣接入?yún)^(qū)用于將氣化電流引導(dǎo)至流道內(nèi)的液態(tài)原料中；電流從一邊(或一側(cè))的電氣接入?yún)^(qū)流入，流經(jīng)狹窄區(qū)，然后流入另一邊(或另一側(cè))的電氣接入?yún)^(qū)；電流在流經(jīng)狹窄區(qū)時，將位于狹窄區(qū)的液態(tài)原料全部或部分加熱氣化；氣化所產(chǎn)生的沖擊力推動流道內(nèi)的液態(tài)原料從原料出口噴出；

所述的氣化電流用于將液態(tài)原料加熱氣化；

所述的電氣接入?yún)^(qū)實際上是流道內(nèi)的提供給液態(tài)原料與氣化電流發(fā)生電路相連接的區(qū)域。

可選地：

所述的流道的數(shù)量至少為兩條，并且流道之間存在交匯處，所述的狹窄區(qū)設(shè)置于該交匯處。

可選地：

所述的流道的數(shù)量為一條，流道的一端連接原料入口，流道的另一端連接原料出口，狹窄區(qū)介于原料入口與原料出口之間。

可選地：

設(shè)置有固態(tài)原料輸送單元和加熱單元；固態(tài)原料輸送單元用于將固態(tài)原料送入流道內(nèi)；加熱單元用于對固態(tài)原料進行加熱，以產(chǎn)生液態(tài)原料，以及維持液態(tài)原料的熔融狀態(tài)；

或者，設(shè)置有加熱單元，不設(shè)置固態(tài)原料輸送單元；加熱單元用于維持液態(tài)原料的熔融狀態(tài)。加熱單元的加熱方式有多種，例如：電磁感應(yīng)加熱，電阻加熱(電阻發(fā)熱)，電弧加熱，等離子體加熱，激光加熱。

可選地：

在所述的原料出口設(shè)置有電極。

可選地：

設(shè)置有原料倉或原料腔，用于儲存液態(tài)原料或固態(tài)原料；所述的流道與原料倉或原料腔連接。

可選地：

設(shè)置有冷卻單元，用于對不需要被加熱或不能承受高溫的區(qū)域進行冷卻。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明通過將位于流道內(nèi)的液態(tài)原料接入控制電路，并且在被接入控制電路的液態(tài)原料形成電阻值較高的區(qū)域，使用強電流將電阻值較高的區(qū)域高速氣化，在流道內(nèi)產(chǎn)生“微型爆炸”效果，利用流道對“微型爆炸”的約束作用而實現(xiàn)將流道內(nèi)的部分液態(tài)原料快速噴出，過程類似發(fā)射子彈，實現(xiàn)“電子式”噴射；因此，本發(fā)明實現(xiàn)了在3D打印領(lǐng)域的液態(tài)原料的高速噴射(尤其是噴射液態(tài)金屬)，可控性極高。

(2)本發(fā)明的液態(tài)原料噴射裝置的核心結(jié)構(gòu)基于簡單的流道結(jié)構(gòu)和電極，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高、可維護性強。

(3)本發(fā)明的液態(tài)原料噴射裝置，可以通過在原料出口與流道內(nèi)的液態(tài)原料之間建立電場，利用電場力改變液態(tài)原料在流道內(nèi)的狹窄區(qū)的表面張力，或者利用電場力拉動液態(tài)原料的流動，以獲得對液態(tài)原料流動性的靈活控制；尤其是在使用高表面張力和高粘滯力的液態(tài)原料(例如熔化的金屬原料)時，通過電場力大幅度降低其表面張力，可以使液態(tài)原料在較低的壓力驅(qū)動下輕易通過小口徑的流道(例如直徑10微米的流道)；并且由于流道出口處的電極與流道內(nèi)液態(tài)原料之間的距離短，所需的電場強度遠低于現(xiàn)有的電場噴射技術(shù)使用的高壓電場，所需的電場的電壓低且功率低，安全性和可控性都高于現(xiàn)有技術(shù)；因此，本發(fā)明可以獲得對液態(tài)原料流動性的靈活控制，可以實現(xiàn)高表面張力高粘滯力的液態(tài)原料的噴射，并且可以產(chǎn)生體積微小的原料液滴。

