一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印系統(tǒng)及打印方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印系統(tǒng)，包括：注射泵陣列、注射針頭陣列、液態(tài)金屬池，恒溫箱、恒溫浴槽及控制單元；所述注射泵陣列包括m×n個(gè)注射泵，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；注射針頭與恒溫浴槽垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接；控制單元與注射泵陣列連接。本發(fā)明提出的方法引入了流體的靈巧控制機(jī)制，對(duì)液態(tài)金屬注射液滴實(shí)施了有效的緩沖、破碎和浮力作用，特別是由于其熱容大，因而可提供較之傳統(tǒng)氣體散熱方式高效得多的液體冷卻處理，這使得注射入液相環(huán)境中的液態(tài)金屬可以快速凝固，從而實(shí)現(xiàn)多維結(jié)構(gòu)的短時(shí)成型，同時(shí)還減少了傳統(tǒng)方法中不易避免的氧化作用。
【專利說明】一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印系統(tǒng)及打印方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于印刷領(lǐng)域，具體涉及一種多維結(jié)構(gòu)的液相打印方法及其系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是快速成型方法的一種，是增材制造的實(shí)現(xiàn)形式，近一、二年來(lái)發(fā)展尤為迅猛。常規(guī)的3D打印途徑是利用計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的三維模型，通過軟件對(duì)模型加以切分和離散化，分解出打印工序，再使用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬、塑料、陶瓷等材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，從而制造出所設(shè)計(jì)的終端產(chǎn)品。迄今為止，此類加工大多是在空氣中完成，借助氣體冷卻自然形成結(jié)構(gòu)件，或通過砂粒、粉末等冷卻高溫液體結(jié)構(gòu)使之成型，因此可形象地將傳統(tǒng)的3D制造稱為是干式打印；然而，這種冷卻通常比較緩慢，因而樣品的制作速度過低，特別是對(duì)熔點(diǎn)通常在六、七百度甚至上千度的高溫液態(tài)金屬，情況更是如此。不過，由于自身超越傳統(tǒng)加工途徑的諸多獨(dú)特性能，3D打印技術(shù)在航空航天，醫(yī)療，科技教育等領(lǐng)域正逐步獲得一定應(yīng)用，并顯示出廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，它將與其它數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，可望推動(dòng)第三次工業(yè)革命的到來(lái)。
[0003]迄今為止，現(xiàn)有的3D打印技術(shù)由于采用塑料或聚合物等材料，主要只能制作無(wú)功能的結(jié)構(gòu)支撐件，由于導(dǎo)電金屬和支撐材料之間巨大的熔點(diǎn)差和迥異的制作過程，這些現(xiàn)有方法在機(jī)械和電子元件的同時(shí)制作上尚面臨很大困難，已有的方法普遍存在制作時(shí)間長(zhǎng)、適用對(duì)象有限等不足。特別是，若要制作有導(dǎo)電性的金屬構(gòu)件時(shí)，由于常規(guī)金屬材料如銅、鋁等熔點(diǎn)極高，往往需要極高的燒結(jié)溫度，耗能大，常規(guī)的空氣冷卻效果弱，結(jié)構(gòu)件凝固成型時(shí)間過長(zhǎng)，打印過程的控制困難，亟需改進(jìn)。
