[发明专利]一种基于复合接收板的近场直写装置

说明书

本发明提供了一种基于复合接收板的近场直写装置，包括高压电源、推注系统、控温系统、运动控制系统以及复合接收板，所述的推注系统内装填打印原料，推注系统的针头垂直指向复合接收板表面；所述的复合接收板包括导电接收板和绝缘层，所述的绝缘层覆盖导电接收板朝向针头的一侧；所述的高压电源分别接在针头以及导电接收板上，使针头和复合接收板之间形成高压电场；所述的控温系统控制推注系统和复合接收板的温度，运动控制系统控制复合接收板沿XYZ轴任意运动。本发明能够提高近场直写技术中射流定位精度，进而提高基于近场直写技术的3D打印技术的成型精度问题。

技术领域

本发明涉及一种基于复合接收板的近场直写装置，属于微结构制造领域。

背景技术

静电纺丝技术是一种制备微/纳米纤维最简单、方便的方法。早在1934年，Formhals在一系列专利中提到关于聚合物性质对接收板上带电纤维的影响。随后，利用静电纺丝制备聚合物纤维的研究开始受到广泛关注。聚合物液滴在高压静电场的作用下，首先形成一股稳定的带电射流，而后开始不规则摆动，最后形成无序的纳米纤维沉积在接收板上。直到2006年，孙道恒等人提出近场直写技术，利用短暂的稳定射流实现单根纤维的精确沉积过程，为直写微加工领域开拓了新的方法。

三维打印技术(3D打印)是一种通过逐层打印来构造实体的快速成型技术。熔融沉积式3D打印机无需昂贵的激光设备、打印材料多为价格低廉的工程塑料，总体性价比较高。其打印方式是将热熔性的原料在喷头处加热后挤出，再通过逐层堆积的方式实现物体的制造。但由于受到喷头直径的限制，原料挤出后形成纤维的过程中受到膨胀效应的作用，造成纤维的直径通常要比喷头的直径粗，导致以此纤维堆积而成的三维实体的精确度较差，不能满足微纳结构的打印要求。

因此，为解决熔融沉积式的3D打印机精度较低的问题，基于近场直写技术的3D打印技术被广泛关注。该技术利用近场直写技术制备连续的微(纳)米纤维，结合3D打印技术实现纤维的有序堆积，进而构建成高精度的三维结构，将3D打印技术的应用扩展至更为宽广的领域，特备是精密制造领域，如微小尺寸构件的精密制造、精细表面或功能层的制造。

目前广泛用于近场直写技术的接收板通常为导电接收板或半导体硅片。这类导电接收板被用于基于近场直写技术的3D打印技术中，普遍存在着射流难以精确定位的问题。当相邻两纤维需要极小间距排列时，新形成的纤维更倾向于重复地沉积到已有纤维沉积的位置，造成纤维排列极不均匀，从而无法实现真正意义上的3D打印。造成该现象的原因是：沉积到接收板上的纤维减小了针头与接收点之间的距离，从而引起针头和接收点之间的电场强度增强，使得新形成的纤维再次沉积到上一根纤维沉积位点，最终造成纤维的不均匀排布。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于复合接收板的近场直写装置，其目的在于提高近场直写技术中射流定位精度，解决纤维极近距离排布时，纤维排列不均匀的问题，进而提高基于近场直写技术的3D打印技术的成型精度问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于复合接收板的近场直写装置，包括高压电源、推注系统、控温系统、运动控制系统以及复合接收板；所述的推注系统内装填打印原料，推注系统的针头垂直指向复合接收板表面；所述的复合接收板包括导电接收板和绝缘层，所述的绝缘层覆盖导电接收板朝向针头的一侧；所述的高压电源分别接在针头以及导电接收板上，使针头和复合接收板之间形成高压电场；所述的控温系统控制推注系统和复合接收板的温度，运动控制系统控制复合接收板沿XYZ轴任意运动。

所述的导电接收板采用金属板或半导体硅片；所述的金属板包括但不限于铝板和铜板。

所述的绝缘层采用有机薄膜或无机薄膜；所述的有机薄膜包括但不限于定向聚丙烯、聚酰亚胺和聚四氟乙烯；所述的无机薄膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、氧化铝和氮化铝。

所述的打印原料为可静电纺丝的聚合物，包括但不限于聚己内酯、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯和聚丙烯。