[发明专利]一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置

权利要求书

1.一种基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：包括用于盛装Ga-In液态合金(5)的缸体(6)、设置在缸体(6)上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置(2)和控制系统；

缸体(6)内设有一可在缸体(6)内升降的支撑平台(4)；在缸体(6)内的Ga-In液态合金(5)的液面上方设有感应加热工位(3)；

聚焦装置(2)固定在移动平台(1)上，并由移动平台(1)带动其在二维作平面运动；

控制系统，用于控制支撑平台(4)按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台(1)按照预设运动轨迹在二维平面内运动。

2.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：聚焦装置(2)为一个具有进口(10)和出口(11)的管状喷头，在管状喷头内轴向方向上依次设有通过隔板(21)相互间隔的多个腔室(22)；各隔板(21)上分别开设有相互同心的通孔(23)。

3.根据权利要求2所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：各通孔(23)的孔径由进口(10)端至出口(11)端依次逐渐缩小。

4.根据权利要求1所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：所述缸体(6)的外壁设有冷却水循环通道，用于在加工微通道时，对Ga-In液态合金(5)进行冷却。

5.根据权利要求1至4中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：所述支撑平台(4)的熔点大于金属粉末的熔点。

6.根据权利要求5所述基于表面张力自洽的微通道制造装置，其特征在于：所述支撑平台(4)固定在一抽拉杆(7)上，抽拉杆(7)的下端伸出缸体(6)的底部并与驱动机构连接，控制系统控制驱动机构并带动抽拉杆(7)上升或下降，进而使支撑平台(4)在缸体(6)内作直线上升或直线下降运动。

7.一种基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所述基于表面张力自洽的微通道制造装置实现，具体步骤如下：

初始时刻，支撑平台(4)的上部露出Ga-In液态合金(5)的液面，下部则浸没在Ga-In液态合金(5)中；先通过感应加热工位(3)对支撑平台(4)的上部进行加热；此时支撑平台(4)的上部温度高于金属粉末的熔点；

先通过控制系统预先设定移动平台(1)的初始运动轨迹，该初始运动轨迹就是待加工的微通道的截面轮廓形状的轨迹；然后金属粉末通过输送装置由聚焦装置(2)的进口(10)进入其内、由出口(11)喷出，并按照移动平台(1)的初始运动轨迹喷落在支撑平台(4)上后，被支撑平台(4)熔化成金属熔液，形成微通道的截面形状轮廓，与此同时，继续喷落在金属熔液上的金属粉末被熔融；完成移动平台(1)的初始运动轨迹；

接着，控制系统控制支撑平台(4)按照预设的下降速度逐渐下移，而此时由于感应加热工位(3)的协同加热作用，待加工的微通道(8)顶部始终保持熔融状态，形成熔融区域(9)，而熔融区域(9)以下则被Ga-In液态合金(5)浸没，并随着支撑平台(4)的逐渐下沉而逐渐被冷却固化，并逐渐形成微通道(8)的结构体，直至微通道(8)的结构体完全成型，从而获得所需形状结构的微通道。

8.根据权利要求7所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，在金属粉末通过输送装置被送入聚焦装置(2)的进口(10)时，气流(13)携带金属粉末(12)依次经过各个通孔(23)、各个腔室(22)，由于通孔的孔径逐渐依次缩小，在气流的拖曳力以及金属粉末自身惯性的作用下，金属粉末(12)沿轴线通过各个通孔(23)、腔室(22)，并在多级逐次缩小的通孔(23)聚焦作用下，最后从出口(11)流出的金属粉末(12)将被聚焦成束状。

9.根据权利要求7所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，使待加工的微通道(8)顶部始终保持熔融状态，形成熔融区域(9)后，即，移动平台(1)带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后停止不动或仍然按初始运动轨迹继续运动，但仍然持续喷射金属粉末。

10.根据权利要求9所述基于表面张力自洽的微通道制造方法，其特征在于，当移动平台(1)带动聚焦装置走完一遍初始运动轨迹后，若停止不动，只往该熔融区域(9)的任意一个点位喷出金属粉末，在金属熔液内部的马兰戈尼效应下，使其质量自动重新分配。