一种变压气流疏通喷头的电喷印方法技术

本发明专利技术属于先进制造技术领域，涉及一种变压气流疏通喷头的电喷印方法。基于电流体动力效应喷射出的射流，在电场力、粘性力等因素的耦合作用下，快速实现微纳功能结构喷印；该电喷印装置采用变压气流疏通喷头的方式，当喷头堵塞时，喷头腔内累积墨水增多、单位压力增大，核心器件两位四通阀动作，变压气流对堵塞处施加往复压力、吸力，实现喷头疏通；相比传统机械振动和物理加热疏通喷头的方法，本发明专利技术具有设备成本低、加工周期短，免拆卸、自动化实现喷头疏通，保证喷印过程不产生间断，持续稳定的纳米级精细射流，优化了微纳功能结构，提高了纳米器件使用性能和使用寿命。米器件使用性能和使用寿命。米器件使用性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种变压气流疏通喷头的电喷印方法


[0001]本专利技术属于先进制造
，涉及一种变压气流疏通喷头的电喷印方法。

技术介绍

[0002]电喷射打印技术是一种高精度非接触式增材制造技术，利用流体压力将功能墨水供给到喷针出口处，形成初始的悬滴，在喷针与衬底间施加高电压，利用电场力、粘性力等因素的耦合作用，使墨水在喷孔处形成直径远小于喷孔内径的稳定聚焦射流，通过该射流在衬底上上实现所需微纳功能结构的制备。电喷印因具有加工精度高、材料利用率高、工艺简单、打印可控性强等优点，广泛应用于柔性显示、微纳传感器的制造过程中，成为微纳制造领域的研究热点。
[0003]喷印设备中的喷头是关键部位，通过影响喷印过程射流的持续性、稳定性，决定喷印结构质量。然而，功能墨水中固体颗粒团聚、沉降，会形成大直径杂质，在压力作用下被推入喷针，产生不可避免的喷头堵塞现象，影响喷印设备的正常工作。针对喷头易堵塞、难疏通这一痛点，传统采用机械振动、物理加热的方式疏通喷头。然而，采用上述两种疏通方式，会对喷印产生诸多不利影响。
[0004]一、采用机械振动、物理加热方式疏通喷头，需将喷头从喷印设备上拆卸下来，加工周期长、工艺繁琐、不易操作，特别是喷针内径较小时，疏通更加困难。
[0005]二、机械振动方式固然简单，但将喷头置于振动环境中，固体颗粒杂质在粉碎的同时，功能墨水的质地稳定性也会受到影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服上述电喷印制造技术的不足，专利技术一种变压气流疏通喷头的电喷印方法。首先，基于电流体动力效应将功能墨水以固定的流速输送至喷针处，再在电场力、重力、表面张力的复合作用下形成纳米级精细射流，快速实现微纳功能结构制备；当喷头堵塞后，两位四通阀动作，利用变压气流对喷针堵塞处施加往复压力、吸力，实现免拆卸、自动化疏通喷头，保证喷印过程无间断，持续稳定的输出精细射流，优化微纳功能结构。此变压气流疏通喷头的电喷印方法具有设备成本低、工艺简单、加工周期短、适应性广等优势。
[0007]为解决这个问题，本专利技术采取的技术方案是：
[0008]一种变压气流疏通喷头的电喷印方法，首先利用电流体动力效应将功能墨水以固定的流速输送至喷针处，再在电场力、重力、表面张力的复合作用下形成纳米级精细射流，快速实现微纳功能结构制备；当喷头堵塞后，利用变压气流对喷针堵塞处施加往复压力、吸力，实现免拆卸、自动化疏通喷头。所用的电喷印装置包括喷印模块、视觉检测模块、吸附模块和气压疏通喷头模块四个部分；其特征在于，所述喷印模块包括电压控制器、上位机、注射泵、注射器、活塞、注射器外壳、注射器复位弹簧、喷头夹具和喷头；所述注射器由注射器外壳、活塞和注射器复位弹簧构成；所述的电压控制器与交流电源连接，其输出端与喷头夹具导电部分的左端相连；所述上位机控制喷头夹具的运动轨迹和运动速度，使得喷头在空
间按预先规划路线动作；所述喷头头部加工有锥形喷针；
[0009]所述视觉检测模块包括工业相机、衬底和实时检测软件；所述工业相机实时对衬底喷印过程进行监控，将图像传送至上位机，上位机对图像进行处理，控制喷头夹具动作，实现整个喷印过程的闭环连接；所述工业相机不仅起图像采集作用，同时头部自带光源，满足光线不足情况下的加工要求；
[0010]所述吸附模块包括平台基板和真空吸附装置；所述平台基板上设有定位销；所述平台基板固定在真空吸附装置上，两者形成整体，真空吸附装置固定于地面，平台基板与真空吸附装置相对空间位置始终不变；
[0011]所述气压疏通喷头模块包括杂质收集杯、涡流风机、储气罐、两位四通换向阀、阀体、阀芯、复位弹簧和功能墨水；所述两位四通换向阀由阀体、阀芯和复位弹簧构成；所述功能墨水在注射泵压力下，经注射器左端塑料导管注入喷头；所述两位四通换向阀A口与喷头头部、B口与注射泵上部、C口与锥形喷针上部、D口与储气罐出口，通过塑料导管连接；所述涡流风机与交流电源连接；所述的杂质收集杯用于收集堵塞喷头内的杂质。
[0012]一种变压气流疏通喷头的电喷印方法，步骤具体如下：
[0013]第一步，衬底固定与初始图像采集
[0014]首先，打开上位机和吸附装置开关，同时将衬底通过定位销固定在平台基板上合适的位置，紧接着上位机将喷头移动到坐标原点，通过工业相机对衬底进行图像采集与已规划路线图像做对比分析，调节喷头的打印速度及初始位置高度；
