CN113601983A - 一种双旋转轴喷墨打印系统及加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双旋转轴喷墨打印系统及加工工艺，所述双旋转轴喷墨打印系统包括双轴转台、固定装置、位移台、加热装置、喷头装置和拍摄装置，所述双轴转台固定于位移台上，该位移台可沿水平或垂直方向移动，所述加热装置、喷头装置和拍摄装置均设置于双轴转台上方，通过两轴转台的三维旋转，配合可水平面上移动的位移台以及可上下位移的喷头实现了微球或复杂曲面的图形化构建异质微结构，特别是微小球面的图形化构建异质微结构，可针对毫米级别的微小球面进行异质微结构构建；同时基于喷墨打印的加工方式，可以显示同一位置多层异质结构的加工，实现在微球面等复杂曲面上图形化构建异质微结构的加工。

Description

一种双旋转轴喷墨打印系统及加工工艺
技术领域
本发明涉及一种喷墨打印系统及加工工艺，尤其是双旋转轴喷墨打印系统及加工工艺。
背景技术
随着科学技术的发展，印刷电子已经被广泛应用于化学监测、生命科学以及光学检测等各领域。目前在平面加工微结构的工艺已经十分成熟，例如最常见的丝网印刷技术、转印技术等。但二维结构在传感器等领域有着很多的限制，比如面积太大、不易小型化等。微球形结构具有表面积大、体积小的优点，尤其在植入式传感器领域中，微球形结构往往可以实现占用更小的体积，实现所需功能。
一般的二维加工工艺无法实现微球面的微结构加工，当前在微球面上的加工多是采用静电吸附和真空蒸镀的方式。但这两种方式都存在不能精确控制微结构图形在微球上的分布，无法实现定制化结构的设计加工。
喷墨打印同样是一种可以加工二维结构的工艺，喷墨打印技术由于自身的优势与技术的成熟而备受关注,被广泛地运用于印制电子电路。喷墨打印技术可以在指定区域根据指令加工图形，是加工微球面结构的一种理想工艺。然而目前，精准实现微球面或者复杂曲面上微结构的加工难度很大，尤其是当目标物体积很小、打印精度要求又极高的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种双旋转轴喷墨打印系统。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种应用上述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种双旋转轴喷墨打印系统，包括双轴转台、固定装置、位移台、加热装置、喷头装置和拍摄装置，所述双轴转台固定于位移台上，该位移台可沿水平或垂直方向移动，所述加热装置、喷头装置和拍摄装置均设置于双轴转台上方，其中，所述双轴转台是由第一转台和第二转台构成的三维转台，所述第一转台外周设有环状滑槽，滑槽内设有闭环形滑道，所述第一转台嵌入滑槽内并可沿滑道自由旋转，所述滑槽与第二转台上表面固定(例如，呈90°垂直固定)，所述第一转台上表面非中心处固定有用于固定待打印物体的固定装置，所述第一转台与连接电机的第一转轴轴动连接，所述第二转台与连接电机的第二转轴轴动连接，第一转台控制微球在X、Y水平面的转动，第二转台控制微球在X、Z垂直平面的转动，通过两转台的旋转和配合，以及位移台在水平和垂直方向的位移使待打印物体实现0°到360°的旋转，所述加热装置由加热盘和与该加热盘线路连接的温控控制器组成，所述喷头装置由喷墨打印喷头和与该喷墨打印喷头线路连接的喷头控制器线路连接，所述拍摄装置由两台微型摄像机组成，一台摄像机镜头与所述喷墨打印喷头垂直，可以监测液滴的喷射过程，另一台摄像机镜头与待打印物体的被打印面成135°夹角，可以实时监测液滴的固化情况，检验微结构的打印效果，所述双轴转台的电机、位移台、温控控制器、喷头控制器和拍摄装置均与控制器线路或信号连接。
优选的，上述双旋转轴喷墨打印系统，所述固定装置为配套螺栓，通过夹持方式固定待打印物体。
优选的，上述双旋转轴喷墨打印系统，所述加热装置为一组对称设置的加热盘，加热状态时待打印物体置于两加热盘之间，可以高效地固化墨水。
一种应用上述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，通过分别旋转双轴转台的第一转台和第二转台至特定角度，实现对固定于固定装置上的待打印物体全面打印，加工工艺为喷墨打印。例如，通过旋转第一转台一定角度，得到A定位，之后配合位移台横向或纵向移动，进行喷墨打印；然后旋转第二转台一定角度，得到B定位，之后再次配合位移台横向或纵向移动，然后进行二次喷墨打印，实现目标三维图案的打印，完成对图形化构建异质微结构的加工。
优选的，上述应用上述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，所述喷墨打印的喷头是压电形式、热发泡形式或是超声雾化形式，喷墨打印的加工方式实现了异质结构的加工，可以在指定位置实现多层异质结构的加工。
优选的，上述应用上述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，所述喷墨打印的加工工艺为压电喷墨打印，喷头为压电晶体喷头。
有益效果：
