[发明专利]纳米材料微结构2D/3D打印装置及打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料微结构2D/3D打印装置及打印方法，尤其涉及到精控供墨系统和高精度打印头高度即时自调节装置。

背景技术

纳米技术和2D/3D打印技术的结合为材料微结构的设计提供了一种新思路，在复杂微器件的制造方面展现出独到的优势。目前就2D/3D打印微结构而言，还存在多方面的问题。研究的微2D/3D打印技术，打印质量的影响参数有很多，比如墨水黏度，剪切速率，打印头尺寸，打印速度，打印头高度，供墨速度以及出墨速度与打印速度的协调性等。对于微3D打印而言，控制打印头出墨均匀性和打印头合适的高度是至关重要的，特别是打印开始和结束时墨滴滞后以及打印头高度不合适的问题严重影响了打印质量。目前微2D/3D打印机供墨装置大多是用气压控制系统，包括蠕动泵系统。但是气压式挤出具有以下不足之处：(1)对气动装置的精密度要求较高，包括高精度的气压开关控制器和气压调节阀等，费用较高；(2)由于空气可压缩性，即使在打印停止时关闭气压也会使打印头继续出墨，在打印头处形成较大液滴，影响下一步打印的质量；(3)再加上微打印使用的打印头尺寸多在微米量级，输气管中即使少量的残留气压就会造成液滴挤出。另一方面，目前普通的3D打印装置要求打印头高度约为90微米，这样一个厚度事实上是比较难调节的，势必会影响打印机打印质量。特别是对于微2D/3D打印技术，打印头高度的控制显得极其重要，因为所使用的微米级打印头，调节到最合适的高度具有一定的挑战性，所以这个重要的参数极大地影响了微2D/3D打印质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米材料微结构2D/3D打印装置及打印方法，能够精控供墨系统和打印头高度即时自调节装置，本发明的精控供墨系统带有手动调节开关和回抽功能，可以精确的控制出墨的均匀性。此外本发明使用不同尺寸的低价打印头，可以方便快捷的更换，能够实现不同尺寸高分辨的微2D/3D结构。另一方面，本发明具有高精度微距自调节功能，随着打印进行打印头的高度能够根据底板的平整度自调节，极大的提高了微2D/3D打印的质量。本发明所述的装置可以应用于微纳2D/3D打印装置，同时也适用于普通2D/3D打印设备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，其中：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功能的三轴装置；所述供墨装置包括步进电机、手动调节旋钮、高精密丝杠、精密滑块、金属滑杆、供墨桶、锁紧装置和精密推杆，精密丝杠两头分别与步进电机和精密滑块连接，手动调节底部通过转换齿轮与精密丝杠连接，控制精密丝杠的转动，所述精密滑块通过金属滑杆滑动，精密推杆顶部与滑块固定，供墨桶与底板连接并通过锁紧装置固定；所述超声三通混合管包括进墨口，振子超声器，外接导线和出墨口，进墨口通过弯曲管与出墨口连接，振子超声器嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机、精密滑轨导轨和精密滑轨导轨、可控温加热板、高精度激光微距测量头、外接导线、打印头固定器、打印头插孔、千分微调螺母、精密滑块、高精度丝杠和步进电机，所述步进电机通过丝杠与滑轨连接，高精度激光微距测量头装在打印头固定器侧面，两个固定器通过千分微调螺母调节间距，打印头固定器安装在精密滑块上，高精度丝杠两端分别与步进电机和精密滑块连接，可控温加热板安装在打印头固定器下面。

同时提供一种利用所述纳米材料微结构2D/3D打印装置的操作方法。

本发明的效果是：

本发明的纳米材料微结构2D/3D打印装置中的微量可控供墨装置出墨量可以控制在0.001-0.1毫升之间。双打印头可以10微米-5厘米范围内调节，打开控制电机，推动精密滑块前进，滑杆会推动供墨桶中的墨水挤出，结合可调间距双打印头装置，可以实现双打印头打印，单个打印头打印；通过超声混合管装置，能够将不同种类墨水均匀混合，实现不同种类墨水微结构打印。该装置利用微距自调节方式更有效，打开步进电机，推动精密滑块带动打印头趋近打印基板，在打印头针尖处的液滴底部恰好与基板接触时，高精度激光微距测量头传输停止信号，即刻停止趋近，开始打印。在整个打印过程中自动识别打印头高度，精度达到1微米，确保墨滴与底板的无缝接触以及层与层之间的无缝连接。

附图说明

图1为本发明的精控供墨装置；

图2为本发明的带有振子超声的混合三通管；

图3为本发明的带有精密打印头高度自调节装置的2D/3D打印装置。

具体实施方式

结合附图对本发明的纳米材料微结构2D/3D打印装置及打印方法加以说明。