一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法技术方案

本发明专利技术给出了一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法，该系统包括包括打印供料装置、打印烧结装置、运动控制装置、计算机，打印供料装置包括雾化组件、氮气罐；打印烧结装置包括气溶胶喷头、CCD相机、激光烧结器、角度调节装置、打印平台；运动控制装置包括升降移动执行机构和水平移动执行机构，升降移动执行机构用于带动水平移动执行机构和角度调节装置进行升降移动及定位，水平移动执行机构用于带动气溶胶喷头和CCD相机进行水平左右移动及定位，CCD相机设置在气溶胶喷头一侧，计算机利用该运行控制方法实现打印供料装置、打印烧结装置和运动控制装置的协同作业控制。利用该系统可提高打印质量及效率，同时，降低打印耗材成本。印耗材成本。印耗材成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法


[0001]本专利技术涉及气溶胶制造
和激光烧结
，具体地说是一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法。

技术介绍

[0002]多相流喷射印刷最近成为一种有前途的非接触式直接印刷技术，能够以极高的精度和灵活性在塑料、金属、陶瓷和柔性材料等各种不同衬底类型上打印集成电子器件，因此，该技术可应用于制作可喷射印刷电路板和其他微纳电子器件。例如可打印制作微纳天线、晶体管，电容器，柔性传感器、微处理器和可植入生物系统。多相流喷射打印的生产成本低，通过AutoCAD软件生成喷印路径，通过其无掩膜的先进增材制造技术，降低打印电路的加工费用及时间。与其他打印方式相比，多相流微喷射打印在打印时喷头内有鞘气环绕气流的作用，因此墨水与喷头内壁不接触，可避免喷头腐蚀以及防止喷头堵塞。同时，鞘气流可以压缩雾化后的气溶胶小颗粒射流，可以实现高精度打印。
[0003]然而，多相流喷射打印因为其材料特点，在打印过程中也存在诸多问题。首先，多相流打印技术能够打印大多数墨水材料，但打印过后需要进行烧结才能对打印后的图案后续表征。传统的处理方式是打印之后将基材从打印平台上取下，之后利用激光器进行烧结固化，这样带来的后果是具有流动性的墨水会溢出打印边缘，从而极大地影响了打印的质量；其次，烧结过程中以及后续对多相流打印图案的表征问题，通常在烧结之后，我们才能够利用显微镜观察到烧结情况和打印图案的线条厚度、宽度、是否有缺陷等情况，不能够对实时出现的问题进行及时的处理，浪费了大量的打印墨水材料和打印基材；最后，多相流打印中的打印、烧结、观察形貌等每一个步骤的完成都需要将雾化器以及打印喷头等设备暂停才能进行下一步骤的操作，需要实验人员全程跟随操作，没能形成体系化过程，这极大地造成了精力和时间的双重浪费。上述问题严重制约着气溶胶三维打印技术的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法，该装置可以实现多相流喷射打印、烧结及监测实时同步进行，对打印后的图案实时烧结固化有效的防止墨水的溢出，利用CCD相机对打印和烧结过程实时监测，可以及时发现打印过程中出现的打印线路偏移以及过喷边缘溅射现象，以便及时对打印烧结过程出现的各种意外情况及时作出应对，从而节省了打印生产时间，避免了墨水以及基材的浪费，极大地提升了打印产品的质量和精度，保证打印过程的稳定性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，包括打印供料装置、打印烧结装置、运动控制装置、计算机，所述打印供料装置包括雾化组件、氮气罐；所述打印烧结装置包括气溶胶喷头、CCD相机、激光烧结器、角度调节装置、打印平台；所述氮气罐通过导管向所述雾化组件内提供氮气，所述雾化组件通过导管向所述气溶胶喷头提供金属墨水气溶胶颗粒，所述激光烧结器设置在所述角度调节装置上，
且角度调节装置用于调整所述激光烧结器的投射角度；所述运动控制装置包括升降移动执行机构和水平移动执行机构，所述升降移动执行机构用于带动所述水平移动执行机构和所述角度调节装置进行升降移动及定位，所述水平移动执行机构用于带动所述气溶胶喷头和CCD相机进行水平左右移动及定位，所述CCD相机设置在所述气溶胶喷头一侧，所述打印平台位于所述气溶胶喷头的下方，所述计算机用于实现所述打印供料装置、打印烧结装置和运动控制装置的协同作业控制，在所述升降移动执行机构和角度调节装置的共同作用下，实现所述激光烧结器发射的激光和气溶胶喷头喷出的金属墨水气溶胶颗粒始终能够处于同一点上。
[0006]优选地，所述雾化组件包括气动雾化装置和超声波雾化装置。
[0007]进一步地，所述角度调节装置包括固定底座、调节转轴、第一步进电机、编码器，所述调节转轴、第一步进电机和编码器均设置在所述固定底座上，且第一步进电机用于驱动所述调节转轴进行转动，所述编码器的输入轴通过键传动方式与所述调节转轴的一端相连接，在所述调节转轴的一侧设置一安装座，所述激光烧结器安装在所述安装座上，所述编码器和第一步进电机均与所述计算机电性连接。
[0008]进一步地，在所述固定底座上设置一辅助定位机构，所述辅助定位机构包括支撑架、电动推杆、定位块，所述支撑架固定设置在所述固定底座上，所述电动推杆设置在所述支撑架上，所述定位块设置在所述电动推杆的活动端，在所述调节转轴上设置一位于所述定位块下方的定位齿轮，在所述定位块上设置有若干与所述定位齿轮相匹配啮合的定位齿。
