[发明专利]一种激光辅助电喷射原位打印制造方法

说明书

本发明属于先进制造技术领域，提供了一种激光辅助电喷射原位打印制造方法。“功能材料墨水”在压力作用下从喷针口流出，由于电流体动力学效应作用，形成稳定的泰勒锥喷射出稳定的精细射流，喷射在基体上形成打印层。同时，激光能量器用来对打印层进行复合处理，发射激光束并按照打印轨迹照射在打印层上，在原位同步实现打印结构的高温固化、结晶等功能化处理。本发明直接在基体上原位实现功能结构与器件，消除了传统方法转印、粘贴、拼接等二次定位误差难题，避免了胶粘工艺引发的结合力弱、灵敏度低等问题，并借助电喷射高分辨率打印优势，可以减小功能单元特征尺寸。本发明提高了打印单元结构的尺寸精度和结合强度，进而提高了器件的灵敏度和稳定性。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，具体涉及一种激光辅助电喷射原位打印制造方法。

背景技术

随着先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合，高端智能装备不断向模块化、集成化、智能化的方向发展，因此，智能装备需要集成更多的传感、驱动、控制等功能结构单元以满足特定功能要求。

航空、航天、医疗、微电子等领域都存在大量需要集成多个分立功能结构单元来协同实现特定综合功能的智能装备组件。例如，变形翼飞行器通过在复合材料异型翼面上集成数百个压电驱动微器来协同完成翼的变形；高频3D相控阵超声扫描探头通过在环氧树脂球冠内表面阵列集成近百个压电换能阵元以实现高分辨率3D动态聚焦扫描功能。智能装备组件的综合性能强烈依赖于功能单元的性能、功能单元的空间布局精度和功能单元-基体的结合强度。目前，这类组件的制造大多采用转印、粘贴、拼接等方法将分立单元组合安装到基体上。这些方法虽然简单实用，但是还存在空间布局精度有限、功能单元制造尺度过大、功能单元与基体结合性能弱等不足。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，发明了一种激光辅助电喷射原位打印制造方法。将电场力施加于功能材料墨水，基于电流体动力效应，电喷射形成微纳米尺度射流，并在基体上形成打印层，然后通过激光对打印层的复合处理，同步实现打印结构的固化、结晶等原位功能化，在原位实现结构和器件的功能化。本发明直接在所需基体上实现功能结构与器件，消除了传统方法转印、粘贴、拼接等二次定位误差难题，避免了胶粘工艺引发的结合力弱、灵敏度低等问题，并借助电喷射高分辨率打印优势，可以减小功能单元特征尺寸。此方法将在基体上直接原位制造微纳米级功能结构，将提高组件集成度和输出性能。

本发明的技术方案：

一种激光辅助电喷射原位打印制造方法，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“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、结晶等原位功能化，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6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；