CN113646156A - 喷嘴组件和采用增材制造方式制造该喷嘴组件的方法 - Google Patents

喷嘴组件和采用增材制造方式制造该喷嘴组件的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种连续式喷嘴组件，其包括在入口和出口之间延伸的流体几何结构，其中流体流被构造成进入入口并穿过流体几何结构，并以预定的喷射模式离开出口。连续式喷嘴组件可以通过增材制造方法制成。在一个实施例中，提供了一种流体振荡器***件，其包括通过增材制造技术制成的流体几何结构。

Description

喷嘴组件和采用增材制造方式制造该喷嘴组件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年2月7日提交的题为“NOZZLE ASSEMBLIES AND AMETHOD OFMAKING THE SAME UTILIZING ADDITIVE MANUFACTURING”的美国临时申请No.62/802,242的权益和优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及流体振荡器和喷嘴组件及其制造方法，同时保持期望的几何构造以由此生成振荡流体流。
背景技术
只要有车辆在周围行驶，为了方便和安全，就有清洁车辆上的表面的需求。例如，在当今的汽车上，有风挡、后玻璃、前照灯、后摄像头、前摄像头和大量附加的传感器，它们在被弄脏时不能有效工作。这些传感器可以遍布车辆各处。几十年来，清洁的主要需求仅限于风挡、后玻璃和前照灯。
发明内容
提供了一种制造单体式喷嘴装置的方法，该喷嘴装置构造成喷射具有预定流量、角度或模式的流体喷雾。该方法包括：从至少一个分配器头向平台上沉积材料层，具有构造成允许流体流动穿过至少一个模具锁定曲折流体通路的模式；调节所述分配器头或平台；将多个后续材料层沉积到所述平台上的先有材料层上，所得层具有允许流体流动穿过所述至少一个模具锁定曲折流体通路的共同模式；在每个层上调节分配器头或平台，直到形成所述喷嘴装置；以及通过向多个层施加光以将所述多个层结合在一起来固化所述喷嘴装置。一旦固化，所述喷嘴装置包括至少一个模具锁定曲折流体通路，该流体通路定位在入口和出口之间，使得流体被构造成进入所述入口，通行穿过所述模具锁定曲折流体通路，并离开所述出口。所述模具锁定曲折流体通路可以被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式。然后可以从平台移除喷嘴装置。所述模具锁定曲折流动通路可以包括至少一个底表面、至少一个顶表面和多个壁，所述多个壁限定与至少一个动力喷嘴和所述出口连通的互动腔室。该材料可以是三维可印刷液体光聚合材料，其包括小于50微米的分辨率。所述材料可以包括一定的分辨率尺寸，其基于待制造的所述喷嘴装置的尺寸，包括：对于包括小于约3英寸的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括小于约50微米的分辨率范围；以及对于包括介于约3英寸至约10英寸之间的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括大于约100微米且小于1000微米的分辨率范围。向平台上沉积材料层的步骤可以进一步包括将多个材料层沉积到所述平台上以形成多个喷嘴装置。固化所述喷嘴的步骤包括向所述多个层施加紫外光或激光。模具锁定曲折流体通路和出口可以构造成喷射剪切型喷雾或振荡型喷雾。
在另一实施例中，提供了一种单体式喷嘴装置，其包括喷嘴头，该喷嘴头包括外表面和定位在外表面内的模具锁定曲折流体通路。模具锁定曲折流体通路成形为限定位于喷嘴头的入口和出口之间的流体几何结构。所述流体几何结构可以包括底表面、顶表面和多个壁，所述多个壁成形为形成所述流体几何结构，其中所述模具锁定曲折流体通路被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式。所述模具锁定曲折流体通路可以单体地形成在所述喷嘴头内。所述流体几何结构可以包括至少一个互动腔室和至少一个动力喷嘴，所述至少一个动力喷嘴被构造成增加流体流的压力，并将所述流体流分配到所述互动腔室，以从所述出口以振荡方式得到分配。所述底表面、顶表面和多个壁可以限定单个腔体，该腔体包括不能通过注射成型形成的侵蚀性纹理或形状。所述流体几何结构可以包括双侧流体振荡器几何结构，其包括：上底表面、下底表面、上顶表面和下顶表面；以及上互动腔室，其定位在下互动腔室上方，其中每个互动腔室与至少一个动力喷嘴以及相对的上出口和下出口处于流体连通，所述上出口和下出口被构造成以振荡方式从所述上出口和下出口分配流体的喷雾。所述喷嘴装置可以包括成角度的出口，该出口被构造成生成多个喷雾，其中所述多个喷雾包括三维会聚或发散模式。所述流体几何结构可以包括半球形剪切几何结构、多唇剪切几何结构和多个模具锁定过滤柱中的至少一个。所述流体几何结构可以被构造成生成具有X形模式的三维分配模式化喷雾。所述流体几何结构可以被构造成从所述出口生成剪切型喷雾或振荡型喷雾。
