CN106393983A - 一种液态金属打印墨盒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷机械领域，尤其涉及一种液态金属打印墨盒。该液态金属打印墨盒包括容腔和调节容腔的顶部压力的压力调节装置，其包括一端与容腔的顶部连通且另一端用于连通负压产生装置负压通道和/或对容腔的顶部可选择地加压的加压装置。此墨盒可防止所受重力作用较大的墨水从笔头泄漏和可以使墨水向下流动顺畅且速度合适。

Description

一种液态金属打印墨盒

技术领域

本发明涉及印刷机械领域，尤其是涉及一种液态金属打印墨盒。

背景技术

制约印刷电子技术发展的一个关键因素在于印刷电子材料的发展，传统的导电墨水有金属导电墨水、碳系导电墨水、有机导电墨水三类。液态金属是一种新近出现的导电墨水，通常指的是熔点低于200℃的低熔点合金，其中室温液态金属的熔点更低，在室温下即呈液态。与传统导电墨水相比，液态金属墨水的配置相对简单，打印后即具备导电性，无需其他处理，且导电率相对较高。除此之外，采用液态金属成本较为适中。

目前，液态金属打印机是通过上下敲击式进墨、旋转及平动输运、转印乃至压印黏附到基底等复合过程在内的流体输运方式控制液态金属墨水释放在基底上。但是在实际使用中，还有一些问题亟待解决。首先，因为液态金属墨水的粘度不同，有些液态金属墨水所受重力作用较大，因此很容易发生液态金属墨水从笔头泄漏出的现象，而有些墨水向下流动处笔头的过程中其流畅又不顺畅。其次，当墨水用尽时，向打印笔直接灌注墨水操作不方便。再次，液态金属墨水因其自身粘度大而流动不顺畅。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种液态金属打印墨盒，针对不同粘度的液态金属可防止液态金属墨水和如液态金属墨水这样所受重力作用较大的墨水从笔头泄漏和可以使墨水向下流动顺畅且速度合适。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，提供一种液态金属打印墨盒，包括用于储藏墨水的容腔，还包括：调节容腔的顶部压力的压力调节装置；压力调节装置包括负压通道和/或对容腔的顶部可选择地加压的加压装置，其中，负压通道的一端与容腔的顶部连通，另一端用于连通负压产生装置。

根据本发明，加压装置为与容腔的顶部连通且开度可变的通气管。

根据本发明，还包括：至少一个设置在容腔中的多孔材料件。

根据本发明，多孔材料件由海绵金属制成；或者多孔材料件为塑料海绵。

根据本发明，还包括：设置在容腔中的电加热件。

根据本发明，电加热件为电阻加热丝，电阻加热丝由容腔的顶部延伸至空腔的底部。

根据本发明，液态金属打印墨盒设置有储墨盒、输墨管和笔头，输墨管的顶端连接储墨盒；其中，储墨盒包括具有第一腔体的储墨盒主体，输墨管具有第二腔体，第一腔体和第二腔体共同构成容腔；其中输墨管包括：软管和由硬质材料制成的固定管，软管的顶端与储墨盒主体的底端连接，软管的底端与固定管连接，笔头连接于固定管；以及分别设置在软管的顶端和底端的第一连接管和第二连接管，其中，软管的顶端夹在第一连接管与储墨盒主体的底端之间，软管的底端夹在第二连接管与固定管之间。

根据本发明，储墨盒主体上设置有用于与打印机上的第一连接结构相配合的第二连接结构；和/或在软管的顶端和储墨盒主体的底端中的一个上设置第一凸起，另一个上设置与第一凸起配合的第一凹槽，第一凸起和第一凹槽构成密封结构；和/或在软管的底端和固定管中的一个上设置第二凸起，另一个上设置与第二凸起配合的第二凹槽，第二凸起和第二凹槽构成密封结构；和/或液态金属打印墨盒还包括套设在输墨管外的保护套管，保护套管与储墨盒主体的底端可拆卸地连接。

根据本发明，储墨盒主体上设置有用于与打印机上的第一连接结构相配合的第二连接结构。

根据本发明，在软管的顶端和储墨盒主体的底端中的一个上设置第一凸起，另一个上设置与第一凸起配合的第一凹槽，第一凸起和第一凹槽构成密封结构。

根据本发明，在软管的底端和固定管中的一个上设置第二凸起，另一个上设置与第二凸起配合的第二凹槽，第二凸起和第二凹槽构成密封结构。

根据本发明，液态金属打印墨盒还包括套设在输墨管外的保护套管，保护套管与储墨盒主体的底端可拆卸地连接。

根据本发明，还包括：设置在第一腔体的底部的液位传感器。

根据本发明，笔头包括：笔头外壳和至少两个球珠，笔头外壳的内部为空腔，笔头外壳的底端内壁上设有沿竖直方向排列的至少两个球碗，至少两个球珠一一对应地且可转动地设于至少两个球碗中、并且每相邻两个球珠能够彼此驱动转动，其中，至少两个球珠中最下方的球珠部分地伸出笔头外壳。

