原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法，其包括机座、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架，所述Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有X向移动机构，所述X向移动机构上设有Z向移动机构，在所述Z向移动机构上设有喷印机构，所述喷印机构的喷头一侧设有光聚合装置，所述光聚合装置通过调节机构固定设置在喷印机构上。通过电流体动力学喷印水凝胶微液滴，在电场诱导作用下导电水凝胶微液滴的微观结构会发生有序排列，通过光聚合装置对喷印的导电水凝胶微液滴进行实时在线原位光聚合，单体发生聚合形成的水凝胶网络更加均匀，有利于提高导电水凝胶的力学性能。有利于提高导电水凝胶的力学性能。有利于提高导电水凝胶的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法


[0001]本专利技术属于电流体动力学喷印
，具体涉及一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法。

技术介绍

[0002]导电水凝胶是将亲水性基质和导电介质有机结合起来的一种新型复合水凝胶，具柔韧性和导电性等特点，在电子皮肤、软体机器人、柔性传感器、柔性电池、柔性穿戴电子器件等领域具有广阔的应用前景。热聚合和光聚合是合成导电水凝胶的常用常见的方法，由于光聚合方法的成本低、操作简单、可控性好而成为较为流行的一种合成方法。目前传统的水凝胶模具成型工艺存在复杂结构成型困难、定制成本昂贵以及工艺周期长等问题，而基于挤压式3D打印技术具有定制简单、成本低等诸多优势，为导电水凝胶的成型工艺提供了新的思路。然而采用挤压式3D打印技术完成导电水凝胶的结构成型仍然面临一些问题，一是成型结构的精度不高，二是挤压式3D打印的分辨率低，采用光聚合方法会对导电水凝胶内部单体聚合产生不均匀性影响，从而影响导电水凝胶的力学性能和电学性能。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其包括机座、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架，所述Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有X向移动机构，所述X向移动机构上设有Z向移动机构，在所述Z向移动机构上设有喷印机构，所述喷印机构的喷头一侧设有光聚合装置，所述光聚合装置通过调节机构固定设置在喷印机构上，所述喷头与喷印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印。
[0006]所述Z向移动机构的另一侧设有监控装置，所述监控装置通过XYZ三轴微调机构固定设置在Z向移动机构上。
[0007]所述调节机构为连杆机构。
[0008]所述光聚合装置为可调功率UV灯。
[0009]所述喷印机构包括注射筒、用于控制注射筒的操作件、喷头以及用于带动操作件动作的驱动机构。
[0010]所述喷头与注射筒之间通过软管连接。
[0011]本专利技术还提供一种基于上述的原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备的喷印方法，其包括以下步骤：
[0012]步骤1、制备光聚合导电水凝胶材料喷印墨水；
[0013]步骤2、将步骤1中制备的光聚合导电水凝胶材料喷印墨水装入原位光聚合电流体
动力学喷印导电水凝胶图案设备的喷印机构；
[0014]步骤3、对原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备进行初始化操作；
[0015]步骤4、导入待喷印的导电水凝胶图案，并获取待喷印的导电水凝胶图案像素点实际直径；
[0016]步骤5、根据待喷印的导电水凝胶图案像素点的实际直径大小，确定制备导电水凝胶图案的制备工艺参数值；
[0017]步骤6、对导入待喷印的导电水凝胶图案进行处理，得到待喷印的导电水凝胶二值图像；
[0018]步骤7、采用扫描法对所待喷印的导电水凝胶二值图像进行制备路径规划，确定所待制备导电水凝胶图案的制备路径，根据制备路径、制备工艺参数值和制备的层数，生成水凝胶图案的喷印指令；
[0019]步骤8、原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备根据喷印指令，在待制备导电水凝胶图案的衬底上按需生成电流体动力学喷印水凝胶溶液微液滴，并实时在线原位对导电水凝胶微液滴进行光聚合，形成导电水凝胶网络图案。
[0020]步骤4中，
[0021]首先对导入的待喷印的导电水凝胶图案进行标定，确定待喷印的导电水凝胶图案实际尺寸与图像像素尺寸的单位转换，得到待喷印的导电水凝胶图案的标定系数式中，k为标定系数，l
a
为待喷印的导电水凝胶图案的实际长度， l
p
为待喷印的导电水凝胶图案在图像中对应像素点长度；
