一种空间分布可调的阵列集成式喷印方法技术

本发明专利技术属于喷印装置技术领域，并具体公开了一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置和方法，其包括箱体、布置在箱体内部呈阵列分布的喷头组以及用于调节喷头位置的移动组件，喷头组中的喷头包括由上至下依次设置的固定接头、衔接头、中间接头和输出头，中间接头内部开设有通孔及气体输入通道，通孔内安装有从输出头下端穿出的石英管，其出口作为喷嘴，其内插装有高压电极，高压电极与石英管之间留有间隙，高压电极中空部分作为墨液通道；每一喷头组对应设置有移动组件，用于安装喷头并调节喷头的位置，箱体内设置有电极板和紫外灯。所述方法采用上述装置进行。本发明专利技术实现大规模生产的同时，极大提升了设备的灵活性和适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置和方法
本专利技术属于喷印装置
，更具体地，涉及一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置和方法。
技术介绍
电喷印技术被广泛用于可穿戴通信设备、薄膜晶体管、先进柔性临床手术工具、生物电子相机、显示器和太阳能光伏电池等领域。电喷印的基本原理是分别在喷嘴和基板处施加高压正电位和高压负电位，利用电场将喷嘴内的墨液拉出并雾化，被雾化的墨液颗粒沉积在基板上形成薄膜。电喷印具有如下特点：喷嘴和基板间电压可调，可以通过控制电场来控制墨液的沉积效率；生成的墨滴直径很小，可达10nm，其尺寸分布近似于均匀分散；可以和卷到卷制造相结合，实现较高的数字化加工水平和较高的加工效率，精度高。然而，现有电喷印技术存在一些问题：首先，由电喷印雾化形成的墨滴在喷嘴和基板之间形成一个锥形，因此沉积到基板上的是一个圆形，当要喷印的基板是方形的时候，会出现不能喷印到的死角，并且所喷印的薄膜会呈现出中间厚边缘薄的趋势，其严重影响加工的灵活性、效率和薄膜的质量；其次，现有的电喷印设备多是单喷嘴装置，集成度不高，大大影响加工效率；此外，在现有喷印过程中，有时在喷印材料的同时需要对材料进行改性与刻蚀，而目前的电喷印设备无法实现该功能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置和方法，其目的在于在实现阵列化加工的同时集增减材与一体，可以根据实际需要调换相应组件，实现大规模生产的同时，极大提升了设备的灵活性和适用范围。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其包括箱体、布置在箱体内部呈阵列分布的喷头组以及用于调节喷头位置的移动组件，其中：所述喷头组中的喷头包括由上至下依次设置的固定接头、衔接头、中间接头和输出头，其中，所述输出头设有与所述中间接头下端外螺纹配合的内螺纹孔；所述中间接头的内部开设有通孔以及与通孔导通的并与气体输入接口相连的气体输入通道，所述通孔内安装有石英管，该石英管从输出头的下端穿出，其出口作为喷嘴，此外该石英管内还插装有中空的高压电极，所述高压电极与石英管之间留有间隙，该高压电极的中空部分则作为墨液通道；所述衔接头固定在中间接头的外部，并与所述固定接头相连；每一喷头组对应设置有一移动组件，所述移动组件布置在箱体的内部，其用于安装喷头并调节喷头的位置，此外，箱体内还设置有位于喷头输出头两侧的电极板以及用于对从喷头喷印出的墨液进行固化的紫外灯。作为进一步优选的，移动组件包括支撑架、位于支撑架上方的伸缩架以及用于带动伸缩架运动的电机，所述伸缩架包括彼此配合的第一伸缩臂和第二伸缩臂，所述第一伸缩臂和第二伸缩臂均为由一系列通过连接螺栓铰接在一起的伸缩杆构成，伸缩杆的中部设有放置喷头的孔，相邻两伸缩杆铰接处的下方设置有带滚珠的滚珠球头，该滚珠在喷头运动过程中在所述支撑架表面滚动，以减小能量损耗。作为进一步优选的，所述高压电极的上端与墨液输入接口相连，该墨液输入接口与墨液腔相连，所述墨液腔包括供墨腔体、用于封盖供墨腔体的供墨腔盖、以及设于供墨腔体上的墨液入口和墨液出口，所述供墨腔体用于储存电流体喷印所需的墨液，所述墨液出口通过导管与所述墨液输入接口相连，供墨腔体内的墨液依次经墨液出口、导管、墨液输入接口导入墨液通道中，以为喷头连续不断的输送墨液。