上述双旋转轴喷墨打印系统，通过两轴转台的三维旋转，配合可水平面上移动的位移台以及可上下位移的喷头实现了微球或复杂曲面的图形化构建异质微结构，特别是微小球面的图形化构建异质微结构，可针对毫米级别的微小球面进行异质微结构构建；同时基于喷墨打印的加工方式，可以显示同一位置多层异质结构的加工，实现在微球面等复杂曲面上图形化构建异质微结构的加工，特别是是微小球面的图形化构建异质微结构，可针对毫米级别的微小球面进行异质微结构构建。
附图说明
图1是本发明所述双旋转轴喷墨打印系统的结构示意图。
图中：1-双轴转台 1-1-第一转台 1-2-滑槽 1-3-第二转台
2-固定装置 3-位移台 4-加热装置 4-1-加热盘 4-2-温控控制器
5-喷头装置 5-1-喷墨打印喷头 5-2-喷头控制器 6-拍摄装置
具体实施方式
实施例1
如图1所示，所述双旋转轴喷墨打印系统，包括双轴转台1、固定装置2、位移台3、加热装置4、喷头装置5和拍摄装置6，所述双轴转台通过固定架固定于位移台上，该位移台可沿水平或垂直方向移动，所述加热装置、喷头装置和拍摄装置均设置于双轴转台上方，其中，所述双轴转台是由第一转台1-1和第二转台1-3构成的三维转台，所述第一转台外周设有环状滑槽1-2，滑槽内设有闭环形滑道(图略)，所述第一转台嵌入滑槽内并可沿滑道自由旋转，所述滑槽与第二转台上表面呈90°固定，所述第一转台上表面非中心处固定有用于固定待打印物体的配套螺栓作为固定装置，通过夹持方式固定待打印物体，所述第一转台与连接电机(图略)的第一转轴轴动连接，所述第二转台与连接电机(图略)的第二转轴轴动连接，第一转台控制微球在X、Y水平面的转动，第二转台控制微球在X、Z垂直平面的转动，通过两转台的旋转和配合，以及位移台在水平和垂直方向的位移使待打印物体实现0°到360°的旋转，所述加热装置由一组对称设置的加热盘4-1和与加热盘线路连接的温控控制器4-2(型号为TZN4H-14S)组成，加热状态时待打印物体置于两加热盘之间，使得待打印物体受热均匀，使需要高温加热的材料快速定形，极大地避免了液滴喷涂在微球上固化过程中的形变，高效地固化墨水，所述喷头装置由喷墨打印喷头5-1和与该喷墨打印喷头线路连接的喷头控制器5-2线路连接，所述拍摄装置由两台微型摄像机组成，一台摄像机镜头与所述喷墨打印喷头垂直，可以监测液滴的喷射过程，另一台摄像机镜头与待打印物体的被打印面成135°夹角，可以实时监测液滴的固化情况，检验微结构的打印效果，所述双轴转台的电机、位移台、温控控制器、喷头控制器和拍摄装置均与控制器线路或信号连接。
以直径小于1CM的微球作为待打印物体为例，应用上述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，通过分别旋转双轴转台的第一转台和第二转台至特定角度，实现对固定于固定装置上的待打印物体全面打印，加工工艺为喷墨打印：通过旋转第一转台一定角度，得到A定位，之后配合位移台横向或纵向移动，进行压电喷墨打印，喷头为压电晶体喷头；然后旋转第二转台一定角度，得到B定位，之后再次配合位移台横向或纵向移动，然后进行二次压电喷墨打印，喷头为压电晶体喷头，实现目标三维图案的打印，完成对图形化构建异质微结构的加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双旋转轴喷墨打印系统，其特征在于：包括双轴转台、固定装置、位移台、加热装置、喷头装置和拍摄装置，所述双轴转台固定于位移台上，所述加热装置、喷头装置和拍摄装置均设置于双轴转台上方，其中，所述双轴转台是由第一转台和第二转台构成的三维转台，所述第一转台外周设有环状滑槽，滑槽内设有闭环形滑道，所述第一转台嵌入滑槽内并可沿滑道自由旋转，所述滑槽与第二转台上表面固定，所述第一转台上表面非中心处固定有用于固定待打印物体的固定装置，所述第一转台与连接电机的第一转轴轴动连接，所述第二转台与连接电机的第二转轴轴动连接，所述加热装置由加热盘和与该加热盘线路连接的温控控制器组成，所述喷头装置由喷墨打印喷头和与该喷墨打印喷头线路连接的喷头控制器线路连接，所述拍摄装置由两台微型摄像机组成，一台摄像机镜头与所述喷墨打印喷头垂直，另一台摄像机镜头与待打印物体的被打印面成135°夹角，所述双轴转台的电机、位移台、温控控制器、喷头控制器和拍摄装置均与控制器线路或信号连接。
2.根据权利要求1所述的双旋转轴喷墨打印系统，其特征在于：所述固定装置为配套螺栓。
3.根据权利要求1所述的双旋转轴喷墨打印系统，其特征在于：所述加热装置为一组对称设置的加热盘。
4.一种应用权利要求1所述双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，其特征在于：通过分别旋转双轴转台的第一转台和第二转台至特定角度，实现对固定于固定装置上的待打印物体全面打印，加工工艺为喷墨打印。
5.根据权利要求4所述的应用双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，其特征在于：所述喷墨打印的喷头是压电形式、热发泡形式或是超声雾化形式，喷墨打印的加工方式实现了异质结构的加工，可以在指定位置实现多层异质结构的加工。
6.根据权利要求4或5所述的应用双旋转轴喷墨打印系统的加工工艺，其特征在于：所述喷墨打印的加工工艺为压电喷墨打印，喷头为压电晶体喷头。
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