共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于3D打印技术领域，公开了一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统及方法；该系统由五轴联动打印模块和与五轴联动打印模块相连接的闭环闪光烧结模块、冷却模块等组成；五轴联动打印模块通过控制X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴实现在非展开曲面上打印共形导电图形；导电图形打印完毕后，闭环闪光烧结模块通过光敏传感器采集红外光源照射到导电图形表面后反射回来的数据用于判断烧结程度并根据烧结程度调整下一次烧结工艺参数，实现闭环闪光烧结功能；冷却模块用于在打印过程中保护喷头中的纳米银墨水不被基板预热装置固化，堵塞喷头。本发明专利技术能有效解决打印时导电墨水固化慢、墨滴渗毛细渗透导致边界不齐和烧结程度难于控制等问题。

【技术实现步骤摘要】
共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统及方法
本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来。数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造变得快速简捷。随着材料科学、激光技术、制造科学和信息技术等有关3D打印技术的发展，3D打印系统越来越完善。在导电线的打印技术中，导电材料的打印方式、固化方式等都对整个系统有着重要的影响。导电线的打印技术主要考虑两个问题：一是尽量提高导电线的导电率；二是在任何基底上快速打印出电子线路。而打印完成的导电图形需要进行热烧结固化的工艺才能使其表现出所需要的导电性能及对基材附着力。目前用来固化的方法有整体加热如烤箱加热法和微波固化，烤箱加热需要在200度的温度下持续15分钟的时间可以体现出较好的导电性能，这样使得仅有能长时间耐度高温的材料才能作为导电图形的基材，一些具有较好适合介电常数等参数的材料由于不耐高温无法作为天线的基材，微波固化方法可以在较低温度下对导电图形进行固化，但是固化深度有限，不适用较厚的导电图形。局部固化有激光固化，使用激光对导电图形进行点扫描，固化时间取决于导电图形面积，固化效率低，精度差。而闪光固化即使用高功率脉冲氙灯在1到2ms内释放1000j到2000j的能量用于固化导电图形，短时间操作使得固化过程更为安全，危险性低于连续光源，且有效提升固化烧结效率，且由于固化时间短，温度上升小，一些耐热性差的材料可以作为基板打印导电图形。但是如果功率控制不好将会损坏导电图形。所以在目前导电图形中，需要一种打印速度快、效率高、低温、环境简单且打印质量、导电率较高的方法，同时在固化过程需要对烧结程度实时监控，避免烧结不完全和过度烧结的情况。综上所述，现有技术存在的问题是：目前的导电线的打印技存在处理时间长，打印时间较长，闪光烧结效果不稳定，极易出现烧结不完全和过度烧结。解决上述技术问题的难度和意义：使用闪光烧结需要使用2kw到3kw的脉冲光源在1ms到2ms释放2000j到3000j的能量，一旦烧结参数配置不合理，过高的功率极易在短时间内将导电图形表面破坏，而现有技术中只能通过生产前进行多次试验，获得较为可靠地烧结参数，而无法对烧结程度进行实时监控，无法做到实时获得烧结成都数据并进行实时调节烧结参数。由于烧结时间段，周边环境的微小变化都会影响最终烧结效果，导致同等烧结参数下烧结出来的产品导电率参差不齐。而如果能够实现烧结程度的实时控制，就可以根据烧结情况对烧结参数进行实时控制，就可以保证再不出现破坏导电图形表面的情况下，获得符合要求的功率，且最终获得产品导电性能也会较为一致。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统包括：工作台；安装在工作台上的五轴联动打印模块和与五轴联动打印模块相连接的闭环闪光烧结模块、冷却模块。