CN104015483B - 一种聚焦式电流体动力射流打印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明一种聚焦式电流体动力射流打印喷头属于喷墨打印技术领域，涉及一种聚焦式电流体动力射流打印喷头。打印喷头由上模块、中模块和下模块键合而成；上模块上刻蚀有一个墨水入口、一个储墨池、若干流场和若干分墨池，每一个分墨池下方对应单独一个喷孔系统；中模块上刻蚀有若干上喷孔,位于每个上喷孔上方溅射有一个上电极，上电极接高压脉冲电源的正极；下模块上刻蚀有若干下腔室和下喷孔，一个下喷孔上方溅射有一个下电极，下方溅射有一个导电层，导电层作为微电铸工艺的种子层其上生长有聚焦电极，下电极和聚焦电极也接高压脉冲电源的正极。本发明采用了聚焦电极对带电射流进行聚焦，避免其扩散和破碎，并采用每个喷孔对应独立分墨池，每个喷孔液体流量和体积稳定，有效地提高了电射流打印图案的精度、稳定性和控制性。

Description

一种聚焦式电流体动力射流打印喷头

技术领域

本发明属于喷墨打印技术领域，涉及一种聚焦式电流体动力射流打印喷头。

背景技术

喷墨打印技术是一种非接触、无需模板、柔性、低成本的图形化技术，具有制造环境友好、操作简单等优点，被广泛应用，近年来在柔性电子、微纳传感器等方面展现了突出优势。传统的喷墨打印技术主要采用压电式和热气泡式喷墨原理。压电式喷墨打印是通过压电晶体的收缩和膨胀变形，使墨水从喷孔喷出，其控制过程较复杂、压电部件的老化容易导致打印性能下降和喷头寿命降低。热气泡式喷墨打印是通过电脉冲把小墨仓加热到一定程度，墨水中产生气泡把墨水挤压出来,其液滴尺寸较大、分辨率较低，而且对功能性材料有一定选择性。此外，压电式和热气泡式喷墨打印的特征尺寸要大于喷孔直径，目前喷孔直径为20～50微米，打印特征尺寸大于20微米，如果需要打印更小的特征尺寸，则需要更为细小的喷孔，这将增大喷头的制作难度。同时，对于高粘度、高浓度的功能墨水，极易导致喷孔的堵塞，影响喷头寿命及打印精度。

电流体动力射流打印技术是基于电流体动力效应，流体在重力、电场力、机械力、流体表面张力等作用下，在喷针出口处形成大缩径比的稳定精细射流，利用此射流进行微纳米分辨率的精细图案打印。与传统基于压电或热气泡式原理的喷墨打印过程相比，电流体动力射流打印具有分辨率高、墨水适应性广、打印液滴可控性强等优点。尤为关键的是，基于电射流原理可以实现大喷孔打印小液滴，其喷孔和液滴直径之比可达到50:1。电流体动力射流打印具有广阔的应用前景，其中电流体动力射流打印喷头是电流体动力射流打印技术的关键。目前，电流体动力射流打印喷头多为单喷孔结构，其打印效率低。黄永安的中国专利“一种阵列化电流体动力喷印头”专利号为ZL201110160094.5中，阵列喷头中每个喷孔的下电极为单一环状电极，这种电极结构的径向电场力较大，容易引起射流的破碎雾化，影响打印结构的可控性和打印精度，此外，此专利中的阵列喷孔共用一个墨盒空腔，每个喷孔的墨水供给体积、墨水流量无法精确保证，影响打印的可控性。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服上述技术的不足，发明一种聚焦式电流体动力射流打印喷头，采用聚焦电极并施加一定电压，对电流体作用下形成的带电射流进行聚焦，防止其扩散和破碎，并通过采用每个喷孔对应独立分墨池方法，使得每个喷孔的墨水体积和压力保持稳定，获得打印精度高、可控性强的电流体动力射流打印喷头。

本发明采用的技术方案是一种聚焦式电流体动力射流打印喷头，其特征是，打印喷头由上模块1、中模块2和下模块3键合而成；

所述的上模块1上刻蚀有一个墨水入口4、一个储墨池5、若干流场6和若干分墨池7，每一个分墨池7下方对应单独一个喷孔系统；

所述的中模块2上刻蚀有若干上喷孔9,位于每个上喷孔9上方溅射有一个上电极8，上电极8接高压脉冲电源的正极；

所述的下模块3上刻蚀有若干下腔室10和若干下喷孔12，位于每个下喷孔12上方溅射有单独一个下电极11，下电极11接高压脉冲电源的正极，但电压低于上电极8，位于每个下喷孔12下方溅射有单独一个导电层13，聚焦电极14位于导电层13下方，聚焦电极14接高压脉冲电源的正极,电压高于下电极11。

