CN110774768B - 一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液态金属供墨系统的气压控制组件和一种气压控制方法，包括负压气泵、正压气泵、稳压气瓶、阀块、气压控制板卡、气管和控制电路；阀块通过气管连接至供墨系统的液态金属墨盒；负压气泵、正压气泵、稳压气瓶分别通过气管连接至阀块；气压控制板卡通过控制电路连接并控制负压气泵和正压气泵；其中供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒中的气压P进行实时控制。采用上述气压控制组件及控制方法对液态金属墨盒中的气压进行监控，实现了对液态金属墨量的稳定和精确控制，保证了液态金属打印头的出墨质量，以提高整体打印质量。

Description

一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法

技术领域

本发明涉及一种液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法，主要运用于液态金属打印机的供墨系统中。

背景技术

随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的PCB(印刷电路板)硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。液态金属打印技术在柔性电路、PCB、天线等电子器件的快速制造上有着得天独厚的优势，具有十分广阔的应用前景。

在现有的液态金属打印中，液态金属墨水主要以自身重力作为打印驱动力，依靠液态金属对基底材料的浸润和粘附力来实现连续的出墨和线路打印。

然而，(1)随着液态金属墨水的液位在不断降低，打印驱动力变小，墨量就会减小，打印出来的导电线路宽度就会出现不一致；(2)液态金属流动性受温度的影响较大，一般随着温度升高流动性会变好，反之变差，当外界环境温度发生变化时，液态金属流动性就会发生变化，出墨量会发生变化；(3)随着时间的推移，液态金属墨水中氧化物的含量逐渐增多，氧化物越多，液态金属流动性会变差，出墨量也会受到影响；(4)现有的依靠重力自流的打印方式不能对液态金属进行精确的流量控制，供墨系统本身的稳定性和打印出来线宽的一致性难以得到保证；(5)当打印停止时，金属墨水的重力又会导致其在笔头处渗漏，既浪费液态金属材料又影响打印性能。

因而，现有的供墨系统和方法大大限制了传统液态金属打印技术的适用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服传统液体金属打印质量不稳定的问题，提高打印线宽的稳定性，尤其对打印机的液态金属供墨系统的气压控制组件及控制方法进行了改进，通过对液态金属墨盒中的气压的实时监控提高了液态金属打印质量，而且，传统普通的液态金属打印机中还没有运用气压控制。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种液态金属供墨系统的气压控制组件，包括负压气泵、正压气泵、稳压气瓶、阀块、气压控制板卡、气管和控制电路；阀块通过气管连接至供墨系统的液态金属墨盒；负压气泵、正压气泵、稳压气瓶分别通过气管连接至阀块；气压控制板卡通过控制电路连接并控制负压气泵和正压气泵。

其中，阀块上还包括大气连通口，使阀块的内部和大气连通。

其中，还包括气压传感器，通过气管连接至阀块，测量阀块的气压。

其中，还包括电磁阀，位于阀块的内部，在连接液态金属墨盒的气管处和连接大气连通口处，采用螺纹连接的方式分别设置。

其中，还包括金属滚花接头，位于阀块的外部，在与气管的连接处均采用金属滚花接头进行螺纹密封连接，稳压气瓶上与气管的连接处也采用金属滚花接头进行螺纹密封连接。

其中，还包括宝塔接头，分别位于负压气泵、正压气泵、气压传感器上与气管的连接处，进行密封连接。

其中，还包括蓄电池，连接于控制电路上。

一种气压控制组件的气压控制方法，供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒中的气压P进行实时控制；换算公式为P＝-(G-γC-f)/s，其中，P为气压，G为液态金属墨盒2的重量，γ为模拟系数，C为氧化物质量百分数，f为供墨系统中的阻力，s为液态金属墨盒2的底面积。

其中，供墨系统的上位机根据打印需求，控制负压气泵或正压气泵进行工作；当准备开始打印时，供墨系统的上位机启动正压气泵向液态金属墨盒中施加正压，给予液态金属驱动力，此时G-γC-f≤0时，P≥0；在准备终止打印时，供墨系统的上位机启动负压气泵向液态金属墨盒中施加负压，给予液态金属平衡力，此时G-γC-f＞0，P＜0。

