[发明专利]一种非展开曲面导电图形的三维打印装置及打印方法

说明书

本发明公开了一种非展开曲面导电图形的三维打印装置及打印方法，其打印装置包括工作台、五轴联动打印模块和激光固化模块；五轴联动打印模块包括用于控制喷墨位置的五轴联动组、用于喷墨的喷墨供墨组、用于放置被打印模型的打印平台和数控系统，五轴联动组包括X轴组、Y轴组、Z轴组、C轴组和A轴组；激光固化模块包括半导体泵浦激光器、反射镜组、扫描振镜、控制板卡和场镜。其打印方法包括以下步骤：对被打印模型进行切片处理；确定打印位置和五轴联动机构的运行轨迹数据；使打印喷头打印方向与被打印面的法线方向重合并进行打印；激光束使导电墨水中的溶剂蒸发掉，形成导电线。本发明有效提高了三维打印效率，提升了被打印物品的品质。

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，尤其涉及一种打印效率高、打印质量好的非展开曲面导电图形的三维打印装置及打印方法。

背景技术

三维打印技术是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。该技术在珠宝、汽车、航空航天、教育、牙科和医疗产业等领域都有较为广泛的应用。目前的三维打印技术打印出的实体模型不具有任何电气特性，只能作为一个零件使用。因此，设计一种能在非展开曲面上打印导电图形的设备将具有非常重要的意义。

随着材料科学、激光技术、制造科学和信息技术等有关3D打印技术的发展，3D打印系统越来越完善。在导电线的打印技术中，导电材料的打印方式、固化方式等都对整个系统有着重要的影响。导电线的打印技术主要考虑两个问题：一是尽量提高导电线的导电率；二是在任何基底上快速打印出电子线路。

目前国内外导电线的打印方式主要有以下几种：

(1)、使用传统的方式(比如烧结、退火)固化导电墨水，由于导电墨水(如碳系导电墨水、高分子导电墨水、金属导电墨水)本身不具有导电性，在打印后需要经过一定的后处理工艺固化导电墨水，将导电墨水中的溶剂、分散剂、稳定剂等去除，使导电材料成为连续的薄膜后，才具备导电性。这种方法处理的缺点是：处理时间长，而且基底材料必须能够长时间承受高温，因此，对基底材料的要求比较高。

(2)、使用无需固化的低熔点金属复合打印技术，比如采用金属和705硅橡胶(非金属)墨水复合打印，首先在基底上用705硅橡胶打印第1层，待其固化后，在其上面用墨水打印第2层金属结构，随后再用705硅橡胶打印第三层。这种打印方法的缺点是：其打印时间较长，而且如果外面的封装(如硅胶)被破坏，液态金属就会处于不稳定状态，影响打印物品的品质。

另外，在现有的快速制造电子电路打印装置中，电子线路3D打印的实现方法是在一种柔性的基底比如纸质基底上打印一个2维的电子线路，再折叠成一个3维图形。比如在An inkjet printed near isotropic 3-D antenna with embedded electronics forwireless sensor applications；2014IEEE International Symposium on Antennas andPropagation&USNC/URSI National Radio Science Meeting,326-7,2014中就用了此类方法。

综上可见，目前三维导电线的打印技术中，需要一种打印速度快、效率高，且打印质量好的打印方法，以满足生产的需求。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种非展开曲面导电图形的三维打印装置及打印方法，其利用五轴联动机构在非展开曲面上打印导电墨水，再用激光固化导电墨水，最后形成电子线路，该方法能有效解决无法直接在非展开曲面进行微滴喷射打印和打印时导电墨水固化慢等问题，其有效提高了打印效率，提升了所打印物品的品质。

为解决现有技术中存在的问题，本发明采用的具体技术方案是：