[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

说明书

本发明公开了一种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，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。通过电流体动力学喷印水凝胶微液滴，在电场诱导作用下导电水凝胶微液滴的微观结构会发生有序排列，通过光聚合装置对喷印的导电水凝胶微液滴进行实时在线原位光聚合，单体发生聚合形成的水凝胶网络更加均匀，有利于提高导电水凝胶的力学性能。

技术领域

本发明属于电流体动力学喷印技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

导电水凝胶是将亲水性基质和导电介质有机结合起来的一种新型复合水凝胶，具柔韧性和导电性等特点，在电子皮肤、软体机器人、柔性传感器、柔性电池、柔性穿戴电子器件等领域具有广阔的应用前景。热聚合和光聚合是合成导电水凝胶的常用常见的方法，由于光聚合方法的成本低、操作简单、可控性好而成为较为流行的一种合成方法。目前传统的水凝胶模具成型工艺存在复杂结构成型困难、定制成本昂贵以及工艺周期长等问题，而基于挤压式3D打印技术具有定制简单、成本低等诸多优势，为导电水凝胶的成型工艺提供了新的思路。然而采用挤压式3D打印技术完成导电水凝胶的结构成型仍然面临一些问题，一是成型结构的精度不高，二是挤压式3D打印的分辨率低，采用光聚合方法会对导电水凝胶内部单体聚合产生不均匀性影响，从而影响导电水凝胶的力学性能和电学性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种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。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

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。

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。

所述调节机构为连杆机构。

所述光聚合装置为可调功率UV灯。

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。

所述喷头与注射筒之间通过软管连接。

本发明还提供一种基于上述的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方法，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；