打印喷头的上模块1、中模块2和下模块3使用材料均为不导电的玻璃。

本发明的有益效果是：采用了聚焦电极对带电射流进行聚焦，避免其扩散和破碎，并采用每个喷孔对应独立分墨池，每个喷孔液体流量和体积稳定，有效地提高了电射流打印图案的精度、稳定性和控制性。

附图说明

图1为聚焦式电流体动力射流打印喷头整体装配图。

图2为打印喷头中单个喷孔系统的剖面结构示意图(A-A)。

图3为打印喷头上模块结构示意图(B-B)。

图4为打印喷头下模块结构示意图(C-C)。

图5为打印喷头中模块结构示意图。

其中：1为上模块，2为中模块，3为下模块，4为墨水入口，5为储墨池，6为流场，7为分墨池，8为上电极，9为上喷孔，10为下腔室，11为下电极，12为下喷孔，13为导电层，14为聚焦电极。

图6为聚焦式电流体动力射流打印喷头聚焦仿真的电势等势线分布图。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图对本发明作进一步详细说明：

如附图1～5所示，本发明的聚焦式电流体动力射流打印喷头由上模块1、中模块2和下模块3键合而成。所述的上模块1上刻蚀有一个墨水入口4和一个储墨池5，十个流场6和十个分墨池7，墨水从墨水入口4处进入储墨池5，再通过各个流场6进入分墨池7，每个分墨池7下方分布单独一个喷孔系统。所述的中模块2上刻蚀有十个上喷孔9,位于每个上喷孔9上方溅射有一个上电极8，上电极8接高压脉冲电源的正极。所述的下模块3上刻蚀有十个下腔室10和十个下喷孔12，位于每个下喷孔12上方溅射有一个下电极11，下电极11也接高压脉冲电源的正极，但电压低于上电极8，位于每个下喷孔12下方溅射有一个导电层13，聚焦电极14是在导电层13上，利用微电铸工艺形成的，聚焦电极14接高压脉冲电源的正极，电压高于下电极11。

这种聚焦式电流体动力射流打印喷头的具体工作方式是：墨水从墨水入口4进入储墨池5，储墨池5中存储的墨水在一定的压力作用下会经过各个流场6进入单独的分墨池7中，由于每个分墨池7对应单独一个喷孔系统，可以保证每个喷孔喷出的墨水体积和压力一致，通过控制上电极8和下电极11之间的电压差，墨水在电场力的作用下在下腔室10内形成精细射流，射流内流体带有同种电荷，由于库伦斥力，容易分散并破碎成小液滴，此时使聚焦电极14带有正电，并通过控制聚焦电极14和下电极11之间的电压差，可对射流进行聚焦，避免其扩散和破碎，从而保证电射流打印图案的精度、稳定性和控制性，有效地提高电射流打印图案的质量。

如附图6所示，为该打印喷头的聚焦效果仿真的电势等势线分布图，上电极8、下电极11和聚焦电极14均接高压脉冲电源的正极，上电极8和聚焦电极14的电压高于下电极11。可以看出，位于聚焦电极14和下电极11之间的等势线呈明显的弯曲状，箭头的方向为电场力的方向沿等势线垂直方向，从电势高的地方指向电势低的地方，即正电荷受力方向；根据电流体动力射流打印原理可知，电流体动力作用下的射流带有正电，所以这种指向中心的电场力对射流具有向内汇聚作用，对射流具有聚焦作用，从而可以有效地抑制了射流的扩散和破碎，保证电射流打印图案的精度、稳定性和控制性。

Claims (2)

1.一种聚焦式电流体动力射流打印喷头，其特征是，打印喷头由上模块(1)、中模块(2)和下模块(3)键合而成；

所述的上模块(1)上刻蚀有一个墨水入口(4)、一个储墨池(5)、若干流场(6)和若干分墨池(7)，每一个分墨池(7)下方对应单独一个喷孔系统；

所述的中模块(2)上刻蚀有若干上喷孔(9),位于每个上喷孔(9)上方溅射有一个上电极(8)，上电极(8)接高压脉冲电源的正极；

所述的下模块(3)上刻蚀有若干下腔室(10)和若干下喷孔(12)，位于每个下喷孔(12)上方溅射有单独一个下电极(11)，下电极(11)接高压脉冲电源的正极，但电压低于上电极(8)，位于每个下喷孔(12)下方溅射有单独一个导电层(13)，聚焦电极(14)位于导电层(13)下方，聚焦电极(14)接高压脉冲电源的正极,电压高于下电极(11)。

2.根据权利要求1所述的一种聚焦式电流体动力射流打印喷头，其特征是，打印喷头的上模块(1)、中模块(2)和下模块(3)使用的材料均为不导电的玻璃。