一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，其特征在于，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。本发明专利技术利用XYZE四轴运动实现立体结构的打印，利用辅助固化装置、加热装置以及便于打印后成品分离的承载单元解决了硅胶材料固化难、分离难的问题。本发明专利技术操作便捷，能够快速地直接打印出内含液态金属的复杂三维柔性电路结构。

A three dimensional printing device for flexible circuit printed by polymer liquid metal

The invention discloses a three-dimensional printing device for a flexible circuit of high polymer liquid metal co printing, which includes an installation frame, a coaxial sprinkler, a feeding device, a receiving device in the installation frame, and a three-dimensional motion mechanism that drives the coaxial sprinkler relative to the receiving device, which is characterized by the coaxial spray. The head includes two independent liquid metal feeding cavities and high polymer feeding cavities inside and outside, as well as the inner nozzle and outer nozzle, which are connected with the corresponding feeding cavity and coaxial, and also include the auxiliary curing device used to spray the printing out with the coaxial nozzle. The invention makes use of the four axis motion of XYZE to print the stereoscopic structure, and uses the auxiliary curing device, the heating device and the bearing unit which is convenient to print the finished product, and solves the difficult problem of the difficult and difficult separation of the silica gel material. The invention is convenient to operate and can directly and directly print out the complex three-dimensional flexible circuit structure containing liquid metal.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置
本专利技术涉及柔性电路制作领域，尤其是涉及一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置。
技术介绍
柔性电子器件是以柔性材料为衬底的新型电子器件，具备轻质、可变性的特性，在诸多方面都具有广泛的应用前景。因此，柔性电子学发展迅速，取得了先进的研究成果，例如柔性电路板、柔性显示屏、柔性天线、柔性忆阻器以及柔性传感器等。所有的这些柔性电子器件都是由柔性衬底和导体材料构成的。目前柔性电路使用的衬底材料以高分子为主，而使用的导体材料主要包括导电高分子材料、碳基小分子导电材料(石墨烯等)、固体金属和液态金属。其中导电高分子材料以及碳基小分子导电材料的电导率极低，限制了其应用范围。固体金属的电导率很高，但是柔性较差，无法满足柔性器件变形大、次数多的需求。液态金属材料具有极高的电导率，常温下为液态，具有较好的流动性，在大变形下能够保证其与衬底材料的柔性相匹配，不会发生断裂，保证了其工作的可靠性。因此，目前液态金属是制造柔性电路最佳的导体材料之一。但是，由于液态金属极大的表面张力，导致不易在衬底材料上覆盖。因此目前制造基于液态金属的柔性电路的主要方法为微流管注入法，其主要特征为先利用各种加工方式加工出具有中空管道的结构，再注入液态金属。申请号为CN201510857645.1的中国专利技术专利文献公布了一种基于3D打印工艺的液态金属立体电路及其制造方法，其基本步骤包括：(1)建立与待制造立体电路的三维结构相对应的三维模型，并根据所述立体电路的线路走向在所述三维模型内部建立中空流道；(2)通过3D打印工艺，将所述步骤(1)得到的三维模型打印成三维实体；(3)在所述三维实体的中空流道内注满液态金属；(4)将电子元器件管脚插入所述步骤(3)得到的三维实体的对应位置；(5)对所述电子元器件管脚插口、所述液态金属的灌注口和/或排气口进行封装。该种制造方式步骤复杂、工艺繁琐，生产效率低，且对灌注过程的操作要求高，极易因为灌注过程中的细小失误致使液态金属灌注不充分，进一步导致电路的断路失效，不利于工业化大规模生产。
技术实现思路
