CN110385912B - 均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其包括以下步骤：1)初始化设定，将预喷印图案的起始位置移到喷头的垂直正下方位置；2)通过红外光电式传感器对液滴喷射进行实时检测，确定相邻点阵图案喷印的间隔时间；3)对已检测的点阵图案喷印的间隔时间进行柔性化处理；4)计算预喷印第i+1个点阵图案时喷印平台的运动速度
Figure DDA0002155478370000011
5)将获得的
Figure DDA0002155478370000012
发送给喷印平台，并以该速度进行第i+1个点阵图案的电流体动力学喷印。实时在线平滑调整下一个点阵图案喷印时喷印平台的移动速度，实现高均匀间距的点阵结构图案喷印，同时避免喷印平台的移动速度出现较大波动。

Description

均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法
技术领域
本发明涉及电流体动力学喷印技术领域，尤其涉及一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法。
背景技术
电流体动力学喷印技术是制造微纳米结构和功能器件的一种新型技术，具有高分辨率、无需掩膜、非接触式、直接成形等优点，适用于电流体动力学喷印的材料有多种无机材料和有机材料，特别适合于电子和生物材料的图案化喷印。电流体动力学喷印技术在信息、能源、生物、医疗、国防、航空宇航等领域具有广泛的应用前景，如可穿戴设备、柔性电子显示器、有机发光二极管、薄膜晶体管、生物医学支架、水凝胶、微流体药物释放系统等。
电流体动力学喷印设备采用脉冲式电压以“拉”方式将液滴从泰勒锥顶端拉出，当电流体动力学喷印平台匀速运动时，通过控制脉冲电压的频率和占空比，在基板上形成一定间距的点阵结构图案。在实际的电流体动力学喷印过程中液滴能否准确地沉积在基板上预期的位置将直接影响点阵结构图案之间间距的均匀性和使用性能。液滴沉积点阵结构图案之间间距的均匀性除了受到喷印平台运动速度的影响，另外，还受到液滴飞行过程中液滴喷射角度误差以及电场力作用所引起的液滴漂移等因素的影响，这些因素的影响造成喷印点阵结构图案的间隔时间会产生变化，从而导致喷印的点阵结构图案间距不均匀，而且这些因素由于作用过程复杂且不同因素之间互相耦合影响，无法通过数学建模的方法对其作用过程进行直接控制。因此，本领域亟需提出更为妥善的解决方式，以满足目前电流体动力学喷印高均匀间距的点阵结构图案的工艺要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，实现高均匀间距的点阵结构图案的喷印，从而提高点阵结构图案的喷印质量。
本发明的技术方案：一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其包括以下步骤：
1)对电流体动力学喷印系统进行喷印参数初始化设定，并将预喷印点阵结构图案的起始位置移到喷头的垂直正下方位置；
2)通过红外光电式传感器对电流体动力学喷印过程中液滴喷射进行实时检测，确定相邻点阵结构图案喷印的间隔时间；
3)对已检测的点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理；
4)根据所设定的喷印平台的运动速度、脉冲高压电源的脉冲周期和柔性化处理后的相邻点阵结构图案喷印的间隔时间，计算预喷印第i+1个点阵结构图案时喷印平台的运动速度
Figure GDA0002418584480000021
其中，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，
Figure GDA0002418584480000022
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，v表示所设定的喷印平台的运动速度，f表示脉冲高压电源的脉冲频率；
5)将计算获得的预喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给喷印平台，并以该运动速度进行第i+1个点阵结构图案的电流体动力学喷印。
步骤2)中，当电流体动力学设备开始喷射液滴时，以红外光电式传感器作为信号检测元件对液滴进行实时检测，红外光穿过液滴照射到接收管，将接收管所产生的电流变化作为液滴开始喷射的信号发送给喷印控制器，喷印控制器接收到第一滴液滴喷射信号开始计时，并以第一个点阵结构图案开始喷印的时间为参考时间，依次记录第i个点阵结构图案的喷印时间ti，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间为Δti＝ti-ti-1，其中，ti-1为第i-1个点阵结构图案的喷印时间。
步骤3)中，对已检测的第i-N+1个到第i个的N个点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间为
Figure GDA0002418584480000023
其中，
Figure GDA0002418584480000024
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，Δti表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间，T表示脉冲高压电源的脉冲周期，满足T＝1/f，f表示脉冲高压电源的脉冲频率，N表示相邻点阵结构图案喷印的间隔时间的柔化处理长度，N取值范围为2≤N≤M-1，M表示预喷印图案的点阵结构图案的个数。