其中，液态金属墨盒内部的气压数值范围为-9kPa-9kPa。

本发明的有益效果是：

采用上述气压控制组件及控制方法对液态金属墨盒中的气压进行监控，实现了对液态金属墨量的稳定和精确控制，保证了液态金属打印头的出墨质量，以提高整体打印质量。

附图说明

图1为本发明的液态金属供墨系统示意图；

图2为本发明的液态金属供墨系统的供墨方法示意图；

图3A为本发明的液态金属供墨系统的温度控制组件示意图；

图3B为本发明的液态金属供墨系统的温度控制组件的控制方法示意图；

图4A、4B为本发明的液态金属供墨系统的氧化物含量测试组件的两种具体实施方式示意图；

图5为本发明的液态金属供墨系统的液位控制组件示意图；

图6为本发明的液态金属供墨系统的气压控制组件示意图；

图7为本发明的液态金属供墨系统的还原墨路示意图；

附图标记：1-重力传感器，2-液态金属墨盒，3-排墨接头，4-供墨接头，5-单向阀，6-过滤器，7-供墨泵，8-排墨泵，9-墨池，10-墨管，13-负压气泵，14-正压气泵，15-稳压气瓶，16-阀块，17-电磁阀，18-气管，19-气压控制板卡，20-气压传感器，21-控制电路，22-大气连通口，24-还原过滤器，25、28、33-墨管，26、27-鲁尔接头，29、32-宝塔接头，30-氧化物去除溶液，31-被还原液态金属，34-滚花接头，35-打印头，36、37、38、40、42-金属滚花接头，39、41-宝塔接头，44-液态金属墨盒盖，11、50-测试池，12-粘度测量仪，43-鲁尔接头，44-液态金属墨盒盖，47-电阻测量仪，45、48-测试池盖，46、49-被测液态金属，54-加热装置，55-测温装置，56-制冷装置，57-控制装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，具体实施方式所示为一种液态金属供墨系统，包括液态金属墨盒2、温度控制组件、寿命计数组件、氧化物测试组件、液位控制组件、气压控制组件、还原墨路、打印头；液态金属墨盒2，分别通过两根不同的墨管连接了还原墨路和氧化物测试组件，并通过气管18连接气压控制组件；液位控制组件的排墨接头3和供墨接头4直接连接于液态金属墨盒2中，与液态金属直接接触，其重力传感器1连接于液态金属墨盒2的下表面；温度控制组件和寿命计数组件连接于液态金属墨盒2的外表面上。

液态金属墨盒2还具备液态金属墨盒盖44，气管18、排墨接头3、供墨接头4连接于液态金属墨盒盖44上。液态金属墨盒的盒盖保证了其他零部件与其的密封连接，还保证了液态金属墨盒整体的拆装方便程度和密封性。

其中，使用的所述液态金属又称低熔点金属，其包括熔点在300摄氏度以下的低熔点金属单质、低熔点金属合金或由液态金属单质/低熔点金属合金与金属纳米颗粒和流体分散剂混合形成的导电纳米流体。更为具体地，当选用所述导电纳米流体时，流体分散剂优选为乙醇、丙二醇、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。在一些实施例中，低熔点金属合金成分可包括镓、铟、锡、锌、银、铜、铁、镍等中的一种或多种。

优选地，液态金属具体的选择范围包括：镓单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、中的一种或几种。

连接了还原墨路和氧化物测试组件的两根不同的墨管连接在液态金属墨盒2的侧壁上。墨管在侧壁上的位置可以根据还原墨路和氧化物测试组件的位置进行灵活设置。

气压控制组件为电动气压源，以实现气压的供给。

寿命计数组件为计时芯片，直接安装在液态金属墨盒上。

参见图2，具体实施方式中所示的供墨系统的供墨方法为：

(1)温度控制组件启动，控制液态金属墨盒中的工作温度为21-26℃；

(2)寿命计数组件检测液态金属墨盒是否处于正常的工作时间状态，如果超过正常的工作时间，则供墨系统上位机软件提示用户更换墨盒，如果没有超过正常的工作时间，则开始计数；

