CN110001057B - 一种气溶胶打印喷射装置及打印机 - Google Patents

一种气溶胶打印喷射装置及打印机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种气溶胶打印喷射装置，基体上设置相互连通的过滤通道和出胶通道，两者相互连通，并且过滤通道的内径大于出胶通道的内径，气溶胶从过滤通道进入出胶通道；二级过滤器装配在过滤通道内，二级过滤器为两端贯通的筒形，气溶胶进入过滤通道时经过二级过滤器，二级过滤器的内腔填充设置粒径过滤材料，气溶胶进入二级过滤器时经过过滤材料，吸附过滤特定粒径的气溶胶，粒径符合要求的气溶胶可正常进入出胶通道，进而向外喷射打印；本发明的气溶胶打印喷射装置在将气溶胶喷出之前，先对其进行过滤，喷射出的气溶胶粒径更加均匀统一，从而保证了打印的精度。

Description

一种气溶胶打印喷射装置及打印机
技术领域
本发明涉及电子制造技术领域，更进一步涉及一种气溶胶打印喷射装置。此外，本发明还涉及一种打印机。
背景技术
气溶胶，又称气胶、烟雾质，是固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系，微粒大小为0.001～100μm。在电子制造领域，气溶胶打印可替代喷墨打印、电化学沉积、等离子喷涂等加工工艺，进行快速图案化直写纳米镀层、电路印刷、半导体制造、电路修复等。
对于有机纳米器件制备而言，精细的喷射打印技术更适合纳米尺度薄膜的制备，气溶胶喷射打印技术建立在传统喷射打印技术的基础上；气溶胶打印具有无接触、沉积精度高、墨水黏度范围广等优点，通过气雾化、超声雾化等雾化手段形成气溶胶，利用传输载气将气溶胶输送至喷嘴处并打印至基体上。
提高打印精度是气溶胶打印不断追求的目标，雾化气溶胶颗粒的直径大小不均等问题直接影响了打印精度，对于本领域的技术人员来说，如何消除气溶胶颗粒大小不均造成的打印精度低的问题，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种气溶胶打印喷射装置，通过过滤使喷射的气溶胶粒径均匀一致，提高打印精度，具体方案如下：
一种气溶胶打印喷射装置，包括：
基体，其内部连通设置过滤通道和出胶通道，所述过滤通道的内径大于所述出胶通道的内径；
二级过滤器，装配在所述过滤通道内，所述二级过滤器为筒形且两端开通；所述二级过滤器的内腔填充设置粒径过滤材料，用于过滤从所述过滤通道向所述出胶通道运动的特定粒径的气溶胶。
可选地，还包括设置于所述过滤通道内、位于所述二级过滤器之前的一级过滤器；所述一级过滤器与所述过滤通道之间具有气溶胶运动的间隙；
所述一级过滤器包括两端内径大、中间内径小的气流通道，所述气流通道的两端内径大处分别连接用于流通外部气流的气流管；
所述气流通道的中间内径小处设置与所述过滤通道连通的开孔。
可选地，所述气流通道的两端设置为圆锥筒形，中间为直管；所述气流通道中间开孔处设置圆锥形的吸附筒。
可选地，所述一级过滤器与所述二级过滤器的进胶端通过呈放射状分布的固连杆固定连接；所述一级过滤器与所述二级过滤器插装固定在所述过滤通道内。
可选地，还包括鞘层导流盖，所述鞘层导流盖与所述基体配合形成环形腔、锥形流道，所述环形腔截面厚度大于所述锥形流道的截面厚度，所述环形腔中通入外部气流；
所述鞘层导流盖上开设喷射通道，所述喷射通道正对所述出胶通道贯通；所述锥形流道将气流汇聚并从所述喷射通道喷出。
可选地，所述喷射通道的内径大于所述出胶通道的内径。
可选地，所述喷射通道的外端部连接用于出胶的武藏针头；
所述过滤通道、所述出胶通道、所述喷射通道和所述武藏针头的内壁设置绝缘磨砂涂层。
可选地，所述过滤通道的进胶端设置用于连接送胶管道的内螺纹；所述武藏针头螺纹连接于所述喷射通道。
本发明还提供一种打印机，包括上述任一项所述的气溶胶打印喷射装置。
本发明提供一种气溶胶打印喷射装置，基体上设置相互连通的过滤通道和出胶通道，两者相互连通，并且过滤通道的内径大于出胶通道的内径，气溶胶从过滤通道进入出胶通道；二级过滤器装配在过滤通道内，二级过滤器为两端贯通的筒形，气溶胶进入过滤通道时经过二级过滤器，二级过滤器的内腔填充设置粒径过滤材料，气溶胶进入二级过滤器时经过过滤材料，吸附过滤特定粒径的气溶胶，粒径符合要求的气溶胶可正常进入出胶通道，进而向外喷射打印；本发明的气溶胶打印喷射装置在将气溶胶喷出之前，先对其进行过滤，喷射出的气溶胶粒径更加均匀统一，从而保证了打印的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明提供的气溶胶打印喷射装置一种具体实施例的轴测图；
图1B为本发明提供的气溶胶打印喷射装置具体实施例的正视图；
图1C为本发明提供的气溶胶打印喷射装置具体实施例的侧视图；
图2A为基体的剖面图；
图2B为基体及内部结构的剖面图；
图3A为一级过滤器与二级过滤器相互配合的轴测图；
图3B为图3A的正视图；
图3C为图3A的俯视图。
图中包括：
基体1、过滤通道11、出胶通道12、一级过滤器2、气流通道21、气流管22、吸附筒23、二级过滤器3、固连杆31、鞘层导流盖4、环形腔41、锥形流道42、喷射通道43、武藏针头5。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种气溶胶打印喷射装置，通过过滤使喷射的气溶胶粒径均匀一致，提高打印精度。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的气溶胶打印喷射装置及打印机进行详细的介绍说明。
如图1A所示，为本发明提供的气溶胶打印喷射装置一种具体实施例的轴测图；图1B和图1C分别为本发明提供的气溶胶打印喷射装置具体实施例的正视图和侧视图；该喷射装置包括基体1和二级过滤器3等结构，基体1为该喷射装置的主体结构，用于与打印机的主体连接，在基体1上装配该喷射装置的其他部件。
基体1内部连通设置过滤通道11和出胶通道12，如图2A所示，为基体1的剖面图，其为图1C中A-A方向的剖面，其中包括基体1、鞘层导流盖4和武藏针头5；过滤通道11和出胶通道12相互连通形成一条完整的两端与外界连通的通道，通道整体一般为直线形，采用带有一定弧度的通道也可。过滤通道11的内径大于出胶通道12的内径，气溶胶从过滤通道11与外界连通的一端进入，并从出胶通道12与外界连通的一端排出；过滤通道11和出胶通道12优选地采用圆柱形结构，过滤通道11和出胶通道12各自的主体部分内径相等，在两者之间的连接处可设置锥形面或圆弧面平滑过渡，避免形成台阶造成气溶胶堆积。
二级过滤器3装配在过滤通道11内，二级过滤器3两端开通，可供气溶胶流入与流出，二级过滤器3的长度短于过滤通道11的长度，并且二级过滤器3的外表面应与过滤通道11的内壁贴合，使经过过滤通道11运动的气溶胶可全部经过二级过滤器3的内部后排出；二级过滤器3为筒形，入口端开口大，出口端开口小，出口端正对出胶通道12，从二级过滤器3出口端排出的气溶胶进入出胶通道12，经过出胶通道12向外排出。
二级过滤器3的内腔填充设置粒径过滤材料，用于过滤从过滤通道11向出胶通道12运动的特定粒径的气溶胶；根据所需的打印要求填充不同过滤效率级别的防颗粒过滤高效过滤材料，例如聚丙烯、碳纤维毡垫、高分子织物、无纺布滤棉等，通过选用不同的过滤材料，可将不需要的特定粒径气溶胶颗粒吸附过滤，从二级过滤器3排出的气溶胶为所需的粒径；本发明的气溶胶打印喷射装置在将气溶胶喷出之前，先对其进行过滤，喷射出的气溶胶粒径均匀统一，保证了打印的精度。
在上述方案的基础上，本发明的气溶胶打印喷射装置还包括一级过滤器2，如图2B所示，为基体1及内部结构的剖面图，其中包括基体1、鞘层导流盖4、一级过滤器2和二级过滤器3；一级过滤器2设置于过滤通道11内，位于二级过滤器3之前，也即气溶胶在过滤通道11内运动时先经过一级过滤器2、后经过二级过滤器3；一级过滤器2的截面尺寸小于过滤通道11，一级过滤器2与过滤通道11之间具有气溶胶运动的间隙，气溶胶在一级过滤器2与过滤通道11之间的空间内运动；一级过滤器2包括气流通道21，气流通道21的两端内径大、中间内径小，气流通道21的两端内径大处分别连接用于流通外部气流的气流管22，气流管22连接到基体1之外；共设置两个气流管22，一个气流管22用于进气，另一个气流管22用于出气，气流在气流通道21内流动，进气的气流管22连接外部的气源，可向内部通往氮气等保护气体，通过调节气压阀可调节向气流通道21通入的气体的速度。
