CN108215157A - 一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，其特征在于，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。本发明利用XYZE四轴运动实现立体结构的打印，利用辅助固化装置、加热装置以及便于打印后成品分离的承载单元解决了硅胶材料固化难、分离难的问题。本发明操作便捷，能够快速地直接打印出内含液态金属的复杂三维柔性电路结构。

Description

一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置

技术领域

本发明涉及柔性电路制作领域，尤其是涉及一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置。

背景技术

柔性电子器件是以柔性材料为衬底的新型电子器件，具备轻质、可变性的特性，在诸多方面都具有广泛的应用前景。因此，柔性电子学发展迅速，取得了先进的研究成果，例如柔性电路板、柔性显示屏、柔性天线、柔性忆阻器以及柔性传感器等。

所有的这些柔性电子器件都是由柔性衬底和导体材料构成的。目前柔性电路使用的衬底材料以高分子为主，而使用的导体材料主要包括导电高分子材料、碳基小分子导电材料(石墨烯等)、固体金属和液态金属。其中导电高分子材料以及碳基小分子导电材料的电导率极低，限制了其应用范围。固体金属的电导率很高，但是柔性较差，无法满足柔性器件变形大、次数多的需求。液态金属材料具有极高的电导率，常温下为液态，具有较好的流动性，在大变形下能够保证其与衬底材料的柔性相匹配，不会发生断裂，保证了其工作的可靠性。因此，目前液态金属是制造柔性电路最佳的导体材料之一。

但是，由于液态金属极大的表面张力，导致不易在衬底材料上覆盖。因此目前制造基于液态金属的柔性电路的主要方法为微流管注入法，其主要特征为先利用各种加工方式加工出具有中空管道的结构，再注入液态金属。申请号为CN201510857645.1的中国发明专利文献公布了一种基于3D 打印工艺的液态金属立体电路及其制造方法，其基本步骤包括：(1)建立与待制造立体电路的三维结构相对应的三维模型，并根据所述立体电路的线路走向在所述三维模型内部建立中空流道；(2)通过3D打印工艺，将所述步骤(1)得到的三维模型打印成三维实体；(3)在所述三维实体的中空流道内注满液态金属；(4)将电子元器件管脚插入所述步骤(3)得到的三维实体的对应位置；(5)对所述电子元器件管脚插口、所述液态金属的灌注口和/或排气口进行封装。该种制造方式步骤复杂、工艺繁琐，生产效率低，且对灌注过程的操作要求高，极易因为灌注过程中的细小失误致使液态金属灌注不充分，进一步导致电路的断路失效，不利于工业化大规模生产。

发明内容

本发明提供了一种实现高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，该装置能够快速地直接打印出内含液态金属的柔性管路结构。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。

本发明的安装框架为其他部件提供安装和定位的框架。

采用上述技术方案，能够将供料装置中的不同材料(硅胶和液态金属) 通过内外喷头同时打印，形成同轴管路结构。同时配合喷头三维运动机构及接收装置的复合运动，直接形成包含液态金属的复杂管路结构。

本发明中，所述同轴喷头上设有内管进料口、外管进料口以及设置在内管出料口的内喷头、设置在外管出料口的外喷头，且内喷头和外喷头同轴心设置。上述内管指的是所述的液态金属加料腔，外管指的是所述的高分子加料腔。

本发明中，所述内管进料口和外管进料口分别通过管路与所述的供料装置相连。

作为优选，所述内管进料口和外管进料口均为螺纹孔，便于与供料装置的管路连接与拆卸。

本发明中，所述的同轴喷头通过喷头夹具安装在三维运动机构上。通过三维运动机构实现喷头相对接收装置的三维运动。

作为优选，所述喷头夹具设有对所述同轴喷头提供轴向压紧力的轴向定位孔，以及对喷头提供径向限位的径向定位孔。

本发明的三维运动机构包括Y轴运动机构、X轴运动机构和Z轴运动机构。一般通过Y轴运动机构、X轴运动机构控制同轴喷头的运动，通过Z轴运动机构控制接受装置的运动，从而实现打印过程的三维运动。

