一種金屬微熔滴噴射裝置製造方法
2023-04-30 09:00:26 1
一種金屬微熔滴噴射裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅動信號波形發生裝置虛擬儀器、壓電陶瓷換能器、坩堝、加熱元件和微壓調節閥，還包括振動杆端部、振動杆中部、隔熱保護罩、可更換的錐面過渡的圓柱形振動杆端部，可更換的振動杆中部、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杆端部配合，採用小內徑，用以形成容積變化的噴射容腔，坩堝上部採用大內徑，用以儲存更多熔融金屬，使噴射過程中液面變化不劇烈；振動杆端部採用漸變結構，對應不同物性的熔融金屬時，可通過更換不同直徑尺寸的振動杆端部來精確調節噴射的結構尺寸以適應不同物性的熔體，在按需式驅動信號作用下實現按需式微熔滴的噴射產生。
【專利說明】一種金屬微熔滴噴射裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於金屬微熔滴噴射列印【技術領域】，涉及一種金屬微熔滴噴射裝置。【背景技術】
[0002]金屬微熔滴噴射列印技術是利用微熔滴噴射裝置使熔化坩堝內的熔融金屬從噴嘴噴射而出形成尺寸均勻的連續微小球狀熔滴束流或是按需式的單顆微小球狀熔滴，用於微量金屬材料的產生、微球製作以及其沉積成型，具有工藝簡單、易於控制、成本低等優點，在金屬原型件快速成型、集成電路微電子封裝互聯凸點列印等領域應用前景廣闊。
[0003]現有技術中有一種按需式金屬微熔滴噴射裝置，其工作原理是:振動杆端部與噴嘴及坩堝構成的腔體容積發生變化，當壓電陶瓷驅動振動杆進行振動時，微量熔融金屬被從噴嘴處擠壓出去形成微熔滴，可通過調節振動杆直徑來調節振動杆圓周面與坩堝形成的縫隙大小，從而在一定程度上調節噴射生成的微熔滴的尺寸。該方法振動杆端部與坩堝及噴嘴構成的腔體容積體積一定，且振動杆端部呈階梯狀，當振動杆振動時,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生微熔滴。坩堝內徑小，在噴射過程中熔融金屬的液面高度變化較大，對壓力控制系統的要求高，且坩堝內徑小造成容積小，需經常拆卸坩堝添加金屬材料。另外此裝置只能產生按需式的微熔滴，效率低。
實用新型內容
[0004]為了克服現有技術中的缺陷，解決上述技術問題，本實用新型提供一種金屬微熔滴噴射裝置，坩堝內部採用階梯結構，坩堝底部和噴嘴安裝處與振動杆端部配合，採用小內徑，用以形成容積變化的噴射容腔，坩堝上部採用大內徑，用以儲存更多熔融金屬，使噴射過程中液面變化不劇烈；振動杆端部採用漸變結構，對應不同物性的熔融金屬時，可通過更換不同直徑尺寸的振動杆端部來精確調節噴射的結構尺寸以適應不同物性的熔體，在按需式驅動信號作用下實現按需式微熔滴的噴射產生。另外，更換小直徑尺寸的振動杆端部以及更換振動杆中部來調節噴射部位的結構尺寸，通過調節坩堝與霧化室的壓差，使熔體形成射流，在連續式振動的作用下置能夠實現連續式微熔滴束流的噴射生成。
[0005]其技術方案如下:
[0006]一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅動信號波形發生裝置虛擬儀器20、壓電陶瓷換能器2、坩堝11、加熱元件13和微壓調節閥8，還包括振動杆端部16、振動杆中部10、隔熱保護罩15、可更換的錐面過渡的圓柱形振動杆端部16，可更換的振動杆中部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為隔熱材料製成，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安裝於裝置上蓋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中設有冷卻水腔3，通過強制對流換熱對壓電陶瓷換能器2進行冷卻，壓電陶瓷換能器2的驅動信號由虛擬儀器20產生信號，通過功率放大器19放大後進行驅動，惰性氣體氣源6通過減壓閥7降壓，通過微壓調節閥8控制坩堝11與霧化室18之間的微壓差，振動杆中部10為圓柱形杆，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器2和振動杆端部16的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器2、振動杆中部10和振動杆端部16由螺紋連接形成振動系統，在壓電陶瓷換能器2和振動杆端部16的螺紋孔內有圓柱孔，與振動杆中部10外螺紋端部的圓柱形成間隙配合，振動杆端部16為錐面過渡的變直徑圓柱杆。進一步優選，所述坩堝11的外壁面為錐面。
[0007]進一步優選，所述加熱元件13為圓環狀的電阻加熱圈。
[0008]本實用新型的有益效果:本實用新型產生按需式微熔滴時，對應不同物性的熔融金屬25，可更換不同長度的振動杆中部10、不同直徑的振動杆端部16來改變環隙22及容腔21的結構尺寸來產生金屬微熔滴。本裝置還可使用較小直徑的振動杆端部16，在相應頻率的正弦波形的連續信號的振動下，對射流破碎產生金屬均勻微熔滴束流。當噴嘴堵塞導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域熔融金屬25產生超聲空化現象，使噴嘴附近附著的雜質清理出來，實現清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導致的噴射過程不穩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構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術方案作進一步詳細地說明。
[0011]參照圖1，一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅動信號波形發生裝置虛擬儀器20、壓電陶瓷換能器2、坩堝11、加熱元件13和微壓調節閥8，還包括振動杆端部16、振動杆中部10、隔熱保護罩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的錐形內壁面相配合，可保證坩堝多次拆裝後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為隔熱材料製成，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安裝於裝置上蓋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中設有冷卻水腔3，通過強制對流換熱對壓電陶瓷換能器2進行冷卻，壓電陶瓷換能器2的驅動信號由虛擬儀器20產生信號，通過功率放大器19放大後進行驅動，惰性氣體氣源6通過減壓閥7降壓，通過微壓調節閥8控制坩堝11與霧化室18之間的微壓差，振動杆中部10為圓柱形杆，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器2和振動杆端部16的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器2、振動杆中部10和振動杆端部16由螺紋連接形成振動系統，在壓電陶瓷換能器2和振動杆端部16的螺紋孔內有圓柱孔，與振動杆中部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、振動杆中部10和振動杆端部16連接的同軸度，振動杆中部10為加工成一系列長度的杆件，用以調節振動杆端部16與坩堝的距離21，振動杆端部16為錐面過渡的變直徑圓柱杆，加工成一系列大端直徑不同的杆件，用以調節噴射過程回流縫隙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、振動杆中部10、振動杆端部16進行清理，安裝新的噴嘴17，處理待熔化金屬，去除雜質及表面氧化皮。