[0004]為提升金屬件打印速度和降低制造難度，本發(fā)明提供一種針對(duì)熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)金屬的低熔點(diǎn)金屬墨水(如熔點(diǎn)500°C以下)的液相打印方法和系統(tǒng)，這種液相打印技術(shù)對(duì)高溫金屬也有適用性。低熔點(diǎn)液態(tài)金屬熱導(dǎo)率高，粘度低，熔化凝固過程容易實(shí)現(xiàn)，其在打印【技術(shù)領(lǐng)域】的應(yīng)用是一個(gè)全新的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】現(xiàn)狀，本發(fā)明從有別于傳統(tǒng)上的干式3D打印技術(shù)思路出發(fā)，首次提供一種概念嶄新的金屬構(gòu)件液相打印方法和系統(tǒng)，借助低熔點(diǎn)金屬墨水，通過引入獨(dú)特的液相打印環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多維金屬構(gòu)件的快速打印。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印方法。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的技術(shù)方案為:
[0009]一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的打印系統(tǒng)，其包括:注射泵陣列、注射針頭陣列、液態(tài)金屬池，恒溫箱、恒溫浴槽和控制單元；
[0010]所述注射泵陣列包括mXn個(gè)注射泵，排列為mXn陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；液態(tài)金屬池可以為方形，圓形等形狀的容器。液態(tài)金屬池的材質(zhì)為玻璃或不與液態(tài)金屬互溶的金屬材料。
[0011]所述注射針頭陣列包括mXn個(gè)注射針頭，排列為mXn陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接；m和η互相獨(dú)立地為大于I小于100的正整數(shù)；
[0012]所述注射泵陣列、注射針頭陣列、液態(tài)金屬池，恒溫浴槽均設(shè)置在恒溫箱內(nèi)；
[0013]所述控制單元與注射泵陣列連接。
[0014]其中，所述注射針頭內(nèi)徑范圍為5nm-5cm。例如14G針頭(內(nèi)徑1.54mm)、34G針頭(內(nèi)徑0.06mm)等。
[0015]其中，所述恒溫浴槽為底面平整的容器，材質(zhì)為玻璃或不與液態(tài)金屬互溶的金屬材料，所述恒溫浴槽的容積為0.05-1000L。恒溫浴槽可以為方形、圓形等形狀的容器。
[0016]其中，所述恒溫浴槽還設(shè)置有控溫裝置和控制流體流動(dòng)的裝置。
[0017]一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印方法，包括步驟:
[0018]I)在液態(tài)金屬池中加載液態(tài)金屬作為打印墨水，所述液態(tài)金屬為熔點(diǎn)在
30C _500°C范圍的低熔點(diǎn)金屬，選自鎵基合金、鉍基合金、銦基合金、添加有直徑為5nm-900nm的記憶合金納米顆粒的鎵基合金、秘基合金、銦基合金中的一種；
[0019]所述記憶合金選自鎳鈦合金、欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻、銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si，F(xiàn)e-Pd)中的一種或多種；
[0020]2)注射針頭用于向一端與注射泵陣列相連，另一端浸入恒溫浴槽的流體中或置于空氣中；注射泵從液態(tài)金屬池抽取液態(tài)金屬并注射，其出射端與注射針頭陣列相連；
[0021]3)控制打印的環(huán)境溫度高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)，在控制單元中設(shè)計(jì)打印的模型，并進(jìn)行切分離散化，然后控制注射泵陣列中每個(gè)泵的流速和注射時(shí)間，使液態(tài)金屬?gòu)淖⑸溽橆^中流出，在下落過程中或下落后凝固為固體。
[0022]打印的環(huán)境溫度可由恒溫箱實(shí)現(xiàn)，可控制環(huán)境溫度高于液態(tài)金屬熔點(diǎn)10_30°C ;恒溫浴槽的流體的溫度控制為低于液態(tài)金屬熔點(diǎn)1_50°C。
[0023]所述控制單元為裝有軟件的計(jì)算機(jī)。軟件可以為采用典型編程語(yǔ)言如C++、Java、PLC等編制而成的控制程序。
[0024]其中，所述注射針頭的注射速度為0.0001 μ L/hr- lL/min。
[0025]其中，所述恒溫浴槽內(nèi)裝有水、酒精、煤油、抗凍液、液氮(在容器中是液體，只是有蒸發(fā))、505膠水或娃膠中的一種。
[0026]其中，所述恒溫浴槽控制為溫度恒定在液態(tài)金屬的熔點(diǎn)以下的溫度。
[0027]或，所述恒溫浴槽控制為在Tb至Tc溫度之間勻速降溫，所述Tb大于所述液態(tài)金屬的熔點(diǎn)1-40°C,所述Tc低于所述液態(tài)金屬的熔點(diǎn)1-60°C。所述液態(tài)金屬為具有記憶功能的液態(tài)金屬，此時(shí)由在鎵基合金、鉍基合金、銦基合金中添加直徑在5nm-900nm范圍的鎳鈦合金、欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻、銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等納米顆粒添加物后形成。隨著恒溫浴槽溫度的變化，液態(tài)金屬隨時(shí)間發(fā)生形變，從而實(shí)現(xiàn)4D (4維)打印功能。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:
[0029]1.本發(fā)明提供的方法成型速度快。引入了流體的靈巧控制機(jī)制，對(duì)液態(tài)金屬注射液滴實(shí)施了有效的緩沖阻擋、擊碎作用和浮力作用，特別是由于其熱容大，溫度和流場(chǎng)速度調(diào)節(jié)方便，因而可提供較之傳統(tǒng)氣體或沙粒、粉末等散熱方式高效得多的液體冷卻，這使得注射入液相環(huán)境中的液態(tài)金屬可以迅速凝固，從而實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)的快速成型，同時(shí)還減少了傳統(tǒng)打印方法中不易避免的氧化作用。
[0030]2.成型結(jié)構(gòu)形式多樣。由于液相環(huán)境溫度場(chǎng)及流場(chǎng)調(diào)控靈活，利用流體流速及流向乃至液態(tài)金屬流速及流向以及彼此之間的流體相互作用的控制，可以制造出各種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的3D金屬件，比如旋轉(zhuǎn)體等，這顯著擴(kuò)展了傳統(tǒng)3D打印技術(shù)的范疇和加工范圍，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義。
[0031]3.可實(shí)現(xiàn)3D機(jī)電系統(tǒng)同時(shí)打印。本發(fā)明由于采用了不同于傳統(tǒng)的導(dǎo)電型液態(tài)金屬打印材料，可與傳統(tǒng)塑料、聚合物等配合打印，形成同時(shí)包括機(jī)械支撐件及導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在內(nèi)的3D功能器件。
[0032]4.可持續(xù)發(fā)展面廣泛。本發(fā)明提供的液相打印是傳統(tǒng)干式打印的重要革新和補(bǔ)充，大大提升了 3D打印的速度和應(yīng)用范疇，二者的結(jié)合可望更好地滿足各類打印需求。而且，液相溶液調(diào)整溫度，在形狀記憶合金實(shí)現(xiàn)4D變形方面較之已有方式更加快捷。
[0033]5.金屬構(gòu)件制造耗能低。本發(fā)明由于引入了熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)金屬如銅、鈦、鋁等的熔點(diǎn)在3°C -500°C范圍乃至更低的液態(tài)金屬墨水，因而升溫融化難度得以顯著降低，特別是若采用室溫金屬流體時(shí)，則幾乎不消耗加熱方面的能量，因而制作金屬構(gòu)件能耗較低，實(shí)用價(jià)值顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明的低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的打印系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖2為0，1，2，3維低熔點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)的液相3D打印示意圖，圖2中a，b，c，d分別為0，1，2，3維低熔點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)的打印示意圖；
