CN114919291A - 一种异极性双电喷头装置及其喷印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异极性双电喷头装置及其喷印方法。本异极性双电喷头装置包括第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒、安装模块。第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒均分别与安装模块连接。第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有电极电针。第一电喷印模块、第二电喷印模块各自的电极电针分别设为相反电性的电极。气筒设有接地极电针。接地极电针设于气筒中轴线上。气筒用于输出保护气体。第一电喷印模块、第二电喷印模块分别设于气筒的两侧。第一电喷印模块、第二电喷印模块各自喷射墨滴的方向均分别与气筒输出保护气体的方向形成夹角。本发明的有益效果在于，避免现有电流体喷印后墨滴出现滑移偏离沉积位置的问题。

Description

一种异极性双电喷头装置及其喷印方法

技术领域

本发明属于电喷印装置的技术领域，具体涉及一种异极性双电喷头装置及其喷印方法。

背景技术

压电喷墨印刷技术作为一种无接触、无压力、无掩模的印刷技术，可以将很小的液滴精确喷涂在所需的位置，溶剂挥发干燥固化后形成薄膜。压电喷墨印刷工艺具有低成本、大面积、绿色环保等优势，使该技术逐渐成为湿法制备微电子器件，如有机电致发光OLED器件、LCD中的彩色滤光片、有机薄膜场效应晶体管、LED封装和可穿戴电子器件等，受到学术界和产业界越来越广泛的关注。

但是，现有的压电喷墨印刷装置在实际的喷印过程中仍存在以下两个问题：

(1)印刷的基板必须为导电材质，以便接通电压后能在喷嘴与基板之间形成强电场来驱动油墨，但在印刷绝缘衬底时，金属电极针、带电液滴和绝缘衬底之间的相互作用会使原始电场扭曲，使得射流偏离预期轨迹；

(2)下落的墨滴由于具有同种极性电荷，在沉积至基板上时，邻近的墨滴之间会相互产生静电排斥作用，导致墨滴出现滑移而偏离沉积位置。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明第一目的在于提供一种异极性双电喷头装置，第二目的在于提供一种异极性双电喷头装置的喷印方法，用于。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种异极性双电喷头装置，包括第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒、安装模块；

第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒均分别与安装模块连接；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别用于喷射墨滴；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有电极电针；第一电喷印模块、第二电喷印模块各自的电极电针分别设为相反电性的电极；

气筒设有接地极电针；接地极电针设于气筒的中轴线上；气筒设有保护气体出口，保护气体出口用于输出保护气体；

第一电喷印模块、第二电喷印模块分别对称设于气筒的两侧；

第一电喷印模块、第二电喷印模块各自喷射墨滴的方向，均分别与气筒输出保护气体的方向形成夹角。

优选地，气筒为氮气筒，保护气体为氮气，保护气体出口为氮气出口；

氮气筒与安装模块固定连接；

氮气出口设于氮气筒底端。

优选地，气筒的接地极电针的尖端穿过保护气体出口延伸到气筒的外部；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别朝气筒的接地极电针的尖端喷射墨滴。

