CN106799891A - 一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法，涉及电流体喷印技术领域。阵列化电流体喷印喷头设置有墨盒以及与墨盒对应设置的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，每个独立的喷孔系统包括进料孔，喷出孔，以及进料孔和喷出孔之间的通道，通道上设置有多个电极。对多个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，通过调节电极的电压，调节电场的强度、电场的级数、电场的方向，控制射流的受力大小、受力方向、受力次数。这样的逻辑电场有效控制了射流细化的过程，提高了射流细化的精度，不仅实现了纳米尺寸的喷印，而且实现了按需调整射流直径，具有喷印精度高、效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电流体喷印技术领域，特别是一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制的方法。
背景技术
传统的基于热气泡或者压电原理的喷印技术，喷出孔的射流的直径要大于喷出孔的内径。由于加工尺寸的限制，现有的基于热气泡或者压电原理的喷印技术的喷出孔的直径为20～50微米，射流的直径为20微米以上。不能实现对更小尺寸(例如纳米尺寸)的喷印。
电流体喷印技术是溶液或熔体基于电流体动力效应，在电场力作用下，克服表面张力，被拉伸形成大缩径比的稳定的精细射流，利用此射流进行微纳米分辨率的精细图案的喷印。电流体喷印可以实现大的喷出孔喷印小的射流。作为一种新兴的微纳米制造技术，以其工艺简单、操作方便、分辨率高、墨水适应性广、制造环境友好等优点，被广泛应用于柔性电子制造、生物工程、微型传感器等多个领域。
电流体喷印喷头是电流体喷印技术的关键，现有的电流体喷印喷头多为单喷出孔结构，喷印效率低。现有的阵列化的电流体动力喷印喷头，例如专利号为ZL201110160094.5中，通过给2个固定间距的电极供电，形成1级电场，喷出孔内的液体经过这个1级电场的耦合拉伸形成射流喷印，由于1级电场的耦合1次拉伸作用有限，射流的直径所能达到的细度也有限，只能达到1～10微米，不能实现纳米尺寸的电流体动力喷印，射流的直径所能调整的范围也有限，不能实现按需调整射流直径的尺寸，具有电流体动力喷印的精度低、效率低的不足。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的电流体喷印技术中的阵列化电流体喷印喷头不能实现纳米尺寸的喷印、无法实现按需调整射流直径、喷印精度低、效率低的难题；提供一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法。其特征在于阵列化电流体喷印喷头设置有墨盒以及与墨盒对应设置的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，每个独立的喷孔系统包括有进料孔、喷出孔、以及进料孔和喷出孔之间的通道，通道上设置有多个电极。对多个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，通过调整电极的电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，来控制射流的受力大小、受力次数、受力方向。这样的逻辑电场有效控制了射流细化的过程，提高了射流细化的精度，不仅实现了纳米尺寸的喷印，而且实现了按需调整射流直径。
本发明的技术方案如下：
一种阵列化电流体喷印喷头，其特征在于设置有墨盒以及与墨盒对应设置的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，每个独立的喷孔系统包括有进料孔、喷出孔、以及进料孔和喷出孔之间的通道，通道上设置有多个电极。每个独立的喷孔系统的进料孔、喷出孔、通道、通道上设置的多个电极，为同一轴心线分布。
所述的墨盒以及与墨盒对应设置的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，是由不导电的材料制成，例如硅、玻璃等。通道上设置的多个电极，是由导电金属制成。墨盒内的液体或熔体为可极化的液体或熔体。
所述的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，N大于2
所述的进料孔内径为100～1200微米。
所述的通道为100～400微米。
所述的喷出孔的内径为1～400微米。
所述的通道上设置有多个电极，数量大于2个，各电极的间距固定。可以是针状电极与环形电极的组合，也可以是环形电极与环形电极的组合。
一种阵列化电流体喷印喷头的逻辑控制方法，其特征在于，对多个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，通过调整电极的电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，来控制射流的受力大小、受力次数、受力方向。这样的逻辑电场有效控制了射流细化的过程，提高了射流细化的精度，不仅实现了纳米尺寸的喷印，而且实现了按需调整射流直径。
通道上设置的多个电极，数量为大于2个，例如有6个电极，即有A电极、B电极、C电极、D电极、E电极、F电极。其中，A电极为针状电极，B电极、C电极、D电极、E电极、F电极为环形电极。各电极的间距固定。A电极的电压为VA，B电极的电压为VB，C电极的电压为VC，D电极的电压为VD，E电极的电压为VE，F电极的电压为VF。
1.电源通过逻辑控制电路模块，对多个电极进行逻辑控制供电，多个电极的电压值依次降低，形成逻辑电场，射流连续受力，受力方向一致，形成精细射流。
对6个电极进行逻辑控制供电，例如VA为1500v，VB为1100v，VC为800v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，获得几百纳米的射流。