[0015]第二步，微纳精细射流的形成
[0016]选用高性能功能墨水，通过注射泵将功能墨水注入喷头中，调节喷针与衬底的间距，调节电压控制器的输出电流、脉冲电压和频率，使用工业相机观测射流状态，最终使喷针处的功能墨水形成远小于喷针尺寸的稳定射流；
[0017]第三步，变压气流疏通堵塞喷头
[0018]根据微纳功能结构的形状，编写运动控制程序，由上位机控制喷头夹具动作，在衬底上喷印复杂微纳功能层图案，当喷头堵塞后，由于喷头容积有限，喷头累积的墨水增多，喷头腔体内单位压力增大；上位机控制喷头移动，至杂质收集杯处，同时两位四通阀的复位弹簧收缩，阀芯向右动作，A口与B口连通、C口与D口连通，功能墨水通过A口、B口流回注射泵，此时，注射器左容腔压力降低，活塞向左动作，阀口关闭，喷头内腔形成密闭空间，变压气流通过D口、C口对喷针堵塞处施加往复压力、吸力，快速实现喷头疏通；
[0019]第四步，微纳功能结构的固化成型
[0020]喷印过程中功能墨水的固化为风冷，复杂微纳功能结构图案打印的同时，射流下方正在打印的区域处在空气快速流动的环境中，调节涡流风机的功率，使喷印在衬底上的结构迅速固化成型，得到复合微纳功能结构。
[0021]本专利技术的有益效果为：利用变压气流疏通喷头的电喷印方法，实现微纳功能结构的打印制造。基于电流体动力效应将功能墨水以固定的流速输送至喷针处，再在电场力、重力、表面张力的复合作用下形成纳米级精细射流，快速实现微纳功能结构制备；当喷头堵塞后，两位四通阀动作，利用变压气流对喷针堵塞处施加往复压力、吸力，实现免拆卸、自动化疏通喷头，保证喷印过程无间断，持续稳定的输出精细射流，优化微纳功能结构。此变压气流疏通喷头的电喷印方法具有设备成本低、工艺简单、加工周期短、适应性广等优势。
附图说明：
[0022]图1是本专利技术实施例中的变压气流疏通喷头的电喷印装置示意图。
[0023]图2是本专利技术实施例中的两位四通换向阀剖面图。
[0024]图3是本专利技术实施例中的注射器剖面图。
[0025]图中：1电压控制器、2上位机、3工业相机、4衬底、5平台基板、6真空吸附装置、7杂质收集杯、8涡流风机、9储气罐、10两位四通换向阀、101阀体、102阀芯、103复位弹簧、104连接孔、11注射泵、12注射器、121活塞、122注射器外壳、123注射器复位弹簧、13喷头夹具、14功能墨水、15喷头。
具体实施方式
[0026]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。参见图1至图3。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压气流疏通喷头的电喷印方法，其特征在于，所用的电喷印装置包括喷印模块、视觉检测模块、吸附模块和气压疏通喷头模块四个部分；所述喷印模块包括电压控制器(1)、上位机(2)、注射泵(11)、注射器(12)、注射器外壳(122)、活塞(121)、注射器复位弹簧(123)喷头夹具(13)和喷头(15)；所述注射器(12)由注射器外壳(122)、活塞(121)和注射器复位弹簧(123)构成；所述的电压控制器(1)与交流电源连接，其输出端与喷头夹具(13)导电部分的左端相连；所述上位机(2)控制喷头夹具(13)的运动轨迹和运动速度，使得喷头(15)在空间按预先规划路线动作；所述喷头(15)头部加工有锥形喷针；所述视觉检测模块包括工业相机(3)、衬底(4)和实时检测软件；所述工业相机(3)实时对衬底(4)喷印过程进行监控，将图像传送至上位机(2)，上位机(2)对图像进行处理，控制喷头夹具(13)动作，实现整个喷印过程的闭环连接；所述工业相机(3)不仅起图像采集作用，同时头部自带光源，满足光线不足情况下的加工要求；所述吸附模块包括平台基板(5)和真空吸附装置(6)；所述平台基板(5)上设有定位销；所述平台基板(5)固定在真空吸附装置(6)上，两者形成整体，真空吸附装置(6)固定于地面，平台基板(5)与真空吸附装置(6)相对空间位置始终不变；所述气压疏通喷头模块包括杂质收集杯(7)、涡流风机(8)、储气罐(9)、两位四通换向阀(10)、阀体(101)、阀芯(102)、复位弹簧(103)和功能墨水(14)；所述两位四通换向阀(10)由阀体(101)、阀芯(102)和复位弹簧(103)构成；所述功能墨水(14)在注射泵(11)压力下经注射器(12)左端塑料导管注入喷头(14)；所述两位四通换向阀(10)A口与喷头(15)头部、B口与注射泵(11)上部、C口与锥形喷针上部、D口与储气罐(9)出气口，通过塑料导管连接；所述涡流风机(8)与交流电源连接；所述的杂质收集杯(7)用于收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，任鑫磊，刘麦祺，尤诚诚，王晓英，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：