[0022]然后计算待喷印的导电水凝胶图案像素点实际直径d为待喷印的导电水凝胶图案像素点的实际直径，l
x
为待喷印的某段导电水凝胶图案中像素点长度，n为待喷印的某段导电水凝胶图案中像素点的个数。
[0023]步骤6中，对待喷印的导电水凝胶BMP位图进行灰度处理，然后采用中值滤波算法对所待喷印的导电水凝胶灰度图进行滤波处理，最后对中值滤波算法处理后的所待喷印的导电水凝胶图像进行二值化处理，得到所待喷印的导电水凝胶二值图像。
[0024]所述制备工艺参数值包括待喷印的导电水凝胶图案的喷头的流量值、高压电源的电压值、喷印高度值、喷印平台的移动速度值、光聚合装置的功率值、暂停时间大小，所述喷印指令包含喷印平台的运动信息、高压脉冲电源的开启/ 关闭信息、光聚合装置的开启时间/关闭信息以及光聚合装置的功率值及制备水凝胶图案的层数，所述平台的运动信息包括移动路径、运动速度、加速度和暂停时间。
[0025]本专利技术的有益效果：通过电流体动力学喷印水凝胶微液滴，在电场诱导作用下导电水凝胶微液滴的微观结构会发生有序排列，有利于提高水凝胶的电导率，从而提高了水凝胶的电学性能，另外，通过光聚合装置对喷印的导电水凝胶微液滴进行实时在线原位光聚合，单体发生聚合形成的水凝胶网络更加均匀，有利于提高导电水凝胶的力学性能，因此，原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备及方法有利于提高导电水凝胶图案的电学性能和力学性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的结构示意图。
[0027]图2为图1中A处的放大示意图。
[0028]图3为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0031]本专利技术公开了一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其包括机座1、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架3，所述Y向移动机构上设有喷印平台2，所述安装机架上设有X向移动机构4，所述 X向移动机构4上设有Z向移动机构5，在所述Z向移动机构上设有喷印机构6，所述喷印机构的喷头一侧设有光聚合装置8，所述光聚合装置通过调节机构固定设置在喷印机构上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：其包括机座、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架，所述Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有X向移动机构，所述X向移动机构上设有Z向移动机构，在所述Z向移动机构上设有喷印机构，所述喷印机构的喷头一侧设有光聚合装置，所述光聚合装置通过调节机构固定设置在喷印机构上，所述喷头与喷印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印。2.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述Z向移动机构的另一侧设有监控装置，所述监控装置通过XYZ三轴微调机构固定设置在Z向移动机构上。3.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述调节机构为连杆机构。4.根据权利要求1或3所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述光聚合装置为可调功率UV灯。5.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述喷印机构包括注射筒、用于控制注射筒的操作件、喷头以及用于带动操作件动作的驱动机构。6.根据权利要求1所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备，其特征在于：所述喷头与注射筒之间通过软管连接。7.一种基于权利要求1至6任意一项所述的原位光聚合电流体动力学导电水凝胶图案喷印设备的喷印方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤1、制备光聚合导电水凝胶材料喷印墨水；步骤2、将步骤1中制备的光聚合导电水凝胶材料喷印墨水装入原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备的喷印机构；步骤3、对原位光聚合电流体动力学喷印导电水凝胶图案设备进行初始化操作；步骤4、导入待喷印的导电水凝胶图案，并获取待喷印的导电水凝胶图案像素点实际直径；步骤5、根据待喷印的导电水凝胶图案像素点的实际直径大小，确定制备导电水凝胶图案的制备工艺参数值；步骤6、对导入...

【专利技术属性】
技术研发人员：武子棋，吴婷，张礼兵，宋海军，汤成莉，孙江，严湘颖，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：