2.电源通过逻辑控制电路模块，对多个电极进行逻辑控制供电，电极的电压值梯度变化，形成逻辑电场，电场级数不变，调整电极的电压，调整电场强度，调整射流受力大小，调整射流直径。
对6个电极进行逻辑控制供电，例如VA为2000v，VB为1500v，VC为1000v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，可以获得几十纳米的射流。
3.电源通过逻辑控制电路模块，对多个电极进行逻辑控制供电，多个电极的电压值依次降低，形成逻辑电场，调整电极的电压，调整电场级数，调整射流受力次数，调整射流直径。
对3个电极进行逻辑控制供电，例如，VA为900v，VB为400v，VF为10v，形成由AB电场，BF电场组成的2级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BF电场得到第二次拉伸再喷出，射流经过2次不间断的拉伸，可以获得10微米的射流。
4.电源通过逻辑控制电路模块，对多个电极进行逻辑控制供电，至少1个电极的电压高于相邻2个电极的电压，形成逻辑电场，调整射流的受力方向，调整射流直径。
对6个电极进行逻辑控制供电，例如VA为2000v，VB为1500v，VC为1000v，VD为500v，VE为550v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE反向电场的缓冲，射流经过EF电场得到第四次拉伸再喷出，射流经过间断的拉伸而喷出，可以获得几百纳米的射流。
有益效果
与现有的阵列化电流体喷印喷头和控制方法比较，本发明具有以下突出优点和效果。
1.通过对通道上多个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，通过调整电极电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，控制射流的受力大小、受力次数、受力方向。逻辑电场有效控制了射流细化的过程，提高了射流细化的精度，故可以实现纳米尺寸的喷印，精度高。
2.同一喷出孔，因为逻辑电场有效控制了射流细化过程，可以获得不同直径的射流，故可以实现按需调整射流的直径来喷印，效率高。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
其中，1为A电极，2为B电极，3为C电极，4为D电极，5为E电极，6为F电极，7为进料孔，8为通道，9为喷出孔，10为墨盒，11为喷孔系统，12为G电极。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的内容作进一步说明，但本发明的阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法并不限于以下的实施例。
实施例1：
参见图1，阵列化电流体喷印喷头设置有墨盒10以及与墨盒10对应设置的3个呈阵列设置的独立的喷孔系统11，每个独立的喷孔系统11包括有进料孔7，喷出孔9，以及进料孔7和喷出孔9之间的通道8，通道8上设置有6个电极，有A电极1，B电极2，C电极3，D电极4，E电极5，F电极6，每个独立的喷孔系统11的进料孔7，喷出孔9，通道8，通道8上设置的A电极1、B电极2、C电极3、D电极4、E电极5、F电极6，为同一轴心线分布。各电极之间的间距固定。其中，A电极1为针状电极，B电极2、C电极3、D电极4、E电极5、F电极6为环形电极。
电源通过逻辑控制电路模块，对6个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，控制射流的细化过程。A电极1的电压为VA，B电极2的电压为VB，C电极3的电压为VC，D电极4的电压为VD，E电极5的电压为VE，F电极6的电压为VF。通过调整电极的电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，控制射流的受力大小、受力次数、受力方向，获得精细射流和按需调整射流直径。
6个电极的电压值依次降低，VA为1500v，VB为1100v，VC为800v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，获得几百纳米的射流。
6个电极的电压值梯度变化，调整电场强度，VA为2000v，VB为1500v，VC为1000v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，获得几十纳米的射流。
6个电极中的3个电极有供电，调整电场级数，VA为900v，VB为400v，VF为10v，形成由AB电场，BF电场组成的2级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BF电场得到第二次拉伸再喷出，射流经过2次不间断的拉伸，获得10微米的射流。
6个电极中有1个电极的电压值高于相邻2个电极的电压，调整电场方向，VA为2000v，VB为1500v，VC为1000v，VD为500v，VE为550v，VF为10v，形成由AB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过AB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE反向电场的缓冲，射流经过EF电场得到第四次拉伸再喷出，射流经过间断的拉伸而喷出，获得几百纳米的射流。
实施例2：
参见图2，阵列化电流体喷印喷头设置有墨盒10以及与墨盒10对应设置的3个呈阵列设置的独立的喷孔系统11，每个独立的喷孔系统11包括进料孔7，喷出孔9，以及进料孔7和喷出孔9之间的通道8，通道8上设置有6个电极，有G电极12，B电极2，C电极3，D电极4，E电极5，F电极6，每个独立的喷孔系统11的进料孔7，喷出孔9，通道8，通道8上设置的G电极12、B电极2、C电极3、D电极4、E电极5、F电极6，为同一轴心线分布。各电极之间的间距固定。其中，G电极12，B电极2、C电极3、D电极4、E电极5、F电极6为环形电极。