在又一实施例中，提供了一种制造多个单体式喷嘴装置的方法，每个单体式喷嘴装置被构造成喷射具有预定流量、角度或模式的流体喷雾。该方法包括：从多个分配器头向平台上沉积多个材料层，分别具有构造成允许流体流动穿过至少一个模具锁定曲折流体通路的模式；调节所述多个分配器头或平台；将后续材料层沉积到所述平台上，具有与先有材料层连续的模式，以允许流体流动穿过所述至少一个模具锁定曲折流体通路，并且在每个层上调节多个分配器头或平台，直到形成所述喷嘴装置；以及通过向多个层中的每个施加光以将所述多个层结合在一起来固化所述喷嘴装置。一旦固化，所述多个喷嘴装置中的每个包括至少一个模具锁定曲折流体通路，该流体通路定位在入口和出口之间，使得流体被构造成进入所述入口，通行穿过所述模具锁定曲折流体通路，并离开所述出口。所述多个喷嘴头的模具锁定曲折流体通路可以被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式。可以从平台移除多个喷嘴。所述模具锁定曲折流动通路可以包括至少一个底表面、至少一个顶表面和多个壁，所述多个壁限定与至少一个动力喷嘴和所述出口连通的互动腔室。所述材料可以包括一定的分辨率尺寸，其基于所述喷嘴装置的尺寸，包括：对于包括小于约3英寸的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括小于约50微米的分辨率范围；以及对于包括介于约3英寸至约10英寸之间的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括大于约100微米且小于1000微米的分辨率范围。模具锁定曲折流体通路和出口可以构造成喷射剪切型喷雾或振荡型喷雾。
附图说明
通过结合附图参考本发明的当前优选示例性实施例的以下更详细描述，将更完全地理解和领会本发明的这些以及其它目的和优点，附图中：
图1是蘑菇型流体***件的前等距视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图2是喷射流回路型流体***件的侧透视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图3是多唇剪切喷嘴组件的放大视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图4是现有技术的流体喷嘴组件的分解视图；
图5是已组装的双侧流体喷嘴组件的剖视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图6是图5的已组装的双侧流体喷嘴组件的前视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图7A、7B和7C示出了用于流体振荡器回路的大目标外壳的各种视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图8A是翻盖式流体回路的剖视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图8B是图8A的翻盖式流体回路的透视侧视图；
图9是四件式摄像头清洗喷嘴组件的分解视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图10A是具有多个流体***件的灌溉头喷嘴组件的分解视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图10B是具有图10A的多个流体***件的灌溉头喷嘴组件的组装透视图；
图11是具有多个流体***件的喷头组件的剖视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图12是具有多个流体***件的本体清洗组件的透视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图13是无壁流体回路组件的透视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图14是渐缩3D流体组件的前视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图15是渐缩3D流体组件的侧视图，示出了可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的实施例；
