CN102267286B - 一种阵列化电流体动力喷印头 - Google Patents

一种阵列化电流体动力喷印头 Download PDF

Info

Publication number
CN102267286B
CN102267286B CN201110160094.5A CN201110160094A CN102267286B CN 102267286 B CN102267286 B CN 102267286B CN 201110160094 A CN201110160094 A CN 201110160094A CN 102267286 B CN102267286 B CN 102267286B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nozzle
cavity
fluid power
printing head
ink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110160094.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102267286A (zh
Inventor
黄永安
尹周平
布宁斌
潘艳桥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201110160094.5A priority Critical patent/CN102267286B/zh
Publication of CN102267286A publication Critical patent/CN102267286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102267286B publication Critical patent/CN102267286B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明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。

Description

一种阵列化电流体动力喷印头
技术领域
本发明涉及喷印头领域，特别是一种阵列化喷墨打印头。
背景技术
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，JaehongPark(Design and evaluation of a a silicon based multi-nozzle for addressable jettingusing a controlled flow rate in electrohydrodynamic jet printing，APPLIED PHYSICSLETTERS，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。
发明内容
本发明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。
本发明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，本发明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；(2)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是本发明实例的外观结构示意图；
图2是本发明实例的剖面示意图；
图3是本发明实例的分解结构示意图；
图4是本发明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。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明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，喷嘴输液管长M，进液口角度a，喷嘴输液管宽度d。本实施例中优选的具体参考尺寸如下：墨盒1壁厚2mm，墨盒深度3mm，长50mm.宽20mm；供液口4直径4mm；喷嘴板2厚度1mm；底部电极层侧边厚度2mm，底部厚度0.5mm；导电金属材料电极由真空蒸镀制作，厚度100nm；单个喷嘴具体尺寸，L为1mm，M为0.65mm，d为0.4mm，a为120度。
如图6所示，当以一个脉冲周期加载时，液滴的产生顺序。当脉冲电压未加载时，液滴在喷嘴处由于表面张力为弯液面，当脉冲电压达到峰值时，墨液受到极化，形成液锥，当持续加载电压时，形成射流并沉积在打印介质上。当脉冲电压停止加载，射流断裂，液滴停留在打印介质上。射流消失，墨液恢复初始状态。

Claims (5)

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；
其中，所述喷嘴孔结构采用扩散/收缩管形状，即喷嘴孔的上部孔径大于下部孔径，所述上电极（6）通过在喷嘴板（2）下底面上涂覆导电金属形成，所述下电极（7）通过在墨液出口（8）周围涂覆导电金属形成，该上电极（6）和下电极（7）在空间上平行，形成平行电极。
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印头，其特征在于，所述喷嘴孔（5）与墨液出口（8）一一对应。
4.根据权利要求1或2所述的阵列化电流体动力喷印头，其特征在于，所述墨液为可极化材料。
5.根据权利要求3所述的阵列化电流体动力喷印头，其特征在于，所述墨液为可极化材料。
CN201110160094.5A 2011-06-14 2011-06-14 一种阵列化电流体动力喷印头 Active CN102267286B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110160094.5A CN102267286B (zh) 2011-06-14 2011-06-14 一种阵列化电流体动力喷印头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110160094.5A CN102267286B (zh) 2011-06-14 2011-06-14 一种阵列化电流体动力喷印头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102267286A CN102267286A (zh) 2011-12-07
CN102267286B true CN102267286B (zh) 2014-03-05

