Làm thế nào công nghệ in kim loại có thể được sử dụng để tạo ra các vòi phun chất lỏng chính xác?

一, Các vấn đề với việc tạo ra các vòi phun điển hình và những khả năng mới mà in kim loại mở ra
1. Các vấn đề với tay nghề truyền thống
Các vòi phun chất lỏng chính xác có cấu trúc lõi kết hợp micromet - kênh dòng chảy, mảng vòi phun và nhiều - các thành phần chức năng lớp. Để làm cho chúng, các tiêu chuẩn nghiêm ngặt sau đây phải được đáp ứng:
Độ chính xác cao: Việc mở vòi phun phải nằm trong khoảng từ 10 đến 50 micron và độ nhám bề mặt của kênh dòng chảy phải nhỏ hơn 0,8 μm.
Cấu trúc này rất phức tạp vì nó cần phải có các cổng cung cấp chất lỏng, lỗ giả và các vùng nơi có thể hình thành các cổng tiêm. Gia công CNC truyền thống cần rất nhiều quy trình khác nhau, điều này làm cho nó đắt tiền và mang lại tỷ lệ năng suất thấp.
Tính chất vật liệu: Các vật liệu chống ăn mòn, có độ dẫn nhiệt tốt hoặc tương thích sinh học (thép không gỉ, hợp kim titan hoặc niken -) là cần thiết vì đúc hoặc hàn truyền thống có thể dễ dàng gây ra vấn đề.
Ví dụ, làm cho các đầu phản lực chất lỏng theo cách thời trang - cũ liên quan đến việc tạo các lớp đường dẫn chất lỏng bằng phương pháp quang khắc và sau đó xếp các cổng phản lực để tạo các bộ phận. Nhưng dòng điện trở ánh sáng không đồng đều ở đường viền của cổng cung cấp chất lỏng có thể làm cho bề mặt không đủ phẳng, điều này ảnh hưởng đến tính nhất quán của chiều cao vòi phun và làm cho máy bay phản lực hoạt động kém hơn.
2. Lợi ích chính của in 3D kim loại
Công nghệ in kim loại xây dựng ba - Các đối tượng thứ nguyên trực tiếp bằng cách làm tan chảy hoặc phun vật liệu kim loại lên nhau, vượt ra ngoài giới hạn vật lý của các phương pháp hiện có.
Tự do thiết kế: Nó có thể tạo ra bất kỳ kênh dòng chảy phức tạp nào, vật liệu gradient hoặc thiết kế tích hợp, như kết hợp cổng cung cấp chất lỏng, lỗ giả và cổng phun thành một.
Công nghệ LPBF có thể đạt được độ chính xác kích thước ± 0,05mm. Khi được ghép nối với các quá trình xử lý Post - như đánh bóng hóa học và mài vi mô, nó cũng có thể đạt được độ nhám bề mặt RA nhỏ hơn hoặc bằng 0,4 μ m.
Tỷ lệ sử dụng vật liệu: in phun kim loại 3D sử dụng trên - phun nhu cầu, điều đó có nghĩa là nó sử dụng hơn 90% vật liệu, cao hơn nhiều so với 50% đến 70% so với việc tan chảy giường bột thông thường.
Lặp lại nhanh: Thiết kế - đến - Chu kỳ sản xuất mẫu bị cắt giảm chỉ trong vài ngày, điều này có thể tạo ra các lô nhỏ và tùy chỉnh sản phẩm cho mỗi khách hàng.
2, Sử dụng quan trọng của công nghệ in kim loại trong việc tạo ra vòi phun
1. Vòi phun cho chip vi lỏng
Các chip microfluidic cần phải có các kênh dòng chảy, van và buồng phản ứng chỉ rộng một vài micromet. Phương pháp in thạch bản mềm truyền thống làm cho khó làm các bộ phận kim loại có độ chính xác rất cao. Kỹ thuật LPBF kim loại có thể in thép không gỉ hoặc chất lượng hợp kim titan, sử dụng khắc hóa chất để tạo ra các vi mạch, sau đó sử dụng máy in phunin 3D kim loạiĐể thêm lớp phủ chức năng như các lớp kỵ nước. Điều này làm cho các vật liệu rất chống ăn mòn và an toàn cho các sinh vật sống. Ví dụ, một công ty đã sản xuất một vòi chẩn đoán y tế, sử dụng LPBF để in một cơ sở thép không gỉ 316L. Sau đó, nó phun các hạt nano vàng lên đế để tạo ra một điện cực dẫn điện, làm cho nó nhạy hơn gấp ba lần so với các phương pháp cũ hơn.