图16是根据本申请的具有包括入口和出口之间的模具锁定曲折流体路径的连续单体式结构的喷嘴装置的实施例的透视图；
图17是根据本申请的制造具有包括入口和出口之间的模具锁定曲折流体路径的连续单体式结构的喷嘴装置的方法的示意性侧视图；并且
图18是根据本发明的制造流体振荡器***件或具有模具锁定曲折流体路径的连续单体式喷嘴组件的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的示例性实施例，其示例在附图中示出。应该明白的是，还可以采用其它实施例，并且可以做出结构和功能上的变化，而不背离本教导的相应范围。另外，各个实施例的特征可以被组合或变更，而不背离本教导的范围。如此，以下描述仅通过说明方式给出，并且不应该以任何方式限制可对于所示实施例做出的并且仍然处于本教导的精神和范围内的各种替代方案和修改方案。在本公开中，对特定形状、材料、技术、配置等的任何标识与所给出的特定示例相关，或者仅仅是对这种形状、材料、技术、配置等的一般描述。
存在若干技术可用于制造清洁喷嘴，这些喷嘴设计为以期望的喷射模式喷射。简单的截流式剪切喷嘴可以被采用，并且可以相当简单地注射成型，而没有滞留的或内部的钢材料。这些喷嘴的性能是基本的，并且通常不能满足车辆制造商和政府制定的更现代的清洁要求。另一种喷嘴类型是所谓的“虫眼”或射流喷嘴。在这种实施方式中，喷嘴壳体被制成一件式，然后一个小的半球形金属“眼”被安装到喷嘴的凹穴中。这种方法相当可靠，并且也没有用于注射成型的滞留钢。这些类型的喷嘴的性能在待清洁的表面上产生一个小的椭圆形斑块，并且可能导致更长的清洁时间。对清洁时间的现代期望要求短的持续时间，这通常限制了这种类型的喷嘴在当今车辆中的使用。贯穿清洁周期，当在待清洁的表面上产生有效的流体分布(覆盖大的梯形表面积，其通常与雨刮器叶片一样长)时，出现最佳的喷嘴和车辆性能。流体喷嘴是实现这种性能的常用方法。由于它们更复杂的流动路径几何结构，它们必须被制造为至少两个分开的件，以免在模制部件中产生滞留或模具锁定部分。“模具锁定(die-locked)”是指在冲压或模制过程中的一种状况，其中零件的形状无法通过压模或模具的直接作用获得。图1示出了来自美国专利No.7,651,036的一个这种流体回路，该专利通过引用整体并入本文，并且包括通过注射成型制成的不完整三侧流体流动路径。图2示出了与美国专利No.7,293,722相似但不同的流体，该专利通过引用整体并入本文，以等距视图的形式示出了一旦安装在壳体中就完成的三侧流动路径。
美国专利No.6,497,375、US 6,186,409和US 5,749,525也通过引用整体并入本文，并示出了若干不同的方法来生成前面提到的这些类型的喷嘴的流体几何结构。对内部通路的检查显示了制造这种零件所必需的“钢的拉力”的方向性。有许多这样的示例可用，上面列出的示例就是示例性的。
存在可用的附加喷射几何结构，其难以用传统的注射成型工艺生成。一个示例是多截流式或多唇式剪切喷嘴。这种类型的流动几何结构在现有技术美国专利No.10,493,470中被教导并在图3中示出，其通过引用整体并入本文。此外，真正的3D会聚-发散喷嘴以及半球形剪切几何结构使用传统方法(比如模制)会造成制造效率低下。
回到流体喷嘴设计，美国专利No.7,014,131(其通过引用整体并入本文)教导了一种典型的用于前风挡清洁的喷嘴组件，其具有壳体、***件(流体振荡器，比如图1和2所示的那些)和其它零件，以实现最终产品的期望特征。参见图4。这里我们可以看到，喷嘴壳体具有大致矩形形状的槽，其构造成接收***件，比如流体振荡器***件，尽管其它构造也是可用的。大致矩形的形状有利于组装设备的设计及其在组装操作期间的主要线性运动。包含比如美国专利6,497,375(其通过引用整体并入本文)所示的流体几何结构的***件被示为定位在壳体槽的前面。在最终完成的组件中，***件将被推入槽中，直到它大致与壳体的前表面齐平。根据应用的需要，该***件的几何结构可以处于芯片的两侧。图5示出了通过将流体***件18***由壳体10限定的腔体内而具有大量互连流体通路的已组装壳体10的剖视图。所得组件包括通路42，其使入口14(用于接收流体或空气)与出口52(用于以期望模式由此喷射流体)互连。流体***件18通过模制与喷嘴壳体10分开制造，并且在已组装时在腔体内形成模具锁定。图6以前视图示出了图5的已组装壳体10，其示出了所得出口52的狭窄性以及通路的周边如何由***件18的本体限定以及腔体的内表面如何由壳体10限定。