步骤5)中，将所计算的喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给喷印控制器对第i+1个点阵结构图案喷印时的喷印平台进行运动控制，得到第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距为Li+1＝vi+1Δti+1，其中，Li+1表示第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，Δti+1表示第i+1个点阵结构图案与第i个点阵结构图案喷印的间隔时间。
本发明的有益效果：
(1)本发明不需要依赖大量的电流体动力学点阵结构图案喷印实验，仅根据红外光电式传感器，实时检测相邻点阵结构图案喷印的间隔时间，并对其进行柔性化处理预期，根据当前时刻的点阵喷印的柔性化间隔时间，实时在线平滑调整下一个点阵喷印时的喷印平台的移动速度，实现高均匀间距的点阵结构图案喷印的需求，同时避免喷印平台喷印时的移动速度出现较大波动，不但节省了人力物力，还节省了时间成本，提高了流体动力学点阵结构图案喷印的效率和喷印质量；
(2)本发明方法工艺流程简单，实用性和经济性好，不需要依赖于电流体动力学喷印系统的理论数学模型和复杂的算法，实现高均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印的需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图中，1为脉冲高压电源，2为喷印控制器，3为喷头，4为红外光电式传感器，5为喷印液滴，6为喷印基板，7为喷印平台。
具体实施方式
下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：
本发明提供了一种电流体动力学喷印系统，其包括喷印平台7以及设置在喷印平台7上的喷印基板6，在喷印基板的上方设置喷头3，其中在喷头喷射的液滴运动的运动轨迹上设置红外光电传感器4，通过将喷印液滴5经过红外光电传感器所产生的信号发送至喷印控制器2，由喷印控制器2来获取间隔时间，且上述均由脉冲高压电源提供工作电源。
本发明还提供了一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其包括以下步骤：
1)对电流体动力学喷印系统进行喷印参数初始化设定，并将预喷印点阵结构图案的起始位置移到喷头的垂直正下方位置；
设定电流体动力学喷印系统的脉冲高压电源的电压频率、占空比及电压幅值、喷头与基板的喷射高度、喷印溶液的流量、喷印平台的移动速度等参数，并将预喷印点阵结构图案的起始位置移到喷头的垂直正下方位置；
2)通过红外光电式传感器对电流体动力学喷印过程中液滴喷射进行实时检测，确定相邻点阵结构图案喷印的间隔时间；
当喷头开始喷射液滴时，以红外光电式传感器作为信号检测元件对液滴进行实时检测，红外光电式传感器的发射管发射红外光，喷头没有液滴喷射时，红外光直接照射到红外光电式传感器的接收管，红外光光强损失小，接收管转换的电流较强；当喷头有液滴喷射时，红外光穿过液滴照射到接收管，红外光光强损失大，接收管转换的电流较弱，将接收管所产生的电流变化作为液滴开始喷射的信号发送给喷印控制器，喷印控制器接收到第一滴液滴喷射信号开始计时，并以第一个点阵开始喷印的时间为参考时间，依次记录第i个点阵结构图案的喷印时间ti，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间为Δti＝ti-ti-1，其中，ti-1为第i-1个点阵结构图案的喷印时间；
3)为了避免第i+1个点阵结构图案喷印时喷印平台的运动速度出现较大波动，对已检测的点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理；
在喷印控制器中对已检测的第i-N+1个到第i个的N个点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理，实现相邻点阵结构图案喷印周期的喷印速度平稳过渡，从而避免由于点阵结构图案喷印的间隔时间发生较大变化而引起速度发生较大波动。对已检测的第i-N+1个到第i个的N个点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间为
Figure GDA0002418584480000051
其中，
Figure GDA0002418584480000052
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，Δti表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间，T表示脉冲高压电源的脉冲周期，满足T＝1/f，f表示脉冲高压电源的脉冲频率，N表示相邻点阵结构图案喷印的间隔时间的柔化处理长度，N取值范围为2≤N≤M-1，M表示预喷印图案的点阵的个数；
4)根据所设定的喷印平台的运动速度、脉冲高压电源的脉冲周期和柔性化处理后的相邻点阵结构图案喷印的间隔时间，计算预喷印第i+1个点阵结构图案时喷印平台的运动速度