本发明的Y轴运动机构、X轴运动机构和Z轴运动机构均由滑块，电机和导向机构组成，电机通过丝杠将动力传输给滑块，进而实现设定方向的运动。导向机构一般是导轨，滑块上同时设置有与导轨配合的导槽结构，保证滑块按照设定方向稳定、准确传动。

作为优选，所述Y轴运动机构包括：固定在安装框架上Y轴导轨；滑动设置在Y轴导轨上的Y轴滑块；驱动Y轴滑块往复运动的Y轴电机；

所述X轴运动机构包括：固定在Y轴滑块上X轴导轨；滑动设置在 X轴导轨上的X轴滑块；驱动X轴滑块往复运动的X轴电机；所述同轴喷头安装在所述X轴滑块上，随X轴滑块同步移动；

所述Z轴运动机构包括：固定在安装框架上Z轴导轨；滑动设置在Z 轴导轨上的Z轴滑块；所述接收装置固定在该Z轴滑块上，随着Z轴滑块同步移动。

作为优选，所述的供料装置包括：

与内外两个加料腔的进料口分别导通，分别用于盛放高分子、液态金属的两个注射器；

固定所述注射器并实现其推杆推动的注射泵；

对其中一个或两个注射器内物料进行加热的加热单元。

根据需要，本发明的供料装置还包括连接喷头和注射器的管路；所述两个注射器分别通过管路与所述内管(内部的加料腔)进料口和外管(外部的加料腔)进料口连通。每个注射器均包括储液管以及一端插入所述储液管且滑动配合的推杆。

作为优选，所述注射器与管路的接口为螺口，以便于与喷头的连接与拆卸。

所述管路应具备一定的弯曲性能以及高的剪切强度，以满足输送高粘度硅胶时高剪切力下流速稳定的需要。作为优选，采用PU耐高压软管作为连接管路。

作为优选，所述辅助固化装置包括：

存储辅助固化液的注射器；

对注射器内物料进行加热的加热单元；

安装在安装框架上、与同轴喷头同步移动的喷雾头固定座；

铰接在喷雾头固定座上的喷雾头夹具；

固定在喷雾头夹具上同时与所述注射器导通的喷雾头。

所述喷雾头一般可通过管路与注射器相连，注射器包括存储溶液的储液管以及一端插入所述储液管且滑动配合的推杆。

本发明的注射器一般通过多通道注射泵进行控制。所述大推力多通道注射泵的基本工作过程为：电机转动通过联轴器驱动丝杠滑块模块，丝杠滑块模块将电机的转动转化为滑块的直线运动，固定在注射器夹具上的移动块推动注射器的推杆进行往复运动以实现设定的工作参数以满足稳定供料的需求。

作为优选，所述注射泵应当具备两个以上通道，以实现两个注射器的同时控制。本发明中，所述注射泵为多通道注射泵，至少包括三个通道，分别实现对三个注射器的控制，三个注射器分别通过管路与内加料腔、外加料腔、喷雾头导通。

所述注射泵可以采用市场上成熟的注射泵装置，为推动高粘度硅胶的大驱动力需要，作为优选，采用自主设计的大推力多通道注射泵，所述注射泵最大驱动力超过500N。该注射泵主要包括：电机、电机底座、联轴器、丝杠滑块模块、导轨滑块模块、注射器夹具固定块、注射器夹具移动块。

本发明的注射器均通过注射器夹具进行固定，所述的注射器夹具可分为固定式和可拆卸式两种。作为优选，固定式夹具上设置有满足不同规格注射器定位需求的定位点，可拆卸式夹具具有符合不同规格注射器尺寸的备选夹具作为替换。

