一种用于高温电喷射打印的喷头制造技术

本发明专利技术属于先进制造技术领域，提供一种用于高温电喷射打印的喷头，包括喷针模块和冷却模块。喷针模块位于冷却模块内部，保证墨水的稳定流通，喷针模块中的安装座为其余零件的装配基座，连接柱位于安装座内部，紧固螺帽用于穿过进墨管或喷针，进墨管一端连接墨水输送装置，另一端贯穿上端紧固螺帽，并通过紧固螺帽安装在安装座上部，喷针安装在安装座下部。冷却模块包裹于喷针模块外部，是一个冷却流体循环系统，用于在打印过程中对喷头进行冷却，降低喷孔处墨水的温度，以避免其固化堵塞喷孔，使打印过程稳定可控。本发明专利技术结构简单、便于维护，能够大大减少喷头堵塞现象，使高温电喷印过程稳定可控；且能够打印出高精度微纳米结构。

A nozzle for high temperature electric jet printing

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温电喷射打印的喷头
本专利技术属于先进制造
，涉及一种高温电喷射打印喷头。
技术介绍
打印制造是利用局部能场作用，在衬底上直接形成结构及器件，在复杂微纳结构、高深宽比微纳结构、三维微纳结构制造方面具有突出潜能和优势。近年来，基于电流体动力效应的电喷印技术成为高分辨率微纳米结构打印制造的热点。在电喷印过程中，墨水在电场力、机械力、液体表面张力、重力等共同作用下，在喷头出口处形成稳定锥射流，射流直径为纳米级，可以直接在衬底上高精度打印微纳米结构。韩国蔚山科技大学ByeongWanAn等人的论文High-ResolutionPrintingof3DStructuresUsinganElectrohydrodynamicInkjetwithMultipleFunctionalInks[J].AdvancedMaterials,2015,27(29):4322.中利用电喷印方法和低温固化型纳米金属墨水，打印出了微米级3D结构。目前，此类打印技术普遍采用低温固化型墨水，以获得功能化3D结构。但是，低温固化型墨水形成结构的导电性、强度、结构/衬底结合力等性能受限，难以达到微纳米器件的高性能要求。高温固化型墨水具有高导电性、高强度等优越性能，可以适应高性能微纳米器件需求，具有广泛的应用前景。但是，高温固化型墨水的溶剂沸点高、不易挥发。在较低温度打印高温固化型墨水时，打印基体上的墨水无法及时固化成型，仍具有流动性，致使打印精度受限，甚至难以成型三维结构。实现高温固化型墨水打印的一种途径是把打印基体加热到较高温度(通常100℃以上)，以使喷印在基体上的墨水能快速固化成型。但是，对于电喷印技术来说，喷头和打印基体之间的间距很小，喷头和基体几乎同时被加热，使得喷孔处的墨水也发生固化，极易堵塞喷头，致使打印不稳定甚至中断。
技术实现思路
本专利技术为克服上述技术的不足，提出一种用于高温电喷射打印喷头。在喷头内部靠近喷孔的位置设置锥形冷却槽，并在冷却槽内通入循环冷却流体，对喷孔进行冷却，大大减少了喷头堵塞现象，使高温电喷印过程稳定可控。同时，完全封闭于喷头内部的冷却系统对喷头外部环境的温度场影响较小，使打印基体的温度仍可以保证高温固化型墨水的快速固化成型，进而打印出高精度微纳米结构。本专利技术可以在高温条件下稳定打印高精度二维、三维微纳米结构，尤其适用于高温固化型墨水的高精度电喷射打印，获得导电性好、强度高、与衬底结合力强的微纳米结构，为高性能微纳米器件提供技术支撑。同时还具有结构简单、便于维护等优点。为了达到上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：一种用于高温电喷射打印的喷头，包括喷针模块和冷却模块。所述的喷针模块位于冷却模块内部，用于连接进墨管1和喷针5，保证墨水的稳定流通。