[0036]圖3為4維低熔點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)的液相打印流程示意圖。其中(a)為初始打印出的直向金屬條示意圖；(b)為恒溫浴槽溫度變?yōu)門c時(shí)金屬結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖中:1.注射泵陣列，2.注射針頭陣列，3.液態(tài)金屬池，4.恒溫箱，5.恒溫浴槽，6.計(jì)算機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面通過最佳實(shí)施例來(lái)說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)知的是，實(shí)施例只用來(lái)說明本發(fā)明而不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0039]實(shí)施例中，如無(wú)特別說明，所用手段均為本領(lǐng)域常規(guī)的手段。
[0040]實(shí)施例1:0維金屬結(jié)構(gòu)的打印方法
[0041]打印系統(tǒng)如圖1。，包括:注射泵陣列1、注射針頭陣列2、液態(tài)金屬池3，恒溫箱4、恒溫浴槽5和計(jì)算機(jī)6 ;注射泵陣列包括2X2個(gè)注射泵，排列為2X2陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；注射針頭陣列包括2X2.個(gè)注射針頭，排列為2X2陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接。所述注射泵陣列1、注射針頭陣列2、液態(tài)金屬池3，恒溫浴槽5均設(shè)置在恒溫箱內(nèi)；計(jì)算機(jī)與注射泵陣列連接。本實(shí)施例中針頭選為14G針頭，其內(nèi)徑為1.54mm;注射泵型號(hào)選為商業(yè)化設(shè)備PumpllPlus,其流速在 0.0014ul/hr-7.91ml/hr 范圍內(nèi)可調(diào)。
[0042]恒溫浴槽5為底面平整的容器，材質(zhì)為玻璃，容積為10L，里面裝水；液態(tài)金屬池3的材質(zhì)為玻璃。
[0043]O維金屬結(jié)構(gòu)即為小球。選定Bi31.6In48.8Sn19.6合金(熔點(diǎn)為59°C)為打印墨水，將恒溫箱4設(shè)置為80°C左右，恒溫浴槽5溫度設(shè)為20°C，則根據(jù)所需金屬小球的尺寸選擇相對(duì)應(yīng)的針頭2 (例如直徑2_小球，針頭采用14G針頭)，通過計(jì)算機(jī)6設(shè)置注射泵I的推射速度，抽吸出液態(tài)金屬池3中的原液并從針頭逐滴下落，進(jìn)入恒溫水浴槽5后迅速凝固，前后兩滴不發(fā)生黏連，這樣得到的成品為顆粒狀液態(tài)金屬小球，如圖2a所示。
[0044]本實(shí)施例中，恒溫水浴槽5內(nèi)水的溫度和流場(chǎng)可以調(diào)節(jié)，由此可實(shí)現(xiàn)不同熔點(diǎn)金屬和產(chǎn)品的打印。比如除上述Bi31.6In48.8Sn19.6合金墨水外，打印金屬墨水也可更換為前述列舉的各類熔點(diǎn)在3°C -500°C范圍的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水如鎵基合金、鉍基合金、銦基合金中的一種或其鎳鈦合金納米顆粒(1nm直徑)添加物。
[0045]利用同樣的系統(tǒng)，以Ga15In13SnZn合金為打印墨水，將恒溫箱4設(shè)置為20°C，恒溫浴槽5溫度設(shè)為0°C，打印得直徑2_鎵基合金小球。同樣的方法還可以打印得鉍基合金、銦基合金小球。將直徑為5nm-900nm的記憶合金納米顆粒添加在金屬墨水中，打印得具有記憶能力的鉍基合金、銦基合金小球。
[0046]并且，水也可更換為其他液體如:酒精，煤油、抗凍液、液態(tài)有機(jī)材料如505膠水、硅膠，乃至液氮等，可實(shí)現(xiàn)更為靈活的高質(zhì)量打印。
[0047]實(shí)施例2:1維金屬結(jié)構(gòu)的多維打印方法
[0048]系統(tǒng)如實(shí)施例1。
[0049]所要打印的I維金屬結(jié)構(gòu)為金屬線，選定Bi31.6In48.8Sn19.6合金(熔點(diǎn)為59°C)為打印墨水。恒溫箱4設(shè)置為80 V，恒溫水浴槽5設(shè)為45°C，內(nèi)裝水。注射泵陣列包括2 X 10個(gè)注射泵，排列為2X10陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；注射針頭陣列包括2X10個(gè)注射針頭，排列為2X10陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接。根據(jù)所要打印金屬線的直徑選擇相應(yīng)的針頭2和注射泵I的推射速度在0.0014μ l/hr-7.91ml/hr范圍，使液滴下落后與已打印的金屬線融合并迅速凝固，得到一條金屬長(zhǎng)線，如圖2b即為豎向打印示意圖。恒溫浴槽5內(nèi)液體也可不限于水。