[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，並熔化坩堝11內的金屬，待金屬熔化並達到設定溫度並保溫後，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生微壓差，使熔融金屬25充滿噴嘴。
[0015]需要產生按需式微熔滴時，利用虛擬儀器20產生一定波形的信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，使振動杆16沿杆軸線向下振動，使容腔21體積減小，熔融金屬被擠出噴嘴17,當振動杆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，同時振動杆端部上面的熔融金屬沿環隙22向下補充到容腔21中。
[0016]產生按需式微熔滴時，對應不同物性的熔融金屬25，可更換不同長度的振動杆中部10、不同直徑的振動杆端部16來改變環隙22及容腔21的結構尺寸。
[0017]需要產生連續式微熔滴束流時，使用較小直徑的振動杆端部16，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生壓差，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產生相應頻率的正弦波形的連續信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，使振動杆端部16沿杆軸線往復振動，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]當噴嘴堵塞導致微熔滴無法噴射出來需清理噴嘴時，利用虛擬儀器20產生頻率大於16KHz的正弦波形的連續信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，高頻大振幅振動使噴嘴區域熔融金屬產生超聲空化現象，調節微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生壓差，使噴嘴附近附著的雜質被清理出來，實現清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導致的噴射過程不穩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內部的含氧量。
[0021]使用本實用新型裝置進行焊料熔融金屬(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上設置加熱元件13的溫度在熔點以上40攝氏度，將焊料金屬加熱熔化並保持一段時間以使坩堝11內的熔融金屬25完全熔化並達到穩定的溫度，調節微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生微壓差，使熔融金屬25充滿噴嘴，利用虛擬儀器20產生一定波形的信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，使振動杆16沿杆軸線向下振動，使容腔21體積減小，熔融金屬被擠出噴嘴17，當振動杆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，同時振動杆端部上面的熔融金屬沿環隙22向下補充到容腔21中。
[0022]實施例2:連續式金屬微熔滴束流噴射
[0023]使用本實用新型裝置進行焊料熔融金屬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內部的含氧量。
[0024]使用本實用新型裝置進行焊料熔融金屬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上設置加熱元件13的溫度在熔點以上40攝氏度，將焊料金屬加熱熔化並保持一段時間以使坩堝11內的熔融金屬25完全熔化並達到穩定的溫度，通過惰性氣體氣源6、減壓閥7和微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生壓差，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產生相應頻率的正弦波形的連續信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，使振動杆端部16沿杆軸線往復振動，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]當噴嘴堵塞導致微熔滴無法噴射出來時，利用虛擬儀器20產生頻率大於16KHz的正弦波形的連續信號，通過功率放大器19放大後驅動壓電陶瓷換能器2，高頻大振幅振動使噴嘴區域熔融金屬25產生超聲空化現象，調節微壓調節閥8使坩堝11內部與霧化室18產生壓差，使噴嘴附近附著的雜質清理出來，實現清理堵塞的噴嘴的目的，從而減少因噴嘴堵塞導致的噴射過程不穩定狀況。
[0027]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，本實用新型的保護範圍不限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種金屬微熔滴噴射裝置，包括驅動信號波形發生裝置虛擬儀器、壓電陶瓷換能器、坩堝、加熱元件和微壓調節閥，其特徵在於，還包括振動杆端部、振動杆中部、隔熱保護罩、可更換的錐面過渡的圓柱形振動杆端部，可更換的振動杆中部、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製成，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於裝置上蓋軸線處，由壓電陶瓷上蓋板與裝置上蓋通過螺紋連接方式壓緊，裝置上蓋中設有冷卻水腔，通過強制對流換熱對壓電陶瓷換能器進行冷卻，壓電陶瓷換能器的驅動信號由虛擬儀器產生信號，通過功率放大器放大後進行驅動，惰性氣體氣源通過減壓閥降壓，通過微壓調節閥控制坩堝與霧化室之間的微壓差，振動杆中部為圓柱形杆，兩端加工有外螺紋，與壓電陶瓷換能器和振動杆端部的螺紋孔均組成螺紋副，使壓電陶瓷換能器、振動杆中部和振動杆端部由螺紋連接形成振動系統，在壓電陶瓷換能器和振動杆端部的螺紋孔內有圓柱孔，與振動杆中部外螺紋端部的圓柱形成間隙配合，振動杆端部為錐面過渡的變直徑圓柱杆。
2.根據權利要求1所述的金屬微熔滴噴射裝置，其特徵在於，所述坩堝的外壁面為錐面。
3.根據權利要求1所述的金屬微熔滴噴射裝置，其特徵在於，所述加熱元件為圓環狀的電阻加熱圈。
【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 優先權日:2014年2月13日
【發明者】高勝東, 姚英學, 劉榮輝 申請人:哈爾濱工業大學