作为优选，所述注射器通过注射器夹具安装在供料装置的注射泵上，以实现一体控制。

作为优选，所述管路与注射器、喷雾器的接口均为螺口，便于拆卸与安装。

所述加热单元作用在于提高注射器中料液的温度，满足某些硅胶固化时的特殊需要，所述料液包括雾化溶液和硅胶料液。

所述加热单元包括：套设在注射器外壁的保温腔；设置在保温腔夹层内的发热元件；套设在保温腔外壁用于固定发热元件的固定套；设置在保温腔内的温度传感器。发热元件和温度传感器安装于保温腔内，保温腔用以保持加热环境温度稳定，温度传感器及发热元件与控制系统相连形成温度的闭环控制。加热单元固定套提供加热单元安装在注射器上的压紧力，保证安装可靠性的同时，提高加热效率。

作为优选，保温腔由绝热硅橡胶制成，其在具有较好柔性的同时拥有出色的保温性能；发热元件由镍铬合金电热丝和硅橡胶高温绝缘布组成，它发热快、温度均匀、热效率高、强度高、安全寿命长，这样制成的硅胶加热片具有很好的柔软性，可以与加热物件紧密接触；加热单元固定套的一种简单形式是魔术贴，它使用方便、可靠性高。

作为优选，所述接收装置包括：

Z轴运动平台，以及固定在Z轴运动平台上的平面结构承载单元；

E轴旋转平台，以及固定在E轴旋转平台上的旋转结构承载单元。

作为优选，所述Z轴运动平台固定在Z轴滑块上，或者与Z轴滑块一体设置，由步进电机驱动，导向机构导向，以实现在Z轴方向上的稳定、准确传动。其上设有便于平面结构承载单元定位、固定、拆装的夹具。

作为优选，所述E轴旋转平台由步进电机、联轴器和轴承架构成。所述旋转结构承载单元通过联轴器与E轴旋转平台连接，所述E轴承载单元为旋转体，其两端为同半径圆柱，中间为承载部分，基本形状为圆柱、圆锥或其他依照需要设计的形状。

所述平面结构承载单元和旋转结构承载单元不与硅胶材料粘合，以便于打印后打印结构同承载单元的分离；且液态金属与其有较差的湿润性，以便于打印后台面的清洁。作为优选，所述平面结构承载单元和旋转结构承载单元以亚克力材料制成。

本发明的三维打印装置一般包括通过工业计算机实现的控制系统。所述控制系统用于分别控制供料装置、X、Y轴运动机构、Z轴运动机构、 E轴旋转平台以及辅助固化装置运动。

所述辅助固化装置与同轴喷头相对规定，在同轴喷头打印出物料后，其缓慢喷出有利于硅胶材料固化成形的溶液，使承载装置周围充满该种高浓度溶液，促进硅胶材料的固化成形。

采用本发明的三维打印装置进行打印的具体过程包括：

(1)装料：将配置好的硅胶溶液倒入与同轴喷头外喷头相连的注射器中；将配置好的辅助固化液倒入与喷雾头相连的注射器中；将液态金属倒入与同轴喷头内喷头相连的注射器中；将三个注射器安装在多通道注射泵上；

(2)打印：开启三维打印装置，利用多通道注射泵控制同轴喷头外喷头和内喷头的液体流动速度，三维打印装置按照设定的三维模型数据，逐层打印得到内含液态金属的柔性管路；同时利用多通道注射泵控制喷雾头中辅助固化液的流速，使辅助固化液雾化喷出，对柔性管路喷雾完成初步固化；

(3)固化：将步骤(5)得到的三维电路结构置于恒温恒湿箱中，设定合适的温度和湿度，处理一定时间，使硅胶材料完全固化。

(4)封装：将电子管脚插入打印预留的管路接口，并利用步骤(1) 中制备的硅胶溶液进行封装，确保封装可靠。封装后置于恒温恒湿箱中，温度湿度设定同步骤(3)中一致，处理一定时间后，即可得到具有良好变形性能的复杂三维柔性电路。

作为优选，所述高分子包括硅胶，PDMS(聚二甲基硅氧烷)，柔性树脂材料。所述液态金属包括：镓、镓铝合金、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋锡合金、铋铟合金。所述辅助固化液为纯净水。

