CN111204135B - 电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法 - Google Patents

电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法，涉及打印设备领域，其包括连接板、支架、注射器以及若干个点阵设置的喷头，所述注射器和支架都安装在所述连接板上且支架位于注射器下方，所述支架上安装有若干条滑道，所述滑道包括两条纵向滑道和若干条横向滑道，所述横向滑道的两端安装在两个纵向滑道上，除了纵向滑道两端位置的其中一条横向滑道固定安装外，其余的横向滑道都可在两个纵向滑道上滑动，每个喷头分别安装在横向滑道上，除了每个横向滑道两端位置的其中一个喷头固定安装外，其余的喷头都可在横向滑道上滑动。本发明具有喷头间距调节方便，实用性好，打印效率高的优点。

Description

电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法
技术领域
本发明涉及电流体动力学打印技术领域，具体涉及电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法。
背景技术
电流体动力学打印技术具有高分辨率、无需掩膜、非接触式、直接成型等优点，具有一定黏度范围的无机/有机多种材料均适用于电流体动力学打印成型，特别适合于光电子器件和生物功能器件的图案化打印，在微/纳器件的制备方面得到广泛关注，如有机发光二极管、薄膜晶体管、有机量子点、薄膜太阳能电池、柔性可穿戴传感器、柔性显示器、致动器等。
针对点阵结构图案的电流体动力学打印，采用脉冲电压控制模式，通过控制脉冲电压的频率和占空比的大小，当电流体动力学打印平台运动时，在基板上形成一定间距的点阵结构图案。目前多点阵图案的电流体动力学打印通常采用单喷头的打印方式，这种方式打印点阵图案的时间长和效率低。采用多喷头的打印方式，由于喷头之间的距离固定，只能实现某一特定间距的点阵图案的喷印，不同间距的点阵图案需要不同间距的多喷头，导致点阵图案打印成本高，因而固定间距的多喷头模式的电流体动力学打印方式在点阵图案的电流体动力学打印过程中很少采用。
发明内容
电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置及其方法，实现任意间距点阵图案的电流体动力学打印，提高电流体动力学打印点阵图案的效率，降低打印成本。
本发明所采用的一个技术方案，电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置，其包括连接板、支架、注射器以及若干个点阵设置的喷头，所述注射器和支架都安装在所述连接板上且支架位于注射器下方，所述支架上安装有若干条滑道，所述滑道包括两条纵向滑道和若干条横向滑道，所述横向滑道的两端安装在两个纵向滑道上，除了纵向滑道两端位置的其中一条横向滑道固定安装外，其余的横向滑道都可在两个纵向滑道上滑动，每个喷头分别安装在横向滑道上，除了每个横向滑道两端位置的其中一个喷头固定安装外，其余的喷头都可在横向滑道上滑动，在相邻的两个喷头之间均固定安装有横向伸缩件将相邻的喷头依次连接，在相邻的两个横向滑道的两端沿着纵向方向分别均固定安装有纵向伸缩件将相邻的横向滑道依次连接。
所述横向伸缩件和纵向伸缩件都采用施加电压会产生伸缩变形的压电材料，包括无机压电材料和有机压电材料。
所述支架设有与连接板连接的安装架，所述滑道底面开设有条形的导向槽，所述滑道由若干条横向滑道和两条纵向滑道组成，所述纵向滑道垂直设置在所有横向滑道的两端，两条纵向滑道以及纵向滑道两端位置的其中一条横向滑道都固定安装在所述支架的内侧壁。
本发明还提供另一技术方案：基于上述的电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置的方法，其步骤包括：
步骤1、将横向滑道上相邻的两个喷头之间固定安装的横向伸缩件两端沿着横向方向分别与电极固定连接，将相邻的两个横向滑道的之间固定安装的纵向伸缩件沿着纵向方向分别与电极固定连接；
步骤2、将每个横向伸缩件和纵向伸缩件的两端固定连接的电极通过电线分别与一个可调电压源的正负极进行电性连接，使得每个喷头之间的横向伸缩件构建电压与横向伸缩件的形变映射关系，相邻的两个横向滑道之间的纵向伸缩件建立电压与纵向伸缩件的形变映射关系；