Figure GDA0002418584480000053
其中，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，
Figure GDA0002418584480000054
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，v表示所设定的喷印平台的运动速度，f表示脉冲高压电源的脉冲频率；
5)将计算获得的预喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给喷印平台，并以该运动速度进行第i+1个点阵结构图案的电流体动力学喷印。
在喷印控制器中，将所计算的喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给速度规划模块对第i+1个点阵结构图案喷印时的喷印平台进行运动控制，得到第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距为Li+1＝vi+1Δti+1
其中，Li+1表示第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，Δti+1表示第i+1个点阵结构图案与第i个点阵结构图案喷印的间隔时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)对电流体动力学喷印系统进行喷印参数初始化设定，并将预喷印点阵结构图案的起始位置移到喷头的垂直正下方位置；
2)通过红外光电式传感器对电流体动力学喷印过程中液滴喷射进行实时检测，确定相邻点阵结构图案喷印的间隔时间；
3)对已检测的点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理；
4)根据所设定的喷印平台的运动速度、脉冲高压电源的脉冲周期和柔性化处理后的相邻点阵结构图案喷印的间隔时间，计算预喷印第i+1个点阵结构图案时喷印平台的运动速度
Figure FDA0002418584470000011
其中，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，
Figure FDA0002418584470000012
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，v表示所设定的喷印平台的运动速度，f表示脉冲高压电源的脉冲频率；
5)将计算获得的预喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给喷印平台，并以该运动速度进行第i+1个点阵结构图案的电流体动力学喷印。
2.根据权利要求1所述的均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其特征在于：步骤2)中，当电流体动力学设备开始喷射液滴时，以红外光电式传感器作为信号检测元件对液滴进行实时检测，红外光穿过液滴照射到接收管，将接收管所产生的电流变化作为液滴开始喷射的信号发送给喷印控制器，喷印控制器接收到第一滴液滴喷射信号开始计时，并以第一个点阵结构图案开始喷印的时间为参考时间，依次记录第i个点阵结构图案的喷印时间ti，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间为Δti＝ti-ti-1，其中，ti-1为第i-1个点阵结构图案的喷印时间。
3.根据权利要求1所述的均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其特征在于：步骤3)中，对已检测的第i-N+1个到第i个的N个点阵结构图案喷印的间隔时间进行柔性化处理，得到第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间为
Figure FDA0002418584470000021
其中，
Figure FDA0002418584470000022
表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的柔性化间隔时间，Δti表示第i个点阵结构图案与第i-1个点阵结构图案喷印的间隔时间，T表示脉冲高压电源的脉冲周期，满足T＝1/f，f表示脉冲高压电源的脉冲频率，N表示相邻点阵结构图案喷印的间隔时间的柔化处理长度，N取值范围为2≤N≤M-1，M表示预喷印图案的点阵结构图案的个数。
4.根据权利要求1所述的均匀间距的点阵结构图案的电流体动力学喷印控制方法，其特征在于：步骤5)中，将所计算的喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度发送给喷印控制器对第i+1个点阵结构图案喷印时的喷印平台进行运动控制，得到第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距为Li+1＝vi+1Δti+1，其中，Li+1表示第i+1个喷印的点阵结构图案与第i个喷印的点阵结构图案之间的间距，vi+1表示喷印第i+1个点阵结构图案时的喷印平台的运动速度，Δti+1表示第i+1个点阵结构图案与第i个点阵结构图案喷印的间隔时间。
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