根据本发明，至少两个球珠中最下方的球珠的直径至最上方的球珠的直径依次增大。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明的液态金属打印墨盒包括压力调节装置，该压力调节装置包括加压装置和/或负压通道，加压装置对容腔的顶部可选择地加压，负压通道的一端与容腔的顶部连通，另一端用于连通负压产生装置。通常，因为液态金属墨水的黏度不同，有些种类的液态金属墨水在不使用状态下，需要通过负压通道在墨水上方的气相空间形成负压，以阻止液态金属墨水从与笔头泄漏出。有些种类的液态金属墨水在使用状态下向下运动过慢，需要通过加压装置在液态金属墨水上方的气相空间中加压以促进液态金属墨水向下运动，而有些种类的液态金属墨水便无需加压便可流畅、以合适的速度向下运动；也有些种类的液态金属墨水在使用状态下需要在液态金属墨水上方形成负压以减小液态金属墨水向下运动的速度。当然，也有些种类的液态金属墨水需要同时设置加压装置和负压通道。由此，可根据液态金属墨水的黏度选择设置加压装置和/或负压通道，以足以有效地防止液态金属墨水在不使用状态时不泄漏而在使用状态时流畅、以合适的速度向下运动。

本发明的液态金属打印墨盒还包括至少一个设置在容腔中的多孔材料件。其中，该多孔材料件对液态金属墨水起到阻挡作用，减缓液态金属墨水向下的运动速度，可更加有效地防止液态金属墨水从笔头泄漏。

本发明的液态金属打印墨盒还包括设置在容腔中的电加热件，通过电加热件的加热确保液态金属墨水在打印过程中始终处于液态。

本发明的液态金属打印墨盒还包括笔头，在笔头外壳的底端内壁上设有沿竖直方向排列的至少两个球碗，并且至少两个球珠一一对应地设于至少两个球碗中，每相邻两个球珠能够彼此驱动转动，且最下方的球珠部分地伸出笔头外壳，使得在打印时，位于最下方的球珠与基底接触，因摩擦力而转动，并由此转动带动位于其上方的球珠转动，通过球珠的旋转将液态金属墨水释放到基底上。通过竖直排列的至少两个球珠，阻挡了液态金属墨水向下流动。与打印墨盒中的压力调节装置配合，一方面防止了液态金属墨水从笔头泄露，另一方面保证液态金属墨水流畅的且以合适的速度从笔头流出。

本发明的液态金属打印墨盒，在软管的顶端和储墨盒主体的底端中的一个上设置第一凸起，另一个上设置与第一凸起配合的第一凹槽，第一凸起和第一凹槽构成密封结构；和/或在软管的底端和固定管中的一个上设置第二凸起，另一个上设置与第二凸起配合的第二凹槽，第二凸起和第二凹槽构成密封结构。由此，防止液态金属墨水在软管与储墨盒主体的连接处和/或软管与固定管的连接处泄漏。

附图说明

图1是本发明的液态金属打印墨盒的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中沿A-A截取的截面图；

图3是本发明的液态金属打印墨盒的T形凸起与打印机中的凹槽的连接示意图；

图4是本发明的液态金属打印墨盒的保护套管的一个实施例的结构示意图；

图5是图1中的笔头的局部结构示意图；

图6是安装本发明的液态金属打印墨盒在打印机中的定位架的结构示意图。

图中：

1：储墨盒；2：输墨管；3：笔头；4：电加热件；5：保护套管；6：第一连接结构；7：定位架；11：储墨盒主体；12：第一腔体；13：储墨盒塞；14：通气管；15：第二连接结构；21：软管；22：固定管；23：第一连接管；24：第二连接管；25：第二腔体；31：笔头外壳；32：球碗；33：主转动球珠；34：次转动球珠。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，本文中所提及的“上”、“下”、“顶”、“底”、“竖直”均以图1和图3中的定向为参照。

参照图1，本发明的液态金属打印墨盒的一个实施例，其包括用于储藏液态金属墨水的容腔和调节容腔的顶部压力的压力调节装置。其中，压力调节装置包括负压通道和/或对容腔的顶部可选择地加压的加压装置，负压通道的一端与容腔的顶部连通，另一端用于连通负压产生装置。