(4)本發(fā)明將液態(tài)原料接入控制電路和利用氣化產(chǎn)生的沖擊力來推動液態(tài)原料的噴射，這樣的原理決定了本發(fā)明可以實現(xiàn)對高熔點材料的噴射，例如不銹鋼熔液、玻璃熔液、陶瓷熔液(多數(shù)類型玻璃和陶瓷的熔液也具有導(dǎo)電性)；因此，本發(fā)明可以用于金屬和玻璃等高熔點材料的3D打印，這實現(xiàn)了在3D打印領(lǐng)域的高熔點材料的高速高可控性噴射的技術(shù)突破。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果：實現(xiàn)了在3D打印領(lǐng)域的液態(tài)原料的高速噴射，可控性極高；可以獲得對液態(tài)原料流動性的靈活控制，可以實現(xiàn)高表面張力高粘滯力的液態(tài)原料的噴射，并且可以產(chǎn)生體積微小的原料液滴；實現(xiàn)了在3D打印領(lǐng)域的高熔點材料的高速高可控性噴射的技術(shù)突破；結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，安全性高，可維護性強。本發(fā)明具有實質(zhì)性進步。

附圖說明

圖1是示意圖，用于說明本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第一個具體實施例的組成原理；

圖2至圖6是示意圖，用于說明本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第一個具體實施例噴射液態(tài)原料的過程，圖中的箭頭P1表示壓力的作用方向；

圖7是示意圖，用于說明圖1所示的用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第一個具體實施例采用固態(tài)原料、在流道內(nèi)將固態(tài)原料熔化獲得液態(tài)原料的情形，圖中的箭頭D1表示驅(qū)動力的作用方向；

圖8是示意圖，用于說明本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第二個具體實施例的組成原理；

圖9至圖12是示意圖，用于說明本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第二個具體實施例噴射液態(tài)原料的過程；

其中的標(biāo)號：1-殼體一，2-電極一，3-電極二，4-狹窄區(qū)一，5-原料入口一，6-原料出口一，7-控制電路一,8-液態(tài)原料一，9-氣化區(qū)一，10-被截斷的液態(tài)原料一，11-液滴一，12-電氣接入?yún)^(qū)一，13-電氣接入?yún)^(qū)二，14-電阻值較高的區(qū)域，15-固態(tài)原料，16-軟化區(qū)，17-液態(tài)原料二，18-殼體二，19-電極三，20-電極四，21-電極五，22-原料出口二，23-原料入口二，24-原料入口三，25-控制電路二，26-狹窄區(qū)二，27-液態(tài)原料三，28-液態(tài)原料四，29-氣化區(qū)二，30-被截斷的液態(tài)原料二，31-液滴二。

具體實施方式

下面列舉本發(fā)明的較佳具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖2至圖6所示的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第一個具體實施例，通過將流道內(nèi)的液態(tài)原料向流道外噴出，在流道外形成液段或液滴，噴射過程受到控制電路(即控制電路一7)的控制；關(guān)鍵在于：

液態(tài)原料(即液態(tài)原料一8)在流道內(nèi)被全部地接入氣化電路中(氣化電路屬于控制電路一7的一部分)；被接入氣化電路的液態(tài)原料存在較高電阻的區(qū)域(即電阻值較高的區(qū)域14)；對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，將液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域全部氣化，利用氣化所產(chǎn)生的沖擊力將部分液態(tài)原料推至流道外，從而實現(xiàn)液態(tài)原料的噴射(如圖6所示)；

所述的液態(tài)原料具有導(dǎo)電性；所述的氣化電路，用于對與其連接的液態(tài)原料施加電流并產(chǎn)生電阻加熱作用；所述的較高電阻的區(qū)域，該較高電阻的區(qū)域的電阻值高于被接入氣化電路的液態(tài)原料的其它區(qū)域；所述的對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，電流的強度至少滿足氣化所述的液態(tài)原料電阻值較高區(qū)域的全部或局部所需的強度。

在本具體實施例中，上述的液態(tài)原料在流道內(nèi)被全部地接入氣化電路中，液態(tài)原料以串聯(lián)的方式被接入氣化電路；上述的較高電阻的區(qū)域，通過對被接入氣化電路的液態(tài)原料設(shè)置徑向截面積較小的區(qū)域以形成較高電阻的區(qū)域，其中：氣化電流(即氣化所需的電流)在液態(tài)原料中流動的總方向為軸向，徑向截面的法線與軸向重合或平行。

在本具體實施例中，在所述的電阻值較高的區(qū)域被氣化的起始時刻，在所述的電阻值較高的區(qū)域與流道的出口之間存在液態(tài)原料。

在本具體實施例中，所述的液態(tài)原料為熔融狀態(tài)的航空鋁合金。

如圖1和圖7所示的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第一個具體實施例，該具體實施例應(yīng)用圖2至圖6所示的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第一個具體實施例：