气流通道21的中间内径小处的侧壁上设置与过滤通道11连通的开孔，如图2B所示，气流通道21呈竖向设置，仅中间内径小处设置横向开通的开孔，气流通道21的两端部与过滤通道11相互隔离，通过气流管22连通至基体1外部；气流通道21内的气体呈竖向流动，单位时间内气流通道21各处流经的气体量相等，由于气流通道21的内径两端大而中间小，因此气体在气流通道21两端部的流速较小，中间位置的流速较大，根据文丘里原理可知，两端内径大处的压力较大，中间内径小处的压力较小，小于过滤通道11内的气压，将过滤通道11内的部分气溶胶吸入气流通道21；通过气压阀调节气流通道21内通入的气体流速，从而调节气流通道21中部的气压值，使特定粒径的气溶胶从气流通道21中部的开孔中进入；如图2B所示，箭头方向表面气溶胶的运动方向，在气溶胶经过气流通道21中部的开孔时将粒径不符合要求的气溶胶吸入，粒径满足要求的气溶胶继续向下运动。
本发明通过一级过滤器2与二级过滤器3的配合，先利用一级过滤器2对气溶胶进行第一次过滤，再利用二级过滤器3对气溶胶进行第二次过滤，提高了过滤的效果；通过调节气流通道21内的气体流速、以及二级过滤器3内的过滤材料构成，使两次过滤过程所滤除的气溶胶颗粒的粒径范围不同，分别过滤粒径过小以及粒径过大的气溶胶颗粒，保留中间粒径的气溶胶，气溶胶颗粒大小均匀一致。
如图3A所示，为一级过滤器2与二级过滤器3相互配合的轴测图，图3B和图3C分别为图3A的正视图和俯视图；气流通道21的两端设置为圆锥筒形，中间为直管，便于加工制造，通过直管结构使中间内径小处所占比例更大，保证一级过滤器的过滤效果；当然，若有需要，一级过滤器也可在一个圆柱结构上铣削加工出相应的内腔，这些具体的实施例均应受到本发明的保护。
气流通道21中间开孔处设置圆锥形的吸附筒23，吸附筒23为圆筒形筒状结构，开口小的一端与气流通道21中间开孔对接，气流大的一端向外凸出，以对气溶胶更好地导流和吸引。
一级过滤器2与二级过滤器3的进胶端通过呈放射状分布的固连杆31固定连接。一级过滤器2与二级过滤器3形成独立的整体，一级过滤器2与二级过滤器3插装固定在过滤通道11内，二级过滤器3通过摩擦力与过滤通道11相对固定；可将一级过滤器2与二级过滤器3独立取出，便于更换二级过滤器3内的过滤材料，方便后期维护及加工制造。
在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，本发明还包括鞘层导流盖4，鞘层导流盖4大体呈锥形结构，鞘层导流盖4与基体1相互固定连接，两者配合连接在内部形成环形腔41、锥形流道42，环形腔41截面厚度大于锥形流道2的截面厚度，环形腔41中通入外部气流；环形腔41在周向的侧壁处开设一个或多个进气孔，外部气流先进入环形腔41内，气流在环形腔41内呈环状分布，并进入锥形流道42，气体在锥形流道42内呈圆锥状分布，从四周向中间汇聚流动；由于环形腔41截面厚度大于锥形流道2的截面厚度，气体从环形腔41进入锥形流道42时流速增大。
鞘层导流盖4上开设喷射通道43，喷射通道43正对出胶通道12贯通，从出胶通道12流出的气溶胶进入喷射通道43，并从喷射通道43向外排出进行打印；锥形流道42将气流从四周向中心汇聚，在喷射通道43和出胶通道12之间具有一小段间隙，当气溶胶从此间隙经过时，由锥形流道42汇聚的气流将气溶胶从四周包围，形成鞘层气体，被鞘层气体保护的气溶胶从喷射通道43喷出进行打印。
为了使气溶胶和鞘层气体更顺畅地流动，喷射通道43的内径大于出胶通道12的内径，为气溶胶和外周包围的鞘层气体提供足够的运动空间。
喷射通道43的外端部连接用于出胶的武藏针头5，武藏针头5位于靠近外界的一端；若鞘层导流盖4和基体1采用金属材料制成，会产生一定的吸附作用不利于打印，因此可在过滤通道11、出胶通道12、喷射通道43和武藏针头5的内壁喷涂绝缘磨砂涂料，形成绝缘涂层，从而消除吸附作用的影响。
过滤通道11的进胶端设置用于连接送胶管道的内螺纹。喷射通道43的外端部设置内螺纹，武藏针头5上设置外螺纹，武藏针头5通过螺纹连接于鞘层导流盖4，方便更换维护。
武藏针头具有不同口径型号，市面上一般与鞘层导流盖4连接的后口直径为5mm，前口直径有0.2mm、0.5mm、0.8mm不等，更换使用不同尺寸的武藏针头可以实现不同打印工艺要求的打印精度，使其出胶直径改善提高聚焦效果。