[0050]同樣的方法還可以打印得鉍基合金、銦基合金或具有記憶能力的合金金屬線。
[0051]實(shí)施例3 2維金屬結(jié)構(gòu)的多維結(jié)構(gòu)打印方法
[0052]系統(tǒng)如實(shí)施例1。
[0053]所要打印的2維金屬結(jié)構(gòu)為“凹”字形金屬面，選定Bi31.6In48.8Sn19.6合金(熔點(diǎn)為59°C )為原液。恒溫箱4設(shè)置為80°C，恒溫浴槽5設(shè)為45°C，內(nèi)裝水。注射泵陣列包括80X80個(gè)注射泵，排列為2X2陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；注射針頭陣列包括80X80個(gè)注射針頭，排列為80X80陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接。
[0054]首先在計(jì)算機(jī)6中采用C++編制的控制軟件設(shè)計(jì)出要打印的結(jié)構(gòu)并設(shè)定打印程序，選擇相應(yīng)的針頭2，設(shè)定每個(gè)注射泵I的推射速度0.01 μ 1/hr。然后啟動(dòng)打印，打出“凹”字形金屬結(jié)構(gòu)后取出(如圖2c所示的俯視圖)，進(jìn)行表面加工即得成品。恒溫浴槽5內(nèi)液體也可不限于水。
[0055]同樣的方法還可以打印得鉍基合金、銦基合金或具有記憶能力的合金金屬面。
[0056]實(shí)施例4 3維金屬結(jié)構(gòu)的多維結(jié)構(gòu)打印方法
[0057]系統(tǒng)如實(shí)施例1。所要打印的3維金屬結(jié)構(gòu)為兩個(gè)不同直徑圓柱相接的凸臺(tái)，選定Bi31.6In48.8Sn19.6合金(熔點(diǎn)為59°C)為打印墨水。恒溫箱4設(shè)置為80°C，恒溫浴槽5設(shè)為45°C，內(nèi)裝水。注射泵陣列包括2X 10個(gè)注射泵，排列為2X2陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接；注射針頭陣列包括2X 10個(gè)注射針頭，排列為2X 10陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接。
[0058]首先在計(jì)算機(jī)6中用采用C++編制的控制軟件畫出三維模型，用軟件將模型切分離散化，設(shè)定打印步驟，選擇相應(yīng)的針頭2的型號(hào)為14G針頭，確定注射泵陣列I中每個(gè)泵的推射速度0.01 μ Ι/hr。然后啟動(dòng)打印，一層一層疊加，打印出物體后經(jīng)表面加工即得成品。圖2d為打印示意圖。恒溫浴槽5內(nèi)液體也可不限于水。
[0059]同樣的方法還可以打印得鉍基合金、銦基合金或具有記憶能力的合金三維結(jié)構(gòu)。
[0060]實(shí)施例5 4維金屬結(jié)構(gòu)的多維結(jié)構(gòu)打印方法
[0061]這里，4維結(jié)構(gòu)式指采用低熔點(diǎn)形狀記憶合金后，所形成結(jié)構(gòu)可在液相溫度的調(diào)控下對(duì)應(yīng)改變，也就是說，結(jié)構(gòu)件與時(shí)間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種瞬態(tài)變化的結(jié)構(gòu)超出傳統(tǒng)的3D結(jié)構(gòu)概念。4維結(jié)構(gòu)是國(guó)際上新近出現(xiàn)的概念，但成熟制造技術(shù)極少，本發(fā)明為此提供了具體的打印方法和系統(tǒng)，有助于推動(dòng)4D打印技術(shù)的發(fā)展。
[0062]在本實(shí)施例中，所要打印的是截面為梯形的彎曲金屬條，采用類似于記憶合金的液態(tài)金屬(溶點(diǎn)為Tm),由嫁金屬融化后在其內(nèi)添加直徑為1nm的鎮(zhèn)欽合金納米顆粒，組成熔點(diǎn)Tm為60°C的納米液態(tài)金屬。恒溫箱4溫度設(shè)置為大于Tm的溫度Ta=80°C，恒溫浴槽5設(shè)定為Tb=50°C，內(nèi)裝水。首先在計(jì)算機(jī)6中畫出三維模型并離散化，設(shè)定打印程序，選擇針頭2，設(shè)定注射泵陣列I中每個(gè)泵的推射速度在0.0014 μ l/hr-7.91ml/hr范圍。然后啟動(dòng)打印，打印出直向金屬條(如圖3 (a)所示)后將恒溫浴槽溫度變?yōu)門c=40°C (Tc<Tm),直到金屬條逐漸變?yōu)閺澢危〕龊蠼?jīng)表面加工即得成品(如圖3 (b)所示)。恒溫浴槽5內(nèi)液體也可不限于水。