由于注射成型工具结构的限制，有限量的“瞄准”是可能的，这是由于将芯片***或滑入壳体的腔体中的需求以及由此产生的分模线限制。通过底板锥体和端部执行器，可以在芯片本身中实现附加的喷射目标，但仅达很小的程度。大目标有时是期望的，并且美国专利No.7,677,480通过引用整体并入本文，并教导了实现它的方法，但最终导致更多的模制件和额外的组装步骤。该方法的一个示例在图7A、7B和7C中示出。
这种槽中***方法的实践者理解注射成型零件的一些微妙挑战。不均匀的壁厚会导致“下沉”。风格上的考虑和模具设计限制经常会导致这个问题。当最终的下沉物出现在槽中时，可能难以完全密封最终组件的流动通路，这会导致性能下降。还有其它方法来帮助解决该下沉问题，并且在美国专利No.5,845,845中有教导，该专利通过引用整体并入本文。‘845专利公开了在将几何结构安装到壳体中之前使用附加的均匀壁无下沉盖来建立密封表面。这方面的一个示例可以在图8A和8B中看到。
此外，图9示出了车辆喷嘴喷射组件的实施例，其具有四个分离的部件，包括喷嘴壳体200、***件202、肘节204和密封球206。为了在注射成型设计的限制下获得所需的属性，该组件的复杂性很高。
还应该注意的是，图4中所示的传统喷嘴设计在风格上并不吸引人，并且已经导致喷嘴从车辆的发动机罩移动到其它位置，例如进气面板或整流罩或发动机罩边缘下方。这些造型需求使驱动***和喷嘴位置具有较差的清洁效果，损害了可实现的最佳性能。值得注意的是，这种组装风格已经被许多其它产品领域采用，并不仅限于汽车产品。例如，它被用于灌溉工业中的弹出式喷射头，如美国专利No.9,987,639所教导的，该专利通过引用整体并入本文，并且如图10所示。此外，喷头和本体喷射应用可以包括与外部壳体分开制造的流体***件，如图11和12所示，如美国专利No.10,086,388和No.7,111,800所教导的，这些专利通过引用整体并入本文。
随着运输市场的发展和产品设计变得更加复杂，需要不同的封装和制造方法。随着2007年《Cameron Gulbransen Kids Transportation Safety Act》的通过，其要求车辆总重为10,000磅或更小的车辆改进后方视场，因此需要更创新的解决方案。满足该法案要求的一个非常流行和有效的方法是为车辆增加一个后向摄像头。当车辆倒车时，摄像头被激活，并且视频源被发送到仪表板内的显示器，从而允许驾驶员在完成任何操作之前获得车辆后方的清楚、无阻碍的视野。该***是非常有效的，直到摄像头被碎屑遮挡，且一些车辆几何结构比其它的更容易变脏。一旦被遮挡，车辆操作员被迫清洁摄像头以恢复功能或忽略并消除该功能，从而增加了倒车事故的危险，并有实际上绕过了法律的预期效果。
类似地，自动驾驶车辆(“AV”)概念的兴起增加了对所有类型传感器清洁的需求。这种传感器可以包括：摄像头、红外、近距离和LIDAR(激光雷达)，仅举几例。它们在被碎屑遮挡时通常也不太有效。视这为一个挑战，许多汽车制造商为车辆增加了多种传感器清洁选项，从而允许操作员在舒适的乘员舱中按需清洁面向外部的摄像头。在一实施例中，车载计算机***决定何时需要清洁，并触发独立的清洁事件。这些传感器清洁实施方式的架构类似于清洁风挡，具有数个重要的区别。首先是没有雨刮器臂形式的表面机械清洁。由于风挡应用上缺乏由雨刮器提供的机械清洁/分配，因此清洁流体的均匀分配现在是更高的优先事项。其次，这种传感器上需要清洁的区域比风挡小几个量级。该现实的结果是清洁流体需求显著更少。典型的风挡清洁喷嘴流量接近1000毫升/分钟，而相当的传感器清洁喷嘴通常小于300毫升/分钟。此外，封装成为一个重大挑战，因为嵌入式传感器位于狭窄的区域，并且对于光学传感器，喷嘴不能在传感器的视野内，否则会导致传感器性能下降。
美国专利公开2014/0060582和US2017/0036650以及美国专利No.9,992,388通过引用整体并入本文，并示出了解决这些目标的各种方法。然而，随着这些紧凑封装和非标准车辆体积的现实被认识到，一些挑战已经出现。例如，在降低上述喷嘴壳体和流体***件组件的封装尺寸时，制造更小喷嘴的能力受到一些制造现实的阻碍。例如，图13示出了一种无壁流体芯片，其试图通过去除芯片侧面上的塑料并让限定喷嘴壳体内的腔体的壁完成流动路径来使***件尽可能小，如美国专利No.8,662,421所公开的，该专利通过引用整体并入本文。因此，***件的结构完整性以及***件表面上的可用平坦区域减小，这可能增加与喷嘴壳体组装期间损坏的风险。此外，零件变得难以手动处理，也难以防止组装错误。这种折衷的结构完整性的另一挑战是可以减少壳体和***件之间的干涉。***件现在更容易冻融以从壳体推出***件。一些现有的喷嘴解决方案也倾向于在比传统清洗器喷嘴更高的压力下运行，并且这种减少的干涉会导致***件从壳体弹出。
