空中制造单一液滴、复合液滴和形状受控(复合)颗粒或纤维的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种制造方法，其包括形成方法，该形成方法包括：使第一液体材料和第二液体材料在气体气氛中在接触点处彼此接触，其中在接触点处，第一液体材料和第二液体材料中的至少一种提供成在一方向上传播的液体射流，从而在接触点处提供在第三方向上传播的合并的第三材料的第三射流。本发明专利技术进一步涉及用于包括形成方法的制造方法的装置。括形成方法的制造方法的装置。括形成方法的制造方法的装置。

【技术实现步骤摘要】
空中制造单一液滴、复合液滴和形状受控(复合)颗粒或纤维的方法和装置
[0001]本申请是2018年11月29日提交到中华人民共和国国家知识产权局的专利技术名称为“空中制造单一液滴、复合液滴和形状受控(复合)颗粒或纤维的方法和装置”、申请号为“201780033392.3”的专利技术专利申请的分案申请。
专利

[0002]本专利技术涉及例如纤维材料或颗粒材料(或分散材料)的材料的制造方法。本专利技术进一步涉及执行该方法的装置。再进一步，本专利技术还涉及可通过该方法和/或用该装置得到的产品。

技术介绍

[0003]颗粒产生系统是本领域已知的。例如，US 20120107498描述了一种多组分颗粒产生系统，其可以包括构造成产生至少一种孤立颗粒的第一喷嘴，和布置成在不断裂的情况下产生通常不间断的流体射流的第二喷嘴。第一和第二喷嘴布置成使孤立颗粒从一侧到另一侧穿过流体射流，以将颗粒与第二流体射流的流体合并，用于提供多组分颗粒。流体射流的另一侧设置有收集器，在与流体射流碰撞之后可以通过该收集器捕获孤立颗粒。该系统包括用于对第二流体射流进行调节的调节器(modulator)，以提供具有较粗和较细部分的波状射流。
[0004]WO2015/091641涉及一种通过用于喷雾射流(spray jet)碰撞的喷嘴布置制造聚酰胺的方法，上述喷嘴布置包括至少一个形成具有第一喷雾射流横截面和第一喷雾射流纵向跨度轴的第一喷雾射流的喷嘴，并包括形成具有第二喷雾射流横截面和第二喷雾射流纵向跨度轴的第二喷雾射流的第二喷嘴，其中第一和第二喷雾射流具有面向重力场的喷射方向，并彼此排列相反，使得在面向重力场的喷射方向上，形成的喷射射流在碰撞区内碰撞。

