[发明专利]一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置及方法

权利要求书

1.一种均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置，其特征在于：包括防氧化惰性气体气瓶(1)、减压阀(4)、手套箱(5)、氧含量检测仪(6)、水含量检测仪(9)、高分子聚合物打印组件、均匀金属微滴喷射组件、信号发生器(11)、激光器(13)、温控仪(14)、运动控制卡(15)、三维移动平台(17)、热床(18)；防氧化惰性气体气瓶(1)通过减压阀(4)与手套箱(5)连通，用于向手套箱(5)内通入惰性气体；所述氧含量检测仪(6)和水含量检测仪(9)设置于手套箱(5)上，分别用于检测手套箱(5)内氧含量和水含量；

所述三维移动平台(17)固定于手套箱(5)内舱底面，热床(18)固定于三维移动平台(17)的上表面；所述高分子聚合物打印组件、均匀金属微滴喷射组件和激光器(13)均通过悬臂梁固定在手套箱(5)内舱顶部，并位于三维移动平台(17)上方,激光器(13)接收到控制信号之后能够发出高频激光将已沉积凝固到热床(18)上的金属线路重熔；

通过信号发生器(11)产生的信号控制高分子聚合物打印组件、均匀金属微滴喷射组件工作以及激光器(13)的激光作用，温控仪(14)用于控制热床(18)的加热温度，运动控制卡(15)用于控制三维移动平台(17)的空间三维移动以及信号发生器(11)的信号作用时机；

所述高分子聚合物打印组件从上到下依次包括线材挤出机(3)、高分子材料加热器(21)和高分子材料打印头(20)，线材挤出机(3)的上部设有对接高分子线材(2)的安装孔，线材挤出机(3)接收到控制信号后将高分子线材(2)不断的输送到下部的高分子材料加热器(21)中，高分子线材(2)经过高分子材料加热器(21)后被加热为熔融状态，再通过高分子材料加热器(21)下部的高分子材料打印头(20)被挤压沉积到热床(18)上；

所述均匀金属微滴喷射组件位于高分子材料打印头(20)右侧，包括激振杆(7)、压电陶瓷(8)、加热炉(10)和金属微滴喷嘴(16)，金属微滴喷嘴(16)高于高分子材料打印头(20)2cm；激振杆(7)通过螺纹与其上的压电陶瓷(8)相连接，并伸入到加热炉(10)的内部，金属微滴喷嘴(16)被固定在加热炉(10)的底部，加热炉(10)将金属加热为熔融状态，压电陶瓷(8)接收到控制信号之后会产生振动形变，并通过激振杆(7)将振动形变传递到加热炉(10)中，加热炉(10)内熔融金属(12)受到振动后被挤出金属微滴喷嘴(16)形成金属微滴，最终沉积到热床(18)上；

所述均匀微滴/聚合物空间电路联合打印装置进行立体电路打印的方法，具体步骤如下：

步骤一、使用防氧化惰性气体气瓶(1)对手套箱(5)进行清洗，保持手套箱(5)内压强高于大气压强0～1毫巴，以保证空气不会进入密闭手套箱内；使用氧含量检测仪(6)检测手套箱(5)内的氧气浓度，保证氧含量在10PPM以下，使用水含量检测仪(9)检测手套箱(5) 内的水蒸气浓度，保证水蒸气含量在5PPM以下；

步骤二、将熔点为50～150℃的低温合金料加入加热炉(10)，并将熔点为200～350℃的高分子线材(2)接入线材挤出机(3)的安装孔内，启动加热系统，调节温控仪(14)，将加热炉(10)加热到低温合金料液相线以上20～50℃，使内部金属材料完全融化为熔融金属(12)；将高分子材料加热器(21)加热到高分子线材(2)的熔点温度以上20～80℃；将热床(18)升温至100～150℃，防止打印过程中空间电路绝缘基材(19)发生翘曲，并保证其与热床(18)之间的良好接触；

步骤三、保温20分钟后，将激光器(13)对准金属微滴沉积位置，调节激光器(13)输出功率，使打印过程中相邻金属微滴表面能够充分重熔，同时应避免因激光器(13)功率过高使已沉积的高分子材料发生热变形或烧蚀；

步骤四、采用空间电路建模软件建立所要成型的空间电路三维模型，将其转化为STL格式，对该模型进行二维切片处理，并生成三维移动平台(17)的运动轨迹信息、线材挤出机(3)、激振杆(7)和激光器(13)的作用时间信息；

步骤五、调整打印步距为金属微滴喷嘴(16)内径的0.7～0.8倍，避免线路发生断裂；启动打印程序，将步骤四中生成的沉积路径文件进行导入和读取，通过运动控制卡(15)精确控制三维移动平台(17)的运动轨迹，先在热床(18)上形成电路沉积所需的绝缘基材凹模，再将熔融金属(12)沉积并填充于绝缘基材凹模内形成互联线路，同时激光器(13)发出的连续激光作用于金属互联线路表面进行加热从而形成高质量电路；

步骤六、按照步骤五中的方法逐点、逐层进行成型，如此反复，形成最终的空间电路。