CN108617101A - 冷冻打印装置 - Google Patents

Abstract

一种冷冻打印装置，包括：用于容纳液态金属的墨池，所述墨池的顶部为开口结构；底部设有印制图案的导热模具，所述导热模具位于所述墨池开口的上方；带动所述导热模具沿竖直方向移动的垂直移动机构，用于控制所述导热模具的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属；与所述导热模具之间热传导的控温机构，用于向所述导热模具传递低温，控制与所述印制图案接触的液态金属降温凝固。相对于液态金属打印领域传统的喷涂、加压印制等打印方式，提出了一种新型的液态金属打印机理，对于不同环境、条件下的液态金属打印方式的扩展了选择性。

Description

冷冻打印装置

技术领域

本发明属于金属打印技术领域，尤其涉及一种基于液态金属的冷冻打印装置。

背景技术

传统的平面电路制造技术往往需要复杂的工艺流程，首先需要利用绘图机或打印机在专用软件布图上形成黑白图，之后将黑白图送至专业制作厂进行制版。在传统的印刷电路板生产过程中，在设备数量、制版技术等方面有着较高的要求，导致了制作时间长、成本高，而且在生产的过程中不能够对电路进行局部修正。由于传统电路加工方法存在的种种缺点，目前研究人员开发出多种快速平面电路印刷方法，以及金属3D打印技术等。然而目前的平面金属打印技术多采用单喷头在平面上画线形成特定图案的方式，这种方式在打印复杂平面金属图案时需要的时间较长，影响金属打印的效率。

液态金属是一类熔点较低的金属或合金，如常见的金属汞。金属汞具有很强的毒性，因而很难应用于日常生活领域。其他类型的液态金属，如镓基合金和铋基合金等材料在较低温度下也可以保持液态，而且具有金属的导电性和导热性，重要的是，此类合金生物毒性较低，可以用于日常生活领域。此外，有研究采用低熔点合金作为导电材料，制作平面印刷电路，并且将该种材料用于金属3D打印领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种基于液态金属的冷冻打印装置,以弥补现有技术中液态金属打印方式的不足。

在一些说明性实施例中，所述基于液态金属的冷冻打印装置，包括：用于容纳液态金属的墨池，所述墨池的顶部为开口结构；底部设有印制图案的导热模具，所述导热模具位于所述墨池开口的上方；带动所述导热模具沿竖直方向移动的垂直移动机构，用于控制所述导热模具的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属；与所述导热模具之间热传导的控温机构，用于向所述导热模具传递低温，控制与所述印制图案接触的液态金属降温凝固。

在一些可选地实施例中，所述导热模具为若干具有伸缩功能的冷冻棒组成的冷冻棒阵列；所述冷冻棒阵列中处于伸张状态下的冷冻棒的底面共同构成所述印制图案。

在一些可选地实施例中，所述冷冻打印装置，还包括：固定在所述垂直移动机构上的伸缩台；所述伸缩台与所述冷冻棒阵列连接，其内设置有伸缩机构，所述伸缩机构控制所述冷冻棒阵列中的每一根冷冻棒的伸缩状态；所述垂直移动机构通过带动所述伸缩台沿竖直方向的移动，控制所述冷冻棒阵列的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属。