步骤3、根据待打印的点阵图案之间的距离、电压与横向伸缩件的形变映射关系以及电压与纵向伸缩件的形变映射关系，分别调控每个与伸缩件电性连接的可调电压源的电压大小，使得每个横向伸缩件的产生变形后相邻的两喷头之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻横向之间的距离，每个纵向伸缩件的产生变形后相邻的横向滑道之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻纵向之间的距离；
步骤4、将多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数输送给电流体动力学打印控制系统，多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数满足如下关系：
n 2=mn 1；
其中，n 1为多喷头装置的喷头个数，n 2为待打印的点阵图案的点阵个数，m满足m ≥1，且为整数；
步骤5、根据待打印点阵图案的特征设置电流体动力学打印工艺参数；
步骤6、当m=1时，多喷头一次打印就可以完成所有点阵图案的电流体动力学打印；
当m>1时，多喷头装置需要经过m次打印完成所有点阵图案的电流体动力学打印，第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度满足如下关系：
v i =L i /r；
其中，v i 为第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度，L i 为第i-1次打印时多喷头末端与第i次打印时多喷头始端之间待打印的点阵图案之间的距离，r为电流体动力学打印射流喷射的间歇时间；
第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间满足如下关系：
t i =T；
其中，t i 为第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间，T为电流体动力学打印射流喷射时间。
所述电流体动力学打印工艺参数包括多喷头装置与基板之间的电压幅值、脉冲频率、占空比、打印高度和电流体动力学打印平台的移动速度等参数。
本发明所提供的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置及其方法主要具有以下有益效果：
（1）电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置及其实现方法实现多喷头同时打印点阵图案，提高了电流体动力学打印点阵图案的效率，降低了点阵图案的打印成本；
（2）采用伸缩件在横向和纵向方向分别与喷头和滑道连接，通过调控可调电压源电压的大小，控制伸缩件伸长或者缩短，从而实现喷头之间间距大小任意调整，实现任意等间距的点阵图案的电流体动力学打印；
（3）通过调控可调电压源的不同的电压大小，控制伸缩件产生不同的形变，实现不同间距的点阵图案的电流体动力学打印，具有结构巧妙，实用性好等优点。
附图说明
图1为本发明实施例电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置的结构示意图。
图2为电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置的俯视图。
图3为电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置另一角度的结构示意图。
图4为横向伸缩件和喷头之间的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
如图所示，电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置，其包括连接板1、支架2、注射器3以及若干个点阵设置的喷头4，所述注射器3和支架2都安装在所述连接板1上且支架2位于注射器3下方，所述支架2上安装有若干条滑道，所述滑道包括两条纵向滑道9和若干条横向滑道8，所述横向滑道8的两端安装在两个纵向滑道9上，除了纵向滑道9两端位置的其中一条横向滑道8固定安装外，其余的横向滑道8都可在两个纵向滑道9上滑动，每个喷头4分别安装在横向滑道8上，除了每个横向滑道8两端位置的其中一个喷头4固定安装外，其余的喷头4都可在横向滑道8上滑动，在相邻的两个喷头4之间均固定安装有横向伸缩件6将相邻的喷头4依次连接，在相邻的两个横向滑道8的两端沿着纵向方向分别均固定安装有纵向伸缩件7将相邻的横向滑道8依次连接，本技术方案采用伸缩件在横向和纵向方向分别与喷头和滑道连接，通过调控可调电压源电压的大小，控制伸缩件伸长或者缩短，从而实现喷头之间间距大小任意调整，实现任意等间距的点阵图案的电流体动力学打印，具有结构巧妙，实用性好的优点。
