[发明专利]一种电场诱导辅助电喷射的三维打印装置

说明书

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种电场诱导辅助电喷射打印制造三维结构的装置，包括电喷射打印模块和电场诱导成型模块。电喷射打印模块将功能材料溶液送至喷针内，利用施加在喷针上的电场力将功能材料溶液剪切形成远小于喷针尺寸的微/纳米级稳定射流，并打印出微/纳结构；电场诱导成型模块利用诱导电极产生的空间电场力调控此结构，经过电场诱导、受力形变、冷却固化、三维成型，得到复杂微/纳三维结构。本发明的三维打印装置制造复杂微/纳三维结构，具有空间三维结构自由成型、打印分辨率高、成型速度快等优势，利用此装置得到的复杂微/纳三维结构，线宽为几十纳米，打印制造出的复杂微/纳三维结构广泛用于电子、信息、能源等领域。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种电场诱导辅助电喷射的三维打印装置。

背景技术

随着器件性能和集成度的提高，器件的功能结构逐渐从二维结构发展为三维结构。例如，基于悬臂梁结构的三维微机电系统提供了比二维系统更大的带宽和可调性频率；微型光电子器件与宏观光电器件相比，不仅体积小、重量轻，而且功耗低。所以，微/纳三维结构对于高性能器件的小型化、集成化、节能起到了重要作用。此外，微/纳三维结构作为高性能器件的传感单元，已应用于可穿戴电子设备、高灵敏度传感器、高分辨率显示器、大容量电容器等高性能器件。

目前，微/纳三维结构的加工方法主要有聚焦离子束、微立体光刻、电化学沉积。其中，聚焦离子束技术通常涉及复杂的工艺步骤，加工周期长且设备昂贵，此外，高能离子束会对结构表面造成损伤，进而影响结构表面质量。微立体光刻技术成本低、效率高，但可加工的材料有限(多为液态光敏树脂、陶瓷等)，制造结构分辨率低且加工过程需借助支撑结构。电化学沉积可以批量生产复杂高深宽比的金属结构，但制造结构为微米尺度，并且层间结合强度较低、层间易存在错位。近年来发展的三维打印技术，如喷墨打印、三维直写等，具有加工周期短、成本低等特点，为微/纳三维结构制造提供了有效途径。目前三维打印技术主要采用层层直写，逐层累加成三维结构，难以制造复杂三维结构。此外，目前三维打印技术的分辨率主要依靠喷孔尺寸，受限于喷孔加工，难以实现亚微米及以下结构的加工。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服上述技术的不足之处，提供一种电场诱导辅助电喷射的三维打印装置。利用电喷射打印技术制造出微/纳结构，同时在打印的微/纳结构上施加电场力，诱导成型三维微/纳结构，实现微/纳尺度结构的空间自由制造，制造具有复杂形状的微/纳三维结构。

本发明的技术方案：

一种电场诱导辅助电喷射的三维打印装置，包括电喷射打印模块和电场诱导成型模块；电喷射打印模块将功能材料溶液以恒定流速送至喷针内，利用施加在喷针上的电场力将功能材料溶液剪切形成远小于喷针尺寸的微/纳米级稳定射流，并打印出微/纳结构；电场诱导成型模块利用诱导电极产生的空间电场力调控此结构，经过电场诱导、受力形变、冷却固化、三维成型，得到复杂微/纳三维结构；