[发明专利]一种热气流加热固定的电喷印装置及方法

说明书

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种热气流加热固定的电喷印装置及方法，包括喷印模块、控制模块、视觉检测模块、温控模块四个部分。所述的流体喷印模块实现功能墨水以一定的流速流出喷头喷孔；所述控制模块是通过上位机对喷头夹具的位置控制，实现喷头按照预先规划路线动作；所述视觉检测模块由工业相机和红外光源构成，实现对喷印过程的实时监控；所述温控模块实现喷印过程中对微纳功能结构的加热固化。本发明的有益效果为装置简单，所设计的加热装置为热气流加热，衬底受热均匀，优化了微纳功能结构，提高了高性能纳米器件使用性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，提供一种热气流加热固定的电喷印装置及方法。

背景技术

电喷印是一种非接触式增材制造技术，利用流体压力将功能墨水供给到喷针出口处，形成初始的悬滴，接着在喷针与衬底间施加高电压，此时，悬滴在电场力及墨水表面张力、重力、粘性力等综合作用下形成泰勒锥，当电场力持续增大，液滴于泰勒锥尖端喷出，形成稳定的微纳米级射流。电喷印因具有加工精度高、材料利用率高、工艺简单、打印可控性强等优点，广泛应用于柔性显示、微纳传感器的制造过程中，成为微纳制造领域的研究热点。

目前，电喷印工艺多结合后处理加热工艺，以制备出微纳功能结构。现有电喷印装置中多为传统的加热装置，即平台基板中嵌入电阻丝，实现对喷印过程进行加热，在此情况下，加热电阻丝不能布满整个平台基板，使得喷印过程中衬底受热不均匀，喷印结构层与层之间结合不均匀，功能材料在衬底上不能迅速固化，线高宽比差，性能不佳。同时传统对打印衬底采用机械方式固定，对于脆性衬底的固定，容易造成损坏，限制了衬底的适应性。

发明内容

本发明为克服上述技术的不足，发明一种热气流加热固定的电喷印装置及方法。利用功能墨水在电场力作用下形成微米级精细射流，借助热空气产生的热辐射对平台基板均匀加热，实现打印结构迅速固化成型，由于循环热气流的存在，平台基板上形成压力差作用，实现对衬底的非接触式固定。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种热气流加热固定的电喷印装置，包括喷印模块、控制模块、视觉检测模块、温控模块四个部分。

所述喷印模块包括注射器、注射泵、上位机、红外加热灯、电压控制器、喷头夹具，喷头和功能墨水构成；所述注射泵由220V交流电源供电，注射泵夹紧固定注射器，功能墨水在注射泵压力和注射器复位弹簧压力的作用下进入注射器；注射器的一端和头部加工有喷孔，喷头上端通过塑料导管连接；所述的喷头夹具前端导电并夹紧喷头，后端绝缘和上位机连接，在空间上实现三维运动；所述的喷头由导电材料制造，头部加工喷孔；所述的电压控制器与交流电源连接，其输出端与喷头夹具导电部分的右端相连；所述的红外加热灯连接直流电源，由直流电源供电，灯身放置平台基板的上方，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、温控箱、平台基板、红外加热灯、电压控制器、喷头夹具和喷头；所述温控箱内层由导热系数低的材料制作，所述平台基板固定于温控箱的上方，相对空间位置始终不变，所述平台基板上表面平面度在1-8微米，上位机控制喷头夹具的运动轨迹和运动速度，实现喷头在空间内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和实时检测软件、上位机、平台基板、红外加热灯、喷头夹具和喷头；工业相机实时对平台基板上的喷印过程进行监测，将图像传送至上位机，上位机对图像信息处理，控制喷头夹具动作，实现整个喷印过程闭环连接；所述红外加热灯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、温控箱和抽风机；所述热风机由风机叶片、第一驱动电机、支架、第一进风口、热风炉、加热板、第一电源盒和第一出风口组成；所述温控箱由第二进风口、第二出风口、温度计、平台基板、定位销和温控箱；所述抽风机由第二驱动电机、第三进风口、焊接基底，第三出风口和风机叶片；所述第一驱动电机同风机叶片相连，置于支架上方，第一进风口和热风炉进风口焊接，加热板接交流电，第一出风口同温控箱法兰连接。