一种用于清洁宽的宽度和高度传感器的流行解决方案是使用美国专利No.8,702,020教导的回路类型，该专利通过引用整体并入本文并且公开了一种或更多种先前讨论的流体几何结构，并且引入了渐缩芯片。这里，两个分开的喷雾可以被生成，并且在离开出口后不久相交，其示例在图14和15中示出。因为该***件是渐缩的，所以它通常被实施为至少三件式组件，以确保***件不会“行走”或者不会由于上述一些情况而被迫离开喷嘴组件。
最后，清洁***内的碎屑也可能是一个问题。图13和图14中的***件示出了一种过滤器配置，其中过滤器销是在拉动方向上制造的。这可能会使回路变长，从而给封装空间挑战增加负担。美国专利No.6,186,409和公开专利US2018/0070952(它们通过引用整体并入本文)教导了这种类型的过滤器配置。
此外，如上文生产量声明中所暗示的，车辆制造商期望标准注射成型模具的低成本，这对于小批量生产零件是不实际的。期望能够生产出高质量的、传统上难以加工的模制部件以实现最终组件的功能。自动驾驶车辆实施方式面临的另一挑战是，它是一种快速发展的产品类型，工程变更以比传统型号显著更高的速率发生。
申请人通过为喷嘴壳体和流体振荡器芯片引入新的制造方法来解决这些问题。在过去二十年来，快速成型或增材制造已经发展到现在可以考虑批量生产的一些方法和材料。一些制造商已经开始利用增材制造(AM)进行生产，例如美国专利No.9,844,912所公开的，该专利通过引用并入本文。增材制造进步的现实引起了对制造战略的重新考虑。现在可以将如上所述的现有模具锁定流动通路集成在壳体本身内。该解决方案消除了两件式设计、操作问题以及可能存在的任何***件安装到壳体的问题。此外，设计人员现在可以节省封装空间，因为他或她不再需要保留塑料所需的空间来使零件足够坚硬以便通过压配合方法进行处理和安装，并且有机会设计更好地配合在封装空间中的过滤器。研究科学家现在可以考虑流动通路几何结构，其在注射成型的正常画线限制下是不可能的。也许新的分配是可以实现的。造型现在可以集成一个传统制造方法无法实现的“酷”外观的喷嘴设计作为一个展示件并将喷嘴移回发动机罩，在那里实现最佳的清洁性能。
正如在图中可以看到的，完整组件的剖面中，有大量现已完成的流体通路。值得指出的是，这些通路由***件或芯片形成，并由腔体的周缘表面完成。当***时，这些流体通路现在被模具锁定，并且如果试图通过注射成型则不能正确制造。图6从前面示出了现在完成的组件，这示出了用于以期望的喷射模式喷射流体的所得最终组装开口的狭窄性。曲折流体模式与壳体内腔体的表面以及***件上的模式一起完成。这种构造已经被确定为以节约流体并生成期望模式的方式生成振荡喷射模式。已经对曲折流体模式的实际几何结构进行了高度研究以便能够促进这种振荡喷射模式。
本申请旨在公开一种使用增材制造技术制造喷嘴或装置的方法，其中这种喷嘴或装置构造成生成剪切型喷雾或振荡喷射模式，其由大致连续的单体式材料制成，具有位于流体入口和流体出口之间的喷嘴壳体内的模具锁定曲折流体路径或模式。提供图1-15来说明可想到用在本公开的单体式喷嘴装置中的模具锁定曲折流体通路模式的各种可想到的实施例。可想到的单体式或连续式喷嘴装置包括流体通路，其具有与喷嘴装置一体地形成的“模具锁定曲折流体模式”。
图16示出了喷嘴300，其包括位于其中沿着流体入口302和流体出口304之间的壳体301的一部分的模具锁定曲折流体模式306。此外，图17示出了用于制造喷嘴300的增材制造***，示出了喷嘴300的截面(与图5相比)，包括位于入口302和出口304之间的喷嘴头内的模具锁定曲折流体路径306。生产车间和车辆制造商可以实现显著的优势。可以降低模制无“下沉”零件的难度，从而得到尺寸更稳定的零件。车辆制造商和生产车间现在能显著更快地实施设计变更，因为不需要进行钢变更，只需将新设计加载到机器中。
增材制造的使用允许制造包括壳体的喷嘴装置，该壳体具有用于接收流体的入口302和用于以预定和期望的形状和轨迹喷射流体的出口。入口302构造成附接到流体源，出口304构造成将模式化流体喷雾分配或喷射到大气，或者定向地趋向与其相距预定距离的表面。入口302和出口304之间包括流体几何结构，其包括模具锁定曲折流体路径306，该流体路径具有通过增材制造技术制造的集成流动通路。这消除了要购买的至少两个工具以及在传统制造中采用的组装步骤，例如模制。模具锁定曲折流体路径可以包括流体振荡器几何结构，比如图1-15所示的那些，从而导致更小尺寸的组件，这消除了对沿着壳体的多余塑料材料的需求或者对压配合组件的需求。