(3)氧化物含量测试组件启动，抽吸液态金属墨盒中的液态金属进入测试池中，开始检测氧化物质量百分数C，并把数值反馈给供墨系统上位机设备，当C＞20％时，供墨系统失效，上位机软件提示用户更换墨盒，当C≤20％时，寿命计数组件开始计数；

(4)液位控制组件启动，控制液态金属墨盒中的液位高度始终处于-0.2mm≤h-h₀≤0.2mm，其中，h为液位高度，h₀为推荐液位高度；

(5)气压控制组件启动，控制液态金属墨盒中的气压处于稳压状态；

(6)供墨系统开始供墨打印。

该供墨系统的气压控制组件和液位控制组件都有故障自检功能，当气压控制组件或液位控制组件的持续工作时间超过10分钟，说明液态金属墨盒中的气压或液位始终处于不稳定的状态，默认相关组件故障，供墨系统上位机软件提示用户系统故障。

该供墨系统的寿命计数组件的正常的工作时间为3个月。

本发明通过对液态金属打印机的供墨系统及其供墨方法进行了限定，可以使一系列控制组件按顺序工作，一步步排除系统故障，确保了供墨系统的工作稳定性，并且通过有序地启动各个系统，保证了液态金属墨盒中液态金属的稳定性，以提高打印线宽和打印质量。

温度控制组件及其控制方法是为了保证液态金属的打印温度T始终处于最佳的预设温度T₀。

参见图3A和3B，具体实施方式示出了一种液态金属供墨系统的温度控制组件的温度控制方法，采用加热装置54、制冷装置56、测温装置55和控制装置57，根据液态金属预设温度T₀，对液态金属墨盒2内的液态金属49打印温度T进行控制；加热装置54、制冷装置56位于液态金属墨盒2的底部，与液态金属49直接接触；当T＜T₀时，启动加热装置54，当T＞T₀时，启动制冷装置56，当T＝T₀时，温度控制组件不工作。

根据液态金属的属性，一般情况下，预设温度T₀＝21-26℃，而温度控制方法中的控制装置则采用常见的PID控制装置。

加热装置54和制冷装置56同样采用常见的形式，加热装置54为加热棒、聚酰亚胺加热膜和陶瓷加热片中的任意一种加热装置；制冷装置56为半导体制冷片、水冷、风冷中的任意一种制冷装置。

温度控制方法的主要目的是控制打印温度，这与测温装置的安装位置相关。参见图3A，示出了测温装置55的一种安装方式，其位于液态金属墨盒2的底部，此时测温装置55与液态金属49直接接触，T＝T_c+T’，其中，T为打印温度，T_c为测量温度，T’为液态金属墨盒2与打印头35之间的温度损失差，这种测量方式为间接测温，通过测量液态金属墨盒2中的液态金属49温度来推算打印头35中液态金属的打印温度，这里，T’主要受环境温度影响，一般情况下，环境温度越低，T’越大，反之越低；测温装置55的另一种安装方式，图中未示出，其位于打印头35的内部，此时测温装置55同样与液态金属直接接触，T＝T_c，其中，T为打印温度，T_c为测量温度，这种测量方式为直接测温，通过测量打印头35中液态金属的温度直接获得其打印温度。上述两种测温方式中，间接测温的方式没有直接测温的方式准确，但是由于液态金属的预设温度T₀为一个温度区间，即21-26℃，因此，上述两种测温方法都可以采用。

关于温度控制组件中的组装方式，加热装置、制冷装置和测温装置均采用螺纹或者耐热胶粘接的方式固定连接在液态金属墨盒的壁部或打印头的壁部。

值得注意的是，温度控制组件及其控制方法是为了保证液态金属墨盒中的液态金属始终处于便于打印的合适温度，使得液态金属的出墨量保持稳定，有利于供墨系统精确的流量控制。如果温度控制组件反复启动或者持续工作时间过长，则说明液态金属墨盒中的温度始终无法达到预设温度，那么供墨系统的上位机可能会判定其发生故障，并提示用户检查。