[0063]以上的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印系統(tǒng)，其特征在于，包括:注射泵陣列、注射針頭陣列、液態(tài)金屬池，恒溫箱、恒溫浴槽和控制單元； 所述注射泵陣列包括mXη個(gè)注射泵，排列為mXη陣列，各注射泵進(jìn)口與液態(tài)金屬池連接; 所述注射針頭陣列包括mXn個(gè)注射針頭，排列為mXn陣列，注射針頭與恒溫浴槽液體表面垂直相對(duì)，注射針頭進(jìn)液口與所述注射泵出射端一一連接邱和η互相獨(dú)立地為大于I小于100的正整數(shù)； 所述注射泵陣列、注射針頭陣列、液態(tài)金屬池、恒溫浴槽均設(shè)置在恒溫箱內(nèi)； 所述控制單元與注射泵陣列連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相打印系統(tǒng)，其特征在于，所述注射針頭內(nèi)徑為50nm-5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相打印系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫浴槽為底面平整的容器，材質(zhì)為玻璃或不與液態(tài)金屬互溶的金屬材料，所述恒溫浴槽的容積為0.05-1000L;所述液態(tài)金屬池的材質(zhì)為玻璃或不與液態(tài)金屬互溶的金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的液相打印系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫浴槽還設(shè)置有控溫裝置和控制流體流動(dòng)的裝置。
5.一種低熔點(diǎn)金屬多維結(jié)構(gòu)的液相打印方法，包括步驟: 1)在液態(tài)金屬池中加載液態(tài)金屬作為打印墨水，所述液態(tài)金屬為熔點(diǎn)在3°C_500°C范圍的低熔點(diǎn)金屬，選自鎵基合金、秘基合金、銦基合金、添加有直徑為5nm-900nm的形狀記憶合金納米顆粒的鎵基合金、鉍基合金、銦基合金中的一種； 所述記憶合金選自鎳鈦合金、欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻、銅鎳系合金、銅招系合金、銅鋅系合金、鐵系合金中的一種或多種； 2)注射針頭用于向一端與注射泵陣列相連，另一端浸入恒溫浴槽的流體中或置于空氣中；注射泵從液態(tài)金屬池抽取液態(tài)金屬并注射，其出射端與注射針頭陣列相連； 3)控制打印的環(huán)境溫度高于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)，在控制單元中設(shè)計(jì)待打印的模型，并進(jìn)行切分離散化，然后控制注射泵陣列中每個(gè)泵的流速和注射時(shí)間，使液態(tài)金屬?gòu)淖⑸溽橆^中流出，在下落過程中或下落后凝固為固體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液相打印方法，其特征在于，所述注射針頭的注射速度為0.0001 μ L/hr— lL/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液相打印方法，其特征在于，所述恒溫浴槽內(nèi)裝有水、酒精、煤油、抗凍液、液氮、505膠水或娃膠中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的液相打印方法，其特征在于，所述恒溫浴槽控制為溫度恒定在液態(tài)金屬的熔點(diǎn)以下的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的液相打印方法，其特征在于，所述恒溫浴槽控制為在Tb至Tc溫度之間勻速降溫，所述Tb大于所述液態(tài)金屬的熔點(diǎn)1_40°C，所述Tc低于所述液態(tài)金屬的熔點(diǎn)1_60°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液相打印方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬為添加有直徑為5nm-900nm的記憶合金納米顆粒的鎵基合金、秘基合金、銦基合金中的一種。
【文檔編號(hào)】B22F3/115GK104416159SQ201310363250
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】王磊, 劉靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所