技术实现思路

[0005]现今，增材制造(AM，也称作3D打印)使得人们能够快速、高质量地进行原型制作，制造轻质金属部件，以及构建人造人体组织。在多数AM方法中，将少量材料喷射并沉积，构成打印的产品。但是，尽管液体易于处理，但仅有固体在沉积之后保持其形状。因此，为了适应不同材料类别的特性，已经开发出多种AM技术。例如，喷墨打印适合于低粘度液体的沉积，挤出打印适合于中粘度塑料和含有细胞(cell
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containing)的水凝胶，固体和糊剂可以使用激光转移来处理，其中聚焦激光脉冲驱动“体素”(体积像素)从薄膜的喷射。但是，这些技术不仅在分辨率和生产量方面面临严重的权衡问题，而且它们还不能在单独的3D
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打印产品中对固相、软相和液相进行整合。
[0006]相反地，微流体使得可以进行在线处理：在从喷嘴喷射之后、但在其收集或分析之前，对流体进行操纵。在此，通过光学、电子或机械操纵，将少量液体、固体或气态材料在芯片上的通道中合并、分离甚或形成。这种通用性导致了工程、物理、化学、生物和医疗领域研
究的巨大进步和整合。但是，三种关键的局限性影响了微流体装置的广泛应用。首先，微流体芯片通常在10μl/min级别的流速下操作，这确保了最优的流量控制，并防止过度的压力增大导致装置损坏，但对于许多实际用途来说则太低。第二，微流体“基本单元(base unit)”(例如，液滴、颗粒和纤维)通常使用单独的低粘度同轴流动产生，以诱导乳化(在液滴微流体中)或者防止阻塞(在连续微流体中)。因此，基本单元一步沉积形成更大的、形状稳定的结构几乎不可行。即使这种共流(co
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flow)可以忽略，微流体装置出口处的液体粘度也会太低，不能得到作为常见打印技术背后根源的射流。第三，设计、制造、表面处理和微流体装置操作方面的挑战阻碍了其快速的原型制作和放大，因此导致可驱动微流体技术广泛应用的工序优化被延缓。
[0007]因此，本专利技术一方面提供另外可选的制造方法，其优选地进一步至少部分避免上述缺点中的一种或多种，其可以相对简单和/或可以相对易于实施。而且，本专利技术的目标是提供能够在气体中即在气态气氛中(特别是包括低真空)产生材料的装置。本专利技术目标在于克服或减轻现有技术缺点中的至少一种，或者提供可用的替代方案。
[0008]与多数微流体策略所涉及的液体环境相反，本专利技术涉及基本上完全在气态气氛中(“在空中(in air)”)进行的微流体策略。因此，本文所述的策略(和相关的制造方法)可以描述为空中微流体(in
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gas microfluidics)。具体地，由于空气可以大量获得，该制造方法可以在空气中进行。因此，该策略和制造方法在本文中也可以称作空中微流体(IAMF)。而且，以下使用的缩略语“IAMF”和术语“空中微流体”不排除使用任何其他的空气以外的气态气氛。具体地，本文所用的术语“在空中”、“气体气氛中”、“气态气氛中”和“空中”可完全互换。例如，如果使用该策略制备(半成品
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)产品或起始原料可易于氧化的材料，可以使用氮气气氛，或者气氛可以由惰性气体组成。另外，在本文中这些气态气氛可以包括在术语“空中”微流体和“IAMF”中。
[0009]具体地，在空气中或空中微流体中，AM的关键优势可以与微流体相结合。具体地，IAMF使得能够进行高生产量、无油微颗粒的制造，将液体和固体无直接接触地沉积到任意基底或接收元件上，同时提供材料相和形状的在线控制，如基于芯片的微流体所开发。IAMF的相关特征在于在空中在气态气氛中喷射之后、在撞击任何接收元件之前将物理上或化学上相互作用(反应)的液体合并，与微流体类似，因此得名。但是，与微流体相比较由于使用空气或其他气体作为分离相，流动通过部分不同的机制控制。在空中合并(coalescence)之后，处理过的材料可以具体收集在浴液中，产生微流体基本单元，或者沉积在固体表面上，以(部分)“打印”固体或液体材料，例如，覆盖另一材料，用于2D图案化，例如，用于产生材料库，并产生(复合)三维体。
[0010]因此，第一方面，本专利技术提供一种制造方法，其包括形成方法，该形成方法包括：使第一液体材料和第二液体材料在气体气氛中在接触点处彼此接触，其中在接触点处，第一液体材料和第二液体材料中的至少一种提供成在(各个射流)方向上传播的液体射流(jet)，以在接触点处提供在第三方向上传播的合并的第三材料的第三射流。
[0011]第一液体材料和第二液体材料基本上在(相互)接触点处彼此接触，以提供(合并的)第三材料。
[0012]上述方法可以包括在气体气氛中将包括第一液体材料的第一液体射流指向(虚拟)碰撞点，和将包括第二液体材料的第二液体射流指向(虚拟)碰撞点，以在碰撞点处提供
(合并的)第三材料。具体地，接触点包含碰撞点。这些方法实施方式(具体地其中至少两个射流在碰撞点处碰撞)具体地涉及“空中(in
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flight)”形成方法。
[0013]上述方法可以另外可选地(以及额外地，参见下文)包括“间接接触形成”方法。具体地，间接接触形成方法包括：通过包括第二装置面和第二装置开口的第二液体提供装置提供包括第二液体材料的第二液体射流，其中第二液体射流指向第二液体射流方向，并且在所述第二装置开口之上的位置处将第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造方法，其包括空中形成方法，所述空中形成方法包括：(i)在气体气氛(5)中使所述气体气氛(5)中的第一液体射流在第一射流方向(16)上以第一射流速率指向碰撞点(80)，其中所述第一液体射流包括第一液体材料(19)，和(ii)使所述气体气氛(5)中的第二液体射流在第二射流方向(26)上以第二射流速率指向所述碰撞点(80)，其中所述第二液体射流包括第二液体材料(29)，从而在所述碰撞点(80)处提供在第三方向(36)上传播的合并的第三材料(39)；其中所述第一液体材料(19)和所述第二液体材料(29)具有不同的表面张力；其中所述方法包括在所述碰撞点处将所述第一液体射流和所述第二液体射流中的一种提供成不间断的液体射流(13)，在所述碰撞点处将所述第一液体射流和所述第二液体射流中的另一种提供成间断的液体射流；且其中不间断射流的射流速率与间断射流的射流速率之比小于5，特别是2.5或更小，更特别是小于1.3。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液体射流和所述第二液体射流中的至少一者作为多个射流提供。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个射流包括2
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100个射流，特别是2
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25个射流，更特别是2
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10个射流。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一液体材料(19)和所述第二液体材料(29)具有不同的表面张力，且其中所述不同的表面张力之比为至少1.05且至多7。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一液体射流和所述第二液体射流的组合液体材料的至少50％、特别是至少70％、更特别是至少80％、甚至更特别是至少90％被收集在所述在第三方向上传播的合并的第三材料中。6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述制造方法进一步包括对所述第一液体射流和所述第二液体射流中的一种进行调节，用于在所述碰撞点(80)处将所述第一液体射流和所述第二液体射流中的所述一种提供成在垂直于各自射流方向(15)的方向上具有可变宽度(Wj)的不间断的液体射流(13)。7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中所述制造方法进一步包括对所述第一液体射流和所述第二液体射流中...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：离子流体学控股公司，
类型：发明
国别省市：