[0009]进一步地，所述升降移动执行机构包括竖直轨道、第二步进电机、升降滑块，所述竖直轨道竖直设置在地面上，所述升降滑块及第二步进电机均设置在竖直轨道上，所述第二步进电机采用齿条齿轮传动或丝杠传动方式实现所述升降滑块在竖直轨道上的升降驱动，所述固定底座固定设置在所述升降滑块的上部右侧。
[0010]进一步地，所述水平移动执行机构包括水平轨道、第三步进电机、水平移动滑块，所述水平轨道固定设置在所述升降滑块上，所述第三步进电机和水平移动滑块设置在所述水平移动滑块上，所述第三步进电机采用齿条齿轮传动或丝杠传动或链传动方式实现所述水平移动滑块在所述水平轨道上的水平移动驱动，所述气溶胶喷头竖直固定设置在所述水平移动滑块上。
[0011]优选地，在所述气溶胶喷头的出料端设置有出料通道和鞘气层通道，所述出料通道位于所述鞘气层通道的中部，且出料通道的下部和鞘气层通道的下部相贯通，所述鞘气层通道通过导管与所述氮气罐相贯通。
[0012]本专利技术还提供了一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统的运行控制方法，其特征是，包括上述所述的一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，还包括如下运行步骤：
[0013]步骤1：打印器件图案及代码优化：设置打印参数，并将一个预设电子器件图案进行建模，得到打印代码；对打印代码进行优化，以便实现所述气溶胶喷头喷射气溶胶的速度与移动速度匹配；
[0014]步骤2：打印准备；连接好打印装置，向所述雾化装置填充好所需要雾化墨水，利用纯氮气运输雾化气溶胶以及作为载气收缩气溶胶颗粒气体束，将电子器件放置在打印平台指定位置上；所述计算机启动第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机，并依据优化后
的打印代码，使得所述激光烧结器的激光烧结点和气溶胶喷头的喷射点均位于打印初始位置；
[0015]步骤3：打印、烧结和监测；在所述计算机依据优化后的打印代码的控制下，所述气溶胶喷头和激光烧结器同步沿着打印路径进行喷射及烧结工作，在进行喷射和烧结同步进行过程中，所述CCD相机同步进行工作，CCD相机对打印和烧结后的电子器件线条形貌进行实时监测，可以及时发现打印过程中出现的打印线路偏移以及过喷边缘溅射现象，使得计算机及时依据CCD相机监测的实时打印现象，进行打印路线及墨水喷射状态的实时调整。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]1、该基于多相流喷射打印的实时烧结系统及运行控制方法，主要解决了普通气溶胶打印后烧结不及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，其特征是，包括打印供料装置、打印烧结装置、运动控制装置、计算机，所述打印供料装置包括雾化组件、氮气罐；所述打印烧结装置包括气溶胶喷头、CCD相机、激光烧结器、角度调节装置、打印平台；所述氮气罐通过导管向所述雾化组件内提供氮气，所述雾化组件通过导管向所述气溶胶喷头提供金属墨水气溶胶颗粒，所述激光烧结器设置在所述角度调节装置上，且角度调节装置用于调整所述激光烧结器的投射角度；所述运动控制装置包括升降移动执行机构和水平移动执行机构，所述升降移动执行机构用于带动所述水平移动执行机构和所述角度调节装置进行升降移动及定位，所述水平移动执行机构用于带动所述气溶胶喷头和CCD相机进行水平左右移动及定位，所述CCD相机设置在所述气溶胶喷头一侧，所述打印平台位于所述气溶胶喷头的下方，所述计算机用于实现所述打印供料装置、打印烧结装置和运动控制装置的协同作业控制，在所述升降移动执行机构和角度调节装置的共同作用下，实现所述激光烧结器发射的激光和气溶胶喷头喷出的金属墨水气溶胶颗粒始终能够处于同一点上。2.根据权利要求1所述的一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，其特征是，所述雾化组件包括气动雾化装置和超声波雾化装置。3.根据权利要求1或2所述的一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，其特征是，所述角度调节装置包括固定底座、调节转轴、第一步进电机、编码器，所述调节转轴、第一步进电机和编码器均设置在所述固定底座上，且第一步进电机用于驱动所述调节转轴进行转动，所述编码器的输入轴通过键传动方式与所述调节转轴的一端相连接，在所述调节转轴的一侧设置一安装座，所述激光烧结器安装在所述安装座上，所述编码器和第一步进电机均与所述计算机电性连接。4.根据权利要求3所述的一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，其特征是，在所述固定底座上设置一辅助定位机构，所述辅助定位机构包括支撑架、电动推杆、定位块，所述支撑架固定设置在所述固定底座上，所述电动推杆设置在所述支撑架上，所述定位块设置在所述电动推杆的活动端，在所述调节转轴上设置一位于所述定位块下方的定位齿轮，在所述定位块上设置有若干与所述定位齿轮相匹配啮合的定位齿。5.根据权利要求4所述的一种基于多相流喷射打印的实时烧结系统，其特征是，所述升降移动执行机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁顺腾，张远明，宋时雨，刘颖杰，朱涛，王子文，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：