寿命计数组件是保证液态金属供墨系统正常工作的前提，确保供墨系统中液态金属始终具备良好的品质。

液态金属墨盒的累计使用时间一般在三个月左右，每个液态金属墨盒上面都有一个单独的防伪密码编号，当用户第一次使用新的液态金属墨盒时，需要在上位机软件操作界面中手动输入该防伪密码编号，当用户操作打印机开始打印的时候，打印机设备处于工作模式中，供墨系统的上位机软件开始计时，当设备运行结束，计时也结束。当计时达到三个月的时候，防伪密码编号失效，上位机软件退出正常的可操作界面，提示用户更换墨盒。另外，当液态金属供墨系统的氧化物含量测试组件检测到液态金属墨盒中的氧化物质量百分数C＞20％时，寿命计数组件同样会通过上位机软件提示用户更换墨盒。

寿命计数模块板卡安装在墨盒底部，采用螺钉禁锢的方式固定四角。

氧化物含量测试组件在供墨系统中主要通过以下原理实现对氧化物质量百分数的测量：第一，随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属的粘度会随之变大的原理，通过测量被测液态金属的粘度数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小；第二，随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属的电阻会随之变大的原理，通过测量被测液态金属的电阻数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小；第三，随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属的重量会随之变大的原理，通过测量被测液态金属的质量数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小；第四，随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属中相同位置的电学参数会随之变化的原理，通过测量被测液态金属中相应的电学参数数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小。上述原理中，将被测数值换算为氧化物质量百分数C的过程，均由液态金属供墨系统的上位机完成。

参见图3A和3B，是本发明的两种具体实施方式，一种液态金属供墨系统的氧化物含量测试组件，包括测试池11或50、测试池盖45或48、测量仪12或47、被测液态金属46或49、和反馈部件；测量仪12或47固定安装在测试池盖45或48上，测量仪12或47的下端始终接触测试池11或50中的被测液态金属46或49，测量仪12或47的上端露出测试池盖45或48；反馈部件固定在测量仪12或47的上端，联结液态金属供墨系统的上位机。

氧化物含量测试组件的测试池实际上实时测量和反馈的是液态金属墨盒2中的数据，这两个容器是相互连通的。因此，氧化物含量测试组件还包括抽吸装置，抽吸装置固定于测试池11或50的侧壁上并且通过墨管与液态金属供墨系统的液态金属墨盒2连接，从液态金属墨盒2中抽吸液态金属进入测试池11或50中。

反馈部件可以采用多种形式。比如，反馈部件为反馈电路，反馈电路固定连接测量仪12或47的上端和液态金属供墨系统的上位机，反馈测量仪12或47的测量数值。再比如，反馈部件为无线信号发射器，无线信号发射器固定在测量仪12或47的上端并发送测量仪12或47的测量数值无线信号，液态金属供墨系统的上位机接收该无线信号。

氧化物含量测试组件的测量仪也可以采用多种形式。比如，参见图3A，该实施例中的测量仪为粘度测量仪12，采用的测量原理是：随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属的粘度会随之变大的原理，通过测量被测液态金属的粘度数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小。再比如，参见图3B，该实施例中的测量仪为电阻测量仪47，采用的测量原理是：随着液态金属墨盒中氧化物的增加，液态金属的电阻会随之变大的原理，通过测量被测液态金属的电阻数值，间接换算出其氧化物质量百分数C的大小。除此之外，测量仪还可以选择重量测量仪、电压测量仪、电位测量仪中的任意一种。

测量仪12或47所测量的测量数值通过反馈部件反馈至液态金属供墨系统的上位机，供墨系统的上位机通过数值计算换算得到被测液态金属46或49的氧化物质量百分数C。

测量仪12或47在测试池盖45或48上的固定方式为，在测试池盖45或48上打螺纹孔并配合测量仪12或47上的固定工装实现螺纹连接。

液位控制组件的工作原理是由重力传感器测出整个液态金属墨盒的重量，再推算出相应的液位高度，再根据需求进行液位调整。

参见图4，具体实施方式中示出了一种液态金属供墨系统的液位控制组件，包括重力传感器1、液态金属墨盒2、排墨接头3、供墨接头4、供墨泵7、排墨泵8、墨池9、墨管10；重力传感器1位于液态金属墨盒2的下方；排墨接头3和供墨接头4位于液态金属墨盒2的上方；供墨泵7和排墨泵8位于墨池9中，用于给液态金属墨盒2进行供墨和排墨；墨管10，连接于墨池9和液态金属墨盒2之间，形成供墨通道和排墨通道。在液位控制组件中，有两个相互连接的容器，分别为液态金属墨盒2和墨池9，就是通过对液态金属墨盒2中的液位进行实施监控，从墨池9中输入或者输出液态金属，来保证液态金属墨盒2中液位的持续稳定。