2. Đầu in phun cho các doanh nghiệp
Việc tích hợp hàng ngàn micromet - Các vòi phun có kích thước vào các đầu in phun chính xác cao -} rất tốn kém và có năng suất thấp khi thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn như khắc và liên kết polysilicon. Công nghệ in 3D kim loại có thể làm như sau:
Multi - Tích hợp vật liệu: phun thép không gỉ (để hỗ trợ cấu trúc) và gốm áp điện (đối với các thành phần lái xe) cùng lúc để tạo ra một vòi vật liệu chức năng gradient;
Cải thiện mảng vòi phun: Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc, các kênh dòng chảy không đối xứng được thực hiện để thu nhỏ mực nước và tăng độ phân giải in lên 2400dpi.
Tùy chỉnh nhanh: Để tăng tốc độ phát triển, thay đổi khẩu độ vòi phun và góc kênh dựa trên các thuộc tính của mực, như độ nhớt và độ căng bề mặt.
3. Vòi phun cho in 3D
Metal 3D printing nozzles have to be able to handle high temperatures (>2000 °C) and high pressures (>100MPa). Các kỹ thuật truyền thống để đặt chúng lại với nhau, như hàn hoặc hàn chùm electron, có thể dễ dàng gây ra các vết nứt ứng suất nhiệt. Công nghệ DED, như ốp laser cho ăn bằng bột đồng trục, có thể làm như sau:
Đúc tích hợp: Đặt niken - Các vòi phun hợp kim dựa trên chất nền để loại bỏ các vấn đề hàn;
Thiết kế độ dốc chức năng: Đầu ra của vòi phun được xây dựng bằng hợp kim đồng với độ dẫn nhiệt mạnh và kênh dòng chảy bên trong bao gồm hợp kim titan với cường độ cao. Điều này cân bằng quản lý nhiệt và sức mạnh cấu trúc.
Sửa chữa và tái sản xuất: Vòi phun bị mòn được xử lý bằng cách sử dụng ốp laser cục bộ, khiến chúng kéo dài hơn ba lần.
3, Các vấn đề và giải pháp trong công nghệ
1. Kiểm soát độ nhám bề mặt
Độ nhám của bề mặt của các đối tượng in kim loại thường lớn hơn hoặc bằng 6,3 μm, cần được cải thiện thông qua POST - Xử lý:
Đánh bóng hóa học, sử dụng rửa axit để loại bỏ các vết sưng trên bề mặt, có thể thấp hơn RA xuống dưới 3,2 μm. Mặt khác, lớp phủ vi mô laser, tạo ra một lớp oxit dày trên bề mặt trong khi làm cho nó ít thô hơn.
Sản xuất lai: Sử dụng cả in 3D và gia công độ chính xác CNC để có được bề mặt quan trọng RA nhỏ hơn 0,8 μm . 2. Tìm kiếm khiếm khuyết bên trong
Có những vấn đề với quá trình tan chảy giường bột, các lỗ chân lông và vết nứt như vậy, do đó nó cần được kiểm tra mà không phá hủy nó để đảm bảo nó hoạt động.
CT CT SCEC: Tìm bất kỳ lỗ bên trong để đảm bảo mật độ ít nhất là 99,5%;
Kiểm tra độ mệt mỏi: Để đảm bảo rằng tuổi thọ của dịch vụ đáp ứng đặc điểm kỹ thuật, hãy thực hiện 10 chu kỳ tải theo tiêu chuẩn ASTM E466.
2. Khả năng tương thích với nhiều hơn một vật liệu
In phun kim loại 3D cần phải đối phó với thực tế là các kim loại khác nhau có các điểm nóng chảy khác nhau và các vấn đề với liên kết tại giao diện:
Mực nanoparticle: Làm một loại mực có hợp kim điểm nóng chảy thấp, như bi - Hợp kim dựa trên điểm nóng chảy khoảng 60 độ, để in ở nhiệt độ thấp.
Laser làm lại hoặc hàn siêu âm có thể làm cho mối liên kết giữa các vật liệu khác nhau mạnh mẽ hơn.