其中，将附图2中左上角的那个喷头作为定点，从上往下第一横排固定在支架上，其它喷头通过伸缩件做直线的靠近或远离定点喷头的运动，其它横排做平行于第一横排的直线滑移运动；当然也可以将其它角的喷头作为定点，相应的需要固定的横排也适应的做出变动。
所述横向伸缩件6和纵向伸缩件7都采用施加电压会产生伸缩变形的压电材料，包括无机压电材料和有机压电材料，如压电陶瓷、钛酸钡等无机压电材料和聚偏氟乙烯聚合物等有机压电材料。
所述支架2设有与连接板1连接的安装架21，所述滑道底面开设有条形的导向槽22，所述滑道由若干条横向滑道8和两条纵向滑道9组成，所述纵向滑道9垂直设置在所有横向滑道8的两端，两条纵向滑道9以及纵向滑道9两端位置的其中一条横向滑道8都固定安装在所述支架2的内侧壁。
基于上述的电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置的方法，其步骤包括：
步骤1、将横向滑道8上相邻的两个喷头4之间固定安装的横向伸缩件6两端沿着横向方向分别与电极固定连接，将相邻的两个横向滑道8的之间固定安装的纵向伸缩件7沿着纵向方向分别与电极固定连接；
步骤2、将每个横向伸缩件6和纵向伸缩件7的两端固定连接的电极通过电线分别与一个可调电压源的正负极进行电性连接，使得每个喷头4之间的横向伸缩件6构建电压与横向伸缩件6的形变映射关系，相邻的两个横向滑道8之间的纵向伸缩件7建立电压与纵向伸缩件7的形变映射关系；
步骤3、根据待打印的点阵图案之间的距离、电压与横向伸缩件6的形变映射关系以及电压与纵向伸缩件7的形变映射关系，分别调控每个与伸缩件电性连接的可调电压源的电压大小，使得每个横向伸缩件6的产生变形后相邻的两喷头4之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻横向之间的距离，每个纵向伸缩件7的产生变形后相邻的横向滑道8之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻纵向之间的距离；
步骤4、将多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数输送给电流体动力学打印控制系统，多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数满足如下关系：
n 2=mn 1；
其中，n 1为多喷头装置的喷头个数，n 2为待打印的点阵图案的点阵个数，m满足m ≥1，且为整数；
步骤5、根据待打印点阵图案的特征设置电流体动力学打印工艺参数；
步骤6、当m=1时，多喷头一次打印就可以完成所有点阵图案的电流体动力学打印；
当m>1时，多喷头装置需要经过m次打印完成所有点阵图案的电流体动力学打印，第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度满足如下关系：
v i =L i /r；
其中，v i 为第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度，L i 为第i-1次打印时多喷头末端与第i次打印时多喷头始端之间待打印的点阵图案之间的距离，r为电流体动力学打印射流喷射的间歇时间；
第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间满足如下关系：
t i =T；
其中，t i 为第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间，T为电流体动力学打印射流喷射时间。
所述电流体动力学打印工艺参数包括多喷头装置与基板之间的电压幅值、脉冲频率、占空比、打印高度和电流体动力学打印平台的移动速度等参数。
本技术方案中涉及了电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置及其方法，电流体动力学打印点阵图案间距可调的多喷头装置及其方法实现多喷头同时打印点阵图案，提高了电流体动力学打印点阵图案的效率，降低了点阵图案的打印成本；采用伸缩件在横向和纵向方向分别与喷头和滑道连接，通过调控可调电压源电压的大小，控制伸缩件伸长或者缩短，从而实现喷头之间间距大小任意调整，实现任意等间距的点阵图案的电流体动力学打印。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (2)

