CN209077791U - 低熔点金属墨道及灌墨系统及打印系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低熔点金属墨道及灌墨系统及打印系统，墨道包括：输送熔融态的低熔点金属的管路；设置在所述管路中、与管路连通的至少一个腔室；所述至少一个腔室中至少存在一个清洗室，用于去除所述低熔点金属中的氧元素。本实用新型通过在低熔点金属的墨道中利用清洗室对低熔点金属进行去杂、提纯的处理，防止了低熔点金属的纯净度降低的问题。

Description

低熔点金属墨道及灌墨系统及打印系统

技术领域

本实用新型属于低熔点金属应用技术领域，尤其涉及一种低熔点金属墨道及灌墨系统及打印系统。

背景技术

随着印刷电子技术的不断进步，以低熔点金属(又称为液态金属)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。低熔点金属打印技术在柔性电路、传统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。

低熔点金属在空气中极易被氧化，使得低熔点金属中容易夹杂金属氧化物，导致低熔点金属的纯净度降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一个目的是提出一种低熔点金属墨道,以解决现有技术中低熔点金属夹杂金属氧化物导致低熔点金属的纯净度降低的问题。

在一些说明性实施例中，所述低熔点金属墨道，包括：输送熔融态的低熔点金属的管路；设置在所述管路中、与管路连通的至少一个腔室；所述至少一个腔室中至少存在一个清洗室，用于去除所述低熔点金属中的氧元素。

在一些可选地实施例中，所述清洗室通过第一进料口和第一出料口与管路连通，其第一进料口位于所述清洗室的顶部，其第一出料口位于所述清洗室的底部；所述清洗室中容纳有浮于所述低熔点金属表面上的过滤液，所述过滤液与所述低熔点金属中夹带的金属氧化物产生化学反应。

在一些可选地实施例中，所述过滤液采用0.1mol/L-0.2mol/L的氢氧化钠溶液。

在一些可选地实施例中，所述清洗室的顶部还开设有第二进料口，用于灌注所述过滤液；

在一些可选地实施例中，所述清洗室的顶部还设置有调压阀、排气阀和安全阀。

在一些可选地实施例中，所述清洗室中的还设置有第一搅拌棒，其搅拌中心控制在所述低熔点金属的液面中。

在一些可选地实施例中，所述清洗室的一侧还设置有液位计，用于显示当前低熔点金属的液位。

在一些可选地实施例中，所述第一出料口向所述清洗室的内部延伸出一定高度，避免粘附于清洗室内壁上的过滤液通过第一出料口进入管路。

在一些可选地实施例中，所述清洗室的底部还开设有第二出料口，与所述清洗室的底面齐平，与废液池连通。

在一些可选地实施例中，所述第二出料口与所述废液池之间设置有第一开关阀。

在一些可选地实施例中，所述至少一个腔室中还包括位于所述管路的起始段的熔炼室；所述熔炼室由连续的熔炼腔体和散热腔体构成，并且所述熔炼腔体和散热腔体之间通过隔热挡板实现连通或关断；所述低熔点金属在具有第一温度的所述熔炼腔体内形成，通过流经所述散热腔体，经过所述散热腔体的热传递作用降低至第二温度，再进入所述管路。

在一些可选地实施例中，所述熔炼腔体内还设置有第二搅拌棒。

在一些可选地实施例中，所述低熔点金属由两种及两种以上的金属经过合金反应形成。

在一些可选地实施例中，所述至少一个腔室中还包括位于所述清洗室之后的管路上的储液室，用于存储经过所述清洗室提纯后的所述低熔点金属。

在一些可选地实施例中，所述熔炼室与所述清洗室之间的管路上设置有第一流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述熔炼室向所述清洗室转移；所述清洗室与所述储液室之间的管路上设置有第二流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述清洗室向所述储液室转移；所述储液室与所述管路的末尾段之间的管路上设置有第三流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述储液室向所述管路的末尾段转移。

在一些可选地实施例中，所述第一流量控制组件、第二流量控制组件和第三流量控制组件分别由流量计、以及由所述流量计控制的蠕动泵和第二开关阀构成。

在一些可选地实施例中，所述管路中连通有真空泵和惰性气压平衡组件；所述真空泵用于抽离所述管路中的空气，所述惰性气压平衡组件用于向管路中灌注惰性气体平衡气压。

本实用新型的另一个目的在于提出一种低熔点金属灌墨系统，基于上述低熔点金属墨道的结构基础上，还包括：与所述低熔点金属墨道的末尾段连通的灌墨管；以及，位于所述灌墨管下方的传送带，用于带动墨盒移动至所述灌墨管的正下方；所述灌墨管与所述管路之间通过软管连接，并在竖直移动机构的驱动下伸入所述墨盒的底部或脱离所述墨盒。