作为进一步优选，所述高分子材料为单组分硅胶；所述液态金属为镓铟锡合金。

作为优选，所述高分子溶液的流速为120～240μl/min；液态金属的流速为60～140μl/min，辅助固化液的流速为5～15ml/min。

作为优选，所述同轴喷头的移动速度为700～1100mm/min。

作为优选，所述高分子材料的加热温度为35～50℃；所述辅助固化液的加热温度为55～65℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明方法简单，易于操作，成本低，能够同时完成柔性电路打印时构造中空管路和灌注液态金属两个过程，实现外部柔性衬底(硅胶) 和内部导电材料(液态金属)的共打印，提高生产效率，有效降低次品率。

(2)本发明设计了促进硅胶材料固化的辅助固化装置、加热装置以及便于打印后成品分离的承载单元，以一种低成本的方式解决了硅胶打印时固化难、分离难的问题。

(3)本发明设计了两种不同的承载单元，通过Z轴运动机构和XY 轴运动机构的复合运动实现复杂空间管路结构的打印；通过E轴旋转平台和X、Y轴运动机构的复合运动实现复杂旋转体管路的高同轴度、高圆度打印。从而实现多种复杂空间柔性电路的打印。

(4)本发明制成的柔性电路最大变形超过200％，具有极为出色的柔性，同时耐高温、疲劳强度高，能够满足多种工作场景的需要。

(5)本发明采用大推力多通道注射泵系统供液，可以推动高粘度的硅胶材料，而且可以方便、准确地控制材料的流动速度。

本发明利用XYZE四轴运动实现立体结构的打印，利用辅助固化装置、加热装置以及便于打印后成品分离的承载单元解决了硅胶材料固化难、分离难的问题。本发明操作便捷，能够快速地直接打印出内含液态金属的复杂三维柔性电路结构。

附图说明

图1为本发明的一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置的结构示意图。

图1a为同轴喷头周围的放大结构图。

图2为本发明的接收装置中Z轴运动平台结构示意图。

图3为本发明的接收装置中E轴旋转平台结构示意图。

图4为本发明的一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置的辅助固化装置结构示意图。

图5a为本发明的一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置的加热单元的结构示意图。

图5b为所述加热单元的剖视图。

图6为利用本发明中的装置，打印外层硅胶材料为密封硅酮橡胶、内层导电材料为镓铟锡合金的三维柔性电路的流程图。

图中：1为同轴喷头，2为同轴喷头下夹具，3为Y轴导轨连接板，4 为同轴喷头上夹具，5为Y轴电机，6为Y轴导轨，7为Y轴丝杠，8为 Y轴滑块，9为X轴电机，10为第一X轴导轨连接板，11为X轴丝杠， 12为同轴喷头夹具连接板，13为X轴滑块，14为X轴导轨，15为第二 X轴导轨连接板，16为Y轴直线导轨连接板，17为Y轴直线导轨滑块，18为Y轴直线导轨固定板，19为Y轴直线导轨，20为Z轴电机，21为 Z轴导轨连接板，22为Z轴导轨，23为喷雾头固定座，24为喷雾头夹具， 25为喷雾头，26为Z轴滑块，27为E轴旋转平台，28为Z轴接收平台， 29为Z轴丝杠，30为固定底板，31为安装框架，32为第一供料管，33 为第二供料管，34为存储硅胶的注射器，35为加热单元，36为多通道注射泵，37为第三供料管，38为存储液态金属的注射器，39为存储辅助固化液的注射器，40为Z轴运动平台连接板，41为Z轴运动平台横板，42 为Z轴运动平台竖板，43为Z轴运动平台水平板，44为Z轴运动平台接收平板，45为接收平板定位夹具，46为E轴旋转平台定位挡块，47为E 轴旋转平台步进电机，48为步进电机支座，49为E轴旋转平台旋转接收轴，50为E轴旋转平台底板，51为轴承座下支座，52为E轴旋转平台联轴器，53为E轴旋转平台轴承座，54为轴承座上支座，55为E轴旋转平台轴承，56为加热单元保温腔，57为加热单元固定套，58为加热单元温度传感器，59为加热单元发热元件。

具体实施方式

如图1所示，一种高分子液态金属共打印的柔性电子三维打印装置，包括安装框架31、安装在安装框架31上用于打印的同轴喷头1，三维运动机构、供料装置、接收装置、控制系统、辅助固化装置以及加热单元35。控制系统可由现有的工业计算机或者控制芯片实现。安装框架31为整个装置提供定位和支撑，是整个装置的安装骨架。

同轴喷头1包括同轴设置的内管和外管，内管形成内部的加料腔，外管与内管管壁之前形成外部的加料腔，同时在内管和外管上均设有进料口，内管和外管在底部收拢形成同轴的内喷头和外喷头。同轴喷头1中外管的进料口通过第一供料管32与存储硅胶的注射器34导通，即实现外部的加料腔与存储硅胶的注射器34的导通；注射器34外部套设有加热单元35；注射器34靠多通道注射泵36驱动加料。同轴喷头1中内管的进料口通过第二供料管33与存储液态金属的注射器38导通，即实现内部的加料腔与存储液态金属的注射器38的导通；注射器38靠多通道注射泵36驱动加料。

如图1和图1a所示，同轴喷头1通过同轴喷头下夹具2以及同轴喷头上夹具4固定在同轴喷头夹具连接板12上。同轴喷头夹具连接板12固接在X轴滑块13上，并通过由X轴驱动电机9、X轴丝杠11，X轴滑块 13以及X轴导轨等组成的X轴运动机构实现同轴喷头X轴方向的移动。

X轴运动机构的运动过程可以简单描述如下：X轴电机9转动带动X 轴丝杠11转动，从而驱动X轴滑块13直线运动。第一X轴导轨连接板 10、第二X轴导轨连接板15和X轴导轨14为X轴运动机构提供安装和定位位置，同时，在X轴导轨14和X轴滑块之间设有导向部件，以保证 X轴运动的精度，其中导向部件可以为设置在X轴滑块13上的导向槽结构，该导向槽与X轴导轨14相配合实现对X轴滑块13的导向。

X轴导轨14一端通过第一X轴导轨连接板10固定在Y轴滑块8上，另一侧通过第二X轴导轨连接板15和Y轴直线导轨连接板16固定在Y 轴直线导轨滑块17上。由此，X轴运动机构及安装在其上的同轴喷头1 可以通过由Y轴驱动电机5、Y轴丝杠7，Y轴滑块8等组成的Y轴运动机构实现Y轴方向的移动。Y轴滑块8与Y轴导轨6之间滑动配合，且相互之间设有导向部件(一般为导向凸块和导向槽的配合结构)，进而实现对Y轴滑块8的定位和在Y轴方向的导向。

Y轴运动机构的运动过程可以简单描述如下：Y轴电机5转动带动Y 轴丝杠7转动，从而驱动Y轴滑块8直线运动。Y轴导轨连接板3固定在安装框架30上，为Y轴运动机构提供安装和定位位置。在Y轴运动机构另一侧设置了Y轴导向机构辅助，以确保Y轴运动的精度。Y轴辅助导向机构由Y轴直线导轨连接板16、Y轴直线导轨滑块17、Y轴直线导轨固定板18和Y轴直线导轨19构成。Y轴直线导轨固定板18固定在安装框架31上，为Y轴导向机构提供安装和定位位置。Y轴直线导轨19和Y 轴导轨6共同实现对Y轴运动机构在Y轴方向的精确导向。

如图1和图2所示，由Z轴接收平台28和E轴旋转平台27组成的接收装置通过Z轴电机20、Z轴滑块26、Z轴丝杠29等构成的Z轴运动机构实现上下运动。Z轴运动机构的运动过程可以简单描述如下：Z轴电机 20转动带动Z轴丝杠29转动，从而驱动Z轴滑块26直线运动。Z轴导轨22上端通过Z轴导轨连接板21固定在安装框架31上，下端固定在固定底板30上，为Z轴导向机构提供安装和定位位置。Z轴滑块26与Z轴导轨21之间设有导向件，以保证Z轴运动的精度，该导向件一般为设置在Z轴滑块26上，并与Z轴导轨21滑动配合的导向槽结构。