一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置，主要由殼體(即殼體一1)、控制電路(即控制電路一7)和加熱單元(未在附圖中示出)組成；其中：在殼體一1設(shè)置有原料入口(即原料入口一5)和原料出口(即原料出口一6)，在原料出口設(shè)置有電極(即電極二3)；殼體一1內(nèi)部設(shè)置有流道，流道的數(shù)量為一條，流道貫穿殼體一1和電極二3；原料入口一5、原料出口一6與內(nèi)部的流道連接；在流道內(nèi)設(shè)置有狹窄區(qū)(即狹窄區(qū)一4)，流道的一端連接原料入口一5，流道的另一端連接原料出口一6，狹窄區(qū)一4位于原料入口一5與原料出口一6之間；狹窄區(qū)一4的兩邊(即兩側(cè))為電氣接入?yún)^(qū)(即電氣接入?yún)^(qū)一12和電氣接入?yún)^(qū)二13)，電氣接入?yún)^(qū)用于將電流引入流道內(nèi)，電氣接入?yún)^(qū)為電流被接入流道的區(qū)域，電氣接入?yún)^(qū)用于將氣化電流引導(dǎo)至流道內(nèi)的液態(tài)原料中；電流從一邊/側(cè)的電氣接入?yún)^(qū)流入，流經(jīng)狹窄區(qū)一4，然后流入另一邊/側(cè)的電氣接入?yún)^(qū)；電流在流經(jīng)狹窄區(qū)一4時，將狹窄區(qū)一4內(nèi)的液態(tài)原料全部或部分加熱氣化。電氣接入?yún)^(qū)二13通過電極二3接入控制電路一7。

控制電路一7，包括氣化電路、邏輯電路、探測電路、電場發(fā)生電路和驅(qū)動電路；氣化電路通過驅(qū)動電路與邏輯電路連接，氣化電路用于向狹窄區(qū)一4的兩邊(即兩側(cè))的電氣接入?yún)^(qū)(即電氣接入?yún)^(qū)一12和電氣接入?yún)^(qū)二13)輸出氣化狹窄區(qū)一4內(nèi)的液態(tài)原料所需的電流；探測電路與邏輯電路連接，探測電路用于監(jiān)測液態(tài)原料是否與電極二3接觸；電場發(fā)生電路通過驅(qū)動電路與邏輯電路連接，電場發(fā)生電路用于在液態(tài)原料與電極二3發(fā)生接觸前、在兩者之間建立電場，目的是降低液態(tài)原料的表面張力，以降低液態(tài)原料在狹窄區(qū)一4和電氣接入?yún)^(qū)二13的流阻；邏輯電路在需要氣化狹窄區(qū)一4內(nèi)的液態(tài)原料的時候通過驅(qū)動電路驅(qū)動氣化電路在設(shè)定的時間內(nèi)輸出強電流，例如輸出200安培強度的電流并且維持五十萬分之一秒的時間。

電氣接入?yún)^(qū)二13的截面積大于或等于狹窄區(qū)一4的截面積，電氣接入?yún)^(qū)二13和狹窄區(qū)一4的截面取流道徑向的截面。當(dāng)電氣接入?yún)^(qū)二13的截面積大于狹窄區(qū)一4的截面積時，因為狹窄區(qū)一4的截面積較小(小于電氣接入?yún)^(qū)一12和電氣接入?yún)^(qū)二13)，狹窄區(qū)一4的液態(tài)原料的電阻值是最大的，導(dǎo)致該區(qū)域的液態(tài)原料被氣化，氣化的程度取決于所施加的電流強度及持續(xù)時間。

在本具體實施例中，狹窄區(qū)一4的徑向截面的直徑為30μm，流道的電氣接入?yún)^(qū)一12的直徑為800μm，流道的電氣接入?yún)^(qū)二13的直徑為100μm。

在本具體實施例中，液態(tài)原料采用熔融狀態(tài)的航空鋁合金，即航空鋁合金熔液。加熱單元主要由高溫電阻絲組成，電阻絲纏繞在殼體一1外，通過電阻加熱(即電阻發(fā)熱)的方式對殼體一1和電極二3進行加熱，并產(chǎn)生800℃的高溫。殼體一1采用高純度剛玉制造，電極二3采用特種鎢合金制造。加熱單元受到控制電路一7的控制。