在一实施例中，公开了一种制造喷嘴装置的方法，该喷嘴装置包括位于入口和出口之间的至少一个模具锁定曲折流动通路，使得流体配置成以预定的流量、角度或模式离开出口。在另一实施例中，提供了一种大致连续的单体式喷嘴装置，其包括成形为限定流体几何结构的腔体或模具锁定曲折流体路径，所述流体几何结构包括至少一个底表面、顶表面和成形在流体振荡器几何结构中的多个壁。流体振荡器几何结构包括至少一个互动腔室和至少一个动力喷嘴，该动力喷嘴构造成以振荡方式处理流体流和分配流体喷雾。在一实施例中，底表面、顶表面和多个壁限定单个腔体，其包括不能通过注射成型形成的侵蚀性纹理或形状。大体上连续的喷嘴装置通过增材制造形成。大体上连续的和/或单体的在本文中是指可以用增材制造技术制造的单件材料。
图17示出了流体几何结构的剖视图，其包括具有双侧流体振荡器几何结构的模具锁定曲折流动通路。这种几何结构包括上底表面310、下底表面311、上顶表面312和下顶表面313。上互动腔室314定位在下互动腔室315上方，并且各自与至少一个动力喷嘴(未示出)流体连通以在其中接收加压流体，并且相对的上出口304a和下出口304b构造成以振荡方式从上出口和下出口分配流体喷雾。
在一实施例中，提供了一种连续的喷嘴装置，其包括位于入口和出口之间的流体几何结构，其中喷嘴装置包括模具锁定安装特征、包括半球形剪切几何结构的流体几何结构、包括多唇剪切几何结构的流体几何结构、生成多个喷雾的流体几何结构中的至少一个，其中所述多个喷雾可以包括3维会聚或发散模式。
一个实施例可想到一种具有出口的连续喷嘴装置，该出口构造成形成极端瞄准喷雾，其中传统的注射成型滑轨是不可能的。一个实施例可想到这样一种具有流体几何结构的连续喷嘴装置，其包括模具锁定过滤器实施方式以减小封装尺寸。另一实施例可想到这样一种具有流体几何结构的连续式喷嘴组件，其包括集成的弹性密封垫，从而消除衬垫壳体组件或双射模制复杂性。另一实施例可想到这样一种具有流体几何结构的连续喷嘴装置，其构造成生成三维分配模式化喷雾，例如呈X模式。
另一实施例可想到这样一种具有流体几何结构的连续喷嘴装置，其包括容纳在壳体内的加热元件，其中加热元件(未示出)可以更靠近流体几何结构定位，从而导致更有效地加热喷嘴，因为它更靠近流动通路。
一个实施例可想到这样一种具有流体几何结构的连续喷嘴装置，其包括作为设计或造型特征的IM外的圆顶样式。在每个所描述的实施例中，所得喷嘴装置可以构造为剪切型喷雾或振荡型喷雾，并且本公开不限于此。本公开可想到的是，可以采用增材制造技术来制造喷嘴，其具有模具锁定曲折流体路径，其具有本文中图1-15的芯片或***件的任一所公开的几何结构。
参考图17和18，示出了用于生产一种装置(比如具有被限定在其中的模具锁定曲折流体路径的喷嘴)的***和方法400。增材制造机器350，比如液体光聚合物型增材制造机器，可以被提供来在该方法中使用。机器350可以包括用于储存液体材料354的贮存器352、与贮存器处于流体连通的至少一个分配器356以及用于在其上支撑射出材料的平台356。该机器可以是光聚合物型增材制造机器。分配器356可以分配多股材料354，并且构造成移动或调节来以期望模式分配这种材料，以将各种层形成到喷嘴装置300中。替代地或附加地，平台358可以构造成移动或者调节喷嘴装置300的位置，以接收以期望模式分配的材料，从而形成材料的即时层。机器350可以由控制器自动控制，并且可以构造成同时制造多个喷嘴装置。
机器350可以包括一个或更多个灯360，其用于在分层材料模式化沉积之后将光发射到分层材料上。灯360可以是紫外线灯或激光器，其构造成在所分配材料以多层或多模式配置时固化所分配材料。分配、分层和固化可以重复多次，直到喷嘴装置完全形成。
制造构造成喷射具有预定流量、角度或模式的流体喷雾的单体式喷嘴装置400的方法例如在框410中包括提供增材制造机器。在框420中，选择材料和设计，其被通信或以其它方式输入到机器350和相关联的控制器。例如，在框430中，机器可以从至少一个分配器头以一定模式将材料层沉积到平台上。初始层的材料可以通过向其施加紫外光来得到固化。随后，在步骤440，可以调节或移动分配器头356或平台358，以应对材料的沉积，来形成后续材料层。可以在每个后续层上进行对分配器头或平台的调节和后续材料层，直到形成喷嘴装置，步骤450。可以通过每个后续层和模式的形成，或者在以期望的模式化层进行材料分配时，来连续地固化喷嘴装置。这可以按如下方式来执行，即通过向多个层施加光以将多个层结合在一起从而形成详述的模式，其在结合时形成位于壳体周边或材料外表面内的模具锁定曲折流体路径的分层部分。光可以是紫外光或激光，其设计成与所分配的光聚合物材料相互作用。一旦固化，喷嘴装置300包括至少一个模具锁定曲折流体通路306，其定位在入口和出口之间，使得流体被构造成进入入口，其中模具锁定曲折流体通路构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得流体可以离开出口，具有预定的流量、角度或模式，步骤460。喷嘴装置可以从平台移除。
