[发明专利]纳米材料微结构2D/3D打印装置及打印方法

权利要求书

1.一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节的三轴装置；所述供墨装置包括步进电机(1)、手动调节旋钮(2)、高精密丝杠(3)、精密滑块(4)、金属滑杆(5)、供墨桶(6)、锁紧装置(8)和精密推杆(9)，精密丝杠(3)两头分别与步进电机(1)和精密滑块(4)连接，手动调节(2)底部通过转换齿轮与精密丝杠(3)连接，控制精密丝杠(3)的转动，所述精密滑块(4)通过金属滑杆(5)滑动，精密推杆(9)顶部与滑块(4)固定，供墨桶(6)与底板连接并通过锁紧装置(8)固定；所述超声三通混合管包括进墨口(10)，振子超声器(11)，外接导线(13)和出墨口(14)，进墨口(10)通过弯曲管与出墨口连接(14)，振子超声器(11)嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机(16)、精密滑轨导轨(15)和精密滑轨导轨(26)、可控温加热板(21)、高精度激光微距测量头(18)、外接导线(17)、打印头固定器(19)、打印头插孔(20)、千分微调螺母(22)、精密滑块(23)、高精度丝杠(24)和步进电机(25)，所述步进电机(16)通过丝杠与滑轨连接，高精度激光微距测量头(18)装在打印头固定器(19)侧面，两个固定器(19)通过千分微调螺母(22)调节间距，打印头固定器(19)安装在精密滑块(23)上，高精度丝杠(24)两端分别与步进电机(25)和精密滑块(23)连接，可控温加热板(21)安装在打印头固定器(19)下面。

2.根据权利要求1所述纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：所述供墨桶(6)直径为1-10毫米，输墨管直径为0.5-3毫米，出墨量能够控制在0.001-0.1毫升之间。

3.根据权利要求1所述的纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：所用打印头尺寸在10-1000微米范围，两个打印头间距能够控制在10微米-5厘米之间，双打印头结合精控双供墨装置同步打印两种墨水，通过控制两打印头间距，打印出不同的微结构，能够控制单个供墨装置实现单打印头打印。

4.根据权利要求1所述的纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：高精度激光微距测量头(18)根据打印目标基板的高低自动调节打印头高度，调节精度为1微米。

5.利用所述纳米材料微结构2D/3D打印装置的操作方法包括有以下步骤：

第一步，所述供墨系统的供墨桶(6)装满纳米墨水，排净其中气泡，安装在微控推动装置上；将输墨管安装在供墨桶(6)或者出墨口(14)，另一端插上所需的打印头，安装在打印头固定器(19)上面，输墨管与出墨口(14)连接，振子超声器(11)使得两种墨水或者溶液均匀混合，再经过出墨口(14)通过输墨管流向打印头，使出墨量能够控制在0.001-0.1毫升之间；

第二步，调节供墨系统的手动调节旋钮(2)，手动调节旋钮(2)有粗调、细调，首先进行粗调使得滑块推动推杆向前方运动将供墨桶中的墨水通过输墨管供应到打印头部分，然后细调手动调节旋钮(2)，使墨水缓慢的流向打印头出口处，在打印头出口刚有小液滴露出时停止调节；

第三步准备打印，按以下步骤：

1)高精度激光微距测量头(18)底部与打印头底部在同一水平线上，根据打印头尺寸，通过软件设定最合适高度，打开步进电机(25)，精密滑块(23)会以很慢的速度向下移动，直到打印头高度达到了设定值，步进电机(25)会即刻停止转动，开始打印。

2)打印过程中，高精度激光微距测量头(18)底部与打印目标基板保持设定的初始值，打印头底部始终保持水平，当遇到打印目标基板有高低起伏或者没有保持在水平面的情况下，高精度激光微距测量头(18)会传输信号到步进电机(25)，使得步进电机(25)控制打印头的高度始终保持初始设定值，打印头高度调节精度为1微米。

3)打印完第一层之后，高精度激光微距测量头(18)会默认第一层就是打印目标，仍然会在第二层打印过程中根据第一层的厚度保持打印头初始最合适高度，即使通过可控温加热板(21)加热，第一层由于液体蒸发而收缩，也不会影响打印头高度自调节，直到打印完成。