优选地，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有金属套筒，金属套筒用于接地进行静电屏蔽。

优选地，异极性双电喷头装置还设有角度调节模块；

角度调节模块设于安装模块上，分别与第一电喷印模块、第二电喷印模块连接；

角度调节模块用于调整第一电喷印模块、第二电喷印模块各自喷射墨滴的方向与气筒输出保护气体的方向所形成的夹角的角度。

进一步地，角度调节模块包括旋转螺杆和齿轮；

旋转螺杆与齿轮连接，齿轮与第一电喷印模块和/或第二电喷印模块连接；

旋转螺杆用于带动齿轮转动；齿轮用于带动第一电喷印模块和/或第二电喷印模块转动。

优选地，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别与安装模块活动连接。

进一步地，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有电喷头；

电喷头内部设有电极电针；电喷头与安装模块活动连接；

电喷头的底端设有出墨口。

更进一步地，第一电喷印模块设有第一转动组件；

第一转动组件与安装板活动连接、与第一电喷印模块的电喷头嵌合连接；

第一转动组件用于带动第一电喷印模块的电喷头转动；

第二电喷印模块设有第二转动组件；

第二转动组件与安装板活动连接、与第二电喷印模块的电喷头嵌合连接；

第二转动组件用于带动第二电喷印模块的电喷头转动。

一种根据前述任一项异极性双电喷头装置的喷印方法，具体步骤如下：

在气筒保护气体出口的下方一定距离的位置上放置好待打印的基底材料；

第一电喷印模块的电极电针、第二电喷印模块的电极电针分别接入外部电源的不同电性的电极上，气筒的接地极电针接地，然后通电，向两个电极电针同步施加极性相反的电信号；

通电后的第一电喷印模块、第二电喷印模块分别喷射带不同电性电荷的墨滴，带不同电性电荷的墨滴运动到气筒保护气体出口的下方进行电荷中和；

气筒向下吹送保护气体，电荷中和后的墨滴在保护气体的推动下落到待打印的基底材料上。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)两个电喷印模块的设计，给到施加不同电极性形成相反电性带电电荷的墨滴进行喷射的结构基础，角度调节模块与两个电喷印模块结合，使得带相反电性等量电荷的墨滴能在喷射后汇合进行电荷中和，从而在墨滴落到待印刷的基底材料上时不带电，从而避免现有电流体喷印装置在喷印后墨滴会出现滑移偏离沉积位置的问题；

(2)电喷头周围使用金属套筒环绕的手段，通过金属套筒接地形成静电屏蔽，避免多个电喷头之间电场串扰，避免射流偏离预期轨迹的问题，提升墨滴喷射的稳定性；

(3)电喷印模块和氮气筒内均使用接地电极的手段，实现将现有电流体喷印技术的喷嘴与待印刷的基底材料间的电场移至待印刷的基底材料上方的效果，从而无需像现有的电流体喷印装置一样在待印刷的基底材料的下方使用导电材料，拓展了喷印装置的使用场景；

(4)根据外接电源灵活施加不同电信号的过程中，本喷印方法实现了灵活应对不同喷印需求的效果。

附图说明

图1为本发明其中一种异极性双电喷头装置的整体结构示意图；

图2为图1中异极性双电喷头装置的角度调节模块的部分结构示意图；

图3为图1中异极性双电喷头装置的电喷印模块的部分结构示意图；

图4为图1中异极性双电喷头装置的氮气筒结构剖图；

图5为图1中异极性双电喷头装置的单个电喷头的结构剖图；

图6为图1中异极性双电喷头装置的中和带电墨滴的原理示意图；

图7为图1中异极性双电喷头装置工作时外接电源和角度调节方式的示意图；

图8为图1中异极性双电喷头装置的喷印方法大致的流程示意图；

图中：1-滑轨，2-背板，3-角度调节模块，4-第一电喷印模块，5-第二电喷印模块，6-氮气筒，7-第一转动组件，8-第二转动组件，9-氮气筒固定件，10-从动齿轮，11-主动齿轮，12-旋转螺杆，13-传动杆，14-电喷头，15-连接环，16-金属套筒，17-连接螺丝，18-转动件，19-氮气筒外壳，20-氮气输入管，21-氮气出口，22-氮气筒接地极电线，23-氮气筒接地极电针，24-电喷头外壳，25-墨腔，26-出墨口，27-电喷头电极电针，28-电喷头电极电线，29-电喷头外壳接地电线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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公开和简化描述，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公开的限制。除非另有明确的规定和限定，否则术语“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公开中的具体含义。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在该词前面的元素或者物件涵盖出现在该词后面列举的元素或者物件及其等同，而不排除其他元素或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

实施例1

如图1-7所示，本实施例的异极性双电喷头装置包括安装模块、角度调节模块3、第一电喷印模块4、第二电喷印模块5、氮气筒6。

如图1和图2所示，安装模块包括滑轨1和背板2；滑轨1为内凹轨道形状，背板2整体为圆角方形；背板2的背面竖直中轴线及其临近的位置与滑轨1相互活动连接，使得背板2可以在滑轨1的限制下上下移动，从而实现对背板2高度的调整；背板2的正面分别与第一电喷印模块4、第二电喷印模块5、氮气筒6连接，背板2的背面左右两半部分还与角度调节模块3连接。