在一些可选地实施例中，所述冷冻打印装置，还包括：电控组件，设置在所述伸缩台内部，与所述伸缩机构配合控制所述冷冻棒的伸缩状态。

在一些可选地实施例中，所述电控组件与所述伸缩机构之间通过电机驱动、电磁驱动、气压驱动或液压驱动的方式配合。

在一些可选地实施例中，所述电控组件和伸缩机构还配合用于控制所述冷冻棒之间的间距。

在一些可选地实施例中，所述冷冻棒为铜棒。

在一些可选地实施例中，所述墨池的内部设置有加热机构，用于维持所述液态金属在所述墨池中处于液体状态。

在一些可选地实施例中，所述加热机构采用电热阻丝、水浴加热、和/或、酒精加热。

在一些可选地实施例中，所述控温机构采用电控冷却片、液冷系统或气冷系统。

本发明与现有技术相比，可弥补或解决现有技术中的缺陷：

1.相对于液态金属打印领域传统的喷涂、加压印制等打印方式，提出了一种新型的液态金属打印机理，对于不同环境、条件下的液态金属打印方式的扩展了选择性。

2.本发明使用低熔点金属作为打印材料，因此相比于传统的金属打印所需的温度更低，能耗也相应减少。

3.本发明使用冷冻方式使整个平面一次性固化成型，因此相比于传统的平面金属印刷方式，本方法具有更快的打印速速度。

附图说明

图1是本发明中基于液态金属的冷冻打印装置；

图2是本发明中冷冻打印装置的工作示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

现在参照图1，图1示出了本发明中基于液态金属的冷冻打印装置的结构示意图，如该结构示意图所示，本发明公开了一种基于液态金属的冷冻打印装置，包括：用于容纳液态金属的墨池1，所述墨池1的顶部为开口结构；底部设有印制图案的导热模具4，所述导热模具4位于所述墨池1开口的上方；带动所述导热模具4沿竖直方向移动的垂直移动机构7，用于控制所述导热模具4的底部接触、没入或脱离所述墨池1中的液态金属3；与所述导热模具4之间热传导的控温机构6，用于向所述导热模具6传递低温，控制与所述印制图案接触的液态金属3降温凝固。

本发明相对于现有技术具备如下优点：

1.相对于液态金属打印领域传统的喷涂、加压印制等打印方式，提出了一种新型的液态金属打印机理，对于不同环境、条件下的液态金属打印方式的扩展了选择性。

2.本发明使用低熔点金属作为打印材料，因此相比于传统的金属打印所需的温度更低，能耗也相应减少。

3.本发明使用冷冻方式使整个平面一次性固化成型，因此相比于传统的平面金属印刷方式，本方法具有更快的打印速速度。

优选地，所述垂直移动机构7可由竖直方向的支架和水平方向的平衡板构成，两者通过电控或卡持的方式连接，平衡板可沿支架的竖直方向移动。平衡板与支架可通过齿轮、卡槽、电机等多种方式形成可移动模式。

优选地，所述导热模具4可选用由若干具有伸缩功能的冷冻棒组成的冷冻棒阵列；所述冷冻棒阵列中处于伸张状态下的冷冻棒的底面共同构成所述印制图案。其中，所述冷冻棒可选用横截面为圆形、方形、以及其它规则或不规则图形，可根据实际印制图案的样式进行选择。

优选地，所述基于液态金属的冷冻打印装置，还包括：固定在所述垂直移动机构上的伸缩台5；所述伸缩台与所述冷冻棒阵列连接，其内设置有伸缩机构，所述伸缩机构控制所述冷冻棒阵列中的每一根冷冻棒的伸缩状态；所述垂直移动机构通过带动所述伸缩台沿竖直方向的移动，控制所述冷冻棒阵列的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属。优选地，伸缩台可以固定在垂直移动机构的平衡板上，同平衡板一同运动。

优选地，所述基于液态金属的冷冻打印装置，还包括：电控组件，设置在所述伸缩台内部，与所述伸缩机构配合控制所述冷冻棒的伸缩状态。其中，所述电控组件与所述伸缩机构之间可通过传统的电机驱动、电磁驱动、气压驱动或液压驱动的方式配合。该实施例中除上述电控组件之外，还可以通过手动的方式控制所述伸缩机构的伸缩状态，例如通过齿轮配合。

优选地，所述电控组件和伸缩机构还配合用于控制所述冷冻棒之间的间距，间距控制范围可设置在0～5mm之间。

优选地，除上述冷冻棒可控间距之外，还可以将冷冻棒阵列之间中的相邻冷冻棒之间的间距设置固定，范围可例如为0～1mm。

优选地，所述冷冻棒可选择导热性能良好的基材，例如金属铜棒。本领域技术人员应该可以理解的是除上述的金属铜棒，本发明中的冷冻棒还可以选用大理石、合金等其他材质，均可以实现本发明的冷却液态金属的思想。