所述的冷却模块包裹于喷针模块外部，是一个冷却流体循环系统，用于在打印过程中对喷头进行冷却，降低喷孔处墨水的温度，以避免其固化堵塞喷孔，使打印过程稳定可控。所述的喷针模块包括进墨管1、上下两个紧固螺帽2、连接柱3、安装座4和喷针5。所述的安装座4为金属材质，作为其余零件的装配基座；所述的连接柱3为金属材质，外形为圆柱体，内部设有通孔，位于安装座4内部；所述的紧固螺帽2中间设有通孔，用于穿过进墨管1或喷针5，形状似“凸”字，尖端为锥形结构，尖端的锥形结构对进墨管1或喷针5施加预紧力用以夹紧；所述的进墨管1一端连接墨水输送装置，另一端贯穿上端紧固螺帽2，并通过紧固螺帽2上的螺纹拧紧在已安装连接柱3的安装座4上部；所述的喷针5通过下端紧固螺帽2安装在安装座4下部。所述的冷却模块包括顶紧螺帽6、左右两个冷却流体循环导管7、喷头主体8、锥形冷却壳9。所述的喷头主体8为金属材质，是其余零件的安装基座；喷针模块安装在喷头主体8内部，上端通过顶紧螺帽6固定夹紧(通过螺纹)，顶紧螺帽6中心有一通孔，用于通过进墨管1；所述的冷却流体循环导管7一端与安装基座连接，另一端与硅胶管路连接，冷却流体从一端流进、另一端流出用于冷却喷头；所述的锥形冷却壳9是锥形薄壳，为中空结构，喷针5从其底部尖端的小孔穿出，锥形冷却壳上端为螺纹结构，用于与喷头主体8配合连接，锥形冷却壳9内部形成的锥形空腔在喷头工作时充满冷却循环流体，起到给喷针尖端降温的作用。本专利技术的有益效果是利用冷却流体循环系统和喷头尖端的锥形冷却槽结构，对喷孔进行冷却，大大减少了喷头堵塞现象，使高温电喷印过程稳定可控。同时，完全封闭于喷头内部的冷却系统对喷头外部环境的温度场影响较小，使打印基体的温度仍可以保证高温固化型墨水的快速固化成型，进而打印出高精度微纳米结构。本专利技术可以在高温条件下稳定打印高精度二维、三维微纳米结构，尤其适用于高温固化型墨水的高精度电喷射打印，获得导电性好、强度高、与衬底结合力强的微纳米结构，为高性能微纳米器件提供技术支撑。同时还具有结构简单、便于维护等优点。附图说明图1为喷针模块装配图。图2为冷却模块装配图。图中：1进墨管，2紧固螺帽，3连接柱，4安装座，5喷针；6顶紧螺帽，7冷却流体循环导管，8喷头主体，9锥形冷却壳。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术的具体实施方式。一种高温电喷印冷却喷头装置，其喷针模块装配图如图1所示，包括进墨管1，紧固螺帽2(上下两个)，连接柱3，安装座4和喷针5。所述的进墨管1根据打印墨水成分确定材质和内外径，保证墨水在管路中流畅通过并能承受墨水输送压力。所述的紧固螺帽2材质为聚醚醚酮(PEEK)树脂，其内部是1.5mm直孔和锥形过渡孔结构，锥形孔的尖端直径与贯穿其中的管路外径相等，使进墨管1或喷针5能刚好从其中穿过；外部是“凸”字形结构，尖端是锥体，内部加工有M7螺纹，可以和安装座4两端的螺纹配合，其作用是给连好管路的紧固螺帽2施加预紧力，使紧固螺帽2尖端受力变形，从而夹紧进墨管1或喷针5。所述的连接柱3为铝合金材质，其外部为直径5mm圆柱体结构，内部为上下两部分锥形空腔，锥形空腔的角度形状和紧固螺帽2的尖端相同，以达到良好的配合和密封作用。锥形空腔尖端接一段直孔，孔径等于对应的进墨管1或喷针5的外径，两段直孔中间由一段直径更小的直孔隔开，以免进墨管1和喷针5直接接触导致互相干扰。所述的安装座4为金属材质，外部两端为长度6mm的螺纹，和紧固螺帽2配合，中间为突起台阶，直径15mm，高度7mm；内部为三段阶梯直孔，中间孔小，直径为4mm，以便连接柱3的定位安装。两端孔直径均为5mm。所述的喷针5为长管，内外径根据打印图形线宽要求确定并能保证打印墨水的长时间流动。