CN105346250B - 采用并联机构的电流体动力学纳米流体打印方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用并联机构和电流体动力学(EHD)进行纳米流体打印的方法与装置，所述的打印方法为调整打印针头到打印基板达到合适的距离，根据打印基板位置调整好打印针头的起始位置，打开脉冲电源，并联机构带动打印头支撑盘，打印头支撑盘带动打印针头运动，打印出相应图形。本发明的装置包括打印头组件、打印基板、并联机构、纳米溶液容器、打印监控组件、LED频闪和高压电源，打印基板装有多个加热元件可进行快速升温。

Description

采用并联机构的电流体动力学纳米流体打印方法与装置

技术领域

本发明涉及电流体动力驱动打印以及柔性电子制造的技术领域。

背景技术

柔性电子又称为打印电子，是将有机/无机电子器件沉积在柔性基板上形成电路的技术。柔性电子性能与传统微电子相当，且具有便携、轻质，能伸展弯曲，且易于大面积打印等特点，在柔性显示器、薄膜太阳能电池、大面积传感器等多个领域得到了应用。

柔性电子制造过程通常包括：材料制备、沉积、图案化以及封装等步骤，其中活性材料与图案化技术突破，是柔性电子制造技术取得长足发展的关键。其中采用打印工艺能满足柔性电子低成本、低温、大面积、批量化工艺、非接触式、可实时调整、三维结构化等要求。采用溶剂溶解打印材料，打印后将溶剂蒸发，使柔性电子加工过程一直处于低温状态，从而保证打印材料的活性。将打印材料配置成纳米溶液，如纳米银、纳米铜等溶液，能直接制备银导线、铜导线等导电图案，具有着广泛的使用前景。

当前传统打印的驱动方式有热泡法、压电法、热屈曲法和声激励法等方法，均是采用传统“推”的方式。电流体动力学采用电场驱动以“拉”方式从液锥顶端产生极细的射流，可实现亚微米分辨率的打印，非常适合于复杂和高精度图案化的打印。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够适应于纳米溶液高精度图案化打印的装置及工艺，并能推广应用于非平面基体的打印。

本发明要解决的是现有纳米溶液打印的运动驱动多是采用X、Y、Z轴直线运动的方式，相应设备实现成本高的问题，设计了一套采用并联机构及电流体动力驱动的打印工艺与装置。

为实现本发明的目的，本发明所述的采用并联机构的电流体动力学纳米流体打印方法包括：该方法包括：将纳米溶质和溶剂配比成具有一定流动性的导电溶液，加注到纳米溶液容器，纳米流体导管一段连接纳米溶液容器，另一端连接打印针头，把纳米溶液容器安装到瓶塞上，并把打印针头安装到打印头支撑盘上，打开压缩空气控制器调整到合适气压，调整打印针头到打印基板达到合适的距离，打开高压直流电源并设置电压参数，设置合适的脉冲电压参数，根据打印基板位置调整好打印针头的起始位置，打开脉冲电源，控制模块驱动并联机构，并联机构带动打印头支撑盘，打印头支撑盘带动打印针头运动，在压缩空气和高压直流电流驱动下纳米溶液容器的纳米溶液进入纳米流体导管到达打印针头顶端，打印针头运动过程中在脉冲电压驱动下打印针头滴出纳米溶液，打印出相应图形。

本发明所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，包括打印头组件和打印基板，所述的纳米流体打印装置还包括并联机构、纳米溶液容器、打印监控组件、LED频闪和高压电源；

所述的打印头组件包括打印头支撑盘、打印针头，打印针头设于打印头支撑盘上，所述的打印监控组件和LED频闪也设于打印头支撑盘上；

所述的并联机构包括运动机构和基座，所述的运动机构设于基座上，所述的运动机构前端与打印头支撑盘连接；所述的纳米溶液容器也设于基座上；

所述的纳米溶液容器和打印机头之间通过纳米流体管道连接，纳米流体管道连接于纳米溶液容器的侧面；

所述的纳米溶液容器上设有接入压缩空气管道，所述的压缩空气管道与压缩空气控制器连接，压缩空气控制器用于控制压缩空气的输出，所述的压缩空气管道穿 过纳米溶液容器的瓶塞伸入到容器内，使压缩空气注入，并从容器侧面连接的的纳米流体管道压出纳米溶液，压缩空气控制器用于控制使用哪一个容器中的纳米流体进行打印。