X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴驱动机构构成本发明三维运动机构，实现喷头相对接收装置进行三维运动。

Z轴接收平台28由Z轴运动平台接收平板44、Z轴运动平台水平板 43、Z轴运动平台竖板42、Z轴运动平台横板41组成。Z轴运动平台接收平板44通过接收平板定位夹具45固定在Z轴运动平台水平板43上，Z 轴运动平台水平板43通过Z轴运动平台竖板42、Z轴运动平台横板41 以及Z轴运动平台连接板40连接在Z轴滑块26上。

如图1和图3所示，E轴旋转平台由E轴旋转平台定位挡块46，E轴旋转平台步进电机47，步进电机支座48，E轴旋转平台旋转接收轴49，E 轴旋转平台底板50，轴承座下支座51，E轴旋转平台联轴器52，E轴旋转平台轴承座53，轴承座上支座54以及E轴旋转平台轴承55构成。E 轴旋转平台旋转接收轴49，通过E轴旋转平台联轴器52与E轴旋转平台步进电机47连接，控制系统控制E轴旋转平台步进电机47转动，从而驱动E轴旋转平台旋转接收轴49转动。右侧的轴承支座设计成可拆分式，便于打印完成后E轴旋转平台旋转接收轴49的拆装。E轴旋转平台通过E 轴旋转平台定位挡块46和E轴旋转平台底板50固定在Z轴运动平台水平板43上，同时E轴旋转平台定位挡块46和E轴旋转平台底板50为E轴旋转平台在Z轴运动平台上的安装和定位基准。

如图1和图4所示，辅助固化装置由喷雾头固定座23，喷雾头夹具 24，喷雾头25，加热单元35，第三供料管37和存储辅助固化液的注射器 39构成。存储辅助固化液的注射器39安装在多通道注射泵36上，在注射器外安装有加热单元35以维持辅助固化液的温度，喷雾头25通过第三供料管37与存储辅助固化液的注射器39连接，连接口均为螺纹口以方便拆装。喷雾头25固定在喷雾头夹具24上，喷雾头夹具24通过销轴与喷雾头固定座23铰接，从而可以转动调节喷雾头25的角度。喷雾头固定座23 安装在同轴喷头夹具连接板12上，随同轴喷头1一起运动。如图5a、图 5b所示，加热单元由加热单元保温腔56，加热单元固定套57，加热单元温度传感器58以及加热单元发热元件59构成。加热单元保温腔56起保温作用，加热单元温度传感器58以及加热单元发热元件59埋在加热单元保温腔56内，与控制系统一起构成温度的闭环控制。加热单元固定套57 提供加热单元安装在注射器上的压紧力，保证安装可靠性的同时，提高加热效率。加热单元保温腔56由绝热硅橡胶制成，其在具有较好柔性的同时拥有出色的保温性能；加热单元发热元件59由镍铬合金电热丝和硅橡胶高温绝缘布组成，它发热快、温度均匀、热效率高、强度高、安全寿命长，这样制成的硅胶加热片具有很好的柔软性，可以与加热物件紧密接触；加热单元固定套57的一种简单形式是魔术贴，它使用方便、可靠性高。

如图6所示，利用此发明中的装置，以打印外层硅胶材料为密封硅酮橡胶、内层导电材料为镓铟锡合金的三维柔性电路为例，通过控制打印过程中的参数，使打印得到的同一层相邻两管路粘接而不堆积，从而得到复杂的三维电路结构。该方法具体按如下步骤进行：

(1)将密封硅酮橡胶(选择单组分硅酮橡胶)缓慢压入注射器34中，确保注射器中不存在气泡，将注射器通过PU管路与喷头外管进料口相连；将镓铟锡合金倒入注射器38中，将注射器通过PU管路与喷头内管进料口相连；将纯净水倒入注射器39中，将注射器通过PU管路与喷雾头25相连。并将三个注射器安装在多通道注射泵36上，将两个加热单元安装在注射器34和注射器39上，并将温度分别设定为40℃和60℃。