模具锁定曲折流动通路可以形成为包括至少一个底表面、至少一个顶表面和多个壁，这些壁限定与至少一个动力喷嘴和出口连通的互动腔室。该构造可以形成如图1、2、4、5和7-15所公开的流体振荡器几何结构。喷嘴装置可以包括雨罐型喷头、用于风挡、前照灯或传感器的车辆喷雾喷嘴或灌溉喷洒器头。此外，模具锁定曲折流体通路和出口可以构造成喷射剪切型喷雾或振荡型喷雾。
可想到各种类型的材料来用于该制造工艺，包括塑料、热塑性树脂纤维、尼龙聚碳酸酯以及这些材料的变型，其构造成被形成来允许穿过这种流体通路的流体行为。在某些实施例中，材料可以被选择为包括粉末。粉末可以包括金属粉末、合金粉末、复合材料粉末或陶瓷粉末中的至少一种。可想到的是，材料可以包括非粉末或任何其它合适的材料。材料可以被选择为具有期望的孔隙率、粒度、分子结构和/或任何其它合适的特性，其影响流体通道在其中的最终形成。材料可以是三维可印刷液体光聚合材料，并且这种材料可以优选地基于喷嘴装置的尺寸。较小的喷嘴装置优选包括精细材料，而较大的喷嘴装置可以支持相对较粗糙的材料。例如，尺寸小于约3”的喷嘴装置优选使用具有小于约50微米的分辨率范围的材料，并且对于尺寸在约3”至约10”之间的喷嘴装置，优选的是使用具有大于约100微米的分辨率范围的材料。在一实施例中，用于较大尺寸喷嘴装置的这种范围可以包括小于1000微米的分辨率范围。当使用本文所述的增材制造步骤在喷嘴装置内制造或形成模具锁定曲折模式时，相对于喷嘴装置尺寸的这些粗糙度范围已经被发现提供足够的精度。
尽管本教导的实施例已经在附图中示出并且在前述详细描述中描述，但应该明白的是本教导并不仅仅局限于所公开的实施例，而是本文中描述的本教导能够进行许多重新配置、修改和替代，而不背离以下权利要求书的范围。如下的权利要求书旨在包括所有修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等同方案的范围内。

Claims (20)

1.一种制造单体式喷嘴装置的方法，该喷嘴装置构造成喷射具有预定流量、角度或模式的流体喷雾，所述方法包括：
从至少一个分配器头向平台上沉积材料层，具有构造成允许流体流动穿过至少一个模具锁定曲折流体通路的模式；
调节所述分配器头或平台；
将后续材料层沉积到所述平台上的先有材料层上，具有构造成允许流体流动穿过所述至少一个模具锁定曲折流体通路的共同模式，并且在每个层上调节分配器头或平台，直到形成所述喷嘴装置；
通过向多个层施加光以将所述多个层结合在一起来固化所述喷嘴装置，并且一旦固化，所述喷嘴装置包括至少一个模具锁定曲折流体通路，该流体通路定位在入口和出口之间，使得流体被构造成进入所述入口，通行穿过所述模具锁定曲折流体通路，并离开所述出口；
其中所述模具锁定曲折流体通路被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式；以及
从所述平台移除所述喷嘴。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具锁定曲折流动通路包括至少一个底表面、至少一个顶表面和多个壁，所述多个壁限定与至少一个动力喷嘴和所述出口连通的互动腔室。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料是三维可印刷液体光聚合材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料包括小于50微米的分辨率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料包括一定的分辨率范围，该分辨率范围基于所述喷嘴装置的尺寸，包括：
对于包括小于约3英寸的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括小于约50微米的分辨率范围；以及
对于包括介于约3英寸至约10英寸之间的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括大于约100微米且小于1000微米的分辨率范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，向平台上沉积材料层的步骤进一步包括将多个材料层沉积到所述平台上以形成多个喷嘴装置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，固化所述喷嘴的步骤包括向所述多个层施加紫外光或激光。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具锁定曲折流体通路和所述出口被构造成喷射剪切型喷雾或振荡型喷雾。
