CN106541574A - 一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法 - Google Patents

一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法 Download PDF

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荣伟彬
邢济尧
孙定
王乐锋
孙立宁
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Rong Haoran
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法，本发明涉及一种打印装置及打印方法，本发明为了解决传统的减材式制造方法过程繁琐复杂、耗时长、灵活性差，影响了产品的批量生产，减材式制造的难度大，成本高，原料利用率低，制造原料的浪费的问题，本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括运动控制模块、实时显微视觉反馈控制系统和气动点胶系统，气动点胶系统设置在运动控制模块上方，实时显微视觉反馈控制系统与运动控制模块连接。所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一:注入粘胶剂；步骤二：输入图案；步骤三：加工出液；步骤四：紫外光照射。本发明用于点胶机打印领域。

Description

一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法
技术领域
本发明涉及一种打印装置及打印方法，具体涉及一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法。
背景技术
微米级结构在微机电系统、微流控、生物医学等领域有着广泛的应用。目前，微结构的制造方法多数为自上而下的减材式制造方法，如光刻、电子束刻蚀、直写激光刻蚀等。这些减材式制造方法过程繁琐复杂、耗时长、灵活性差，影响了产品的批量生产和柔性制造。此外，这些方法往往需要精密复杂的设备，如光刻机、激光直写设备等，增加了制造的难度和成本。另外，减材式制造方法原料利用率低，造成了制造原料的浪费。因此，提出一种过程简单、灵活、制造周期短、材料利用率高的微结构制造方法尤为重要。
发明内容
本发明为了解决传统的减材式制造方法过程繁琐复杂、耗时长、灵活性差，影响了产品的批量生产，减材式制造的难度大，成本高，原料利用率低，制造原料的浪费的问题，进而提供一种基于机器人化点胶机打印装置及打印方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括运动控制模块、实时显微视觉反馈控制系统和气动点胶系统，气动点胶系统设置在运动控制模块上方，实时显微视觉反馈控制系统与运动控制模块连接。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一:注入粘胶剂：向带有旋锁接口的注射器针管9内注入粘胶剂10，并保证带有旋锁接口的注射器针管9与气压控制器8的出气口连通；
步骤二：输入图案：将设计的图案输入计算机图像处理控制系统7内，通过计算机图像处理控制系统7控制三轴线性运动平台1沿竖直方向靠向微米级喷嘴11的出液端移动，使微米级喷嘴11的出液端与基底4的上端面接触；
步骤三：加工出液：通过气压控制器8向带有旋锁接口的注射器针管9内施加压力，通过微米级喷嘴11喷出粘胶剂10，控制配出粘胶剂10符合加工要求，计算机图像处理控制系统7控制三轴线性运动平台1和三轴倾斜物台2与微米级喷嘴11产生相对运动，按照输入至计算机图像处理控制系统7的图案使微米级喷嘴11在基底4上喷出粘胶剂10，使喷出的粘胶剂10在基底4表面沉积成计算机图像处理控制系统7输入的图案；
步骤四：紫外光照射：使用紫外光照射器将基底4上沉积的微米级喷嘴11喷出的图案进行紫外光照射，进而完成微米级图案的打印。
本发明的有益效果是：
1、本发明中将微米级喷嘴11内径降低至几微米，来提高系统加工分辨率。
2、带有旋锁接口的注射器针管9末端与气压控制器8连接，通过气压驱动带有旋锁接口的注射器针管9中的粘胶剂10经由微微米级喷嘴11挤出，在基底4表面直接沉积出微图案。通过光学显微镜5和变焦距镜头6进行观察，通过计算机图像处理控制系统7控制带有控制器的其驱动器3调节三轴线性运动平台1进行垂直方向的运动，可调控微米级喷嘴11和基底4表面的接触状态，实时监测打印和出胶情况，保证加工过程的顺利进行。
3、本发明能自动控制带有旋锁接口的注射器针管9与基底4之间依照预设图案进行相对运动，实现不同形状微结构的制造。
4、本发明具有两种工作模式：连续模式及间断模式，可分别实现线状图案和点状图案的加工。
5、本发明在连续工作模式下，通过协调控制气压控制器8的气压、微米级喷嘴11内径和刻写速度来调节胶体沉积速率，从而改变线状图案的宽度。在间断工作模式下，通过控制气压控制器8的气压、微米级喷嘴11内径、微米级喷嘴11和基底4表面接触时间，从而控制点状图案的直径大小，提高原料利用率，节约成本。
6、本发明是一种自下而上的加工方法，并且可以直接在基底4表面沉积出微米级图案，不同于减材式的加工方法，该方法不需要制作掩模，制造过程有很大的简化，缩短了制造周期。适合批量加工，存储在带有旋锁接口的注射器针管9的胶黏剂几乎全部可用于微图案的加工，相比于减材式制造方法，提高了原材料的利用率。由于微米级喷嘴11内径可降低至几微米，提高了加工分辨率。此外，通过自开发控制程序，可以直接控制微米级喷嘴11与基底4之间按照预设图案进行相对运动，形成不同图案，使得加工具有灵活性，加工效率高。
7、本发明具有加工过程简单灵活、分辨率高、可控性好、无需复杂设备、原材料利用率高、制造周期短等优点。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图，图2是注射器针管9和微米级喷嘴11喷射粘胶剂10在基底4上工作示意图，图3是本发明工作流程说明图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种基于机器人化点胶机打印装置，它包括运动控制模块、实时显微视觉反馈控制系统和气动点胶系统，气动点胶系统设置在运动控制模块上方，实时显微视觉反馈控制系统与运动控制模块连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于机器人化点胶机打印装置，运动控制模块包括三轴线性运动平台1、三轴倾斜物台2、带有控制器的其驱动器3和基底4，基底4安装在三轴倾斜物台2上，三轴倾斜物台2安装在三轴线性运动平台1上，且三轴线性运动平台1和三轴倾斜物台2均与带有控制器的其驱动器3连接，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于机器人化点胶机打印装置，实时显微视觉反馈控制系统包括光学显微镜5、变焦距镜头6和计算机图像处理控制系统7，光学显微镜5安装在变焦距镜头6上，且变焦距镜头6与计算机图像处理控制系统7连接，计算机图像处理控制系统7与带有控制器的其驱动器3连接，其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于机器人化点胶机打印装置，气动点胶系统包括气压控制器8、带有旋锁接口的注射器针管9和微米级喷嘴11，微米级喷嘴11安装在带有旋锁接口的注射器针管9上，带有旋锁接口的注射器针管9与气压控制器8的出气口连通，且带有旋锁接口的注射器针管9竖直设置，微米级喷嘴11的出口端朝向基底4的上端面设置，其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
本实施方式中微米级喷嘴11是采用玻璃管拉管机将直径为1mm的毛细玻璃管从中间拉断，加工成具有一定锥度的微量移液管，其尖端内径可达到几微米。气压控制器8提供0-600Kpa的气压。
具体实施方式五：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种基于机器人化点胶机打印装置的打印方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一:注入粘胶剂：向带有旋锁接口的注射器针管9内注入粘胶剂10，并保证带有旋锁接口的注射器针管9与气压控制器8的出气口连通，粘胶剂10的粘度为15000mPa.s的紫外线固化胶；
步骤二：对正并输入图案：将设计的图案输入计算机图像处理控制系统7内，通过计算机图像处理控制系统7控制三轴线性运动平台1沿竖直方向靠向微米级喷嘴11的出液端移动，使微米级喷嘴11的出液端与基底4的上端面接触；
步骤三：加工出液：通过气压控制器8向带有旋锁接口的注射器针管9内施加压力，逐渐增加直至粘胶剂10喷出，控制喷出粘胶剂10符合加工要求，计算机图像处理控制系统7控制三轴线性运动平台1和三轴倾斜物台2与微米级喷嘴11产生相对运动，按照输入至计算机图像处理控制系统7的图案使微米级喷嘴11在基底4上喷出粘胶剂10，使喷出的粘胶剂10在基底4表面沉积成计算机图像处理控制系统7输入的图案；
步骤四：紫外光照射：使用紫外光照射器将基底4上沉积的微米级喷嘴11喷出的图案进行紫外光照射，进而完成微米级图案的打印。