优选地，所述墨池的内部设置有加热机构2，用于维持所述液态金属在所述墨池中处于液体状态。其中，所述加热机构可采用常规的电热阻丝、水浴加热、酒精加热、以及其它加热方式。

优选地，所述控温机构6可采用电控冷却片、液冷系统、气冷系统、以及其它控温系统/部件。

本发明实施例中所应用的液态金属可选用为镓基合金、铋基合金、锡基合金或其他材料组成的低熔点金属。

本发明所提出的冷冻打印装置，可以一次性固化成型电路线路，可通过转印等方式制作电路板。

针对上述实施例中所提出的基于液态金属的冷冻打印装置，本发明还提供了一优选实施例，该实施例仅用于展示本发明的主要思想，其具体细节或零件在不冲突的情况下，可任意更换、变形，本领域技术人员不应因此限制本发明的保护范围。

本发明提出的一种基于液态金属的冷冻打印装置，包括墨池1、加热器2、液态金属3、冷冻棒阵列4、伸缩台5、冷冻片6、支架7等部分。所述的墨池1位于装置的最下部，其底部安装加热器2，内部盛装液态金属3；所述的冷冻棒阵列4位于装置的上部，由若干根铜棒组成；所述的伸缩台5位于冷冻棒阵列4的上部，用于控制铜棒与液态金属3的距离；所述的冷冻片6位于伸缩台5的顶部，是一块电控冷热片，通电后可以对冷冻棒阵列6进行降温；所述的支架7用于连接底部的墨池1和上部的冷冻棒阵列4，并且可以带动冷冻棒阵列4上下运动。

参见图2，通过后台控制程序操纵伸缩台5调节冷冻棒阵列4中特定位置铜棒与液态金属3的距离，使得冷冻棒阵列4末端形成特定形状，并通过给冷冻片6通电使其给冷冻棒阵列4降温。后台程序控制支架7带动冷冻棒阵列4向下运动与液态金属3接触，将液态金属3黏附在特定形状的冷冻棒阵列4上，从而制备出平面金属图案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷冻打印装置，其特征在于，包括：

用于容纳液态金属的墨池，所述墨池的顶部为开口结构；

底部设有印制图案的导热模具，所述导热模具位于所述墨池开口的上方；

带动所述导热模具沿竖直方向移动的垂直移动机构，用于控制所述导热模具的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属；

与所述导热模具之间热传导的控温机构，用于向所述导热模具传递低温，控制与所述印制图案接触的液态金属降温凝固。

2.根据权利要求1所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述导热模具为若干具有伸缩功能的冷冻棒组成的冷冻棒阵列；

所述冷冻棒阵列中处于伸张状态下的冷冻棒的底面共同构成所述印制图案。

3.根据权利要求2所述的冷冻打印装置，其特征在于，还包括：固定在所述垂直移动机构上的伸缩台；

所述伸缩台与所述冷冻棒阵列连接，其内设置有伸缩机构，所述伸缩机构控制所述冷冻棒阵列中的每一根冷冻棒的伸缩状态；

所述垂直移动机构通过带动所述伸缩台沿竖直方向的移动，控制所述冷冻棒阵列的底部接触、没入或脱离所述墨池中的液态金属。

4.根据权利要求3所述的冷冻打印装置，其特征在于，还包括：电控组件，设置在所述伸缩台内部，与所述伸缩机构配合控制所述冷冻棒的伸缩状态。

5.根据权利要求4所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述电控组件与所述伸缩机构之间通过电机驱动、电磁驱动、气压驱动或液压驱动的方式配合。

6.根据权利要求4所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述电控组件和伸缩机构还配合用于控制所述冷冻棒之间的间距。

7.根据权利要求2所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述冷冻棒为铜棒。

8.根据权利要求1所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述墨池的内部设置有加热机构，用于维持所述液态金属在所述墨池中处于液体状态。

9.根据权利要求8所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述加热机构采用电热阻丝、水浴加热、和/或、酒精加热。

10.根据权利要求1所述的冷冻打印装置，其特征在于，所述控温机构采用电控冷却片、液冷系统或气冷系统。