图2所示为冷却模块装配图。图中虚线部分为上述的喷针模块，在图2中用于表示两个模块的装配位置关系。所述的冷却模块包括顶紧螺帽6，冷却流体循环导管7(左右两个)，喷头主体8，锥形冷却壳9。所述的顶紧螺帽6材质不限，其外部为“凸”字形结构，上部为了便于手动拧紧为正方体，边缘倒角，下部是直径16mm的螺纹，和喷头主体8对应螺纹配合，底部突出2个圆柱结构，为了顶紧喷针模块；其内部为通孔，进墨管1从中穿过。所述的冷却流体循环导管7材质不限，其外部一端为与喷头主体8配合的M5螺纹，另一端外接通有冷却流体的硅胶管，圆柱锯齿形外部结构是为了防止硅胶管脱落；其内部是通孔，冷却流体从中通过，流进或流出冷却喷头。所述的喷头主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高温电喷射打印的喷头，其特征在于，所述的喷头包括喷针模块和冷却模块，所述的喷针模块位于冷却模块内部，喷针模块用于保证墨水的稳定流通，冷却模块在打印过程中对喷头进行冷却，保证打印过程稳定可控；所述的喷针模块包括进墨管(1)、上下两个紧固螺帽(2)、连接柱(3)、安装座(4)和喷针(5)；所述的安装座(4)为其余零件的装配基座；所述的连接柱(3)外形为圆柱体，内部设有通孔，位于安装座(4)内部；所述的紧固螺帽(2)为“凸”形结构，中间设有通孔，用于穿过进墨管(1)或喷针(5)，锥形结构的尖端用于对进墨管(1)或喷针(5)施加预紧力；所述的进墨管(1)一端连接墨水输送装置，另一端贯穿上端紧固螺帽(2)，并通过紧固螺帽(2)安装在安装座(4)上部；所述的喷针(5)通过下端紧固螺帽(2)安装在安装座(4)下部；所述的冷却模块包括顶紧螺帽(6)、左右两个冷却流体循环导管(7)、喷头主体(8)、锥形冷却壳(9)；所述的喷头主体(8)是其余零件的安装基座；喷针模块安装在喷头主体(8)内部，上端通过顶紧螺帽(6)固定夹紧，顶紧螺帽(6)中心有一通孔，用于通过进墨管(1)；所述的冷却流体循环导管(7)一端与安装基座连接，另一端与硅胶管路连接，冷却流体从一端流进、另一端流出用于冷却喷头；所述的锥形冷却壳(9)是锥形薄壳，喷针(5)从其底部尖端的小孔穿出，锥形冷却壳上端为螺纹结构与喷头主体(8)配合连接，锥形冷却壳(9)内部形成的锥形空腔在喷头工作时充满冷却循环流体，对喷针尖端进行降温。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温电喷射打印的喷头，其特征在于，所述的喷头包括喷针模块和冷却模块，所述的喷针模块位于冷却模块内部，喷针模块用于保证墨水的稳定流通，冷却模块在打印过程中对喷头进行冷却，保证打印过程稳定可控；所述的喷针模块包括进墨管(1)、上下两个紧固螺帽(2)、连接柱(3)、安装座(4)和喷针(5)；所述的安装座(4)为其余零件的装配基座；所述的连接柱(3)外形为圆柱体，内部设有通孔，位于安装座(4)内部；所述的紧固螺帽(2)为“凸”形结构，中间设有通孔，用于穿过进墨管(1)或喷针(5)，锥形结构的尖端用于对进墨管(1)或喷针(5)施加预紧力；所述的进墨管(1)一端连接墨水输送装置，另一端贯穿上端紧固螺帽(2)，并通过紧固螺帽(2)安装在安装座(4)上部；所述的喷针(5)通过下端紧固螺帽(2)安装在安装座(4)下部；所述的冷却模块包括顶紧螺帽(6)、左右两个冷却流体循环导管(7)、喷头主体(8)、锥形冷却壳(9)；所述的喷头主体(8)是其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，王强，孟庆博，任同群，梁军生，李凯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21