角度调节模块3包括根据背板2的背面中轴线左右两侧对称设置的旋转螺杆12、主动齿轮11、从动齿轮10、传动杆13，图2为说明传动杆13与背板2的连接关系而略去背面右侧旋转螺杆12、主动齿轮11、从动齿轮10和背面左侧传动杆13的图形。传动杆13与背板2活动连接，传动杆13的中部内嵌在背板2中绕自身的中轴进行转动；传动杆13的两端分别穿过背板2设于背板2的正面和背面。背面右侧的传动杆13设于背板2正面的一端与第一电喷印模块4连接，同理背面左侧的传动杆13设于背板2正面的一端与第二电喷印模块5连接，从而调整第一电喷印模块4或第二电喷印模块5与水平面所形成的夹角的角度大小。传动杆13设于背板2背面的一端与从动齿轮10的轴心通过垫片工件以螺纹连接的方式固定，从而使传动杆13与从动齿轮10同向转动。从动齿轮10与主动齿轮11啮合，主动齿轮11安装于背板2的背面进行转动。旋转螺杆12与主动齿轮11的轴心相互固定连接，从而实现以旋动旋转螺杆12带动主动齿轮11转动的效果。

如图1所示，背板2的正面中轴线中央位置设有氮气筒固定件9。氮气筒固定件9与氮气筒6的中部位置相互嵌合，氮气筒6通过氮气筒固定件9固定连接到背板2的正面。如图4所示，氮气筒6由氮气筒外壳19、氮气输入管20、氮气出口21、氮气筒接地极电线22、氮气筒接地极电针23组成。氮气筒外壳19的底端为氮气出口21，氮气出口21的朝向为竖直向下作为保护气体的输出口。氮气筒外壳19的顶端连接氮气输入管20，氮气输入管20用于向氮气筒外壳19的内部空腔输入氮气作为保护气体。氮气筒接地极电针23的尾端与氮气筒外壳19的顶端连接。氮气筒接地极电针23的尾端上电性连接有氮气筒接地极电线22，氮气筒接地极电线22接地，从而使氮气筒接地极电针23成为接地电极用作喷射墨滴过程中强电场的零电势点。氮气筒接地极电针23的主体设于氮气筒外壳19内部的中轴线上，氮气筒接地极电针23的尖端穿过氮气出口21延伸到氮气筒外壳19的外部。

如图1所示，第一电喷印模块4和第二电喷印模块5在机械部分的结构组成一致，且第一电喷印模块4和第二电喷印模块5以氮气筒6为轴形成左右轴对称的结构。如图3所示，第一电喷印模块4包括第一转动组件7、电喷头14，第一转动组件7由连接环15、金属套筒16、连接螺丝17、转动件18组成。第二电喷印模块5包括同样结构组成的第二转动组件8、电喷头，第二转动组件8同样由连接环、金属套筒、连接螺丝、转动件组成。转动件18与电喷头14相互嵌合，转动件18与传动杆13设于背板2正面的一端螺纹连接，从而在角度调节模快转动时带动电喷头14转动，第二转动组件8具备同样的结构和运行原理。金属套筒16的外表面电性连接有金属套筒接地电线29，金属套筒接地电线29接地，以实现金属套筒16的静电屏蔽功能。金属套筒16的底端设有与电喷头14配合实现墨滴喷射通过的开口。金属套筒16顶端也设有开口，用于将电喷头14容置到金属套筒16的内部。金属套筒16顶端的开口外围设有一体成型的连接环15，连接环15与转动件18通过连接螺丝17相互进行螺纹连接，从而形成稳固安装电喷头14的结构。第二电喷印模块5的结构也与前述内容相一致。

