[发明专利]一种激光辅助电喷射原位打印制造方法

权利要求书

1.一种激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，首先对“功能材料墨水”施加稳定的压力，使其从精密喷针口流出，并对“功能材料墨水”施加一定的电场，以形成稳定的精细射流，直接喷射打印在基底上形成打印层；然后，按预定轨迹运动基底以打印成型所需形状微结构；最后，利用激光的热效应对打印层复合处理，同步实现打印结构的固化、结晶，在原位实现打印微结构功能化；

该方法是基于激光辅助电喷射原位打印制造装置实现的，包括电喷射打印模块和激光功能化处理模块；

所述的电喷射打印模块包括PC上位机(1)、CCD相机(2)、高压电源(3)、微量注射泵(4)、精密注射器(5)、导管(6)、喷针(7)和运动平台(9)；精密注射器(5)安装在微量注射泵(4)上，内部装有“功能材料墨水”，微量注射泵(4)的推柄推动精密注射器(5)按一定的流量精准的进给；喷针(7)通过导管(6)与精密注射器(5)相连接，“功能材料墨水”流至喷针(7)口处；高压电源(3)正极输出端与喷针(7)相连，负极与打印平板(14)相连接，在喷针(7)和打印平板(14)之间形成稳定电场；“功能材料墨水”在微量注射泵(4)的推动下从喷针(7)流出，同时，在电场的作用下，在喷针(7)口处形成稳定的泰勒锥(10)，并喷射出稳定的精细射流(11)在基底上形成打印层；X/Y轴组合形成各种运动路径，Z轴调节喷针(7)和打印平板(14)之间的高度，以满足各种打印需求；PC上位机(1)通过USB接口控制CCD相机(2)，CCD相机(2)检测打印区域内的泰勒锥(10)的稳定性以及打印层的打印路径；

所述的激光功能化处理模块包括激光能量器(8)；PC上位机(1)控制激光能量器(8)的功率、扫描速度、光斑以及频率；激光能量器(8)的照射探头与喷针(7)共同固定在运动平台(9)的Z轴上，保证其激光束扫描轨迹与打印轨迹重复；

采用上述装置进行电喷射原位打印制造的方法，步骤如下：

1)电喷射打印微观结构

高压电源(3)在喷针(7)和打印平板(14)之间施加电压，形成稳定电场，“功能材料墨水”在微量注射泵(4)的推动下，从精密注射器(5)通过导管(6)流至喷针(7)出口，在电场、重力场作用下，在喷针(7)口处形成稳定的泰勒锥(10)，并产生稳定的精细射流(11)打印在基底上；根据运动轨迹，通过PC上位机(1)控制运动平台(9)的运动不同轨迹，实现各种形状的驱动、传感及元件控制，在PC上位机(1)屏幕中监测CCD相机(2)视野内锥射流的打印情况；

2)激光原位功能化处理

电喷射打印一层液体后，PC上位机(1)自动启动激光能量器(8)并产生激光束(12)，利用激光热效应对打印层复合处理，激光束(12)照射到的区域瞬间产生高温，利用激光束(12)扫描照射打印层进行原位热处理去除应力；热处理完成后，上位机降低激光能量器(8)的扫描速度，增加扫描功率，再次对打印层进行扫描照射，在原位对打印层完成固化和结晶化处理；然后，循环进行电喷射原位打印、原位热处理、原位固化、原位结晶化处理；通过层层打印，层层激光扫描去除应力，层层固化和结晶化处理，最后在原位成型所需的形状的打印微结构(13)。

2.根据权利要求1所述的激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光束(12)第一次扫描照射打印层时，调节激光能量器的功率为20％，扫描速度为120mm/s，光斑大小为0.2mm，再次扫描照射打印层时，其激光器功率为35％，其他参数不变，实现原位高温去除应力；第三次扫描照射时，激光器功率为80％，扫描速度为50mm/s，在打印层原位完成结晶化处理。

3.根据权利要求1或2所述的激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)产生激光束(12)，照射到的区域瞬间产生20-1000℃的高温，根据不同的温度需求，调节不同光斑大小、扫描速度，扫描路径，利用激光的热效应完成对打印微结构(13)的复合处理。

4.根据权利要求3所述的激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)的激光束(12)的光斑直径为2-20μm。

5.根据权利要求4所述的激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，所述的喷针(7)口的内径为150μm。

6.根据权利要求5所述的激光辅助电喷射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)的激光总功率为10W，温度范围为20-1000℃。