作为进一步优选的，所述箱体的内部设置有用于放置墨液腔的墨液腔槽和用于布置移动组件的喷头阵列槽，外部设置有用于布置电机的电机槽；优选的，每个喷头上安装有独立的驱动装置。作为进一步优选的，所述石英管的外径小于中间接头的内径，其通过橡胶塞固定在中间接头内，并且其高度不超过气体输入通道在中间接头转折处的高度，以便于气体顺利流出用于产生等离子体，所述石英管的下端为缩口结构，用于限制喷印墨液或者等离子体射流的束径。作为进一步优选的，所述高压电极为空心金属针，其通过橡胶塞固定在中间接头上，该橡胶塞用于固定高压电极同时起密封作用，以防止气体从中间接头的上端泄露。作为进一步优选的，所述高压电极的一端插入石英管中，其与石英管间的间隙作为气体通道，该高压电极的另一端穿过中间接头的上端，并与高压电源和墨液输入接口相连，在高压电极通电后，向墨液通道通入墨液，用于电流体喷印，向气体通道通入稀有气体，用于产生等离子体。按照本专利技术的另一方面，提供了一种空间分布可调的阵列集成式喷印方法，其特征在于，包括如下步骤：S1在供墨腔中通入所需的喷印溶液，并为喷头组连接所需的电压；S2打开喷头组对应的紫外灯，并为置于该喷头组旁侧的电极板连接所需的电压，该电压低于喷头组的电压；S3使收集基板开始运动，同时喷头组开始喷印工作，以在收集基板上形成一层位于两电极板之间的平面状喷雾；S4通过电机调节伸缩臂，改变喷头间的距离，直到在收集基板上形成一层均匀的膜为止，如此在收集基板上形成一层厚度均匀的薄膜。作为进一步优选的，还包括如下步骤：S5在不同的墨液腔中加入不同的墨液，在已固化的厚度均匀的薄膜上喷印另一种墨液，如此往复，以制备不同层数与材料的薄膜；作为进一步优选的，还包括如下步骤：S6向气体通道中通入稀有气体并为高压电极接上所需的电压，以在喷嘴处形成等离子体射流，利用阵列化的等离子体射流对薄膜进行图案化的刻蚀与改性；作为进一步优选的，还包括如下步骤：S7在所刻蚀的沟道里填充所需的材料，以实现增减材一体化成形。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术结合了电流体喷印和等离子体加工的特点，根据不同的工作需要，通入喷印墨液或者稀有气体，可以分别在同一喷头上实现电流体喷印和等离子体加工(刻蚀、改性等)，实现了增减材一体化。2.本专利技术对兼容电流体和等离子体的喷头实现了阵列化，将喷头阵列进行分组，可以根据需要实时增减喷头阵列的数量，组与组之间独立工作，可以先后在同一基底上喷印不同类型的墨液，灵活性高，极大地提升了工作效率。3.本专利技术的喷头阵列之间的距离可以改变，对于提高打印阵列化图案的密集度和喷印薄膜的均一性有一定帮助，甚至可以在每个喷头上安装独立的驱动装置，改变喷头的相对高度，实现曲面上的加工。4.本专利技术阵列化喷嘴不仅因喷嘴数量和位置上的优势能有效提高加工效率，还因其多样化的墨液组合方式可以实现不同材料喷印的有机结合，实现图案化，阵列化，并且灵活性和加工效率大大提高。5.本专利技术提出的一种空间分布可调的阵列化等离子体/电流体喷头装置集增减材加工与一体，针对不同的需求具有多种不同的加工模式，不仅能够打印不同密集度的阵列化图案，还能够用于大面积、多层薄膜材料的制备与加工，甚至能够实现曲面上的打印，其效率高、成本低、数字集成度高、可大规模生产，在微纳制造及柔性电子等领域有巨大的应用前景。6.本专利技术通过设置电极板，可改变喷嘴和基板之间的电场分布和大小，使得喷出的墨滴在某一个位置集中，从而达到提高加工精度和分辨率的目的。7.