一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统及打印方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统及打印方法，系统包括气动发生装置、数控气雾喷射装置和数控自动打印基座，其中气动发生装置用于产生气溶胶雾，然后气溶胶雾随着惰性气体通过雾气输送管道输入数控气雾喷射装置，数控气雾喷射装置用于将气溶胶雾转化成带正电荷的颗粒，并喷射至数控自动打印基座上，数控自动打印基座完成打印。本发明专利技术采用感应电荷以及电场控制轨迹的方法将大颗粒打印材料液滴附上电荷并分散成极小的气溶胶颗粒，随后被电场力牵引至待增材基座上形成打印图案。理论上任何粘度支持其形成液滴的材料，通过这样的方式，都能够形成极细的颗粒进行打印并且节省打印时间。行打印并且节省打印时间。行打印并且节省打印时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统及打印方法


[0001]本专利技术涉及气溶胶打印技术，特别是涉及一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统及打印方法。

技术介绍

[0002]增值材料技术，即3D打印技术，是于80年代逐渐兴起的一项新型快速成型技术，它的发展开始撼动传统制造业的地位，并在许多高新科技行业展现独到的优势。
[0003]3D打印有多种不同形式，如FDM、DLP、EBF、SLA等，材料也多种多样，如热塑性塑料、各种合金、光敏树脂等，但广义上来说3D打印的过程主要为三大环节：软件建模，通过计算机对目标进行模型搭建；切片处理，通过特定的软件对模型进行切片；模型打印，通过3D打印机将切片层层堆积构建成目标模型。比较传统制造方式，3D打印机的生产速度主要取决于模型的大小而非结构，这使得它在复杂小模型的生产上有着绝对的优势，正与当代电子产业集成化、微型化的趋势契合。
[0004]气溶胶打印是3d打印技术中较新的技术，目前已广泛应用于制造各类产品，如传感器和晶体管，以及机电、电化学和光电器件。在很大程度上，这可以归因于气溶胶打印技术独特的能力和优势，包括:(i)高分辨率的材料沉积，(ii)适应广泛的油墨粘度，(iii)有一个大的距离，允许沉积在非平面表面，等等。
[0005]气溶胶打印过程的材料制备以雾化油墨为核心问题，可通过气动或超声波实现。在气动结构中，一股惰性气体的高压流动通过头部注入到油墨储液器中，在这里由于文丘里效应，油墨通过毛细管向上抽取，然后被射流剪切，产生不均匀的气溶胶雾。之后，采用一种称为虚拟冲击器的气动分离器，利用排气流过滤低线性动量的雾滴，并提供均匀的气溶胶流用于沉积。在超声雾化模式中，利用超声波雾化器直接形成气溶胶。实验数据表明，超声产生的气溶胶比气动产生的气溶胶更均匀，并在一定程度上更细，因此在超声波结构的气溶胶打印系统中，往往不需要虚拟撞击器进行筛选。但超声波发生器仅仅适用于粘度较小的油墨，这大大限制了材料的选择。
[0006]在均匀的气溶胶雾形成后，流向沉积头，并在沉积头周围引入鞘气流，鞘气流保护并限制打印喷头的喷射，使喷射的中心气溶胶流聚焦成一束沉积在自由表面上的直流，故鞘气的切入角度以及鞘气的流速与流量极大程度上影响了喷印的精度，同时，喷头移动的速度以及气溶胶流量显著限制了喷印的速度。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，解决了用超声波法和气动法以外的方法产生极细的打印材料并且可以有效解决高粘度材料雾化的问题，同时可以避开精准控制鞘气的技术难点而做到同样拥有高精度打印，并且可以有效提高打印速率。
[0008]技术方案：本专利技术的一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，包括气动发生装
置、数控气雾喷射装置和数控自动打印基座，其中气动发生装置用于产生气溶胶雾，然后气溶胶雾随着惰性气体通过雾气输送管道输入数控气雾喷射装置，数控气雾喷射装置用于将气溶胶雾转化成带正电荷的颗粒，并喷射至数控自动打印基座上，数控自动打印基座完成打印。
[0009]优选的，气动发生装置包括气动发生器和油墨罐，气动发生器的顶部轴向设有通气孔，通气孔底部密封；气动发生器的底部设有竖直方向的通液孔，通液孔的顶部开设有水平方向的气雾孔，通气孔和通液孔均与气雾孔连通，油墨罐为密封容器，其内部装有待打印液体材料，油墨罐顶部开设有第一通孔和第二通孔，气动发生器通过第一通孔半插入油墨罐中，使通液孔没入待打印液体材料中，并使气雾孔露出待打印液体材料，以使生成的气溶胶雾通过气雾孔散入油墨罐，并通过第二通孔进入数控气雾喷射装置。
[0010]优选的，数控气雾喷射装置包括混合增压仓、正极放电喷嘴、负极金属环、直流电源、包络室和导气管，混合增压的气雾输入口通过导气管与气动发生装置连通，气体输入口用于输入惰性气体，正极放电喷嘴设置于混合增压仓底部，用于将混合增压仓内中混合后的气雾喷出，负极金属环设置于正极放电喷嘴的下方，不与正极放电喷嘴接触，正极放电喷嘴和负极金属环设置于包络室内，且通过直流电源连接，包络室底部开设有略小于负极金属环的开口。
[0011]优选的，数控自动打印基座包括打印基座主体、显像板、数控压印器和数控传送臂，打印基座主体包括内置的激光发生仪和数控电路以及用于固定待打印电路板的基座钳，显像板设置在基座主体上方，且位于数控气雾喷射装置的包络室开口下方，数控压印器固定于数控传送臂的一端，且能够自由升降，数控传送臂的另一端固定有数控气雾喷射装置，激光发生仪将待打印图案发射到显像板上。
[0012]优选的，显像板的两端分别安装有用于充电的电针和回收刮。
[0013]本专利技术的另一实施例中，一种采用上述基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统的3D打印方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将适量的打印材料装入油墨罐中，将待打印电路板安置在打印基座主体上的显像板上方，打开电源；
