[发明专利]原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法

权利要求书

1.一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：其包括机座、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架，所述Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有X向移动机构，所述X向移动机构上设有Z向移动机构，在所述Z向移动机构上设有喷印机构，所述喷印机构的喷头一侧设有光聚合装置，所述光聚合装置通过调节机构固定设置在喷印机构上，所述喷头与喷印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印。

2.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述Z向移动机构的另一侧设有监控装置，所述监控装置通过XYZ三轴微调机构固定设置在Z向移动机构上。

3.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述调节机构为连杆机构。

4.根据权利要求1或3所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述光聚合装置为可调功率UV灯。

5.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述喷印机构包括注射筒、用于控制注射筒的操作件、喷头以及用于带动操作件动作的驱动机构。

6.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述喷头与注射筒之间通过软管连接。

7.一种基于权利要求1至6任意一项所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备的喷印方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1、制备光聚合导电水凝胶材料喷印墨水；

步骤2、将步骤1中制备的光聚合导电水凝胶材料喷印墨水装入原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备的喷印机构；

步骤3、对原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备进行初始化操作；

步骤4、导入待喷印的导电水凝胶图案，并获取待喷印的导电水凝胶图案像素点实际直径；

步骤5、根据待喷印的导电水凝胶图案像素点的实际直径大小，确定制备导电水凝胶图案的制备工艺参数值；

步骤6、对导入待喷印的导电水凝胶图案进行处理，得到待喷印的导电水凝胶二值图像；

步骤7、采用扫描法对所待喷印的导电水凝胶二值图像进行制备路径规划，确定所待制备导电水凝胶图案的制备路径，根据制备路径、制备工艺参数值和制备的层数，生成水凝胶图案的喷印指令；

步骤8、原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备根据喷印指令，在待制备导电水凝胶图案的衬底上按需生成电流体动力学喷印水凝胶溶液微液滴，并实时在线原位对导电水凝胶微液滴进行光聚合，形成导电水凝胶网络图案。

8.根据权利要求7所述的喷印方法，其特征在于：步骤4中，

首先对导入的待喷印的导电水凝胶图案进行标定，确定待喷印的导电水凝胶图案实际尺寸与图像像素尺寸的单位转换，得到待喷印的导电水凝胶图案的标定系数式中，k为标定系数，l_a为待喷印的导电水凝胶图案的实际长度，l_p为待喷印的导电水凝胶图案在图像中对应像素点长度；

然后计算待喷印的导电水凝胶图案像素点实际直径d为待喷印的导电水凝胶图案像素点的实际直径，l_x为待喷印的某段导电水凝胶图案中像素点长度，n为待喷印的某段导电水凝胶图案中像素点的个数。

9.根据权利要求7所述的喷印方法，其特征在于：步骤6中，对待喷印的导电水凝胶BMP位图进行灰度处理，然后采用中值滤波算法对所待喷印的导电水凝胶灰度图进行滤波处理，最后对中值滤波算法处理后的所待喷印的导电水凝胶图像进行二值化处理，得到所待喷印的导电水凝胶二值图像。

10.根据权利要求7所述的喷印方法，其特征在于：所述制备工艺参数值包括待喷印的导电水凝胶图案的喷头的流量值、高压电源的电压值、喷印高度值、喷印平台的移动速度值、光聚合装置的功率值、暂停时间大小，所述喷印指令包含喷印平台的运动信息、高压脉冲电源的开启/关闭信息、光聚合装置的开启时间/关闭信息以及光聚合装置的功率值及制备水凝胶图案的层数，所述平台的运动信息包括移动路径、运动速度、加速度和暂停时间。