Claims (5)

1.一种基于机器人化点胶机打印装置，其特征在于：它包括运动控制模块、实时显微视觉反馈控制系统和气动点胶系统，气动点胶系统设置在运动控制模块上方，实时显微视觉反馈控制系统与运动控制模块连接。
2.根据权利要求1所述一种基于机器人化点胶机打印装置，其特征在于：运动控制模块包括三轴线性运动平台(1)、三轴倾斜物台(2)、带有控制器的其驱动器(3)和基底(4)，基底(4)安装在三轴倾斜物台(2)上，三轴倾斜物台(2)安装在三轴线性运动平台(1)上，且三轴线性运动平台(1)和三轴倾斜物台(2)均与带有控制器的其驱动器(3)连接。
3.根据权利要求2所述一种基于机器人化点胶机打印装置，其特征在于：实时显微视觉反馈控制系统包括光学显微镜(5)、变焦距镜头(6)和计算机图像处理控制系统(7)，光学显微镜(5)安装在变焦距镜头(6)上，且变焦距镜头(6)与计算机图像处理控制系统(7)连接，计算机图像处理控制系统(7)与带有控制器的其驱动器(3)连接。
4.根据权利要求2所述一种基于机器人化点胶机打印装置，其特征在于：气动点胶系统包括气压控制器(8)、带有旋锁接口的注射器针管(9)和微米级喷嘴(11)，微米级喷嘴(11)安装在带有旋锁接口的注射器针管(9)上，带有旋锁接口的注射器针管(9)与气压控制器(8)的出气口连通，且带有旋锁接口的注射器针管(9)竖直设置，微米级喷嘴(11)的出口端朝向基底(4)的上端面设置。
5.一种利用权利要求1、2、3或4所述装置实现的一种基于机器人化点胶机打印装置的打印方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一:注入粘胶剂：向带有旋锁接口的注射器针管(9)内注入粘胶剂(10)，并保证带有旋锁接口的注射器针管(9)与气压控制器(8)的出气口连通；
步骤二：对正并输入图案：将设计的图案输入计算机图像处理控制系统(7)内，通过计算机图像处理控制系统(7)控制三轴线性运动平台(1)沿竖直方向靠向微米级喷嘴(11)的出液端移动，使微米级喷嘴(11)的出液端与基底(4)的上端面接触；
步骤三：加工出液：通过气压控制器(8)向带有旋锁接口的注射器针管(9)内施加压力，逐渐增加直至粘胶剂(10)喷出，控制喷出粘胶剂(10)符合加工要求，计算机图像处理控制系统(7)控制三轴线性运动平台(1)和三轴倾斜物台(2)与微米级喷嘴(11)产生相对运动，按照输入至计算机图像处理控制系统(7)的图案使微米级喷嘴(11)在基底(4)上喷出粘胶剂(10)，使喷出的粘胶剂(10)在基底(4)表面沉积成计算机图像处理控制系统(7)输入的图案；
步骤四：紫外光照射：使用紫外光照射器将基底(4)上沉积的微米级喷嘴(11)喷出的图案进行紫外光照射，进而完成微米级图案的打印。
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