鞘层气体的作用是增强聚焦作用，武藏针头的作用就是在鞘层气体的基础上再增强聚焦作用，通过鞘层气体与武藏针头的双重作用实现更好的聚焦效果。
本发明还提供一种打印机，包括上述的气溶胶打印喷射装置，该打印机利用气溶胶打印喷射装置喷射气溶胶进行打印，可实现相同的技术效果。打印机的其他部分请参考现有技术，本发明在此不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种气溶胶打印喷射装置，其特征在于，包括：
基体(1)，其内部连通设置过滤通道(11)和出胶通道(12)，所述过滤通道(11)的内径大于所述出胶通道(12)的内径；
二级过滤器(3)，装配在所述过滤通道(11)内，所述二级过滤器(3)为筒形且两端开通；所述二级过滤器(3)的内腔填充设置粒径过滤材料，用于过滤从所述过滤通道(11)向所述出胶通道(12)运动的特定粒径的气溶胶；
还包括设置于所述过滤通道(11)内、位于所述二级过滤器(3)之前的一级过滤器(2)；所述一级过滤器(2)与所述过滤通道(11)之间具有气溶胶运动的间隙；
所述一级过滤器(2)包括两端内径大、中间内径小的气流通道(21)，所述气流通道(21)的两端内径大处分别连接用于流通外部气流的气流管(22)；所述气流通道(21)的中间内径小处设置与所述过滤通道(11)连通的开孔；
气体在所述气流通道(21)两端内径大处的压力较大，中间内径小处的压力较小；气溶胶经过所述气流通道(21)中间的开孔时将粒径不符合要求的气溶胶吸入，粒径满足要求的气溶胶继续向下运动；
通过气压阀调节所述气流通道(21)内通入的气体流速，从而调节所述气流通道(21)中部的气压值，使特定粒径的气溶胶从所述气流通道(21)中部的开孔中进入；
两次过滤过程所滤除的气溶胶颗粒的粒径范围不同，分别过滤粒径过小以及粒径过大的气溶胶颗粒，保留中间粒径的气溶胶。
2.根据权利要求1所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，所述气流通道(21)的两端设置为圆锥筒形，中间为直管；所述气流通道(21)中间开孔处设置圆锥形的吸附筒(23)。
3.根据权利要求2所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，所述一级过滤器(2)与所述二级过滤器(3)的进胶端通过呈放射状分布的固连杆(31)固定连接；所述一级过滤器(2)与所述二级过滤器(3)插装固定在所述过滤通道(11)内。
4.根据权利要求1至3任一项所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，还包括鞘层导流盖(4)，所述鞘层导流盖(4)与所述基体(1)配合形成环形腔(41)、锥形流道(42)，所述环形腔(41)截面厚度大于所述锥形流道(42)的截面厚度，所述环形腔(41)中通入外部气流；
所述鞘层导流盖(4)上开设喷射通道(43)，所述喷射通道(43)正对所述出胶通道(12)贯通；所述锥形流道(42)将气流汇聚并从所述喷射通道(43)喷出。
5.根据权利要求4所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，所述喷射通道(43)的内径大于所述出胶通道(12)的内径。
6.根据权利要求4所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，所述喷射通道(43)的外端部连接用于出胶的武藏针头(5)；
所述过滤通道(11)、所述出胶通道(12)、所述喷射通道(43)和所述武藏针头(5)的内壁设置绝缘磨砂涂层。
7.根据权利要求6所述的气溶胶打印喷射装置，其特征在于，所述过滤通道(11)的进胶端设置用于连接送胶管道的内螺纹；所述武藏针头(5)螺纹连接于所述喷射通道(43)。
8.一种打印机，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的气溶胶打印喷射装置。
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