一种微流控电卷绳打印方法及其打印系统技术方案

本申请涉及一种微流控电卷绳打印方法及其打印系统,在打印喷头上外加电场，(1)采样电动平移台参数，打印原料参数；(2)连接外加电场到喷口和工作件表面；(3)录入根据步骤(1)中的所述参数，根据所述参数调节电压来调节电场强度，使电压调节到电卷绳效应的临界电压U；(4)打开喷头，进行喷射打印；(5)调节电动平移台的移动速度，匹配不同卷绳频率或幅度，形成不同形态的电卷绳。将打印的结构缩小到喷口尺寸的几十分之一，甚至百分之一，同时大幅度提高写出的速度。适用于粘度较大的复杂流体。

Micro fluidic electric coiling rope printing method and printing system thereof

The invention relates to a microfluidic electric volume printing method and printing rope system, electric field in the print head, (1) the sampling electric translation stage parameters, print material parameters; (2) is connected to the external electric field and nozzle work piece surface; (3) according to the step input (1) the parameters. According to the parameters of voltage regulation to adjust the strength of the electric field, the critical voltage U voltage regulator to make electric rope coiling effect; (4) open the nozzle, jet printing; (5) speed adjusting electric translation stage, matching different coiling frequency or amplitude of the formation of different forms of electric rope. Reduce the print structure to one or a fraction of the nozzle size, or even one percent, while greatly increasing the speed of writing. It is suitable for complex fluids with large viscosity.

【技术实现步骤摘要】
一种微流控电卷绳打印方法及其打印系统
本申请涉及一种先进制造技术，特别涉及一种微流控电卷绳打印方法及其打印系统。
技术介绍
目前三维打印技术，即“增材制造”，在工业、电子、生物医疗领域掀起热潮。在三维打印技术里最常见、广泛存在的是三维直写打印技术，该技术机理直观、成本低、材料兼容性好。该技术的原理是将喷头装置在可三维平移的精密电动台上，由电脑控制的电动平移台带动喷头三维移动，挤出直线型的原料(实际应用中许多原料是复杂流体)，按预先设计好的图案一层一层地写出三维结构。三维直写技术在对精度要求不高、结构简单，如模型制作等应用中很受欢迎。根据该技术的原理，其打印精度和喷头的尺寸相当，而为了防止挤出时压力过大，喷头的尺寸达到瓶颈，难以再下降。另外，在打印复杂的如多处弯曲或螺旋等结构时，该技术耗时长，而且打印出来的成品缺陷较多。
技术实现思路
为解决上述技术问题：本专利技术提出一种微流控电卷绳打印方法，在打印喷头上外加电场，(1)采样电动平移台参数，打印原料参数；(2)连接外加电场到喷口和工作件表面；(3)录入根据步骤(1)中的所述参数，根据所述参数调节电压来调节电场强度，使电压调节到电卷绳效应的临界电压U；(4)打开喷头，进行喷射打印；(5)调节电动平移台的移动速度，匹配不同卷绳频率或幅度，形成不同形态的电卷绳。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述卷绳的频率或幅度运动特征与电场强度、挤出速率、原料的流体性质、电动平移台装置的几何参数的至少之一相关。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述步骤(3)中电卷绳效应出现的临界电压U为：(μγQ)0.25L0.25a0-0.25(ε0ε1)-0.5；其中，L为板间距、a0为喷口尺寸和Q为液体进样流量速度，对应于不同液体，μ为粘度，γ为界面张力和ε1为介电常数，ε0是真空电容率。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述步骤(5)中的形成不同形态的电卷绳具体包括：当卷绳频率慢，平移台速度快时，弯曲结构的波峰之间距离较大；当卷绳频率很快，平移台速度慢时，形成上下对称的弯曲结构，或8字型弯曲结构。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述喷头采用微流控设计，当电场强度缓慢上升时，喷口挤出的原料射流以快速、均匀的角速度周期性左右摇摆，在工作件的表面留下一串形状高度一致的弯曲结构，形成电卷绳效应。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，达到电卷绳的临界电压U后，原料以稳定的频率卷曲，如果拖动电动平移台底板的速度为V1，打印出来的是直线；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V2，出现波浪线型；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V3，出现八字线型；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V4，出现螺旋线型，所述V1>V2>V3>V4。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述电压与电动平移台底板移动速度相匹配，当升高电压后，卷绳速度加快，拖动底板的速度相应地加快，当降低电压后，卷绳速度变慢，拖动底板的速度相应地变慢。一种使用上述微流控电卷绳打印方法的微流控电卷绳打印系统，包括喷头，还包括可调节电场强度的电源、电动平移台、控制系统，所述控制系统根据录入的信息，调节所述电源的输出电压，控制喷头进行喷射原料，并调节电动平移台底板的移动速度。所述的微流控电卷绳打印系统，其中，所述录入的信号包括板间距L、喷口尺寸a0和液体进样流量速度Q，对应于不同液体，粘度μ，界面张力γ和介电常数ε1，真空电容率ε0。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述喷头采用微流控设计。本申请针对应用广泛的三维直写技术存在的问题，如精度难以提高、打印复杂结构时缺陷多又耗时长等，我们提出新的微流控电卷绳技术，引入外加电场，可以将打印的结构缩小到喷口尺寸的几十分之一，甚至百分之一，同时大幅度提高写出的速度。更为重要的是，加入电效应后出现电卷绳现象，打印各种弯曲结构如屈曲、螺旋等速度快又质量精良。本申请电卷绳技术采用外加电场来驱动流体，一方面外加电场将复杂流体拉细，使得打印精度能够减小到喷口尺寸的十分之一到百分之一之间，另一方面电驱动流体的下落速度极大地加快，使得整体打印速度得到提升。本申请利用流体原料的自身属性，引发其做角速度、幅值可控的盘绕运动，在平移台直线运动的基础上，通过调节电场强度，可以得到一系列形态可控、又高度重复的曲线结构。这大大加强了基于挤压法的打印技术所能处理的图案结构的复杂程度。附图说明图1为本申请微流控电卷绳打印系统一种优选的示意图。图2为所外加的电场强度和复杂流体电卷绳效应的对应关系的一种优选的示意图。图3为用微流控电卷绳技术所打印出的基础结构的一种优选的显微镜图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本专利技术进行进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。本专利技术提出一种微流控电卷绳打印方法，在打印喷头上外加电场，(1)采样电动平移台参数，打印原料参数；(2)连接外加电场到喷口和工作件表面；(3)录入根据步骤(1)中的所述参数，根据所述参数调节电压来调节电场强度，使电压调节到电卷绳效应的临界电压U；(4)打开喷头，进行喷射打印；(5)调节电动平移台的移动速度，匹配不同卷绳频率或幅度，形成不同形态的电卷绳。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述卷绳的频率或幅度运动特征与电场强度、挤出速率、原料的流体性质、电动平移台装置的几何参数的至少之一相关。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述步骤(3)中电卷绳效应出现的临界电压U为：(μγQ)0.25L0.25a0-0.25(ε0ε1)-0.5；其中，L为板间距、a0为喷口尺寸和Q为液体进样流量速度，对应于不同液体，μ为粘度，γ为界面张力和ε1为介电常数，ε0是真空电容率。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述步骤(5)中的形成不同形态的电卷绳具体包括：当卷绳频率慢，平移台速度快时，弯曲结构的波峰之间距离较大；当卷绳频率很快，平移台速度慢时，形成上下对称的弯曲结构，或8字型弯曲结构。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述喷头采用微流控设计，当电场强度缓慢上升时，喷口挤出的原料射流以快速、均匀的角速度周期性左右摇摆，在工作件的表面留下一串形状高度一致的弯曲结构，形成电卷绳效应。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，达到电卷绳的临界电压U后，原料以稳定的频率卷曲，如果拖动电动平移台底板的速度为V1，打印出来的是直线；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V2，出现波浪线型；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V3，出现八字线型；如果拖动电动平移台拖动底板的速度V4，出现螺旋线型，所述V1>V2>V3>V4。所述的微流控电卷绳打印方法，其中，所述电压与电动平移台底板移动速度相匹配，当升高电压后，卷绳速度加快，拖动底板的速度相应地加快，当降低电压后，卷绳速度变慢，拖动底板的速度相应地变慢。如图1所示为微流控电卷绳技术的实验平台示意图，插入的小图为不同电压和平移台速度配比时，所能打印出多样的弯曲结构。一种使用上述微流控电卷绳打印方法的微流控电卷绳打印系统，包括喷头，还包括可调节电场强度的电源、电动平移台、控制系统，所述控制系统根据录入的信息，调节所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控电卷绳打印方法，在打印喷头上外加电场，其特征在于：(1)采样电动平移台参数，打印原料参数；(2)连接外加电场到喷口和工作件表面；(3)录入根据步骤(1)中的所述参数，根据所述参数调节电压来调节电场强度，使电压调节到电卷绳效应的临界电压U；(4)打开喷头，进行喷射打印；(5)调节电动平移台的移动速度，匹配不同卷绳频率或幅度，形成不同形态的电卷绳。