为了提高液态金属墨盒2中液态金属的纯净度，液位控制组件还包括单向阀5和过滤器6，其中，单向阀5和过滤器6均设置于连接墨池9和液态金属墨盒2的墨管10所形成的供墨通道上。两者的位置可以灵活选择，设置方便操作的单向阀5之后，可以将过滤器6设置于单向阀5与供墨泵7之间，或者单向阀5和供墨接头4之间。

液态金属墨盒2的上方还包括液态金属墨盒盖44，两者相互配合以容纳液态金属，排墨接头3和供墨接头4采用能够灵活安装和拆卸的方式固定在液态金属墨盒盖44上，比如螺纹连接。

重力传感器1采用胶粘的方式固定于液态金属墨盒2的下方。重力传感器1一般不采用螺钉螺栓的方式与液态金属墨盒2连接，因为螺钉螺栓本身的自有重力会影响重力传感器的测量结果。

在液位控制组件中采用了很多密封连接件，都是为了保证各个零部件之间的装配和密封。鲁尔接头43位于单向阀5和过滤器6的两端，以及排墨接头3和供墨接头4与液态金属墨盒盖44的外表面连接处。宝塔接头位于供墨泵7和排墨泵8与墨管10的两个连接处。

采用液位控制组件是为了对液态金属墨盒中的液位进行实施监控，保证了液位其实就保证了墨盒中液态金属的质量。控制液位高度的第一步是得到液位高度，液位控制组件根据重力传感器1测量的液态金属墨盒2的重量G，供墨系统的上位机可以进行液位高度h的换算，以得到液态金属墨盒2中的液位高度h进行实时控制；换算公式为h＝(G-G₀)/ρsg，其中，h为液位高度，G为液态金属墨盒2的重量，G₀为液态金属墨盒2空置时的重量，ρ为液态金属密度，s为液态金属墨盒2的底面积，g为重力加速度。

接着，供墨系统的上位机根据液位高度h与推荐液位高度h₀的值，控制供墨泵7或排墨泵8进行工作；当h-h₀＜-0.2mm时，液态金属墨盒2处于缺墨状态，供墨系统的上位机启动供墨泵7向液态金属墨盒2中输送液态金属；当h-h₀＞0.2mm时，液态金属墨盒2处于溢墨状态，供墨系统的上位机启动排墨泵8从液态金属墨盒2中输出液态金属；当-0.2mm≤h-h₀≤0.2mm时，液态金属墨盒2处于正常工作状态，液位控制组件不工作。

值得注意的是，不同成分的液态金属墨水具有不同的推荐液位高度h₀，液位控制组件是为了保证液态金属墨盒中的液态金属始终处于便于打印的合适高度，使得液态金属的自身重力保持恒定，有利于供墨系统精确的流量控制。如果液位控制组件反复启动或者持续工作时间过长，则说明液态金属墨盒中的液位始终无法达到推荐高度，那么供墨系统的上位机可能会判定其发生故障，并提示用户检查。

气压控制组件是为了精确调节液态金属墨盒内部的压力大小，传统的打印机供墨系统并没有设置气压控制组件。

参见图5，具体实施方式中示出了一种液态金属供墨系统的气压控制组件，包括负压气泵13、正压气泵14、稳压气瓶15、阀块16、气压控制板卡19、气管18和控制电路21；阀块16通过气管18连接至供墨系统的液态金属墨盒2；负压气泵13、正压气泵14、稳压气瓶15分别通过气管18连接至阀块16；气压控制板卡19通过控制电路21连接并控制负压气泵13和正压气泵14。

在气压控制组件中，负压气泵13、正压气泵14、稳压气瓶15是用来调整液态金属墨盒2内部的气压的，阀块16起到整体调整控制的作用，通过控制电路21来实现对各个部件的控制的。

