【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳悬臂结构制造，具体涉及一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印装置及方法。
技术介绍
1、微纳悬臂结构是一种常用的微机电系统(mems)的基本结构，在传感器、执行器、生物芯片等领域有着广泛的应用。微纳悬臂结构的特点是尺寸很小，一般在微米到纳米的范围内，有利于揭示微纳尺度下的物理现象，提高mems的性能和可靠性，拓展mems的功能和应用。随着微纳悬臂结构应用的发展，对其制造技术也提出了新的挑战。
2、传统微纳悬臂结构的制造基于光刻及溅射沉积等微制造手段，存在制造工序多，成本高的缺点，近年来研究者提出采用微纳3d打印的方法低成本制造微纳悬臂结构。华中科技大学熊伟等公开了一种基于激光直写的金属微纳3d打印方法(cn115106537a)，通过激光直写技术及化学还原技术，实现了无掩膜方式制造微纳三维金属结构，并展示了其打印微纳尺度弹簧状悬臂结构的能力；但是该方法在成型过程中，其衬底需整体浸泡于成型溶液中，因此难以实现在衬底上已有微纳结构的情况下精确定位并制造微纳金属悬臂结构，并且其在打印过程中需要对衬底进行多次清洗，工序复杂。宁波大学李凯等公开了一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法(cn113232317a)，其利用静电打印方法在衬底上逐滴/逐层打印三维简支梁结构，并利用高能激光去除一端三维固定支座或利用微切割技术分割简支梁机构，最终得到悬臂梁结构，该方法的优点是材料适应性广，加工周期短，并且便于在打印衬底上精确定位；但是该方法仍需在打印后利用激光烧蚀或刀具切割对打印结构进行二次加工，难以一次
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印装置及方法，使打印过程和烧结过程同步进行，直接成型微纳三维悬臂结构，节省制造时间，提升打印精度。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印装置，包括固定板12上安装的喷嘴位移装置4，喷嘴位移装置4上连接有一个以上的静电打印喷嘴1，和静电打印喷嘴1配合的激光器3安装在固定板12上，静电打印喷嘴1的正面、侧面设有正面观测相机8和侧面观测相机7并安装在固定板12上，静电打印喷嘴1在施加高压电后喷出微纳尺度的墨水液滴，喷嘴位移装置4将静电打印喷嘴1出口精确地置于激光光束聚焦光斑的正上方。
4、所述的正面观测相机8以及侧面观测相机7具有显微放大与测量功能，保证静电打印喷嘴1中心与激光聚焦光斑中心的在x、y方向上的精确对准并确保静电打印喷嘴1出口与激光光斑的在z轴方向上保持一定距离。
5、所述的静电打印喷嘴1中装有纳米功能材料墨水，由墨水供给装置2控制精确进给；静电打印喷嘴1外接高压电源5，电压为0-100kv,出口处形成静电驱动的微滴或射流。
6、所述的静电打印喷嘴1与激光器3通过调节安装使激光光束6倾斜照射，激光聚焦光斑位于静电打印喷嘴1下方。
7、所述的激光器3的激光波长范围为400nm-1300nm，激光功率范围在0-1000w之内，其聚焦光斑直径在100nm-10mm范围内，在打印过程中，根据不同材料的需求调节不同光斑及功率大小。
8、所述的静电打印喷嘴1内径在50nm-1mm范围内，静电打印喷嘴1正下方直径0-10cm范围内始终处于激光照射范围内。
9、通过调节静电打印喷嘴1与激光聚焦光斑在z轴方向上的距离在5μm-10mm范围内。
10、一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印方法，包括以下步骤：
11、1)配置用于静电打印的纳米功能材料墨水；
12、2)将纳米功能材料墨水注入静电打印喷嘴1，并将静电打印喷嘴1固定于喷嘴位移装置4上；
13、3)将激光跟随同步烧结的微纳结构静电打印装置安装于三维位移装置上；
14、4)打开激光器3，在多个正面观测相机8及侧面观测相机7的观测下，将静电打印喷嘴1移动到激光光束6在接收基底9上方形成的光斑的正上方；
15、5)将外置的高压电源5与墨水供给装置2连接到静电打印喷嘴1，打开高压电源5与墨水供给装置2并调整工艺参数，静电打印喷嘴1内的墨水在静电及挤出力的作用下喷出为微纳尺度液滴，在空气中被激光照射加热后，在接收基底9上形成单层结构；
16、6)随着三维位移平台沿特定轨迹移动，保持激光光束6与静电打印喷嘴1的相对位置不变，即激光光斑始终跟随静电打印喷嘴1同步移动，微纳尺度液滴从静电打印喷嘴1中喷出后在激光的作用下实时固化，直接逐层打印并烧结出质量均一、功能良好的三维微纳悬臂结构。
17、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