由于電極二3設(shè)置于殼體一1內(nèi)，電極二3與狹窄區(qū)一4之間的距離短(例如120μm)，所以，在液態(tài)原料與電極二3發(fā)生接觸前、在兩者之間所建立的電場只需低壓低功率(例如電壓100V、功率0.1W)。

流道內(nèi)的液態(tài)原料(如圖2所示的液態(tài)原料一8)可以來自儲存液態(tài)原料或產(chǎn)生液態(tài)原料的原料倉，也可以在流道內(nèi)部直接將固態(tài)原料加熱產(chǎn)生液態(tài)原料。如果液態(tài)原料來自儲存液態(tài)原料或產(chǎn)生液態(tài)原料的原料倉，則電氣接入?yún)^(qū)一12通過電極一2接入控制電路一7。

如果在流道內(nèi)部直接將固態(tài)原料(即固態(tài)原料15)加熱產(chǎn)生液態(tài)原料，需要額外設(shè)置固態(tài)原料輸送單元(在附圖中未示出)和加熱單元(在附圖中未示出)；固態(tài)原料輸送單元用于將固態(tài)原料送入流道內(nèi)；加熱單元對固態(tài)原料進行加熱，以產(chǎn)生液態(tài)原料，以及維持液態(tài)原料的熔融狀態(tài)。電氣接入?yún)^(qū)一12則通過固態(tài)原料15接入控制電路一7。固態(tài)原料15采用航空鋁合金線材。固態(tài)原料輸送單元主要由送絲輪和電動機組成；送絲輪帶動固態(tài)原料15移動，沿著圖7中所示的方向D1移動。如圖7所示，固態(tài)原料15受到加熱而在流道內(nèi)產(chǎn)生液態(tài)原料二17，在固態(tài)原料15與液態(tài)原料二17之間產(chǎn)生過渡區(qū)，即軟化區(qū)16，軟化區(qū)16受擠壓力作用發(fā)生形變，軟化區(qū)16與流道壁緊密貼合并起到密封作用，因而起到防止液態(tài)原料二17往原料入口一5方向滲漏的作用(前提是固態(tài)原料的供給速率低于或等于液態(tài)原料在單位時間內(nèi)的噴射量)。

具體應(yīng)用方案：

結(jié)合上述的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第一個具體實施例和本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第一個具體實施例，噴射液態(tài)原料的主要步驟為：

步驟S1，如圖2和圖3所示，控制電路控制液態(tài)原料一8在流道內(nèi)流動：流道內(nèi)的液態(tài)原料(即液態(tài)原料一8，航空鋁合金熔液)在流道的變窄處(電氣接入?yún)^(qū)一12與狹窄區(qū)一4的交界處)受表面張力作用和液態(tài)原料一8對流道內(nèi)表面的非浸潤性影響，自身重力無法使液態(tài)原料一8從電氣接入?yún)^(qū)一12流向電氣接入?yún)^(qū)二13，如圖2所示；控制電路一7啟動電場發(fā)生電路(屬于控制電路一7的組成部分)，在液態(tài)原料一8與電極二3之間建立電壓100V、功率0.1W的電場(在兩者之間可能產(chǎn)生電弧)，同時對液態(tài)原料一8施加1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓強(如圖2至圖6中的箭頭P1所示)，使液態(tài)原料一8流到電氣接入?yún)^(qū)二13，如圖3所示。

步驟S2，如圖3和圖4所示，液態(tài)原料一8在流道內(nèi)形成電阻值較高的區(qū)域：當(dāng)液態(tài)原料一8接觸到電極二3之后(如圖3所示)，控制電路一7關(guān)閉電場發(fā)生電路，延時設(shè)定的時長(根據(jù)壓強和流道的直徑等參數(shù)計算獲得，或者使用經(jīng)驗值，例如延時20微秒)，使液態(tài)原料一8在電氣接入?yún)^(qū)二13內(nèi)的前鋒與電極二3的接觸面積超過狹窄區(qū)一4的徑向截面積(如圖4所示)。

如圖4所示，液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域被接入氣化電路：液態(tài)原料一8跨接電氣接入?yún)^(qū)一12和電氣接入?yún)^(qū)二13，即液態(tài)原料一8同時與電極一2和電極二3充分接觸。