气压控制组件的阀块16上还包括大气连通口22、气压传感器20、电磁阀17，大气连通口22使阀块16的内部和大气连通；气压传感器20，通过气管18连接至阀块16，测量阀块16的气压；电磁阀17位于阀块16的内部，在连接液态金属墨盒2的气管18处和连接大气连通口22处，采用螺纹连接的方式分别设置。

可见，阀块16的气压与液态金属墨盒2的气压具备一定的关系，需要气压传感器20的测量，气压控制组件的各个部分主要通过气管18来进行连接和输送气压，电磁阀17具有两个，均连接在阀块16的内部，进行分别连接和分别控制。

气压控制组件之间的连接主要采用金属滚花接头37、38、40、42和宝塔接头39、41来完成，在阀块16的外部，与气管18的连接处均采用金属滚花接头37、38、40进行螺纹密封连接，稳压气瓶15上与气管18的连接处也采用金属滚花接头42进行螺纹密封连接；而宝塔接头39、41分别位于负压气泵13、正压气泵14、气压传感器20上，与气管18的连接处，进行密封连接。选用金属滚花接头或者宝塔接头都是在保证零部件密封连接的基础上，保证了便于拆卸维修的前提，还要根据不用的输送和连接材料进行不同连接件的选择，要充分考虑液态金属自身的氧化属性和输送物质的相关属性。

气压控制组件还包括了蓄电池，连接于控制电路21上。保证在设备断电时气压控制组件依然有效，防止打印头的渗漏。

本发明具体实施方式中的气压控制组件的气压控制方法，主要是利用供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒2中的气压P进行实时控制；换算公式为P＝-(G-γC-f)/s，其中，P为气压，G为液态金属墨盒2的重量，γ为模拟系数，C为氧化物质量百分数，f为供墨系统中的阻力，s为液态金属墨盒2的底面积。可见，气压值P的数值与液态金属墨盒2中的液位高度h、氧化物质量百分数C都有关系，整个液态金属供墨系统中的各个控制组件是协同工作，共同控制的。

在打印过程中，供墨系统的上位机根据打印需求，控制负压气泵13或正压气泵14进行工作；当准备开始打印时，供墨系统的上位机启动所述正压气泵14向液态金属墨盒中施加正压，给予液态金属驱动力，此时G-γC-f≤0时，P≥0；在准备终止打印时，供墨系统的上位机启动负压气泵13向液态金属墨盒中施加负压，给予液态金属平衡力，此时G-γC-f＞0，P＜0。

值得注意的是，液态金属由于自身重量原因，当其液位高度到达一定高度时，其总重量过重，此时即便不给予正压仅连通大气，液态金属也会往下渗漏，因此需要气压控制组件给予液态金属墨盒内部一个负压，来平衡液态金属的重量，防止渗漏，这与即将停止打印时，给予液态金属墨盒一个负压是相通的原理，都使得打印头中的液态金属有所回收，不要滴漏；另一方面，当液态金属的液位高度低于一定值时，虽然其重量很大，但是其表面张力也很大，以至于通过自身重量是无法顺利进入打印头，此时则需要气压控制组件给予其一个正压，推动液态金属进行下流和打印。

上述打印过程中气压控制方法所控制的液态金属墨盒2内部的气压数值范围为-9kPa-9kPa。

还原墨路是连接液态金属墨盒和打印头之间的通道，主要功能是去除液态金属中的氧化物杂质，确保通到打印头的液态金属基本不含氧化物，防止氧化物颗粒堵塞打印头，保证打印质量。

参见图7，具体实施方式中示出了一种液态金属供墨系统的还原墨路，包括墨管25、28、33，还原过滤器24和打印头35；墨管25、28、33连接液态金属墨盒2和打印头35，形成墨路；还原过滤器24连接于该墨路之上，具备一腔体，腔体内盛装氧化物去除溶液30，使得通过还原过滤器24流向打印头35的液态金属中的氧化物被还原。

还原墨路还包括单向阀23，连接于液态金属墨盒2和还原过滤器24之间的墨路上，或者直接连接在还原过滤器24的入口处。单向阀的作用是防止液态金属回流，上述两种方式可以根据墨路的长短情况进行相应的设置，在功能上并无差异。