本专利技术提供了一种实现高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，该装置能够快速地直接打印出内含液态金属的柔性管路结构。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。本专利技术的安装框架为其他部件提供安装和定位的框架。采用上述技术方案，能够将供料装置中的不同材料(硅胶和液态金属)通过内外喷头同时打印，形成同轴管路结构。同时配合喷头三维运动机构及接收装置的复合运动，直接形成包含液态金属的复杂管路结构。本专利技术中，所述同轴喷头上设有内管进料口、外管进料口以及设置在内管出料口的内喷头、设置在外管出料口的外喷头，且内喷头和外喷头同轴心设置。上述内管指的是所述的液态金属加料腔，外管指的是所述的高分子加料腔。本专利技术中，所述内管进料口和外管进料口分别通过管路与所述的供料装置相连。作为优选，所述内管进料口和外管进料口均为螺纹孔，便于与供料装置的管路连接与拆卸。本专利技术中，所述的同轴喷头通过喷头夹具安装在三维运动机构上。通过三维运动机构实现喷头相对接收装置的三维运动。作为优选，所述喷头夹具设有对所述同轴喷头提供轴向压紧力的轴向定位孔，以及对喷头提供径向限位的径向定位孔。本专利技术的三维运动机构包括Y轴运动机构、X轴运动机构和Z轴运动机构。一般通过Y轴运动机构、X轴运动机构控制同轴喷头的运动，通过Z轴运动机构控制接受装置的运动，从而实现打印过程的三维运动。本专利技术的Y轴运动机构、X轴运动机构和Z轴运动机构均由滑块，电机和导向机构组成，电机通过丝杠将动力传输给滑块，进而实现设定方向的运动。导向机构一般是导轨，滑块上同时设置有与导轨配合的导槽结构，保证滑块按照设定方向稳定、准确传动。作为优选，所述Y轴运动机构包括：固定在安装框架上Y轴导轨；滑动设置在Y轴导轨上的Y轴滑块；驱动Y轴滑块往复运动的Y轴电机；所述X轴运动机构包括：固定在Y轴滑块上X轴导轨；滑动设置在X轴导轨上的X轴滑块；驱动X轴滑块往复运动的X轴电机；所述同轴喷头安装在所述X轴滑块上，随X轴滑块同步移动；所述Z轴运动机构包括：固定在安装框架上Z轴导轨；滑动设置在Z轴导轨上的Z轴滑块；所述接收装置固定在该Z轴滑块上，随着Z轴滑块同步移动。作为优选，所述的供料装置包括：与内外两个加料腔的进料口分别导通，分别用于盛放高分子、液态金属的两个注射器；固定所述注射器并实现其推杆推动的注射泵；对其中一个或两个注射器内物料进行加热的加热单元。根据需要，本专利技术的供料装置还包括连接喷头和注射器的管路；所述两个注射器分别通过管路与所述内管(内部的加料腔)进料口和外管(外部的加料腔)进料口连通。每个注射器均包括储液管以及一端插入所述储液管且滑动配合的推杆。作为优选，所述注射器与管路的接口为螺口，以便于与喷头的连接与拆卸。所述管路应具备一定的弯曲性能以及高的剪切强度，以满足输送高粘度硅胶时高剪切力下流速稳定的需要。作为优选，采用PU耐高压软管作为连接管路。作为优选，所述辅助固化装置包括：存储辅助固化液的注射器；对注射器内物料进行加热的加热单元；安装在安装框架上、与同轴喷头同步移动的喷雾头固定座；铰接在喷雾头固定座上的喷雾头夹具；固定在喷雾头夹具上同时与所述注射器导通的喷雾头。所述喷雾头一般可通过管路与注射器相连，注射器包括存储溶液的储液管以及一端插入所述储液管且滑动配合的推杆。本专利技术的注射器一般通过多通道注射泵进行控制。所述大推力多通道注射泵的基本工作过程为：电机转动通过联轴器驱动丝杠滑块模块，丝杠滑块模块将电机的转动转化为滑块的直线运动，固定在注射器夹具上的移动块推动注射器的推杆进行往复运动以实现设定的工作参数以满足稳定供料的需求。作为优选，所述注射泵应当具备两个以上通道，以实现两个注射器的同时控制。本专利技术中，所述注射泵为多通道注射泵，至少包括三个通道，分别实现对三个注射器的控制，三个注射器分别通过管路与内加料腔、外加料腔、喷雾头导通。所述注射泵可以采用市场上成熟的注射泵装置，为推动高粘度硅胶的大驱动力需要，作为优选，采用自主设计的大推力多通道注射泵，所述注射泵最大驱动力超过500N。该注射泵主要包括：电机、电机底座、联轴器、丝杠滑块模块、导轨滑块模块、注射器夹具固定块、注射器夹具移动块。本专利技术的注射器均通过注射器夹具进行固定，所述的注射器夹具可分为固定式和可拆卸式两种。作为优选，固定式夹具上设置有满足不同规格注射器定位需求的定位点，可拆卸式夹具具有符合不同规格注射器尺寸的备选夹具作为替换。作为优选，所述注射器通过注射器夹具安装在供料装置的注射泵上，以实现一体控制。作为优选，所述管路与注射器、喷雾器的接口均为螺口，便于拆卸与安装。所述加热单元作用在于提高注射器中料液的温度，满足某些硅胶固化时的特殊需要，所述料液包括雾化溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，其特征在于，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。

【技术特征摘要】
1.一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，其特征在于，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。2.根据权利要求1所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述辅助固化装置包括：存储辅助固化液的注射器；对注射器内物料进行加热的加热单元；安装在安装框架上、与同轴喷头同步移动的喷雾头固定座；铰接在喷雾头固定座上的喷雾头夹具；固定在喷雾头夹具上同时与所述注射器导通的喷雾头。3.根据权利要求1或2所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述的供料装置包括：与内外两个加料腔的进料口分别导通，分别用于盛放高分子、液态金属的两个注射器；固定所述注射器并实现其推杆推动的注射泵；对其中一个或两个注射器内物料进行加热的加热单元。4.根据权利要求3所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述加热单元包括：套设在注射器外壁的保温腔；设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永，周璐瑜，高庆，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33