所述的运动机构三套，所述的三套运动机构呈120°均布分布，每套运动机构包括电机、支链、前转动副、后转动副、曲柄、同步带、同步带轮，支链的前端设有前转动副，前转动副与打印头支撑盘一个边侧连接，在支链的后端设有后转动副，后转动副与曲柄连接，所述的电机通过同步带及同步带轮与曲柄连接，电机通过同步带驱动曲柄旋转，打印头支撑盘为平面移动。

所述的纳米溶液容器有三组，分别安装在基座上。

打印监控组件包括摄像头、微调螺母、视频支撑盘，所述的视频支撑盘安装于打印头支撑盘上，所述的摄像头、微调螺母安装于视频支撑盘上，所述的微调螺母安装于视频支撑盘的里侧；通过微调螺母的调节，实现在合适位置对打印过程进行监控；打印监控组件和打印针头在打印过程中同时运动，并保持恒定的距离与速度。

所述的打印基板固定在机架上，打印基板上部分的开孔用于安装加热元件，下部分的开口用于通冷却介质，以实现打印基板的快速加热与冷却，适用于特殊纳米流体的打印要求。

本发明的有效效果是：本发明是采用并联机构驱动打印运动，电流体动力驱动液滴喷射，以实现运动可靠、结构简单、低成本的纳米溶液打印，本发明还能实现基板非平面的打印。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为纳米流体瓶相关组件的结构示意图。

图4为打印监控组件的结构示意图。

为了更清楚说明本发明专利要解决的技术问题、技术方案及有效结果，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下文所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本实例。

本发明所述的采用并联机构的电流体动力学纳米流体打印方法包括：该方法包括：将纳米溶质和溶剂配比成具有一定流动性的导电溶液，加注到纳米溶液容器7，纳米流体导管5一段连接纳米溶液容器7，另一端连接打印针头1，把纳米溶液容器安装到瓶塞上，并把打印针头1安装到打印头支撑盘4上，打开压缩空气控制器调整到合适气压，调整打印针头1到打印基板11达到合适的距离，打开高压直流电源2并设置电压参数，设置合适的脉冲电压参数，根据打印基板11位置调整好打印针头1的起始位置，打开脉冲电源，控制模块驱动并联机构6，并联机构6带动打印头支撑盘4，打印头支撑盘4带动打印针头1运动，在压缩空气和高压直流电流驱动下纳米溶液容器7的纳米溶液进入纳米流体导管5到达打印针头1顶端，打印针头1运动过程中在脉冲电压驱动下打印针头1滴出纳米溶液，打印出相应图形。

本发明所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，打印头组件和打印基板11，所述的纳米流体打印装置还包括并联机构6、纳米溶液容器、打印监控组件10、LED频闪3和高压电源2。

所述的打印头组件包括打印头支撑盘4、打印针头1，打印针头1设于打印头支撑盘4上，所述的打印监控组件10和LED频闪3也设于打印头支撑盘4上。

所述的并联机构包括运动机构12和基座13，所述的运动机构12设于基座13上，所述的运动机构12前端与打印头支撑盘4连接；所述的纳米溶液容器有三个，分别为纳米溶液容器7、9、7A，它们设于基座13上。纳米溶液容器7安装到瓶塞8上，纳米溶液容器9和纳米溶液容器7A分别安装到各自的瓶塞上。

所述的纳米溶液容器7和打印针头1之间通过纳米流体管道5连接，纳米流体管道5连接于纳米溶液容器7的侧面。

在纳米溶液容器9、纳米溶液容器7A上也连接有各自的纳米流体管道，各自的纳米流体管道分别与打印针头1连接。

所述的纳米溶液容器7上设有接入压缩空气管道21，所述的压缩空气管道21与压缩空气控制器22连接，压缩空气控制器22用于控制压缩空气的输出，所述的压缩空气管道21穿过纳米溶液容器9的瓶塞伸入到容器内，使压缩空气注入，并从容器侧面连接的纳米流体管道5压出纳米溶液，压缩空气控制器22用于控制使用哪一个纳米溶液容器中的纳米流体进行打印。所述的压缩空气控制器22为控制阀。

所述的运动机构12有三套，所述的三套运动机构12呈120°均布分布，每套运动机构12包括电机19、支链18、前转动副20、后转动副16、曲柄17、同步带14、同步带轮15，支链18的前端设有前转动副20，前转动副20与打印头支撑盘4的一个边侧连接，在支链18的后端设有后转动副16，后转动副16与曲柄17连接，所述的电机19通过同步带14及同步带轮15与曲柄17连接，电机19通过同步带14驱动曲柄17旋转，打印头支撑盘4为平面移动。