五轴联动打印模块通过控制x轴、y轴、z轴、旋转轴和俯仰轴实现在非展开曲面上打印共性导电图形。闭环闪光烧结模块在完成导电图形打印后通过光敏传感器采集红外光源照射到导电图形后反射回来的数据用于判断烧结程度并根据烧结程度调整下一次烧结数据，实现闭环闪光烧结功能。冷却模块用于在打印过程中保护喷头中的纳米银墨水不被基板预热装置固化，堵塞喷头。进一步，所述五轴联动打印模块包括用于控制喷墨位置的五轴联动组、用于实现喷墨功能的喷墨供墨组、用于放置被打印模型的打印平台和数控系统。进一步，所述五轴联动组包括用于控制喷墨供墨组的喷墨位置分别向X、Y、Z各方向移动的三轴组：X轴组、Y轴组、Z轴组，和用于控制打印平台移动的两轴组；C轴组和A轴组；X轴组、Y轴组、Z轴组安装在工作台的上部空间且相互连接，C轴组和A轴组由下而上依次安装在工作台上，打印平台安装在A轴组上；数控系统与五轴联动组和打印喷头联合工作，打印导电图形。进一步，所述Y轴组包括Y轴精密丝杆、Y轴导轨、Y轴电机、Y轴滑板，Y轴精密丝杆与Y轴导轨沿Y轴方向平行安装在工作台上，Y轴精密丝杆一端设有Y轴电机，Y轴滑板穿安装在Y轴精密丝杆和Y轴导轨上，Y轴精密丝杆与Y轴滑板螺纹连接，Y轴电机带动Y轴精密丝杆旋转，Y轴精密丝杆带动Y轴滑板沿Y轴导轨做直线运动；X轴组包括X轴精密丝杆、X轴导轨、X轴电机、X轴滑板，X轴精密丝杆的一端安装在Y轴滑板的上部，X轴精密丝杆与X轴导轨沿X轴平行设置，X轴滑板穿安装在X轴精密丝杆与X轴导轨上，X轴精密丝杆与X轴滑板螺纹连接，X轴精密丝杆一端与X轴电机的输出轴相连，X轴电机带动X轴精密丝杆旋转，X轴精密丝杆带动X轴滑板沿X轴导轨做直线运动；Z轴组包括Z轴精密丝杆、Z轴导轨、Z轴电机、Z轴滑板；Z轴精密丝杆的一端安装在X轴滑板上，Z轴精密丝杆与Z轴导轨沿Z轴平行设置，Z轴滑板穿安装在Z轴精密丝杆与Z轴导轨上，Z轴精密丝杆与Z轴滑板螺纹连接，Z轴精密丝杆一端与Z轴电机的输出轴相连，Z轴电机带动Z轴精密丝杆旋转，Z轴精密丝杆带动Z轴滑板沿Z轴导轨做直线运动。进一步，所述C轴组包括C轴电机和C轴转台，C电机固定在工作台上，C轴转台安装在C轴电机上，且C轴转台与C轴电机的转轴连接，C轴电机带动C轴转台沿C轴方向转动；A轴组包括A轴电机和A轴摆头，A电机固定在C轴转台上，A轴摆头安装在A轴电机上，A轴摆头与A轴电机的转轴连接，A轴电机带动A轴摆头沿A轴方向摆动。进一步，所述闭环闪光烧结模块包括储能充电模块、闪光灯、红外光发射器和光敏传感器；闪光灯安装在工作台上，闪光灯与打印喷头并排安装，红外光发射器和光敏传感器对称安装在闪光灯下面；控制板卡与储能充电模块相连，用于控制闪光灯的充电、放点以及放电功率；放电产生高能光线用于固化烧结导电图形，使用红外光发射器发射红外光照射到导电图形上，反射到光敏传感器，根据光敏传感器读取的数值分析后，调整下一次闪光烧结参数，实现烧结程度的实时监控。进一步，所述冷却模块包括半导体制冷模块、水箱和冷却水导管；半导体制冷模块在打印喷头外面用于喷头制冷，半导体制冷模块、水箱和冷却水导管通过橡胶水管连接形成水循环实现冷却打印喷头的作用。本专利技术的另一目的在于提供一种运行所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统的闭环光子烧结控制方法，所述闭环光子烧结控制方法包括以下步骤：步骤一，根据切片处理分析得到的参数控制五轴联动机构打印导电图形；步骤二，当导电图形打印完后使用闭环闪光烧结模块，固化导电墨水，最后形成电子线路。