如图5所示，电喷头14由电喷头外壳24、墨腔25、出墨口26、电喷头电极电针27、电喷头电极电线28组成。电喷头外壳24的底端为出墨口26，出墨口26用于喷射墨滴。电喷头外壳24的顶端连接电喷头电极电针27的尾端，电喷头电极电针27的尾端还与电喷头电极电线28电性连接。第一电喷印模块4和第二电喷印模块5各自的电喷头电极电线用于同时接入不同电性的电极，从而构成异极性的双电喷头结构。各自的电喷头的出墨口均以相同的夹角朝向氮气筒接地极电针23的尖端。电喷头电极电针27设于电喷头外壳24内部的中轴线上。电喷头外壳24的内部为墨腔25，墨腔25用于容纳墨液或其他类型的喷印材料。

如图6和图7所示，图6中黑色圆点代表墨滴，“+”代表带正电荷，“-”代表带负电荷，实线箭头表示墨滴的运动方向，虚线箭头代表氮气的输出方向，图7中各类符号为电路常用符号，角度θ代表第一电喷印模块4和第二电喷印模块5各自的中轴线与水平面上待打印的基底材料之间所形成夹角，角度θ的角度大小限制在40°～60°之间。在图7中，各条接线按图示通电后，根据图6和图5所示，电喷头电极电线28接入外部电源时，会使电喷头电极电针27具有电性，使得墨液带电电荷，进而与氮气筒接地极电针23之间形成强电场，从而在驱动墨液在出墨口26形成带电荷的墨滴进行喷射。出墨口26朝向氮气筒接地极电针23的尖端喷射墨滴，第一电喷印模块4和第二电喷印模块5各自喷射墨滴后，由于对称设计的结构会使两者的带电墨滴在氮气筒接地极电针23的尖端的下方汇合。由于第一电喷印模块4和第二电喷印模块5各自接入的是外接电源不同电性的电极且电荷量相同，可知在两个电喷头内的墨滴喷射时所带电荷的电性相反而电量相同，从而在汇合时两部分墨滴可以进行电荷中和，实现消除电荷的目的。汇合后的不带电墨滴在氮气气流的推动下向下落到基底材料上。

本实施例相比现有技术，其有益效果在于：

第一电喷印模块4和第二电喷印模块5的对称结构设计，作为施加不同电极性形成相反电性带电电荷的墨滴进行喷射的结构基础，进一步结合角度调节模块，使得带相反电性等量电荷的墨滴能在喷射后汇合进行电荷中和，从而在墨滴落到待印刷的基底材料上时不带电，从而避免现有电流体喷印装置在喷印后墨滴会出现滑移偏离沉积位置的问题；电喷头14周围使用金属套筒16环绕形成静电屏蔽部件，避免两个电喷头之间电场串扰，避免射流偏离预期轨迹的问题，提升墨滴喷射过程的稳定性；电喷头电极电针27和氮气筒接地极电针23结合，实现将电场移至待印刷的基底材料上方的效果，无需像现有的电流体喷印装置一样在待印刷的基底材料的下方使用导电材料，拓展了喷印装置的使用场景。

实施例2

结合图1-7所示异极性双电喷头装置的结构，如图8所示，本实施例的异极性双电喷头装置的喷印方法，具体步骤如下：

S1、在滑轨1上滑动背板2到所需的高度，将第一电喷印模块4和第二电喷印模块5各自的金属套筒接地电线接地，将氮气筒接地极电针23接地，将第一电喷印模块4的电喷头电极电线接入外部电源的正电极，将第二电喷印模块5的电喷头电极电线接入外部电源的负电极，向两个电喷头分别注入墨液，向氮气筒6输入氮气，在氮气筒6正下方放置好待印刷的基底材料；

S2、分别粗略旋动左、右两部分的两个旋转螺杆，大致调整第一电喷印模块4、第二电喷印模块5各自与待印刷的基底材料之间的角度θ到预估的值；

S3、外接电源通电，且外部电源控制所施加的正极、负极电信号同步，促使第一电喷印模块4内的墨液带上正电荷、第二电喷印模块5内的墨液带上等量负电荷，并在氮气筒接地极电针23与两个喷头电极电针之间形成电场，从而诱发两个电喷头同时喷射带相反电性电荷的墨滴；

S4、氮气筒6内的氮气气流向下吹送，同时分别细微旋动左、右两部分的两个旋转螺杆调整角度θ，直到观察到带相反电性电荷的两部分墨滴在氮气筒接地极电针23正下方后再停止旋动两个旋转螺杆；