所述的纳米溶液容器7有三组，分别安装在基座13上。

打印监控组件10包括摄像头23、微调螺母24、视频支撑盘25，所述的视频支撑盘25安装于打印头支撑盘4上，所述的摄像头23、微调螺母24安装于视频支撑盘25上，所述的微调螺母24安装于视频支撑盘25的里侧；通过微调螺母24的调节，实现在合适位置对打印过程进行监控；打印监控组件10和打印针头1在打印过程中同时运动，并保持恒定的距离与速度。

所述的打印基板11固定在机架上，打印基板11上部分的开孔用于安装加热元件，下部分的开口用于通冷却介质，以实现打印基板11的快速加热与冷却，适用于特殊纳米流体的打印要求。

上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明所属技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种修改或补充，或等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用并联机构的电流体动力学纳米流体打印方法，其特征在于该方法包括：将纳米溶质和溶剂配比成具有一定流动性的导电溶液，加注到纳米溶液容器，纳米流体导管一端连接纳米溶液容器，另一端连接打印针头，把纳米溶液容器安装到瓶塞上，并把打印针头安装到打印头支撑盘上，打开压缩空气控制器调整到合适气压，调整打印针头到打印基板达到合适的距离，打开高压直流电源并设置电压参数，设置合适的脉冲电压参数，根据打印基板位置调整好打印针头的起始位置，打开脉冲电源，控制模块驱动并联机构，并联机构带动打印头支撑盘，打印头支撑盘带动打印针头运动，在压缩空气和高压直流电流驱动下纳米溶液容器的纳米溶液进入纳米流体导管到达打印针头顶端，打印针头运动过程中在脉冲电压驱动下打印针头滴出纳米溶液，打印出相应图形。

2.一种采用并联机构的纳米流体打印装置，包括打印头组件和打印基板，其特征在于所述的纳米流体打印装置还包括并联机构、纳米溶液容器、打印监控组件、LED频闪和高压电源；所述的打印头组件包括打印头支撑盘、打印针头，打印针头设于打印头支撑盘上，所述的打印监控组件和LED频闪也设于打印头支撑盘上；所述的并联机构包括运动机构和基座，所述的运动机构设于基座上，所述的运动机构前端与打印头支撑盘连接；所述的纳米溶液容器也设于基座上； 所述的纳米溶液容器和打印机头之间通过纳米流体管道连接，纳米流体管道连接于纳米溶液容器的侧面；所述的纳米溶液容器上设有接入压缩空气管道，所述的压缩空气管道与压缩空气控制器连接，压缩空气控制器用于控制压缩空气的输出，所述的压缩空气管道穿 过纳米溶液容器的瓶塞伸入到容器内，使压缩空气注入，并从容器侧面连接的纳米流体管道压出纳米溶液，压缩空气控制器用于控制使用哪一个容器中的纳米流体进行打印。

3.根据权利要求2所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，其特征在于所述的运动机构有三套，三套所述的运动机构呈120°均布分布，每套运动机构包括电机、支链、前转动副、后转动副、曲柄、同步带、同步带轮，支链的前端设有前转动副，前转动副与打印头支撑盘一个边侧连接，在支链的后端设有后转动副，后转动副与曲柄连接，所述的电机通过同步带及同步带轮与曲柄连接，电机通过同步带驱动曲柄旋转，打印头支撑盘为平面移动。

4.根据权利要求2所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，其特征在于所述的纳米溶液容器有三组，分别安装在基座上。

5.如权利要求2所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，其特征在于打印监控组件包括摄像头、微调螺母、视频支撑盘，所述的视频支撑盘安装于打印头支撑盘上，所述的摄像头、微调螺母安装于视频支撑盘上，所述的微调螺母安装于视频支撑盘的里侧；通过微调螺母的调节，实现在合适位置对打印过程进行监控；打印监控组件和打印针头在打印过程中同时运动，并保持恒定的距离与速度。

6.如权利要求2所述的采用并联机构的纳米流体打印装置，其特征在于打印基板固定在机架上，打印基板上部分的开孔用于安装加热元件，下部分的开口用于通冷却介质，以实现打印基板的快速加热与冷却，适用于特殊纳米流体的打印要求。