【技术特征摘要】
1.一种微流控电卷绳打印方法，在打印喷头上外加电场，其特征在于：(1)采样电动平移台参数，打印原料参数；(2)连接外加电场到喷口和工作件表面；(3)录入根据步骤(1)中的所述参数，根据所述参数调节电压来调节电场强度，使电压调节到电卷绳效应的临界电压U；(4)打开喷头，进行喷射打印；(5)调节电动平移台的移动速度，匹配不同卷绳频率或幅度，形成不同形态的电卷绳。2.如权利要求1所述的微流控电卷绳打印方法，其特征在于：所述卷绳的频率或幅度运动特征与电场强度、挤出速率、原料的流体性质、电动平移台装置的几何参数的至少之一相关。3.如权利要求2所述的微流控电卷绳打印方法，其特征在于：所述步骤(3)中电卷绳效应出现的临界电压U为：(μγQ)0.25L0.25a0-0.25(ε0ε1)-0.5；其中，L为板间距、a0为喷口尺寸和Q为液体进样流量速度，对应于不同液体，μ为粘度，γ为界面张力和ε1为介电常数，ε0是真空电容率。4.如权利要求2所述的微流控电卷绳打印方法，其特征在于：所述步骤(5)中的形成不同形态的电卷绳具体包括：当卷绳频率慢，平移台速度快时，弯曲结构的波峰之间距离较大；当卷绳频率很快，平移台速度慢时，形成上下对称的弯曲结构，或8字型弯曲结构。5.如权利要求1所述的微流控电卷绳打印方法，其特征在于：所述喷头采用微流控设计，当电场强度缓慢上升时，喷口挤出的原料射流以...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔湉湉，王立秋，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44