1.基于电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装置的方法，其特征在于，电流体动力学打印点阵图案间距可调多喷头装包括连接板（1）、支架（2）、注射器（3）以及若干个点阵设置的喷头（4），所述注射器（3）和支架（2）都安装在所述连接板（1）上且支架（2）位于注射器（3）下方，所述支架（2）上安装有若干条滑道，所述滑道包括两条纵向滑道（9）和若干条横向滑道（8），所述横向滑道（8）的两端安装在两个纵向滑道（9）上，除了纵向滑道（9）两端位置的其中一条横向滑道（8）固定安装外，其余的横向滑道（8）都可在两个纵向滑道（9）上滑动，每个喷头（4）分别安装在横向滑道（8）上，除了每个横向滑道（8）两端位置的其中一个喷头（4）固定安装外，其余的喷头（4）都可在横向滑道（8）上滑动，在相邻的两个喷头（4）之间均固定安装有横向伸缩件（6）将相邻的喷头（4）依次连接，在相邻的两个横向滑道（8）的两端沿着纵向方向分别均固定安装有纵向伸缩件（7）将相邻的横向滑道（8）依次连接；所述横向伸缩件（6）和纵向伸缩件（7）都采用施加电压会产生伸缩变形的压电材料，包括无机压电材料和有机压电材料；所述支架（2）设有与连接板（1）连接的安装架（21），所述滑道底面开设有条形的导向槽（22），所述滑道由若干条横向滑道（8）和两条纵向滑道（9）组成，所述纵向滑道（9）垂直设置在所有横向滑道（8）的两端，两条纵向滑道（9）以及纵向滑道（9）两端位置的其中一条横向滑道（8）都固定安装在所述支架（2）的内侧壁；
其步骤包括：
步骤1、将横向滑道（8）上相邻的两个喷头（4）之间固定安装的横向伸缩件（6）两端沿着横向方向分别与电极固定连接，将相邻的两个横向滑道（8）的之间固定安装的纵向伸缩件（7）沿着纵向方向分别与电极固定连接；
步骤2、将每个横向伸缩件（6）和纵向伸缩件（7）的两端固定连接的电极通过电线分别与一个可调电压源的正负极进行电性连接，使得每个喷头（4）之间的横向伸缩件（6）构建电压与横向伸缩件（6）的形变映射关系，相邻的两个横向滑道（8）之间的纵向伸缩件（7）建立电压与纵向伸缩件（7）的形变映射关系；
步骤3、根据待打印的点阵图案之间的距离、电压与横向伸缩件（6）的形变映射关系以及电压与纵向伸缩件（7）的形变映射关系，分别调控每个与伸缩件电性连接的可调电压源的电压大小，使得每个横向伸缩件（6）的产生变形后相邻的两喷头（4）之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻横向之间的距离，每个纵向伸缩件（7）的产生变形后相邻的横向滑道（8）之间的距离分别等于相对应的点阵图案相邻纵向之间的距离；
步骤4、将多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数输送给电流体动力学打印控制系统，多喷头装置的喷头个数与待打印的点阵图案的点阵个数满足如下关系：
n 2=mn 1；
其中，n 1为多喷头装置的喷头个数，n 2为待打印的点阵图案的点阵个数，m满足m ≥ 1，且为整数；
步骤5、根据待打印点阵图案的特征设置电流体动力学打印工艺参数；
步骤6、当m=1时，多喷头一次打印就可以完成所有点阵图案的电流体动力学打印；
当m>1时，多喷头装置需要经过m次打印完成所有点阵图案的电流体动力学打印，第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度满足如下关系：
v i =L i /r；
其中，v i 为第i次打印时电流体动力学打印平台的移动速度，L i 为第i-1次打印时多喷头末端与第i次打印时多喷头始端之间待打印的点阵图案之间的距离，r为电流体动力学打印射流喷射的间歇时间；
第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间满足如下关系：
t i =T；
其中，t i 为第i次打印时电流体动力学打印平台移动的间歇时间，T为电流体动力学打印射流喷射时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电流体动力学打印工艺参数包括多喷头装置与基板之间的电压幅值、脉冲频率、占空比、打印高度和电流体动力学打印平台的移动速度。
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