步驟S3，如圖5所示，施加一定強度的電流，在液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域產(chǎn)生電阻加熱作用，將電阻值較高的區(qū)域的液態(tài)原料全部氣化：控制電路一7啟動氣化電路(屬于控制電路一7的組成部分)，對液態(tài)原料一8施加強度200A、持續(xù)時間為五十萬分之一秒的電流，使狹窄區(qū)一4內(nèi)的液態(tài)原料一8在五十萬分之一秒內(nèi)被氣化，在流道內(nèi)產(chǎn)生氣化區(qū)一9。

步驟S4，如圖5和圖6所示，氣化產(chǎn)生的沖擊力將介于液態(tài)原料電阻值較高的區(qū)域與流道出口之間的液態(tài)原料推至流道外：瞬間氣化所產(chǎn)生的沖擊力將介于狹窄區(qū)一4與原料出口一6之間的被截斷的液態(tài)原料一10在極短時間內(nèi)從流道內(nèi)推出，形成液滴一11。

如圖9至圖12所示，本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第二個具體實施例，通過將流道內(nèi)的液態(tài)原料向流道外噴出，在流道外形成液段或液滴，噴射過程受到控制電路(即控制電路二25)的控制；

液態(tài)原料(即液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28)在流道內(nèi)被局部地接入氣化電路中(氣化電路屬于控制電路的一部分)；被接入氣化電路的液態(tài)原料存在較高電阻的區(qū)域(即液態(tài)原料三27與液態(tài)原料四28之間的交匯處的狹窄區(qū)域)；對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，將液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域全部氣化，利用氣化所產(chǎn)生的沖擊力將部分液態(tài)原料推至流道外，從而實現(xiàn)液態(tài)原料的噴射(如圖12所示)；

所述的液態(tài)原料具有導(dǎo)電性；所述的氣化電路，用于對與其連接的液態(tài)原料施加電流并產(chǎn)生電阻加熱作用；所述的較高電阻的區(qū)域，該較高電阻的區(qū)域的電阻值高于被接入氣化電路的液態(tài)原料的其它區(qū)域；所述的對被接入氣化電路的液態(tài)原料施加一定強度的電流，電流的強度至少滿足氣化所述的液態(tài)原料電阻值較高區(qū)域的全部或局部所需的強度。

在本具體實施例中，上述的液態(tài)原料在流道內(nèi)被局部地接入氣化電路中，液態(tài)原料以串聯(lián)的方式被接入氣化電路；上述的較高電阻的區(qū)域，通過對被接入氣化電路的液態(tài)原料設(shè)置徑向截面積較小的區(qū)域以形成較高電阻的區(qū)域，其中：氣化電流(即氣化所需的電流)在液態(tài)原料中流動的總方向為軸向，徑向截面的法線與軸向重合或平行。

在本具體實施例中，在所述的電阻值較高的區(qū)域被氣化的起始時刻，在所述的電阻值較高的區(qū)域與流道的出口之間存在液態(tài)原料。

在本具體實施例中，所述的液態(tài)原料為熔融狀態(tài)的航空鋁合金。

如圖8所示的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第二個具體實施例，該具體實施例是應(yīng)用圖9至圖12所示的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第二個具體實施例：一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置，主要由殼體(即殼體二18)、控制電路(即控制電路二25)和加熱單元(未在附圖中示出)組成；其中：在殼體二18內(nèi)設(shè)置有兩個原料入口(即原料入口二23和原料入口三24)和一個原料出口(即原料出口二22)，在原料出口設(shè)置有電極(即電極三19)；殼體二18內(nèi)部設(shè)置有流道，流道的數(shù)量為兩條；其中第一條流道為主流道，主流道貫穿殼體二18和電極三19，并且該流道與原料入口二23、原料出口二22連接；第二條流道為副流道，副流道的一端與原料入口三24連接，另一端與主流道交匯，在交匯處設(shè)置有狹窄區(qū)(即狹窄區(qū)二26)；狹窄區(qū)二26兩邊(即兩側(cè))的主流道和副流道均為電氣接入?yún)^(qū)，電氣接入?yún)^(qū)用于將氣化電流引導(dǎo)至流道內(nèi)的液態(tài)原料中；電氣接入?yún)^(qū)通過電極四20和電極五21接入氣化電路(屬于控制電路二25的子模塊)；電極三19被接入控制電路二25。