本专利技术在喷印材料的同时可实现对材料的改性与刻蚀，可以极大提高装置的使用范围与集成度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置的整体结构图(不带箱体)；图2是本专利技术的喷头结构图；图3是本专利技术的伸缩架的结构图；图4是本专利技术的墨液腔的整体结构图；图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其特征在于，包括箱体(14)、布置在箱体(14)内部呈阵列分布的喷头组以及用于调节喷头位置的移动组件，其中：所述喷头组中的喷头(8)包括由上至下依次设置的固定接头(8‑4)、衔接头(8‑3)、中间接头(8‑2)和输出头(8‑1)，其中，所述输出头(8‑1)设有与所述中间接头(8‑2)下端外螺纹配合的内螺纹孔；所述中间接头(8‑2)的内部开设有通孔以及与通孔导通的并与气体输入接口(8‑11)相连的气体输入通道，所述通孔内安装有石英管(8‑8)，该石英管(8‑8)从输出头(8‑1)的下端穿出，其出口作为喷嘴(8‑5)，此外该石英管(8‑8)内还插装有中空的高压电极(8‑7)，所述高压电极(8‑7)与石英管(8‑8)之间留有间隙，该高压电极(8‑7)的中空部分则作为墨液通道；所述衔接头(8‑3)固定在中间接头(8‑2)的外部，并与所述固定接头(8‑4)相连；每一喷头组对应设置有一移动组件，所述移动组件布置在箱体(14)的内部，其用于安装喷头并调节喷头的位置，此外，箱体(14)内还设置有位于喷头输出头(8‑1)两侧的电极板(1)以及用于对从喷头喷印出的墨液进行固化的紫外灯(4)。...

【技术特征摘要】
1.一种空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其特征在于，包括箱体(14)、布置在箱体(14)内部呈阵列分布的喷头组以及用于调节喷头位置的移动组件，其中：所述喷头组中的喷头(8)包括由上至下依次设置的固定接头(8-4)、衔接头(8-3)、中间接头(8-2)和输出头(8-1)，其中，所述输出头(8-1)设有与所述中间接头(8-2)下端外螺纹配合的内螺纹孔；所述中间接头(8-2)的内部开设有通孔以及与通孔导通的并与气体输入接口(8-11)相连的气体输入通道，所述通孔内安装有石英管(8-8)，该石英管(8-8)从输出头(8-1)的下端穿出，其出口作为喷嘴(8-5)，此外该石英管(8-8)内还插装有中空的高压电极(8-7)，所述高压电极(8-7)与石英管(8-8)之间留有间隙，该高压电极(8-7)的中空部分则作为墨液通道；所述衔接头(8-3)固定在中间接头(8-2)的外部，并与所述固定接头(8-4)相连；每一喷头组对应设置有一移动组件，所述移动组件布置在箱体(14)的内部，其用于安装喷头并调节喷头的位置，此外，箱体(14)内还设置有位于喷头输出头(8-1)两侧的电极板(1)以及用于对从喷头喷印出的墨液进行固化的紫外灯(4)。2.如权利要求1所述的空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其特征在于，移动组件包括支撑架(3)、位于支撑架上方的伸缩架以及用于带动伸缩架运动的电机，所述伸缩架包括彼此配合的第一伸缩臂(9)和第二伸缩臂(10)，所述第一伸缩臂(9)和第二伸缩臂(10)均为由一系列通过连接螺栓(11)铰接在一起的伸缩杆构成，伸缩杆的中部设有放置喷头的孔，相邻两伸缩杆铰接处的下方设置有带滚珠(13)的滚珠球头(12)，该滚珠(13)在喷头运动过程中在所述支撑架(3)表面滚动，以减小能量损耗。3.如权利要求1或2所述的空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其特征在于，所述高压电极(8-7)的上端与墨液输入接口(8-12)相连，该墨液输入接口(8-12)与墨液腔(7)相连，所述墨液腔(7)包括供墨腔体(7-3)、用于封盖供墨腔体(7-3)的供墨腔盖(7-1)、以及设于供墨腔体(7-3)上的墨液入口(7-2)和墨液出口(7-4)，所述供墨腔体(7-3)用于储存电流体喷印所需的墨液，所述墨液出口(7-4)通过导管与所述墨液输入接口(8-12)相连，供墨腔体(7-3)内的墨液依次经墨液出口(7-4)、导管、墨液输入接口(8-12)导入墨液通道中，以为喷头连续不断的输送墨液。4.如权利要求1所述的空间分布可调的阵列集成式喷印装置，其特征在于，所述箱体(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，苏江涛，叶冬，赵隽逸，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42