一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种液态金属供墨系统的气压控制组件和一种气压控制方法，包括负压气泵、正压气泵、稳压气瓶、阀块、气压控制板卡、气管和控制电路；阀块通过气管连接至供墨系统的液态金属墨盒；负压气泵、正压气泵、稳压气瓶分别通过气管连接至阀块；气压控制板卡通过控制电路连接并控制负压气泵和正压气泵；其中供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒中的气压P进行实时控制。采用上述气压控制组件及控制方法对液态金属墨盒中的气压进行监控，实现了对液态金属墨量的稳定和精确控制，保证了液态金属打印头的出墨质量，以提高整体打印质量。

An air pressure control component and control method of liquid metal ink supply system

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法
本专利技术涉及一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法，主要运用于液态金属打印机的供墨系统中。
技术介绍
随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的PCB(印刷电路板)硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。液态金属打印技术在柔性电路、PCB、天线等电子器件的快速制造上有着得天独厚的优势，具有十分广阔的应用前景。在现有的液态金属打印中，液态金属墨水主要以自身重力作为打印驱动力，依靠液态金属对基底材料的浸润和粘附力来实现连续的出墨和线路打印。然而，(1)随着液态金属墨水的液位在不断降低，打印驱动力变小，墨量就会减小，打印出来的导电线路宽度就会出现不一致；(2)液态金属流动性受温度的影响较大，一般随着温度升高流动性会变好，反之变差，当外界环境温度发生变化时，液态金属流动性就会发生变化，出墨量会发生变化；(3)随着时间的推移，液态金属墨水中氧化物的含量逐渐增多，氧化物越多，液态金属流动性会变差，出墨量也会受到影响；(4)现有的依靠重力自流的打印方式不能对液态金属进行精确的流量控制，供墨系统本身的稳定性和打印出来线宽的一致性难以得到保证；(5)当打印停止时，金属墨水的重力又会导致其在笔头处渗漏，既浪费液态金属材料又影响打印性能。因而，现有的供墨系统和方法大大限制了传统液态金属打印技术的适用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服传统液体金属打印质量不稳定的问题，提高打印线宽的稳定性，尤其对打印机的液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法进行了改进，通过对液态金属墨盒中的气压的实时监控提高了液态金属打印质量，而且，传统普通的液态金属打印机中还没有运用气压控制。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种液态金属供墨系统的气压控制组件，包括负压气泵、正压气泵、稳压气瓶、阀块、气压控制板卡、气管和控制电路；阀块通过气管连接至供墨系统的液态金属墨盒；负压气泵、正压气泵、稳压气瓶分别通过气管连接至阀块；气压控制板卡通过控制电路连接并控制负压气泵和正压气泵。其中，阀块上还包括大气连通口，使阀块的内部和大气连通。其中，还包括气压传感器，通过气管连接至阀块，测量阀块的气压。其中，还包括电磁阀，位于阀块的内部，在连接液态金属墨盒的气管处和连接大气连通口处，采用螺纹连接的方式分别设置。其中，还包括金属滚花接头，位于阀块的外部，在与气管的连接处均采用金属滚花接头进行螺纹密封连接，稳压气瓶上与气管的连接处也采用金属滚花接头进行螺纹密封连接。其中，还包括宝塔接头，分别位于负压气泵、正压气泵、气压传感器上与气管的连接处，进行密封连接。其中，还包括蓄电池，连接于控制电路上。一种气压控制组件的气压控制方法，供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒中的气压P进行实时控制；换算公式为P＝-(G-γC-f)/s，其中，P为气压，G为液态金属墨盒2的重量，γ为模拟系数，C为氧化物质量百分数，f为供墨系统中的阻力，s为液态金属墨盒2的底面积。其中，供墨系统的上位机根据打印需求，控制负压气泵或正压气泵进行工作；当准备开始打印时，供墨系统的上位机启动正压气泵向液态金属墨盒中施加正压，给予液态金属驱动力，此时G-γC-f≤0时，P≥0；在准备终止打印时，供墨系统的上位机启动负压气泵向液态金属墨盒中施加负压，给予液态金属平衡力，此时G-γC-f＞0，P＜0。其中，液态金属墨盒内部的气压数值范围为-9kPa-9kPa。本专利技术的有益效果是：采用上述气压控制组件及控制方法对液态金属墨盒中的气压进行监控，实现了对液态金属墨量的稳定和精确控制，保证了液态金属打印头的出墨质量，以提高整体打印质量。