S5、带相反电性电荷的两部分墨滴在氮气筒接地极电针23正下方汇合发生电荷中和，中和后不带电荷的墨滴在氮气气流的推动下落到基底材料的表面上。

本实施例相比现有技术，其有益效果在于：

通过接入可控的外部电源，结合对第一电喷印模块4、第二电喷印模块5墨滴喷射角度的调节，能灵活适用于多种类型的电流体喷印场景，同时实现去除墨滴带电的效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异极性双电喷头装置，其特征在于，包括第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒、安装模块；

所述第一电喷印模块、第二电喷印模块、气筒均分别与所述安装模块连接；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别用于喷射墨滴；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有电极电针；第一电喷印模块、第二电喷印模块各自的电极电针分别设为相反电性的电极；

气筒设有接地极电针；所述接地极电针设于气筒的中轴线上；气筒设有保护气体出口，所述保护气体出口用于输出保护气体；

第一电喷印模块、第二电喷印模块分别对称设于气筒的两侧；

第一电喷印模块、第二电喷印模块各自喷射墨滴的方向，均分别与气筒输出保护气体的方向形成夹角。

2.根据权利要求1所述异极性双电喷头装置，其特征在于，所述气筒为氮气筒，所述保护气体为氮气，所述保护气体出口为氮气出口；

所述氮气筒与安装模块固定连接；

所述氮气出口设于氮气筒底端。

3.根据权利要求1所述异极性双电喷头装置，其特征在于，气筒的接地极电针的尖端穿过保护气体出口延伸到气筒的外部；

第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别朝气筒的接地极电针的尖端喷射墨滴。

4.根据权利要求1所述异极性双电喷头装置，其特征在于，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有金属套筒，所述金属套筒用于接地进行静电屏蔽。

5.根据权利要求1所述异极性双电喷头装置，其特征在于，异极性双电喷头装置还设有角度调节模块；

所述角度调节模块设于安装模块上，分别与第一电喷印模块、第二电喷印模块连接；

角度调节模块用于调整第一电喷印模块、第二电喷印模块各自喷射墨滴的方向与气筒输出保护气体的方向所形成的夹角的角度。

6.根据权利要求5所述异极性双电喷头装置的喷印方法，其特征在于，角度调节模块包括旋转螺杆和齿轮；

所述旋转螺杆与所述齿轮连接，所述齿轮与第一电喷印模块和/或第二电喷印模块连接；

旋转螺杆用于带动齿轮转动；齿轮用于带动第一电喷印模块和/或第二电喷印模块转动。

7.根据权利要求1所述异极性双电喷头装置，其特征在于，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别与安装模块活动连接。

8.根据权利要求7所述异极性双电喷头装置，其特征在于，第一电喷印模块、第二电喷印模块均分别设有电喷头；

所述电喷头内部设有电极电针；电喷头与安装模块活动连接；

电喷头的底端设有出墨口。

9.根据权利要求8所述异极性双电喷头装置，其特征在于，第一电喷印模块设有第一转动组件；

所述第一转动组件与安装板活动连接、与第一电喷印模块的电喷头嵌合连接；

第一转动组件用于带动第一电喷印模块的电喷头转动；

第二电喷印模块设有第二转动组件；

所述第二转动组件与安装板活动连接、与第二电喷印模块的电喷头嵌合连接；

第二转动组件用于带动第二电喷印模块的电喷头转动。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的异极性双电喷头装置的喷印方法，其特征在于，具体步骤如下：

在气筒保护气体出口的下方一定距离的位置上放置好待打印的基底材料；

第一电喷印模块的电极电针、第二电喷印模块的电极电针分别接入外部电源的不同电性的电极上，气筒的接地极电针接地，然后通电，向两个电极电针同步施加极性相反的电信号；

通电后的第一电喷印模块、第二电喷印模块分别喷射带不同电性电荷的墨滴，带不同电性电荷的墨滴运动到气筒保护气体出口的下方进行电荷中和；

气筒向下吹送保护气体，电荷中和后的墨滴在保护气体的推动下落到待打印的基底材料上。

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