18、(1)本专利技术静电打印喷嘴在多个具有高倍放大功能的观测相机的辅助下精确置于激光聚焦光斑的正上方，射流在喷射到接收基底上激光光斑范围中的同时被激光加热烧结功能化，可实现打印过程和烧结过程的同步进行，可直接制造力学性能良好，无坍塌的微纳悬臂结构，不需要进一步后处理，节省制造时间。
19、(2)纳米功能材料墨水液滴在飞行的过程中即进入激光照射范围，受到激光加热的作用，其中的有机溶剂及聚合物分散剂受高温的作用下挥发升华，可进一步缩小喷出的液滴尺寸，提高打印精度。
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1.一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印装置，包括固定板(12)上安装的喷嘴位移装置(4)，其特征在于：喷嘴位移装置(4)上连接有一个以上的静电打印喷嘴(1)，和静电打印喷嘴(1)配合的激光器(3)安装在固定板(12)上，静电打印喷嘴(1)的正面、侧面设有多个正面观测相机(8)及侧面观测相机(7)并安装在固定板(12)上，静电打印喷嘴(1)在施加高压电后喷出微纳尺度的墨水液滴，喷嘴位移装置(4)将静电打印喷嘴(1)出口精确地置于激光光束聚焦光斑的正上方。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的正面观测相机(8)以及侧面观测相机(7)具有显微放大与测量功能，保证静电打印喷嘴(1)中心与激光聚焦光斑中心的在X、Y方向上的精确对准并确保静电打印喷嘴(1)出口与激光光斑的在Z轴方向上保持一定距离。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的静电打印喷嘴(1)中装有纳米功能材料墨水，由墨水供给装置(2)控制按一定流量进行精确进给；静电打印喷嘴(1)外接高压电源(5)，电压为0-100kV,出口处形成泰勒锥，稳定喷射出射流到激光光斑范围内，形成打
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的静电打印喷嘴(1)与激光器(3)通过调节安装使激光光束(6)倾斜照射，激光聚焦光斑位于静电打印喷嘴(1)下方。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的激光器(3)的激光波长范围为400nm-1300nm，激光功率范围在0-1000W之内，其聚焦光斑直径在100nm-10mm范围内，在打印过程中，根据不同材料的需求调节不同光斑及功率大小。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的静电打印喷嘴(1)内径在50nm-1mm范围内，静电打印喷嘴(1)正下方直径0-10cm范围内始终处于激光照射范围内。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过调节静电打印喷嘴(1)与激光聚焦光斑在Z轴方向上的距离在5μm-10mm范围内。
8.利用权利要求1-7任一项所述的装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种激光跟随同步烧结的微纳悬臂结构静电打印装置，包括固定板(12)上安装的喷嘴位移装置(4)，其特征在于：喷嘴位移装置(4)上连接有一个以上的静电打印喷嘴(1)，和静电打印喷嘴(1)配合的激光器(3)安装在固定板(12)上，静电打印喷嘴(1)的正面、侧面设有多个正面观测相机(8)及侧面观测相机(7)并安装在固定板(12)上，静电打印喷嘴(1)在施加高压电后喷出微纳尺度的墨水液滴，喷嘴位移装置(4)将静电打印喷嘴(1)出口精确地置于激光光束聚焦光斑的正上方。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的正面观测相机(8)以及侧面观测相机(7)具有显微放大与测量功能，保证静电打印喷嘴(1)中心与激光聚焦光斑中心的在x、y方向上的精确对准并确保静电打印喷嘴(1)出口与激光光斑的在z轴方向上保持一定距离。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的静电打印喷嘴(1)中装有纳米功能材料墨水，由墨水供给装置(2)控制按一定流量进行精确进给；静电打印喷嘴(1)外接高压电源(5)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺健康，李家欣，马启航，陈昱桦，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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