附图说明图1为本专利技术的液态金属供墨系统示意图；图2为本专利技术的液态金属供墨系统的供墨方法示意图；图3A为本专利技术的液态金属供墨系统的温度控制组件示意图；图3B为本专利技术的液态金属供墨系统的温度控制组件的控制方法示意图；图4A、4B为本专利技术的液态金属供墨系统的氧化物含量测试组件的两种具体实施方式示意图；图5为本专利技术的液态金属供墨系统的液位控制组件示意图；图6为本专利技术的液态金属供墨系统的气压控制组件示意图；图7为本专利技术的液态金属供墨系统的还原墨路示意图；附图标记：1-重力传感器，2-液态金属墨盒，3-排墨接头，4-供墨接头，5-单向阀，6-过滤器，7-供墨泵，8-排墨泵，9-墨池，10-墨管，13-负压气泵，14-正压气泵，15-稳压气瓶，16-阀块，17-电磁阀，18-气管，19-气压控制板卡，20-气压传感器，21-控制电路，22-大气连通口，24-还原过滤器，25、28、33-墨管，26、27-鲁尔接头，29、32-宝塔接头，30-氧化物去除溶液，31-被还原液态金属，34-滚花接头，35-打印头，36、37、38、40、42-金属滚花接头，39、41-宝塔接头，44-液态金属墨盒盖，11、50-测试池，12-粘度测量仪，43-鲁尔接头，44-液态金属墨盒盖，47-电阻测量仪，45、48-测试池盖，46、49-被测液态金属，54-加热装置，55-测温装置，56-制冷装置，57-控制装置。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，具体实施方式所示为一种液态金属供墨系统，包括液态金属墨盒2、温度控制组件、寿命计数组件、氧化物测试组件、液位控制组件、气压控制组件、还原墨路、打印头；液态金属墨盒2，分别通过两根不同的墨管连接了还原墨路和氧化物测试组件，并通过气管18连接气压控制组件；液位控制组件的排墨接头3和供墨接头4直接连接于液态金属墨盒2中，与液态金属直接接触，其重力传感器1连接于液态金属墨盒2的下表面；温度控制组件和寿命计数组件连接于液态金属墨盒2的外表面上。液态金属墨盒2还具备液态金属墨盒盖44，气管18、排墨接头3、供墨接头4连接于液态金属墨盒盖44上。液态金属墨盒的盒盖保证了其他零部件与其的密封连接，还保证了液态金属墨盒整体的拆装方便程度和密封性。其中，使用的所述液态金属又称低熔点金属，其包括熔点在300摄氏度以下的低熔点金属单质、低熔点金属合金或由液态金属单质/低熔点金属合金与金属纳米颗粒和流体分散剂混合形成的导电纳米流体。更为具体地，当选用所述导电纳米流体时，流体分散剂优选为乙醇、丙二醇、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。在一些实施例中，低熔点金属合金成分可包括镓、铟、锡、锌、银、铜、铁、镍等中的一种或多种。优选地，液态金属具体的选择范围包括：镓单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、中的一种或几种。连接了还原墨路和氧化物测试组件的两根不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属供墨系统的气压控制组件，其特征在于：/n包括负压气泵(13)、正压气泵(14)、稳压气瓶(15)、阀块(16)、气压控制板卡(19)、气管(18)和控制电路(21)；/n所述阀块(16)通过气管(18)连接至供墨系统的液态金属墨盒(2)；/n所述负压气泵(13)、正压气泵(14)、稳压气瓶(15)分别通过气管(18)连接至所述阀块(16)；/n所述气压控制板卡(19)通过控制电路(21)连接并控制所述负压气泵(13)和正压气泵(14)。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属供墨系统的气压控制组件，其特征在于：
包括负压气泵(13)、正压气泵(14)、稳压气瓶(15)、阀块(16)、气压控制板卡(19)、气管(18)和控制电路(21)；
所述阀块(16)通过气管(18)连接至供墨系统的液态金属墨盒(2)；
所述负压气泵(13)、正压气泵(14)、稳压气瓶(15)分别通过气管(18)连接至所述阀块(16)；
所述气压控制板卡(19)通过控制电路(21)连接并控制所述负压气泵(13)和正压气泵(14)。


2.如权利要求1所述的气压控制组件，其特征在于：
所述阀块(16)上还包括大气连通口(22)，使所述阀块(16)的内部和大气连通。


3.如权利要求1或2所述的气压控制组件，
还包括气压传感器(20)，通过气管(18)连接至所述阀块(16)，测量所述阀块(16)的气压。


4.如权利要求1或2所述的气压控制组件，其特征在于：
还包括电磁阀(17)，位于所述阀块(16)的内部，在连接所述液态金属墨盒(2)的气管(18)处和连接所述大气连通口(22)处，采用螺纹连接的方式分别设置。


5.如权利要求3所述的气压控制组件，其特征在于：
还包括金属滚花接头(37、38、40)，位于所述阀块(16)的外部，在与所述气管(18)的连接处均采用所述金属滚花接头(37、38、40)进行螺纹密封连接，所述稳压气瓶(15)上与所述气管(18)的连接处也采用所述金属滚花接头...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉星，
申请(专利权)人：北京梦之墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11