通常，因为液态金属墨水的黏度不同，有些种类的液态金属墨水在不使用状态下，需要通过负压通道在液态金属墨水上方的气相空间形成负压，以阻止液态金属墨水从与墨盒相连通的笔头泄漏出。有些种类的墨水在使用状态下向下运动过慢，需要通过加压装置在液态金属墨水上方的气相空间中加压以促进液态金属墨水向下运动，而有些种类的液态金属墨水便无需加压便可流畅、以合适的速度向下运动；也有些种类的墨水在使用状态下需要在液态金属墨水上方形成负压以减小液态金属墨水向下运动的速度。当然，也有些种类的液态金属墨水需要同时设置加压装置和负压通道。由此，可根据液态金属墨水的黏度选择设置加压装置和/或负压通道，以足以有效地防止液态金属墨水在不使用状态时不泄漏而在使用状态时流畅、以合适的速度向下运动。

在本实施例中，液态金属墨水为熔点小于200℃的低熔点金属。优选地，液态金属墨水为熔点小于200℃的低熔点金属和高熔点金属纳米颗粒的混合物。其中，更加优选地，低熔点金属为镓、镓基合金或铋基合金。

具体地，参照图1，在本实施例中，液态金属打印墨盒中设置有储墨盒1、输墨管2和笔头3，输墨管2的顶端连接储墨盒1。其中，储墨盒1包括储墨盒主体11，储墨盒主体11具有第一腔体12，输墨管2具有第二腔体21，第一腔体12和第二腔体21共同构成容腔。在本实施例中，储墨盒主体11的底端为漏斗形，其底端伸出有细长的端口，该底端端口构成储墨盒主体11和储墨盒1的底端。

由此，本实施例的液态金属打印墨盒，由于其结构的上述设置，本实施例的液态金属打印墨盒形成了一个整体式可方便更换的墨盒。在使用的过程中，如墨水使用完毕，无需采用现有技术中通过向墨盒中灌注墨水的方式，而是直接将本实施例的液态金属打印墨盒从打印机中取出后更换一个新的墨盒。本领域技术人员公知的，对于普通消费者，向打印机中的墨盒中灌注液态金属墨水并非易事，且容易污染周围环境。本实施例的液态金属打印墨盒克服了现有技术中的此问题。

进一步参照图1，储墨盒1还包括储墨盒塞13，该储墨盒塞13设置在第一腔体12的顶端。在制造该液态金属打印墨盒时，液态金属墨水通过第一腔体12的顶端注入到第一腔体12中，进而注入到第二腔体25中，也就是说，注入到整个容腔中。在注入后，储墨盒塞13安装在第一腔体12的顶端，以封堵第一腔体12的顶端。自此，可密封储存墨水。

在本实施例中，加压装置为与容腔的顶部连通且开度可变的通气管14。在本实施例中，通气管14设置在储墨盒塞13上。该通气管14在打开时连通于容腔，例如，使得容腔与外界大气连通进而通过外界大气为容腔加压，通过通气管的开度大小，调节墨水上方的气相空间的压力。当然，本发明不局限于此，例如，在其他可选的实施例中，可将通气管与其他充气装置连通以为容腔充气。

另外，在本实施例中，负压通道贯穿地设置在储墨盒主体11的侧壁上，其一端与容腔的顶部连通，另一端用于连通负压产生装置。

进一步参照图1至图3，储墨盒主体11上设置有用于与打印机上的第一连接结构6相配合的第二连接结构15。在本实施例中，该第二连接结构15为T形凸起，该T形凸起为由储墨盒主体11向外延伸的细部和由细部的伸出端向两侧横向延伸的横部构成。第一连接结构6为凹槽。T形凸起与凹槽卡接。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，第一连接结构6也可为T形凸起，第二连接结构15也可为凹槽。

继续参照图1，输墨管2包括软管21、固定管22、第一连接管23和第二连接管24。其中，软管21的顶端与储墨盒主体11的底端端口连接，软管21的底端与固定管32连接，由此，软管21和固定管22限定了第二腔体25。笔头3连接于固定管22，在本实施例中，笔头3套设在固定管22上。

此外，软管21在打印过程中能够弯曲，而固定管22由硬质材料制成，在打印过程中不能弯曲。第一连接管23设置在软管21的顶端且软管21的顶端夹在第一连接管23与储墨盒主体11的底端之间，第二连接管24设置在软管21的底端且软管21的底端夹在第二连接管24与固定管22之间。第一连接管23和第二连接管24分别加固了软管21的顶端和底端，以方便软管21与输墨盒主体、软管21与固定管22的连接。