控制電路二25的組成與控制電路一7相同，包括氣化電路、邏輯電路、探測電路、電場發(fā)生電路和驅(qū)動電路；氣化電路通過驅(qū)動電路與邏輯電路連接，氣化電路用于向狹窄區(qū)二26的兩邊(即兩側(cè))的電氣接入?yún)^(qū)(即主流道和副流道)輸出氣化狹窄區(qū)二26內(nèi)的液態(tài)原料所需的電流；探測電路與邏輯電路連接，探測電路用于監(jiān)測液態(tài)原料是否與電極三19接觸；電場發(fā)生電路通過驅(qū)動電路與邏輯電路連接，電場發(fā)生電路用于在主流道內(nèi)的液態(tài)原料和副流道內(nèi)的液態(tài)原料發(fā)生接觸前、在兩者之間建立電場，目的是降低液態(tài)原料的表面張力和拉動兩者向彼此移動；邏輯電路在需要氣化狹窄區(qū)二26內(nèi)的液態(tài)原料的時候通過驅(qū)動電路驅(qū)動氣化電路在設(shè)定的時間內(nèi)輸出強電流，例如輸出200安培強度的電流并且維持五十萬分之一秒的時間。

在本具體實施例中，液態(tài)原料采用熔融狀態(tài)的航空鋁合金，即航空鋁合金熔液。加熱單元主要由高溫電阻絲組成，電阻絲纏繞在殼體二18外，通過電阻加熱(即電阻發(fā)熱)的方式對殼體二18和電極三19進行加熱，并產(chǎn)生800℃的高溫。采用殼體二18高純度剛玉制造，電極三19采用特種鎢合金制造。加熱單元受到控制電路二25的控制。

具體應(yīng)用方案：

結(jié)合上述的本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射方法的第二個具體實施例和本發(fā)明的一種用于三維打印的液態(tài)原料噴射裝置的第二個具體實施例，噴射液態(tài)原料的主要步驟為：

步驟S101，如圖9和圖10所示，控制電路二25控制液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28在流道內(nèi)流動：流道內(nèi)的液態(tài)原料(即液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28，航空鋁合金熔液)在主流道和副流道的交匯處的狹窄區(qū)受表面張力作用和液態(tài)原料對流道內(nèi)表面的非浸潤性影響，自身重力無法使液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28流過交匯處的狹窄區(qū)(即狹窄區(qū)二26)，液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28無法相互接觸，主流道內(nèi)的液態(tài)原料四28的下端前鋒受重力作用而與電極三19接觸、但無法通過原料出口二22，如圖9所示；控制電路二25通過液態(tài)原料四28的下端前鋒是否與電極三19的接觸來判斷液態(tài)原料四28的下端前鋒的位置；控制電路二25啟動電場發(fā)生電路(屬于控制電路二25的組成部分)，在液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28之間建立電壓500V、功率0.1W的電場(在兩者之間可能產(chǎn)生電弧)，利用電場力改變液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28在狹窄區(qū)二26處的表面張力，以及利用電場力拉動兩者相互靠近和接觸。

步驟S102，如圖10所示，液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28在流道內(nèi)形成電阻值較高的區(qū)域：當(dāng)在液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28相互接觸之后(如圖10所示)，控制電路二25關(guān)閉電場發(fā)生電路，液態(tài)原料三27和液態(tài)原料四28在狹窄區(qū)二26的連接處形成電阻值較高的區(qū)域(對于所有流道內(nèi)的液態(tài)原料而言)。液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域的兩側(cè)通過電極四20和電極五21接入氣化電路(屬于控制電路二25的子模塊)。

步驟S103，如圖11所示，施加一定強度的電流，在液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域產(chǎn)生電阻加熱作用，將電阻值較高的區(qū)域的液態(tài)原料全部氣化：控制電路二25啟動氣化電路(屬于控制電路二25的組成部分)，對狹窄區(qū)二26處的液態(tài)原料施加強度200A、持續(xù)時間為五十萬分之一秒的電流，使狹窄區(qū)二26內(nèi)的液態(tài)原料在五十萬分之一秒內(nèi)被氣化，在流道內(nèi)產(chǎn)生氣化區(qū)二29。

步驟S104，如圖11和圖12所示，氣化產(chǎn)生的沖擊力將介于液態(tài)原料的電阻值較高的區(qū)域與流道出口之間的液態(tài)原料推至流道外：瞬間氣化所產(chǎn)生的沖擊力將介于狹窄區(qū)二26與原料出口二22之間的被截斷的液態(tài)原料二30在極短時間內(nèi)從流道內(nèi)推出，形成液滴二31。

以上所述，僅作為本發(fā)明的較佳具體實施例，不能以此限定本發(fā)明的實施范圍，即依據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所做的等效變換與修飾，皆仍屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。