[发明专利]一种曲面基板的电流体动力学打印设备及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电流体动力学打印技术领域，尤其涉及一种曲面基板的电流体动力学打印设备及其控制方法。

背景技术

电流体动力学打印技术是在基板和喷嘴之间施加电压，在诱导电场力作用下，溶液从喷头流出，在喷嘴处形成弯液面，随着电压逐渐升高，电荷在弯液面聚集，电荷间的库仑力导致液体表面产生切向应力，在剪切力的作用下，弯液面在喷嘴顶端形成泰勒锥，随着电场强度增加，库仑力克服液体表面张力，液体从泰勒锥的顶端射出，形成液滴或射流。电流体动力学打印技术在微纳米加工技术方面得到广泛关注，如柔性电子电路、可穿戴电子设备、太阳能电池、生物功能器件等。

目前的电流体动力学打印设备只能进行硬质平面基板和柔性介质基板的打印，在硬质平面基板的电流体动力学打印过程中，将硬质平面基板固定在支撑平面平台上进行平面打印，在柔性介质基板的电流体动力学打印过程中，采用卷到卷薄膜基板输送模块，以输送作为图案打印基底的柔性介质基板薄膜，实现柔性介质基板的平铺，并在平铺的基板上打印图案。

电流体动力学打印工艺容易受到运动平台的移动速度、所施加的电压、喷射高度等参数的影响，影响电流体动力学打印图案的精确成形，影响功能器件的形貌，从而影响其性能。目前电流体动力学打印设备只能实现X、Y和Z轴的移动打印，仅适合平面基板的打印，对于曲面基板的电流体动力学打印，由于曲面基板的形状比较复杂，在打印过程中仅通过Z轴的移动难以准确控制喷射高度和打印位置的法线方向，从而影响曲面基板上电流体动力学打印厚度和图案的精确成形。

发明内容

本发明的目的之一在于，针对现有的电流体动力学打印设备难以满足曲面基板的电流体动力学打印的不足，提出一种曲面基板的电流体动力学打印设备，突破现有的电流体动力学打印技术对曲面基板电流体动力学打印图案的限制，实现复杂曲面基板上图案打印的精确成形。

本发明的技术方案是：一种曲面基板的电流体动力学打印设备，其包括机架，所述机架上设有承载平台；

打印模块，所述打印模块通过X轴滑移机构以及Z轴滑移机构设置在承载平台上，且其设有用于喷墨的喷嘴，用于喷墨到曲面基板上以进行图案打印；

打印平台，所述打印平台通过Y轴滑移机构设置在承载平台上，打印平台上放置曲面基板；

高压电源模块，正极与打印模块连接，其负极与打印平台连接，用于提供电场力；

其特征在于：运动控制器模块，所述运动控制器模块控制X、Y、Z三轴的直线移动以及打印平台A轴和C轴的旋转运动，所述打印平台设有打印面以及Y轴滑移机构，所述打印面设置在Y轴滑移机构上，分别沿着X和Z轴进行周向旋转。

所述打印模块包括喷墨机构、X轴滑移机构以及Z轴滑移机构，所述X轴滑移机构设置在支撑架上，所述Z轴滑移机构设置在X轴滑移机构上且与X相滑移机构构成X轴滑移配合，所述喷墨机构设置在Z轴滑移机构上且与Z轴滑移机构构成Z轴滑移配合。

所述喷墨机构包括安装平台以及固定设置在安装平台上的喷嘴，所述安装平台与Z轴滑移机构构成Z轴滑移配合。

所述安装平台下侧沿喷嘴两侧各设置第一光源和第一摄像头，所述第一光源和第一摄像头倾斜相向设置。

所述打印平台设有A轴旋转机构、C轴旋转机构以及Y轴滑移机构，所述打印面通过C轴旋转机构固定设置在A轴旋转机构上，所述打印面与C轴旋转机构构成周向旋转配合，所述打印面和C轴旋转机构与A轴旋转机构构成X向摆动配合，所述A轴旋转机构固定设置在Y轴滑移机构上，且其与Y轴滑移机构成滑移配合。

所述A轴旋转机构包括A轴电机和A轴固定架，所述C轴旋转机构铰接设置在A轴固定架上，且由A轴电机带动摆动，所述A轴固定架可滑移设置在Y轴滑移机构上。

所述C轴旋转机构包括C轴电机和C轴固定架，所述打印面设置在C轴固定架上，且与C轴电机构成周向旋转配合。

所述打印平台两侧分别设置第二光源和第二摄像头，且所述第二光源和第二摄像头相向对称设置。

本发明通过使得打印平台可周向旋转以及X轴摆动设置在承载平台上，使其可以进行曲面打印。

本发明目的之二在于提供一种基于上述的曲面基板的电流体动力学打印设备的控制方法，其步骤如下：

(1)测量待打印的曲面基板曲面的表面形状，完成待打印的曲面基板曲面的三维曲面建模，具体实现过程如下：

(a)采用三坐标测量仪，根据待打印的曲面基板曲面的特点选择合适的扫描方式测量待打印的曲面基板曲面的表面形状；