但是，单向阀23设置的位置对于单向阀23和还原过滤器24与墨管的连接件选择有一定的影响。当单向阀23连接于液态金属墨盒2和还原过滤器24之间时，单向阀23和还原过滤器24均具备入口和出口，此时，在单向阀23的入口和出口处，均采用鲁尔接头26、27与墨管25、28密封连接，而在还原过滤器24的入口和出口处，则均采用宝塔接头29、32与墨管28、33密封连接。当单向阀23直接连接在还原过滤器24的入口处时，单向阀23具备一入口而无出口，还原过滤器24具备一出口而无入口，此时，单向阀23的入口处采用鲁尔接头与墨管25密封连接，还原过滤器24的出口处采用宝塔接头与墨管33密封连接。

还原墨路的打印头35与墨管33的连接处，采用滚花接头34进行螺纹密封连接。

前述连接关系中，墨管25、28、33、鲁尔接头26、27、宝塔接头29、32、滚花接头34均采用塑料制成。塑料连接件的特性是不透氧，且不与液态金属发生反应，以确保液态金属的稳定性。

还原过滤器24中的氧化物去除溶液30为NaOH、HCL、H₂SO₄、KOH溶液中的一种，体积不超过腔体容积的40％，浓度为0.05mol/L-0.5mol/L。由于氧化物去除溶液30的密度远低于液态金属的密度，因此，在腔体中氧化物去除溶液30始终处于被还原液态金属31的上表面，经过还原的被还原液态金属31沉在腔体下部。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种气压控制组件的气压控制方法，其特征在于，应用于液态金属供墨系统的气压控制组件，所述气压控制组件包括：负压气泵（13）、正压气泵（14）、稳压气瓶（15）、阀块（16）、气压控制板卡（19）、气管（18）和控制电路（21）；所述阀块（16）通过气管（18）连接至所述液态金属供墨系统的液态金属墨盒（2）；所述负压气泵（13）、正压气泵（14）、稳压气瓶（15）分别通过气管（18）连接至所述阀块（16）；所述气压控制板卡（19）通过控制电路（21）连接并控制所述负压气泵（13）和正压气泵（14）；所述阀块（16）上还包括大气连通口（22），使所述阀块（16）的内部和大气连通；所述气压控制组件，还包括：气压传感器（20），通过气管（18）连接至所述阀块（16），测量所述阀块（16）的气压；电磁阀（17），位于所述阀块（16）的内部，在连接所述液态金属墨盒（2）的气管（18）处和连接所述大气连通口（22）处，采用螺纹连接的方式分别设置；金属滚花接头（37、38、40），位于所述阀块（16）的外部，在与所述气管（18）的连接处均采用所述金属滚花接头（37、38、40）进行螺纹密封连接，所述稳压气瓶（15）上与所述气管（18）的连接处也采用所述金属滚花接头（42）进行螺纹密封连接；宝塔接头（39、41），分别位于所述负压气泵（13）、正压气泵（14）、气压传感器（20）上与所述气管（18）的连接处，进行密封连接；蓄电池，连接于所述控制电路（21）上；

所述气压控制方法，包括：所述液态金属供墨系统的上位机进行气压的换算，以得到液态金属墨盒（2）中的气压P进行实时控制；换算公式为P=-（G-γC-f）/s，其中，P为气压，G为液态金属墨盒（2）的重量，γ为模拟系数，C为氧化物质量百分数，f为供墨系统中的阻力，s为液态金属墨盒（2）的底面积。

2.如权利要求1所述的气压控制方法，其特征在于：所述液态金属供墨系统的上位机根据打印需求，控制所述负压气泵（13）或正压气泵（14）进行工作；当准备开始打印时，所述液态金属供墨系统的上位机启动所述正压气泵（14）向液态金属墨盒中施加正压，给予液态金属驱动力，此时G-γC-f≤0时，P≥0；在准备终止打印时，所述液态金属供墨系统的上位机启动所述负压气泵（13）向液态金属墨盒中施加负压，给予液态金属平衡力，此时G-γC-f＞0， P＜0。

3.如权利要求1或2所述的气压控制方法，其特征在于：所述液态金属墨盒（2）内部的气压数值范围为-9kPa～9kPa。

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