Family

ID=45049834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110160094.5A Active CN102267286B (zh) 2011-06-14 2011-06-14 一种阵列化电流体动力喷印头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102267286B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103456835B (zh) * 2013-07-31 2015-11-18 华中科技大学 一种制备太阳能电池栅电极的装置及方法
CN103895345B (zh) * 2014-03-27 2016-01-20 华中科技大学 一种多功能电流体喷墨打印系统及方法
CN104015483B (zh) * 2014-06-10 2015-12-30 大连理工大学 一种聚焦式电流体动力射流打印喷头
US10022733B2 (en) * 2015-11-10 2018-07-17 Imagine Tf, Llc Microfluidic laminar flow nozzle apparatuses
CN106799891A (zh) * 2015-11-26 2017-06-06 深圳市富彩三维技术有限公司 一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法
CN111016434B (zh) * 2019-12-25 2021-07-27 西安交通大学 一种基于挤压模式的薄膜式喷墨打印头
CN112937122B (zh) * 2021-01-28 2022-11-11 华中科技大学 一种均匀喷射的电喷印喷头及系统
CN114242850A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 广东省科学院半导体研究所 一种微型led成品及微型led成品制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3949410A (en) * 1975-01-23 1976-04-06 International Business Machines Corporation Jet nozzle structure for electrohydrodynamic droplet formation and ink jet printing system therewith
US5790151A (en) * 1996-03-27 1998-08-04 Imaging Technology International Corp. Ink jet printhead and method of making
CN1637155A (zh) * 2004-01-07 2005-07-13 三星电子株式会社 采用电流体动力效应将生物分子印刷在基质上的装置和方法
KR100919411B1 (ko) * 2008-04-25 2009-09-29 연세대학교 산학협력단 전도성 라인형성을 위한 전기수력학 프린팅 장치 및 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7073896B2 (en) * 2004-02-25 2006-07-11 Eastman Kodak Company Anharmonic stimulation of inkjet drop formation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3949410A (en) * 1975-01-23 1976-04-06 International Business Machines Corporation Jet nozzle structure for electrohydrodynamic droplet formation and ink jet printing system therewith
US5790151A (en) * 1996-03-27 1998-08-04 Imaging Technology International Corp. Ink jet printhead and method of making
CN1637155A (zh) * 2004-01-07 2005-07-13 三星电子株式会社 采用电流体动力效应将生物分子印刷在基质上的装置和方法
KR100919411B1 (ko) * 2008-04-25 2009-09-29 연세대학교 산학협력단 전도성 라인형성을 위한 전기수력학 프린팅 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN102267286A (zh) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102267286B (zh) 一种阵列化电流体动力喷印头
JP5004806B2 (ja) インクジェットプリント法
CN109203677A (zh) 液体喷出模块
CN104191819B (zh) 喷嘴喷射独立可控的阵列化电流体喷印头及其实现方法
CN202345035U (zh) 一种阵列化电流体动力喷印头
CN103753956B (zh) 一种桌面式电流体喷墨打印系统及方法
JP2010179651A (ja) インクジェットプリンタ及びその駆動方法
CN103182844B (zh) 一种液体喷头
KR100917279B1 (ko) 액적분사장치
KR101366076B1 (ko) 잉크젯 프린팅 장치 및 그 구동방법
JP2014094565A (ja) ハイブリッド型インク吐出装置
CN1646322A (zh) 液体喷头
US20100265289A1 (en) Methods of driving an inkjet printing apparatus
US7001013B2 (en) Nanostructure based microfluidic pumping apparatus, method and printing device including same
CN204123788U (zh) 喷嘴喷射独立可控的阵列化电流体喷印头
KR20130082316A (ko) 하이브리드 잉크젯 프린팅 장치의 구동방법
KR101088413B1 (ko) 드롭-온-디맨드(ｄｒｏ ｐ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ) 구동방식의 전기수력학적 프린팅 헤드 및 그 제조 방법
CN203557841U (zh) 喷墨打印头及喷墨打印机
TW592983B (en) Film-forming device, liquid filling method thereof, device manufacturing method, device manufacturing apparatus, and device
KR100903963B1 (ko) 나노팁을 이용한 액적분사장치
KR20110082969A (ko) 압전방식 잉크젯 프린터 헤드
CN104015483B (zh) 一种聚焦式电流体动力射流打印喷头
KR101370031B1 (ko) 고점도 재료 분사를 위한 직접 인쇄방식의 프린트 헤드
CN202428807U (zh) 一种液体喷头
CN211000499U (zh) 一种喷墨打印机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant