一种阵列化电流体动力喷印头制造技术

本发明专利技术公开了一种阵列化电流体动力喷印头，包括墨盒、和位于墨盒中部将该墨盒内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板，所述喷嘴板上布置有呈阵列布置的喷嘴孔，该喷嘴孔贯通所述上腔和下腔，所述墨盒下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口，所述喷嘴板下底面上设有上电极，墨盒下底面上设有下电极，从而在所述下腔内形成电场，上腔内的墨液穿过喷嘴孔进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口喷出进行喷印。本发明专利技术采用电流体动力喷印机理，射流直径可达到1～10微米，不受喷嘴直径影响，而且射流拖拽力较大，适用与高粘度溶液，且不会损坏材料。本发明专利技术具有结构简单，打印精度高，低成本的特点，具有很好的工业实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及喷印头领域，特别是一种阵列化喷墨打印头。
技术介绍
喷墨打印设备由于制造环境友好，节省打印材料，操作简单等优点，近年来被其它领域广泛应用。例如采用喷墨打印技术制造柔性电子晶体管、生物传感器、太阳能电池、微流芯片等方面。传统的喷墨打印技术主要采用静电连续式和按需打印，其中按需打印又包括压电式和热气泡式喷墨。传统的静电打印方法，诸如利用背景电极对墨粉进行荷电，图像信息利用控制单元转换为静电控制电场的图案，通过开闭带孔的电极阵列，从而选择性的让墨粉通过，在打印介质上形成图案，其为连续性喷墨打印，墨粉浪费大。压电式控制较复杂，结构尺寸精度要求较高，压电晶体及其附件的老化、变形、随时会使打印头性能下降，并且造成喷头寿命短，工作能耗高，而且喷射液滴定位精度不高。热气泡式对由于瞬间局部加热，对功能性材料有一定选择性，液滴尺寸较大。目前普遍认为按需打印时，液滴直径为针头直径的1. 89倍，打印线宽为20 50微米，如果需要更小的特征尺寸则需要制造更加细小的针头，这将对阵列化喷嘴的微制造工艺提出巨大的挑战。同时，在新的应用领域，墨水多为聚合物、高质量分数的溶液，具有粘度大，密度大等特点，使得喷嘴容易堵塞并回弹，无法有效产生液滴。综上所述，现有的喷墨打印技术以下几个缺点(1)喷印打印分辨率低液滴尺寸受限与喷嘴直径；(2)喷嘴容易堵塞；(3)喷嘴制造工艺复杂；(4)定位精度低。电流体动力喷印是具有前景的技术，目前电流体动力喷印方法主要应用于静电喷涂和静电纺丝方面，喷头设计也多以此应用展开。这些喷嘴主要包括一个中心电极，一个在上述中心电极周围的外电极，其间距离形成一个通道，液体流经该通道从出口喷出。该结构复杂，电极制造工艺繁琐。美国专利申请US2008/0003374A1中，采用简单的针头与远离针头的环形电极实现墨水的流变，但液体最终分裂成小液滴，无法精确控制。另外在 Jun-Sung Lee,Sang-Yoon Kim,Yong-Jae Kim, Jaehong Park(Design and evaluation of a a silicon based multi-nozzle for addressable jetting using a controlled flow rate in electrohydrodynamic jet printing, APPLIED PHYSICS LETTERS,93,243114, 2008)等的报道中，喷嘴的下部拉伸电极为平板结构上部针状电极，结构缺乏紧凑，无法实现阵列化喷嘴的制造。不能满足精确定位的工业需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种阵列化电流体动力喷印头，采用电流体动力喷印原理，通过控制电压实现射流的断裂，从而产生墨滴形成射流，从喷嘴处流出，实现喷印，解决了目前喷嘴制造工艺复杂，无法打印亚微米尺寸图案，高粘度墨水无法喷出等问题，具有高分辨率、高效率、适应高粘度墨水等优点。为实现上述目的所采用的具体技术方案如下一种阵列化电流体动力喷印头，包括墨盒，和位于墨盒中间将该墨盒内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板，所述喷嘴板上布置有呈阵列布置的喷嘴孔，该喷嘴孔贯通所述上腔和下腔，所述墨盒下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口，所述喷嘴板下底面上设有上电极，墨盒下底面上设有下电极，从而在所述下腔内形成电场，上腔内的墨液穿过喷嘴孔进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口喷出进行喷印。所述墨盒和喷嘴板由不导电的材料，如硅、玻璃等制成。所述喷嘴孔结构采用扩散/收缩管形状，即圆台型上部孔径大于下部孔径，该结构可防止液滴回弹。其中，所述上电极通过在喷嘴板下底面上涂覆导电金属形成，所述下电极通过在墨盒下部底面上的墨液出口周围涂覆导电金属形成。喷嘴孔阵列与墨液出口阵列一一对应。所述上电极和下电极在空间上平行，形成平行电极。喷印头采用电流体动力喷印原理。其原理是在两电极间施加电场时，引起墨液的电荷极化，在静电力的作用下液体发生流变行为，形成射流，从喷嘴处流出。