[0015]S2、将需要打印的图案通过电脑传输至数控自动打印基座的激光发生仪；
[0016]S3、选择打印绝缘材料模式，系统会根据固有程序进行如下操作：通过加上7kv左右电压的放电极对显像板进行充电，充电完毕之后通过激光将图案曝光至显像板，将待打印电路板固定于显像板上表面；
[0017]S4、开始打印时，气动发生装置通入惰性气体，产生不带电的大颗粒打印材料气雾，将其传送至数控气雾喷射装置中的混合增压仓内，同时从侧孔向混合增压仓内输入高速惰性气体流，使气雾加速通过电位为4000V左右的喷嘴，此时负极金属环电位为0V，这时，气雾中的液滴被撕裂成更小的气溶胶颗粒并带上正电同时被分散开落到显像板带负电的图案上方覆盖的待打印电路板上，打印材料积累到所需厚度，完成打印；激光自动使显像板放电。
[0018]进一步的，步骤S3具体为：电针将显像板充电，此时显像板上下两面组成类似电容的原件，显像面带负电，此时电脑将需要打印的图案与显像板图案取补集传递给激光发生仪，激光发生仪将该图案通过激光的方式传递给其上端的显像板，此时显像板被激光照射
的部分导通，电荷中和，余下的为带负电的待打印图案。
[0019]进一步的，步骤S4中利用惰性气体向气动发生器的通气孔施压，当通气孔有足够大气压时，油墨罐里的材料从通液孔中被向上抽取，然后产生气溶胶雾；气溶胶雾随着惰性气体被送向数控气雾喷射装置，在数控气雾喷射装置的混合增压仓中，从侧端的气体输入口通入相同的惰性气体，该惰性气体在气腔内充分发展后形成小流量的高速发展的气体流从周围切入气溶胶雾，起到加速气雾的作用，高速的气雾通过由正极放电喷嘴和负极金属环组成的电极区域获得与正极放电喷嘴极性相同的正电荷，此时气雾颗粒由于其内部电荷间的排斥作用被撕裂形成更细小的颗粒，在负极金属环所形成的电场的作用下速度降低并被分散开。
[0020]进一步的，步骤S4中针对硬质较厚的导体打印基座：气雾颗粒从包络室喷出之后，进入包络室与显像板的间隙，由于颗粒带正电，显像板显示图案的区域带负电，所以颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，其特征在于，包括气动发生装置、数控气雾喷射装置和数控自动打印基座，其中气动发生装置用于产生气溶胶雾，然后气溶胶雾随着惰性气体通过雾气输送管道输入数控气雾喷射装置，数控气雾喷射装置用于将气溶胶雾转化成带正电荷的颗粒，并喷射至数控自动打印基座上，数控自动打印基座完成打印。2.根据权利要求1所述的基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，其特征在于，气动发生装置包括气动发生器(11)和油墨罐(12)，气动发生器(11)的顶部轴向设有通气孔(111)，通气孔底部密封；气动发生器(11)的底部设有竖直方向的通液孔(112)，通液孔(112)的顶部开设有水平方向的气雾孔(103)，通气孔(111)和通液孔(112)均与气雾孔(103)连通，油墨罐(12)为密封容器，其内部装有待打印液体材料，油墨罐(12)顶部开设有第一通孔(121)和第二通孔(122)，气动发生器(11)通过第一通孔(121)半插入油墨罐(12)中，使通液孔(112)没入待打印液体材料中，并使气雾孔(103)露出待打印液体材料，以使生成的气溶胶雾通过气雾孔(103)散入油墨罐(12)，并通过第二通孔(122)进入数控气雾喷射装置。3.根据权利要求1所述的基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，其特征在于，数控气雾喷射装置包括混合增压仓(13)、正极放电喷嘴(14)、负极金属环(15)、直流电源(16)、包络室(17)和导气管(18)，混合增压仓(13)的气雾输入口(131)通过导气管(18)与气动发生装置连通，气体输入口(132)用于输入惰性气体，正极放电喷嘴(14)设置于混合增压仓(13)底部，用于将混合增压仓(13)中混合后的气雾喷出，负极金属环(15)设置于正极放电喷嘴(14)的下方，不与正极放电喷嘴(14)接触，正极放电喷嘴(14)和负极金属环(15)设置于包络室(17)内，且通过直流电源(16)连接，包络室(17)底部开设有略小于负极金属环(15)的开口。4.根据权利要求1所述的基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，其特征在于，数控自动打印基座包括打印基座主体(19)、显像板(20)、数控压印器(21)和数控传送臂(22)，打印基座主体(19)包括内置的激光发生仪和数控电路以及用于固定待打印电路板的基座钳，显像板(20)设置在打印基座主体(19)上方，且位于数控气雾喷射装置的包络室(17)开口下方，数控压印器(21)固定于数控传送臂(22)的一端，且能够自由升降，数控传送臂(22)的另一端固定有数控气雾喷射装置，激光发生仪将待打印图案发射到显像板(20)上。5.根据权利要求4所述的基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统，其特征在于，显像板(20)的两端分别安装有用于充电的电针(201)和回收刮(202)。6.一种采用权利要求1
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5任一项所述基于电荷感应法的气溶胶3D打印系统的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将适量...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵禹翔，施建平，黄睿涛，郭保成，杨继全，冯春梅，仲奕君，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：