本实用新型专利技术涉及3D打印设备技术领域，尤其涉及一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机。本实用新型专利技术的液态金属3D打印喷头装置包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，液滴产生机构包括相交设置的液态金属微流道和主流体微流道，在主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组液态金属微液滴，利用上述两种流体之间剪切力的作用而产生大小均匀可控、速度可调的低熔点液态金属微液滴，并对其固化、叠加，从而实现了3D打印。该装置具有加工过程简单、可批量复制、可控性好、稳定性高、体积小、微液滴产生速度均匀以及大小可控等诸多优点，能够实现液态金属的高精度微滴堆积打印。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及3D打印设备
，尤其涉及一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机。
技术介绍
3D打印技术是快速成型技术的一种，又称增材制造技术，是一种以计算机设计的数字模型文件为基础，以物件本身的材料，例如尼龙材料、石膏材料、金属材料、橡胶等材料为“墨水”，并以不同层构建创建部件。通常是利用熔融沉积式(简称FDM)、电子束自由成形制造(简称EBF)、分层实体制造(简称LOM)等方法，将塑料、金属或陶瓷粉末等墨水材料通过逐层打印的方式来制造物品。对于纯金属、合金等材料的3D打印，目前大多采用的是选择性激光烧结技术(简称SLS)、激光工程化净成形技术(简称LENS)和电子束选区熔化技术(简称EBSM)三种典型工艺。在这些工艺中均采用金属粉末作为打印墨水，并在气体中进行冷却成型。综合应用了计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术、材料科学、精密机械控制等多方面的知识和技术的3D金属打印技术，相比传统的减材制造技术，金属的3D打印大大缩短了产品研制周期，加快了新产品的制造速度，降低了成本，在珠宝、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗产业，以及其他领域都有广泛的应用前景。因此3D金属打印是当前金属制造技术的一个重要发展方向。但由于常规金属材料如铜、铝等熔点极高，往往需要极高的烧结温度，因此打印过程耗能高，控制难度大；部件在常规的空气冷却中效果较弱，结构件凝固成型时间过长，打印过程的控制困难，亟需改进；此外，熔融金属或金属粉末的输运和喷射过程复杂，一般采用机械泵及运动 部件加以控制，这些因素均导致此类传统金属打印设备整体结构庞大而且复杂，价格昂贵，因而不易普及到大众或家庭中使用。低熔点液态金属还没有被用于打印材料，但低熔点金属热导率大，粘度低，熔化凝固过程容易实现，其在打印
的应用是一个全新的课题。此外，传统的金属3D打印技术在尺寸上仍然有限制，最小的尺寸只能达到100至几百微米的量级，从很大程度上制约了现有的金属3D打印技术的发展。鉴于上述
技术介绍
的缺陷，本技术提供了一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是提供了一种液态金属3D打印喷头装置及设有该装置的3D打印机，能够实现液态金属的高精度微滴堆积打印。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了一种液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，所述液滴产生机构包括相交设置的液态金属微流道和主流体微流道，在所述主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，所述液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组所述液态金属微液滴。进一步的，所述主流体微流道为至少两条，两条所述主流体微流道分别相对的连通在所述液态金属微流道的两侧，且均与所述液态金属微流道成一定角度相交设置；所述液态金属微流道的末端连通有喷嘴。进一步的，所述液滴产生机构还包括液态金属储液槽，所述液态金属储液槽的一端与液态金属微流道连通，另一端通过液态金属压力 进口连接有压力控制机构，所述压力控制机构用于驱动并控制所述液态金属储液槽内的液态金属向液态金属微流道内流动的速度；所述液态金属储液槽上设有液态金属注入口。进一步的，所述主流体微流道通过主流体进样口连通有主流体采样瓶，所述主流体采样瓶与压力控制机构连通，以驱动并控制所述主流体微流道内的连续相主流体的流动速度。进一步的，所述压力控制机构为气压式微流体进样系统、注射泵或蠕动泵。进一步的，还包括加热控温机构，所述加热控温机构用于控制所述液滴产生机构内的液态金属的温度。进一步的，所述加热控温机构包括热电片、电加热丝和热电偶，所述热电片设置于所述液滴产生机构的外侧，电加热丝设置于所述液滴产生机构内，以控制所述液滴产生机构内的液态金属温度；所述热电偶的测温端伸入到所述液滴产生机构内，以测量所述液滴产生机构内的液态金属的温度。