(2)利用多通道注射泵36控制同轴喷头内外通道以及喷雾头的液体流动速度，作为优选，速度分别设定为：注射器34——180μl/min；注射器38——80μl/min；注射器39——10ml/min，从而得到含有镓铟锡合金的柔性管路；

(3)利用控制系统，根据每层的代码信息，驱动同轴喷头1沿X轴、 Y轴方向运动，同时控制Z轴接收平台沿Z轴移动，必要时E轴旋转平台旋转接收轴转动，同轴喷头相对于接收平台的运动速度为1000mm/min，线距和层高设置为0.8倍同轴管路(这里的同轴管路是指打印完成后的包含液态金属的同轴管路外径，一般的，可以设置为1.6mm。从而使得包含液态金属的柔性管路以特定的轨迹沉积在接收平台上的Z轴运动平台接收平板44或E轴旋转平台旋转接收轴49上，柔性管路的线与线和层与层之间粘合，最终形成一个复杂的三维柔性电路结构。

(4)将步骤(3)得到的三维电路结构置于恒温恒湿箱中，温度设定为60℃，湿度设定为80％，处理半小时，使硅胶材料完全固化。

(5)将电子管脚插入打印预留的管路接口，并利用密封硅酮橡胶进行封装，封装后置于恒温恒湿箱中，温度湿度设定同步骤(4)中一致，处理10分钟后，即可得到具有良好变形性能的复杂三维柔性电路。

Claims (8)

1.一种高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，包括安装框架、安装在安装框架内的同轴喷头、供料装置、接收装置以及驱动同轴喷头相对接收装置进行三维运动的三维运动机构，其特征在于，所述同轴喷头包括内外两个相互独立的液态金属加料腔和高分子加料腔，以及与分别与对应加料腔导通且同轴设置的内喷头和外喷头；还包括与同轴喷头同步移动用于对打印出料进行喷雾的辅助固化装置。

2.根据权利要求1所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述辅助固化装置包括：

存储辅助固化液的注射器；

对注射器内物料进行加热的加热单元；

安装在安装框架上、与同轴喷头同步移动的喷雾头固定座；

铰接在喷雾头固定座上的喷雾头夹具；

固定在喷雾头夹具上同时与所述注射器导通的喷雾头。

3.根据权利要求1或2所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述的供料装置包括：

与内外两个加料腔的进料口分别导通，分别用于盛放高分子、液态金属的两个注射器；

固定所述注射器并实现其推杆推动的注射泵；

对其中一个或两个注射器内物料进行加热的加热单元。

4.根据权利要求3所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述加热单元包括：

套设在注射器外壁的保温腔；

设置在保温腔夹层内的发热元件；

套设在保温腔外壁用于固定发热元件的固定套；

设置在保温腔内的温度传感器。

5.根据权利要求1所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述接收装置包括：

Z轴运动平台，以及固定在Z轴运动平台上的平面结构承载单元；

E轴旋转平台，以及固定在E轴旋转平台上的旋转结构承载单元。

6.根据权利要求5所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述E轴承载单元为旋转体。

7.根据权利要求1所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述高分子为硅胶，PDMS，柔性树脂材料。

8.根据权利要求1所述的高分子液态金属共打印的柔性电路三维打印装置，其特征在于，所述三维运动机构包括Y轴运动机构、X轴运动机构和Z轴运动机构：

所述Y轴运动机构包括：

固定在安装框架上Y轴导轨；

滑动设置在Y轴导轨上的Y轴滑块；

驱动Y轴滑块往复运动的Y轴电机；

所述X轴运动机构包括：

固定在Y轴滑块上X轴导轨；

滑动设置在X轴导轨上的X轴滑块；

驱动X轴滑块往复运动的X轴电机；

所述Z轴运动机构包括：

固定在安装框架上Z轴导轨；

滑动设置在Z轴导轨上的Z轴滑块；

所述同轴喷头固定在所述X轴滑块上，所述接收装置固定在该Z轴滑块上。