电源通过逻辑控制电路模块，对6个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，控制射流的细化过程。G电极12的电压为VG，B电极2的电压为VB，C电极3的电压为VC，D电极4的电压为VD，E电极5的电压为VE，F电极6的电压为VF。通过调整电极的电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，控制射流的受力大小、受力次数、受力方向，获得精细射流和按需调整射流直径。
6个电极的电压值依次降低，VG为2500v，VB为1100v，VC为800v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由GB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过GB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，获得几百纳米的射流。
6个电极的电压值梯度变化，调整电场强度，VG为3100v，VB为1500v，VC为1000v，VD为600v，VE为300v，VF为10v，形成由GB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过GB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE电场得到第四次拉伸，射流经过EF电场得到第五次拉伸再喷出，射流经过5次不间断的拉伸，获得几十纳米的射流。
6个电极中的3个电极有供电，调整电场级数，VG为2000v，VB为400v，VF为10v，形成由GB电场，BF电场组成的2级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过GB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BF电场得到第二次拉伸再喷出，射流经过2次不间断的拉伸，获得10微米的射流。
6个电极中有1个电极的电压值高于相邻2个电极的电压，调整电场方向，VG为2900v，VB为1500v，VC为1000v，VD为500v，VE为550v，VF为10v，形成由GB电场，BC电场，CD电场，DE电场，EF电场组成的5级逻辑电场，进料孔的液体或者熔体经过GB电场得到第一次拉伸，产生精细的射流，射流经过BC电场得到第二次拉伸，射流经过CD电场得到第三次拉伸，射流经过DE反向电场的缓冲，射流经过EF电场得到第四次拉伸再喷出，射流经过间断的拉伸而喷出，获得几百纳米的射流。
Claims (10)
1.一种阵列化电流体喷印喷头及逻辑控制方法，其特征在于电流体喷印喷头设置有墨盒以及与墨盒对应设置的N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，每个独立的喷孔系统包括进料孔、喷出孔、以及进料孔和喷出孔之间的通道，通道上设置有多个电极，对多个电极进行逻辑控制供电，对射流施加逻辑控制的电场，通过调整电极的电压，调整电场的强度、电场的级数、电场的方向，来控制射流的受力大小、受力次数、受力方向，控制射流的细化过程。
2.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头，其特征在于N个呈阵列设置的独立的喷孔系统，N＞2。
3.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头，其特征在于，每个独立的喷孔系统的进料孔、喷出孔、通道、通道上设置的多个电极，为同一轴心线分布。
4.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头，其特征在于，电极的数量为大于2个。
5.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头，其特征在于，各电极之间的间距固定。
6.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头，其特征在于，喷出孔的内径为1～400微米。
7.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头的逻辑控制方法，其特征在于，对多个电极进行逻辑控制供电，多个电极的电压值依次降低，形成逻辑电场，射流连续受力，受力方向一致，形成精细射流。
8.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头的逻辑控制方法，其特征在于，对多个电极进行逻辑控制供电，电极的电压值梯度变化，形成逻辑电场，电场级数不变，调整电极的电压，调整电场强度，调整射流受力大小，调整射流直径。
9.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头的逻辑控制方法，其特征在于，对多个电极进行逻辑控制供电，多个电极的电压值依次降低，形成逻辑电场，调整电极的电压，调整电场级数，调整射流受力次数，调整射流直径。
10.根据权利要求1所述的阵列化电流体喷印喷头的逻辑控制方法，其特征在于，对多个电极进行逻辑控制供电，至少1个电极的电压高于相邻2个电极的电压，形成逻辑电场，调整射流的受力方向，调整射流直径。
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Addressee: SHENZHEN FUCAI 3D TECHNOLOGY Co.,Ltd. Document name: Notification of Publication of the Application for Invention |
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Application publication date: 20170606 |