进一步的，所述液态金属微流道中的液态金属的固化温度小于等于200℃；优选所述液态金属为镓单质金属、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金或铋铟锡锌合金中的一种或几种混合。进一步的，所述主流体微流道中的连续相主流体包括丙三醇溶液、氢氧化钠溶液、或硅油溶液中的一种或几种混合。本技术还提供了一种3D打印机，包括打印基台、冷却装置和如权利要求1-8任一项所述的液态金属3D打印喷头装置，所述打印基台对应设置于所述液态金属3D打印喷头装置的下部，所述冷却装置设置于所述打印基台的下部。(三)有益效果本技术的上述技术方案具有以下有益效果：1、本技术的液态金属3D打印喷头装置包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，液滴产生机构包括相交设置的液态金属微 流道和主流体微流道，在主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组液态金属微液滴，利用上述两种流体之间剪切力的作用而产生大小均匀可控、速度可调的低熔点液态金属微液滴，并对其固化、叠加，从而实现了3D打印；2、本技术的液态金属微流道和主流体微流道分别与压力控制装置连接，通过分别调整两种液体的进样速度或者压力即可控制两种互不相溶流体的速度，从而精确控制产生的液态金属微液滴的大小与喷射速度，从而使得打印出的微液滴达到几个微米甚至是几百纳米的量级。3、由于该液态金属3D打印喷头装置是利用机械力驱动流体，无外加电力输入驱动设备，因此避免了电泄露的危险与干扰，减少了各种复杂的涂层加工等绝缘措施，减少能耗；4、该液态金属3D打印喷头装置采用加热控温机构，与设置在3D打印机上的冷却装置相配合，使得该3D打印机对于所打印的低熔点液态金属的种类范围大大拓宽，应用范围较广。综上所述，本技术的液态金属3D打印喷头装置采取微机械加工的方法制成，该装置具有加工过程简单、可批量复制、可控性好、稳定性高、体积小、微液滴产生速度均匀以及大小可控等诸多优点，能够实现液态金属的高精度微滴堆积打印。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例的液态金属3D打印喷头装置的爆炸示意 图；图2为本技术实施例的液滴产生机构的剖视图；图3为本技术实施例的液态金属储液槽的剖视图；图4为本技术实施例的液态金属微液滴在液态金属微流道内的产生原理图；图5为本技术实施例的3D打印机的轴侧图。其中：1、液态金属微流道；2、主流体微流道；3、液态金属储液槽；4、液态金属注入口；5、液态金属压力进口；6、主流体进样口；7、喷嘴；8-1、热电片；8-2、热电偶；9、压力控制机构；10、冷却装置；11、主流体样品瓶；12、打印基台。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，所述液滴产生机构包括相交设置的液态金属微流道和主流体微流道，在所述主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，所述液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组所述液态金属微液滴。
【技术特征摘要】
1.一种液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，包括用于产生液态金属微液滴的液滴产生机构，所述液滴产生机构包括相交设置的液态金属微流道和主流体微流道，在所述主流体微流道内的连续相主流体的剪切力作用下，所述液态金属微流道内的液态金属能均匀分散成多组所述液态金属微液滴。2.根据权利要求1所述的液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，所述主流体微流道为至少两条，两条所述主流体微流道分别相对的连通在所述液态金属微流道的两侧，且均与所述液态金属微流道成一定角度相交设置；所述液态金属微流道的末端连通有喷嘴。3.根据权利要求1所述的液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，所述液滴产生机构还包括液态金属储液槽，所述液态金属储液槽的一端与液态金属微流道连通，另一端通过液态金属压力进口连接有压力控制机构，所述压力控制机构用于驱动并控制所述液态金属储液槽内的液态金属向液态金属微流道内流动的速度；所述液态金属储液槽上设有液态金属注入口。4.根据权利要求3所述的液态金属3D打印喷头装置，其特征在于，所述主流体微流道通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：桂林，田露，高猛，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11
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