本专利技术的另一目的在于提供一种运行所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统的共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制方法，所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制方法包括以下步骤：步骤一，将被打印的非展开曲面导电模型固定于打印平台上，分析非展开曲面导电模型，并对被打印模型进行切片处理，将打印模型切割成多个小平面；步骤二，根据切片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统包括：工作台；安装在工作台上的五轴联动打印模块和与五轴联动打印模块相连接的闭环闪光烧结模块、冷却模块；五轴联动打印模块通过控制X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴实现在非展开曲面上打印共形导电图形；导电图形打印完毕后，闭环闪光烧结模块通过光敏传感器采集红外光源照射到导电图形表面后反射回来的数据用于判断烧结程度并根据烧结程度调整下一次烧结工艺参数，实现闭环闪光烧结功能；冷却模块用于在打印过程中保护喷头中的纳米银墨水不被基板预热装置固化，堵塞喷头。

【技术特征摘要】
1.一种共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统包括：工作台；安装在工作台上的五轴联动打印模块和与五轴联动打印模块相连接的闭环闪光烧结模块、冷却模块；五轴联动打印模块通过控制X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴实现在非展开曲面上打印共形导电图形；导电图形打印完毕后，闭环闪光烧结模块通过光敏传感器采集红外光源照射到导电图形表面后反射回来的数据用于判断烧结程度并根据烧结程度调整下一次烧结工艺参数，实现闭环闪光烧结功能；冷却模块用于在打印过程中保护喷头中的纳米银墨水不被基板预热装置固化，堵塞喷头。2.如权利要求1所述的共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述五轴联动打印模块包括用于控制喷墨位置的五轴联动组、用于实现喷墨功能的喷墨供墨组、用于放置被打印模型的打印平台和数控系统。3.如权利要求2所述的共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述五轴联动组包括用于控制喷墨供墨组的喷墨位置分别向X、Y、Z各方向移动的三轴组：X轴组、Y轴组、Z轴组，和使非展开曲面做旋转运动的A轴组和C轴组；C轴组和A轴组；X轴组、Y轴组、Z轴组安装在工作台的上部空间且相互连接，C轴组和A轴组由下而上依次安装在工作台上，打印平台安装在A轴组上；数控系统与五轴联动组和打印喷头联合工作，打印导电图形。4.如权利要求3所述的共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述Y轴组包括Y轴精密丝杆、Y轴导轨、Y轴电机、Y轴滑板，Y轴精密丝杆与Y轴导轨沿Y轴方向平行安装在工作台上，Y轴精密丝杆一端设有Y轴电机，Y轴滑板穿安装在Y轴精密丝杆和Y轴导轨上，Y轴精密丝杆与Y轴滑板螺纹连接，Y轴电机带动Y轴精密丝杆旋转，Y轴精密丝杆带动Y轴滑板沿Y轴导轨做直线运动；X轴组包括X轴精密丝杆、X轴导轨、X轴电机、X轴滑板，X轴精密丝杆的一端安装在Y轴滑板的上部，X轴精密丝杆与X轴导轨沿X轴平行设置，X轴滑板穿安装在X轴精密丝杆与X轴导轨上，X轴精密丝杆与X轴滑板螺纹连接，X轴精密丝杆一端与X轴电机的输出轴相连，X轴电机带动X轴精密丝杆旋转，X轴精密丝杆带动X轴滑板沿X轴导轨做直线运动；Z轴组包括Z轴精密丝杆、Z轴导轨、Z轴电机、Z轴滑板；Z轴精密丝杆的一端安装在X轴滑板上，Z轴精密丝杆与Z轴导轨沿Z轴平行设置，Z轴滑板穿安装在Z轴精密丝杆与Z轴导轨上，Z轴精密丝杆与Z轴滑板螺纹连接，Z轴精密丝杆一端与Z轴电机的输出轴相连，Z轴电机带动Z轴精密丝杆旋转，Z轴精密丝杆带动Z轴滑板沿Z轴导轨做直线运动。5.如权利要求3所述的共形导电图形打印及闭环光子烧结一体控制系统，其特征在于，所述C轴组包括C轴电机和C轴转台，C电机固定在工...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡博，赵鹏兵，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61