内腔13、喷嘴孔道12和进样侧管14构成。进样侧管14位于喷嘴内腔13侧面，并与喷嘴内腔13连通，进样侧管14出料端通入喷嘴内腔13的出料端，即锥形端，主要用于通入与作为打印材料的第一材料不同的第二材料，特别是气体进样，从而抑制低粘度打印材料惯性导致的打印精度降低的问题。针对高粘度打印材料，或较低温度下打印的低粘度熔体材料，进样侧管14并不是必需的，可在制造过程中根据需要增删或使用过程中封闭。
[0070]本实施例加工本喷嘴10过程如下:
[0071 ] (I)采用立体光刻的方法加工制成锥形喷嘴的外模30和具有棱台形状的内模21，外模30和内模21为聚四氟乙烯的塑料模具，其形状依照图3中带有进样侧管14的喷嘴结构来设计；
[0072](2)采用银镜法在内模21的表面镀一层导电膜，将内模依次在丙酮，无水乙醇和蒸馏水中超声清洗lOmin，除去表面的油脂和其他杂质，取5mL硝酸银溶液，滴入质量分数为2 %的氨水溶液至沉淀刚好溶解为止，将冲洗好的内模21放入准备好的银氨溶液中，滴入10%葡萄糖溶液，再滴入I?2滴表面活性剂，在水浴中加热约2min，待内模表面形成光亮的银膜后立即取出后风干即完成了导电薄膜22的构造；
[0073](3)将内模21固定平放于三维微纳结构制造系统的三维移动平台上固定，在三维微纳结构制造系统的玻璃微管内注入金属盐溶液，将毛细管垂直固定，尖端朝下，使得毛细管与内模21的顶端(出料端)所在平面垂直并且尖端对准内模21的顶端的中心位置，将连接有外部直流电源正极的金属丝插入玻璃微管液体中，将导电薄膜22作为阴极，装有金属盐溶液的玻璃微电极24作为阳极，通过调控三维移动平台各方向移动速度和外部直流电压在导电内模上沉积出直径大小阶梯缩小的线，其中最小的线直径尺寸为200nm，得到尺寸阶梯变化的型芯23。
[0074](4)按相对位置，将内模21和外模30进行组装，向组装好的喷嘴模具中注入氮化硅陶瓷的有机前驱体，即聚硅氮烷，然后经过化学腐蚀进行脱模得到氮化硅陶瓷有机前驱体的喷嘴坯体40，喷嘴坯体40在氮气保护下进行热处理，热处理的温度为1600°C，时长为2小时，这样聚硅氮烷经过热解后，其作为陶瓷有机前驱体转化成氮化硅陶瓷材料，最终获得致密的内部微结构保持完好的带有进样侧管的稳定的喷嘴10。
[0075]实施例4
[0076]本实施例喷嘴结构与实施例1相似，除了型芯的尺寸外，其余结构与实施例1相同。
[0077]本实施例加工本喷嘴10过程如下:
[0078](I)采用纳米压印的方法，制造一组喷嘴阵列的外模30和内模21的塑料模具；
[0079](2)通过电子束蒸镀将薄Ag膜沉积在内模21表面，使内模21的表面具有导电薄膜22 ；
[0080](3)将内模21固定平放于三维微纳结构制造系统的三维移动平台上固定，在三维微纳结构制造系统的玻璃微管内注入金属盐溶液，将毛细管垂直固定，尖端朝下，使得毛细管与内模21的顶端(出料端)所在平面垂直并且尖端对准内模21的顶端的中心位置，将连接有外部直流电源正极的金属丝插入玻璃微管液体中，将导电薄膜22作为阴极，装有金属盐溶液的玻璃微电极24作为阳极，通过调控三维移动平台各方向移动速度和外部直流电压在导电内模上沉积出直径I μπι的直圆柱形的型芯23 ;
[0081](4)按相对位置，将内模21和外模30进行组装，向组装完好的喷嘴模具中注入光固化陶瓷，首先将丙烯酰胺和N-N’亚甲基双丙烯酰胺按比例加入硅溶胶和丙三醇混合而成的溶液中得到预混液，然后将粒径大小为0.5 μπι的氧化锆陶瓷粉末及聚丙烯酸钠(分散剂)，2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮(光引发剂)逐批加入上述预混液中，然后将陶瓷浆料进行球磨，得到分散均匀的陶瓷浆料，将陶瓷浆料注入到组装好的模具中并进行曝光，成形固化的氧化锆陶瓷喷嘴的喷嘴坯体40，然后将喷嘴坯体40放置在真空干燥箱中在50°C下干燥12小时，均匀去除喷嘴坯体40中的水分，接下来将喷嘴坯体40在有机溶剂二氯甲烷中进行溶剂脱脂5h，脱脂完成后在700°C下进行时长为60min的预烧结，最后将预烧结坯放在真空烧结炉中1400°C进行高温烧结2h，最后得到如图8所示的喷嘴阵列。