通过控制电压实现射流的断裂，从而产生墨滴。本专利技术的技术方案是采用将平行电极直接制造在喷嘴上并在两电极之间形成空间电场，极化液体后，空间的静电力作为液体的驱动源。在平行电极间施加的为脉冲电压，实现射流的断裂控制。该喷嘴的具体工作方式如下通过墨液供给单元将打印墨水输送至墨盒腔体，使墨液充满墨盒腔体。通过外接脉冲电压发生器与外接控制单元进行寻址通电，实现单个电极的驱动。当脉冲电压加载在电极上时，由于极化作用在对应喷嘴处液体会发生流变行为， 当电压超过临界电压后，墨液形成射流喷出，喷印在基板上。当电压维持一段时间后，根据需要进行电压的去除，则射流消失，打印介质上留有液滴。一个喷印周期完成。实现一个液滴的喷印过程，如此重复并控制每个喷嘴的电压通断，并配合打印介质的运动即可实现图案的打印。为实现上述目的，墨盒层、喷嘴层、墨液出口层为不导电的绝缘材料，如硅、玻璃等。沉积在喷嘴层与下层电极上的电极为导电良好的金属，如金、银等。墨液范围广泛，为可极化的溶液。与现有的喷印头相比，本专利技术具有以下突出的优点(1)采用电流体动力喷印机理，射流直径可达到1 10微米，不受喷嘴直径影响；( 由于产生极化电荷，射流拖拽力较大，适用与高粘度溶液，且不会损坏材料；(3)简化工艺，结构简单。采用平行电极进行液体驱动，简化了针状电极的制造。相比其它喷印头，没有压电陶瓷，振动模片或者热气泡等复杂结构，结构简单，省略大量制造工艺，并一次性制造出喷嘴阵列；(4)提升打印精度，提高了打印性能。由于降低了两个电极之间的距离，同时射流置于腔体内，避免了喷嘴之间的干扰和空气的扰动干扰，从而提高了打印精度，降低了工作电压，便于工业应用；(5)节省材料，降低成本。由于结构简单，可采用玻璃-硅-玻璃三层结构。三层结构多为板状和槽型，制造简单。无其它驱动单元(如压电陶瓷等)减少了相应材料，从而总体降低了成本。附图说明图1是本专利技术实例的外观结构示意图；图2是本专利技术实例的剖面示意图；图3是本专利技术实例的分解结构示意图；图4是本专利技术实例的喷头阵列剖面示意图；图5是本下层单个喷嘴结构示意图；图6是喷嘴射流与脉冲电压加载的时序示意图；其中，1为墨盒，2为喷嘴板，3为墨液出口层，4为供液口，5为喷嘴孔，6为上电极， 7为下电极，8为墨液出口。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的阵列化电流体动力喷印头，采用电流体动力喷印原理，通过控制电压实现射流的断裂，从而产生墨滴形成射流，从喷嘴处流出，实现喷印。如图1 4所示，该喷印头包括墨盒1，和位于墨盒中间将该墨盒内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板2，其中，所述喷嘴板2上布置有呈阵列布置的喷嘴孔5，各喷嘴孔5贯通所述上腔和下腔，所述墨盒1下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口 8，所述喷嘴板 2下底面上设有上电极6，墨盒下底面上设有下电极7，从而在所述下腔内形成电场，墨液从墨盒1上的供液口 4供入墨盒1和喷嘴板2构成的上腔内，墨液穿过喷嘴孔5进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口 8喷出至打印介质上，待电压结束后，射流回弹断裂，实现墨滴的产生。单个喷嘴孔的结构如图5所示，主要参数包括喷嘴长度L，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种阵列化电流体动力喷印头，包括墨盒（１）、和位于墨盒（１）中部将该墨盒（１）内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板（２），所述喷嘴板（２）上布置有呈阵列布置的喷嘴孔（５），该喷嘴孔（５）贯通所述上腔和下腔，所述墨盒（１）下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口（８），所述喷嘴板（２）下底面上设有上电极（６），墨盒（１）下底面上设有下电极（７），从而在下腔内形成电场，上腔内的墨液穿过喷嘴孔（５）进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口（８）喷出进行喷印。

【技术特征摘要】
1.一种阵列化电流体动力喷印头，包括墨盒(1)、和位于墨盒(1)中部将该墨盒(1)内腔分隔为上腔和下腔的喷嘴板O)，所述喷嘴板(2)上布置有呈阵列布置的喷嘴孔(5)，该喷嘴孔(5)贯通所述上腔和下腔，所述墨盒(1)下部底面上设置有对应呈阵列布置的墨液出口(8)，所述喷嘴板( 下底面上设有上电极(6)，墨盒(1)下底面上设有下电极(7)，从而在下腔内形成电场，上腔内的墨液穿过喷嘴孔( 进入下腔，在下腔电场的作用下形成射流，通过墨液出口(8)喷出进行喷印。2.根据权利要求1所述的阵列化电流体动力喷印头，其特征在于，所述的所述墨盒和喷嘴板由不导电的材料制成。3.根据权利要求1或2所述的阵列化电流体动力喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永安，尹周平，布宁斌，潘艳桥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83