[发明专利]一种热气流加热固定的电喷印装置及方法

权利要求书

1.一种热气流加热固定的电喷印装置，其包括喷印模块，控制模块，视觉检测模块和温控模块；其特征在于，所述喷印模块包括注射器(1)、注射泵(2)、上位机(4)、红外加热灯(11)、电压控制器(12)、喷头夹具(13)，喷头(14)和功能墨水(15)构成；所述注射泵(2)由220V交流电源供电，注射泵(2)夹紧固定注射器(1)，功能墨水(15)在注射泵(2)的压力和注射器(1)复位弹簧(112)的作用力下进入注射器(1)；注射器(1)的一端和喷头(14)上端通过塑料导管连接；所述的喷头夹具(13)前端导电并夹紧喷头(14)，后端绝缘和上位机(4)连接，在空间上实现三维运动；所述的喷头(14)由导电材料制造，头部加工喷孔(141)；所述的电压控制器(12)与220V交流电源连接，其输出端与喷头夹具(13)导电部分的右端相连；所述的红外加热灯(11)连接0-30V直流电源，由0-30V直流电源供电，灯身放置平台基板(10)的上方，使灯光照射整个喷印表面区域并加热喷印材料的上表面；

所述控制模块包括上位机(4)、温控箱(7)、平台基板(10)、红外加热灯(11)、电压控制器(12)，喷头夹具(13)和喷头(14)；所述平台基板(10)固定于温控箱(7)的上方，相对空间位置始终不变，所述温控箱(7)上表面平面度在1-8微米，上位机(4)控制喷头夹具(13)的运动轨迹和运动速度，使得喷头(14)在空间实现三维运动，按预期规划路线动作，实现各种图案喷印；

所述视觉检测模块包括工业相机(3)和实时检测软件、上位机(4)、平台基板(10)、红外加热灯(11)，喷头夹具(13)和喷头(14)；工业相机(3)实时对平台基板(10)上的喷印的过程进行监控，将图像传送至上位机(4)，上位机(4)对信息处理，控制喷头夹具(13)动作，实现整个喷印过程的闭环连接，所述红外加热灯(11)不仅对喷印过程进行加热，同时也起到了照明作用；

所述温控模块包括热风机(6)，温控箱(7)和抽风机(9)；所述热风机(6)由风机叶片(5)、第一驱动电机(51)、支架(61)、第一进风口(62)、热风炉(63)、加热板(65)，第一电源盒(66)和第一出风口(64)组成；所述温控箱(7)有第二进风口(71)、第二出风口(72)、温度计(8)、平台基板(10)，定位销(73)和温控箱(74)；所述抽风机(9)由第二驱动电机(91)、第三进风口(92)、焊接基底(93)，第三出风口(94)和风机叶片(95)构成；

进一步的，一种热气流加热固定的电喷印方法，采用上述打印装置进行实施，其特征在于，步骤如下：

第一步，衬底预热与非接触式固定

打开第一驱动电机(51)电源，接着打开第二驱动电机(91)电源，使得空气开始流通，打开加热板(65)电源，预热2-5分钟，观看温度计(8)显示温度，调节加热板(65)功率，使得温控箱(7)温度达到工作要求；同时在平台基板(10)上放置衬底，由于温控箱(7)内部热空气的循环使得空气流速增大，内部工作环境处于低压状态，衬底在温控箱(7)内外压力差作用下通过定位销(73)实现精准定位与非接触式固定；

第二步，电喷射流的形成

选用纳米银功能墨水(15)，通过注射泵(2)将功能墨水(15)注入喷头(14)中，调节喷孔(141)与衬底的间距，调节电压控制器(12)输出交流脉冲电压，频率和电压，利用工业相机(3)观测射流状态，最终使喷孔(141)处的功能墨水(15)形成远小于喷孔(141)尺寸的稳定射流；

第三步，微纳功能结构的喷印制造

根据光伏电池电极的形状，编写运动控制程序，由上位机(4)控制喷头夹具(13)的运动轨迹和速度，在上位机(4)上设定喷头夹具(13)的运动速度，启动程序，喷头夹具(13)随即按照程序运动，在衬底上打印出微纳功能结构，所述的微纳功能结构打印过程通过工业相机(3)和实时监测软件监测，保证射流的稳定性；

第四步，热场辅助下微纳功能结构的固化成型

喷印过程中功能墨水(15)的固化分为红外加热灯(11)上部加热和透过平台基板(10)的喷印结构底部加热；使用红外加热灯(11)在提供照明的作用下，同时对喷印过程起到了加热；微纳功能结构在打印的同时，射流下方正在打印的区域处在红外加热灯的照射加热范围内，调节红外加热灯(11)功率，温控箱(7)热空气的温度透过平台基板(10)分布的小孔直接作用在衬底上，起到对加工图案底部的均匀加热，同时温度计实时显示温控箱温度，使射流在衬底上喷印的结构迅速固化成型，得到所需的微纳功能结构。