【主权项】
1.一种喷嘴模具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)制造限定出喷嘴外轮廓的外模和限定出喷嘴内腔的内模； (2)使所述内模的出料端具有导电性； (3)以内模的出料端为基底，通过电化学直写沉积技术在内模的出料端沉积形成限定出喷嘴孔道的型芯。2.—种喷嘴模具，包括限定出喷嘴外轮廓的外模，限定出喷嘴内腔的内模，以及与内模的出料端连接且限定出喷嘴孔道的型芯，其特征在于，所述内模的出料端具有导电性，所述型芯以内模的出料端为基底、通过电化学直写沉积技术沉积形成。3.如权利要求2所述的喷嘴模具，其特征在于，所述喷嘴模具为限定出喷嘴阵列的阵列模具，包括多组阵列布置的外模、内模和型芯。4.如权利要求2或3所述的喷嘴模具，其特征在于，所述内模采用导电材料制造； 或者所述内模包括由非导电材料制成的基体以及覆膜在基体的进料端的导电层。5.如权利要求2或3所述的喷嘴模具，其特征在于，所述型芯沿其长度方向具有弯折。6.如权利要求2或3所述的喷嘴模具，其特征在于，所述型芯由金属、导电高分子、半导体、或陶瓷中的至少一种沉积而成。7.—种喷嘴的加工方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)制造限定出喷嘴外轮廓的外模和限定出喷嘴内腔的内模； (2)使所述内模的出料端具有导电性； (3)以内模的出料端为基底，通过电化学直写沉积技术在内模的出料端沉积形成限定出喷嘴孔道的型芯； (4)组装外模、内模和型芯，得到喷嘴模具； (5)在所述的喷嘴模具中填充坯料，制成喷嘴坯体； (6)将所述陶瓷喷嘴坯体进行脱模、脱脂和烧结，获得喷嘴。8.如权利要求7所述的喷嘴的加工方法，其特征在于，步骤(6)中，所述型芯采用脱模剂、高温加热或电化学腐蚀进行脱模。9.如权利要求7或8所述的喷嘴的加工方法，其特征在于，所述坯料采用陶瓷坯料。10.如权利要求9述的喷嘴的加工方法，其特征在于，所述陶瓷坯料为粉体、浆料或有机前驱体中的至少一种。11.一种喷嘴，通过粉末微注射成形方法制造，包括用于输入第一材料且由内模限定的喷嘴内腔，以及用于出料且与喷嘴内腔的出料端连通的喷嘴孔道，其特征在于，所述内模的出料端具有导电性，限定出所述喷嘴孔道的型芯以内模的出料端为基底、通过电化学直写沉积技术沉积形成。12.如权利要求11所述的喷嘴，其特征在于，所述孔道的内径为10nm?8mm。13.如权利要求11或12所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴设有连通内腔用于输入第二材料的进样侧管。
【专利摘要】本发明公开了一种喷嘴模具的加工方法，包括以下步骤：(1)制造限定出喷嘴外轮廓的外模和限定出喷嘴内腔的内模；(2)使所述内模的出料端具有导电性嘴的制造方法；本发明利用电化学直写沉积技术在内模的端部沉积得到型；(3)以内模的出料端为基底，通过电化学直写沉积技术在内模的出料端沉积形成限定出喷嘴孔道的型芯；本发明还公开了一种喷嘴、喷嘴模具以及喷嘴的加工方法，使加工出的喷嘴尺寸具有更小孔径、更高深宽比的优点，同时喷嘴孔道的形状可根据需要调节和变化，不受传统加工手段限制，为实际应用中可能的流体流动的期望角度/体积分布提供更多可能，实现喷嘴孔道孔径的微米级小尺寸制造和形状按需制备。
【IPC分类】B28B7/00, B28B1/00, C25D1/10
【公开号】CN104975310
【申请号】CN201510324593
【发明人】郭建军, 张帅, 许高杰
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月12日