9.一种单体式喷嘴装置，包括：
喷嘴头，其包括外表面和模具锁定曲折流体通路，该流体通路定位在所述外表面内并且成形为限定位于所述喷嘴头的入口和出口之间的流体几何结构；
所述流体几何结构包括底表面、顶表面和多个壁，所述多个壁成形为形成所述流体几何结构，其中所述模具锁定曲折流体通路被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式；
其中所述模具锁定曲折流体通路单体地形成在所述喷嘴头内。
10.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述流体几何结构包括至少一个互动腔室和至少一个动力喷嘴，所述至少一个动力喷嘴被构造成增加流体流的压力，并将所述流体流分配到所述互动腔室，以从所述出口以振荡方式得到分配。
11.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述底表面、顶表面和多个壁限定单个腔体，该腔体包括不能通过注射成型形成的侵蚀性纹理或形状。
12.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述流体几何结构包括：
双侧流体振荡器几何结构，其包括：
上底表面、下底表面、上顶表面和下顶表面；以及
上互动腔室，其定位在下互动腔室上方，其中每个互动腔室与至少一个动力喷嘴以及相对的上出口和下出口处于流体连通，所述上出口和下出口被构造成以振荡方式从所述上出口和下出口分配流体的喷雾。
13.根据权利要求12所述的单体式喷嘴装置，其中，所述喷嘴装置包括成角度的出口，该出口被构造成生成多个喷雾，其中所述多个喷雾包括3维会聚或发散模式。
14.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述流体几何结构包括半球形剪切几何结构、多唇剪切几何结构和多个模具锁定过滤柱中的至少一个。
15.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述流体几何结构被构造成生成具有X形模式的三维分配模式化喷雾。
16.根据权利要求9所述的单体式喷嘴装置，其中，所述流体几何结构被构造成从所述出口生成剪切型喷雾或振荡型喷雾。
17.一种制造多个单体式喷嘴装置的方法，每个单体式喷嘴装置被构造成喷射具有预定流量、角度或模式的流体喷雾，所述方法包括：
从多个分配器头向平台上沉积多个材料层，分别具有构造成允许流体流动穿过至少一个模具锁定曲折流体通路的模式；
调节所述多个分配器头或平台；
将后续材料层沉积到所述平台上的先有材料层上，具有与先有材料层连续的模式，其构造成允许流体流动穿过所述至少一个模具锁定曲折流体通路，并且在每个层上调节多个分配器头或平台，直到形成所述喷嘴装置；
通过向多个层中的每个施加光以将所述多个层结合在一起来固化所述喷嘴装置，并且一旦固化，所述多个喷嘴装置中的每个包括至少一个模具锁定曲折流体通路，该流体通路定位在入口和出口之间，使得流体被构造成进入所述入口，通行穿过所述模具锁定曲折流体通路，并离开所述出口；
其中所述多个喷嘴头的模具锁定曲折流体通路被构造成改变通行穿过其中的流体的压力分布，使得所述流体被构造成离开所述出口，具有预定的流量、角度或模式；以及
从所述平台移除所述多个喷嘴。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述模具锁定曲折流动通路包括至少一个底表面、至少一个顶表面和多个壁，所述多个壁限定与至少一个动力喷嘴和所述出口连通的互动腔室。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述材料包括一定的分辨率范围，该分辨率范围基于所述喷嘴装置的尺寸，包括：
对于包括小于约3英寸的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括小于约50微米的分辨率范围；以及
对于包括介于约3英寸至约10英寸之间的尺寸的喷嘴装置而言，所述材料包括大于约100微米且小于1000微米的分辨率范围。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述模具锁定曲折流体通路和所述出口被构造成喷射剪切型喷雾或振荡型喷雾。
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