进一步，软管21与储墨盒主体11插接连接，并且以过盈配合的方式连接。在本实施例中，软管21的外径大于储墨盒主体11的下端端口的内径，以使得软管21紧密的插接在储墨盒主体11的下端端口中。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，储墨盒主体11的下端端口可插接在软管21内。

软管21与固定管22插接连接，并且以过盈配合的方式连接。在本实施例中，软管21的外径大于固定管22顶端端口的内径，以使得软管21紧密的插接在固定管22中。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，固定管22可插接在软管21内。

更进一步，在软管21的顶端和储墨盒主体11的底端端口中的一个上设置第一凸起，另一个上设置与第一凸起配合的第一凹槽，第一凸起和第一凹槽构成密封结构，由此，防止墨水在软管21与储墨盒主体11的连接处泄漏。具体地，在本实施例中，第一凸起为设置在软管21的顶端的螺旋状凸起，第一凹槽为设置在储墨盒主体11的底端端口内的螺旋状凹槽，二者配合形成密封结构。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，第一凸起可为点状等其他形状，第一凹槽与第一凸起配合形成密封结构即可。

此外，在软管21的底端和固定管22中的一个上设置第二凸起，另一个上设置与第二凸起配合的第二凹槽，第二凸起和第二凹槽构成密封结构。由此，防止墨水在软管21与固定管22的连接处泄漏。具体地，在本实施例中，第二凸起为设置在软管21的顶端的螺旋状凸起，第二凹槽为设置在固定管22的顶端端口内的螺旋状凹槽，二者配合形成密封结构。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，第二凸起可为点状等其他形状，第二凹槽与第二凸起配合形成密封结构即可。

继续参照图1，在本实施例中，液态金属打印墨盒还包括设置在容腔中的电加热件4。优选地，电加热件4为电阻加热丝，电阻加热丝由容腔的顶部延伸至空腔的底部，在延伸过程中，电阻加热丝可按参照图1中示出的弯曲形状延伸，以增大与液态金属墨水的接触面积。由此，通过电加热件4的加热确保液态金属墨水在打印过程中始终处于液态。当然，本发明不局限于此，在其他可选的实施例中，电加热件4也可以为电热棒等。

此外，在本实施例中，液态金属打印墨盒还包括至少一个由多孔材料制成的多孔材料件(图中未示出)，该多孔材料件设置在容腔中，对墨水起到阻挡作用，减缓墨水向下的运动速度，以更加有效地防止墨水从笔头3泄漏并且控制墨水以合适的速度向下流动。优选地，多孔材料件由海绵金属制成，或者多孔材料件为塑料海绵。

参照图4，在本实施例中，打印墨盒还包括保护套管5，保护套管5套设在输墨管2外，与储墨盒主体11可拆卸地连接。用于保护输墨管2。在本实施例中，储墨盒主体11的底端端口与保护套管5螺纹连接，具体地，储墨盒主体11的底端端口设置有外螺纹，保护套管5的顶端端口设置有内螺纹。

优选地，打印墨盒还包括设置在第一腔体12的底部的液位传感器。用于测量储墨盒1中墨水的剩余容量。

参照图5，具体地，笔头3包括笔头外壳31和至少两个球珠，笔头外壳31的内部为空腔。笔头外壳31的底端内壁上设有沿竖直方向排列的至少两个球碗，至少两个球珠一一对应地且可转动地设于至少两个球碗中、并且每相邻两个球珠能够彼此驱动转动，其中，至少两个球珠中最下方的球珠部分地伸出笔头外壳31。

由此，在打印时，位于最下方的球珠与基底接触，产生摩擦力并因此最下方的球珠转动，进而带动位于其上方的球珠转动，通过球珠的旋转将墨水释放到基底上。特别地，通过竖直排列的至少两个球珠，阻挡了液态金属墨水向下流动。与液态金属打印墨盒中的压力调节装置配合，一方面防止了液态金属墨水从笔头泄露，另一方面保证液态金属墨水流畅的且以合适的速度从笔头流出。

继续参照图3，可理解，球碗32实现了使球珠可转动地设置在笔头3中，但限制了球珠脱离笔头3。在本实施例中，该笔头外壳31的底端内壁设置有向内延伸的环形凸起，该环形凸起构成上述球碗32。当然，球碗32的结构不局限于此，例如，在其他可选的实施例中，球碗32可由间断的环状凸起构成。

另外，优选地，至少两个球珠中最下方的球珠的直径至最上方的球珠的直径依次增大。

在本实施例中，设置两个球珠，位于下方的球珠称为主转动球珠33，位于上方的球珠称为次转动球珠34。其中，主转动球珠33的直径小于次转动球珠34的直径以方便液态金属墨水流出。当然，球珠的设置数量不局限于此，可理解，球珠的设置数量越多，对液态金属墨水的阻挡作用越强，因此，本领域技术人员可根据液态金属墨水流出的难易程度选择球珠的设置数量，以满足其可阻挡液态金属墨水泄露为准。

下面简述此液态金属打印墨盒的安装过程。

首先，液态金属打印墨盒在未安装时，输墨管2被保护套管5保护。

开始安装时，先拧下保护套管5，将固定管22垂直固定在打印机定位架7上(参照图6)，旋动定位架7上的旋钮使得定位架7夹紧打印笔，其中T形凸起与卡在打印机的凹槽上，最后开启通气管和/或负压产生装置，即可使用。

综上，本实施例的液态金属打印墨盒可整体更换，操作更加简单，更换的液态金属打印墨盒可统一处理，电加热件、液位传感器等可循环使用，减少资源和环境浪费。

当然，上述仅为本发明的一个实施例，本发明不局限于上述实施例的结构，例如，在其他可选的实施例中，第一连接结构和第二连接结构的设置、第一凸起和第一凹槽的设置、第二凸起和第二凹槽的设置以及保护套的设置中的一个可单独使用，或者可采用它们中的任意组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液态金属打印墨盒，包括用于储藏墨水的容腔，其特征在于，还包括：

调节所述容腔的顶部压力的压力调节装置；

所述压力调节装置包括负压通道和/或对所述容腔的顶部可选择地加压的加压装置，其中，所述负压通道的一端与所述容腔的顶部连通，另一端用于连通负压产生装置。

2.根据权利要求1所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述加压装置为与所述容腔的顶部连通且开度可变的通气管(14)。

3.根据权利要求1所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，还包括：

至少一个设置在所述容腔中的多孔材料件。

4.根据权利要求3所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述多孔材料件由海绵金属制成；或者

所述多孔材料件为塑料海绵。

5.根据权利要求1所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，还包括：

设置在所述容腔中的电加热件(4)。

6.根据权利要求5所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述电加热件(4)为电阻加热丝，所述电阻加热丝由所述容腔的顶部延伸至所述空腔的底部。

7.根据权利要求1所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述打印墨盒设置有储墨盒(1)、输墨管(2)和笔头(3)，所述输墨管(2)的顶端连接所述储墨盒(1)；

其中，所述储墨盒(1)包括具有第一腔体(12)的储墨盒主体(11)，所述输墨管(2)具有第二腔体(25)，所述第一腔体(12)和所述第二腔体(25)共同构成所述容腔；

其中，所述输墨管(2)包括：

软管(21)和由硬质材料制成的固定管(22)，所述软管(21)的顶端与所述储墨盒主体(11)的底端连接，所述软管(21)的底端与所述固定管(22)连接，所述笔头(3)连接于所述固定管(22)；以及

分别设置在所述软管(21)的顶端和底端的第一连接管(23)和第二连接管(24)，其中，所述软管(21)的顶端夹在所述第一连接管(23)与所述储墨盒主体(11)的底端之间，所述软管(21)的底端夹在所述第二连接管(24)与所述固定管(22)之间。

8.根据权利要求7所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述储墨盒主体(11)上设置有用于与打印机上的第一连接结构(6)相配合的第二连接结构(15)；和/或

在所述软管(21)的顶端和所述储墨盒主体(11)的底端中的一个上设置第一凸起，另一个上设置与所述第一凸起配合的第一凹槽，所述第一凸起和所述第一凹槽构成密封结构；和/或

在所述软管(21)的底端和所述固定管(22)中的一个上设置第二凸起，另一个上设置与所述第二凸起配合的第二凹槽，所述第二凸起和所述第二凹槽构成密封结构；和/或

所述液态金属打印墨盒还包括套设在所述输墨管(2)外的保护套管(5)，所述保护套管(5)与储墨盒主体(11)的底端可拆卸地连接。

9.根据权利要求7所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述笔头(3)包括笔头外壳(31)和至少两个球珠，所述笔头外壳(31)的内部为空腔，所述笔头外壳(31)的底端内壁上设有沿竖直方向排列的至少两个球碗(32)，所述至少两个球珠一一对应地且可转动地设于所述至少两个球碗(32)中、并且每相邻两个所述球珠能够彼此驱动转动，其中，所述至少两个球珠中最下方的球珠部分地伸出所述笔头外壳(31)。

10.根据权利要求9所述的液态金属打印墨盒，其特征在于，

所述至少两个球珠中最下方的球珠的直径至最上方的球珠的直径依次增大。