本实用新型的再一个目的在于提出一种低熔点金属打印系统，该打印系统中包括如上述任一项所述的低熔点金属墨道，作为低熔点金属打印系统的供墨系统，其末尾段连通打印系统的打印头，实现打印头的打印作业。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

本实用新型通过在低熔点金属的墨道中利用清洗室对低熔点金属进行去杂、提纯的处理，防止了低熔点金属的纯净度降低的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的墨道的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的灌墨系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

现在参照图1，本实用新型为了解决低熔点金属(又称液态金属)易于空气发生氧化反应导致的纯净度降低的问题，提出了一种低熔点金属墨道，包括：输送熔融态的低熔点金属的管路100；设置在所述管路100中、与管路100连通的至少一个腔室；所述至少一个腔室中至少存在一个清洗室210，用于去除所述低熔点金属中的氧元素。

优选地，本实用新型提出了一种清洗低熔点金属的管路结构，所述清洗室210通过第一进料口211和第一出料口212与管路100连通，其第一进料口211位于所述清洗室210的顶部，其第一出料口212位于所述清洗室210的底部；所述清洗室210中容纳有浮于所述低熔点金属表面上的过滤液213，所述过滤液213与所述低熔点金属214中夹带的金属氧化物产生化学反应，从而消除金属氧化物。其中，所述过滤液213可采用0.1mol/L-0.2mol/L的氢氧化钠溶液。由于低熔点金属214的比重远远大于氢氧化钠溶液，随着低熔点金属的逐步进入，低熔点金属中夹杂的金属氧化物会与浮于表面的氢氧化钠溶液发生化学反应，而纯净的低熔点金属则会沉积到氢氧化钠溶液下方。

在一些实施例中，所述清洗室210的顶部还开设有第二进料口215，用于灌注所述过滤液213；即上述氢氧化钠溶液。优选地，所述第二进料口215开设在清洗室210的一侧，与清洗室210的内壁接壤，用于避免添加的过滤液213对低熔点金属造成冲击影响。

在一些实施例中，所述清洗室210中的还设置有第一搅拌棒216，其搅拌中心控制在所述低熔点金属214的液面中。清洗室210还可提供一种通过快速搅拌方式去杂的模式，即首先在清洗室中灌注一定量的低熔点金属，然后在灌注一定量的过滤液，然后通过第一搅拌棒216快速搅拌一段时间(如10分钟)，实现金属氧化物与过滤液之间的充分反应，然后在静置一段时间(1-3h)，实现低熔点金属与过滤液之间的充分分层。之后，则可以抽取其中经过去杂的低熔点金属。

在一些实施例中，所述清洗室210的一侧还设置有液位计217，用于显示当前低熔点金属214的液位。在一些实施例中，所述清洗室210的底部还开设有第二出料口218，与所述清洗室210的内部腔体的底面齐平，并且与废液池800连通。其中，所述第二出料口218与所述废液池800之间设置有第一开关阀101。由于清洗室210中会含有少量的过滤液、以及通过上述反应产生的废液，因此可在液位计上设定基准值，当低熔点金属的液面低于该基准值时，打开第一开关阀101，此时将清洗室210内剩余的液体均作为废液通过第二出料口218排出，控制第一出料口212不再排出低熔点金属，避免废液对提取的低熔点金属的纯度造成影响。

在一些实施例中，清洗室210的底部具有向第二出料口218导向的倾斜面，便于最大程度的排出废液。

在一些实施例中，所述第一出料口212向所述清洗室210的内部延伸出一定高度，使得第一出料口212的高于清洗室210的底部，避免粘附于清洗室内壁上的过滤液通过第一出料口212进入管路100。

在一些实施例中，所述清洗室的顶部还设置有调压阀219、排气阀220和安全阀221。其中，调压阀219是为了调节清洗室210内部的压力，使得其内部始终维持与外界一致的气压环境；排气阀220是为了当清洗室210内一旦达到1.05倍的标准大气压，排气阀220就打开；当压力下降时，排气阀220再关闭，从而平衡管路系统的气压。而安全阀221为了防止排气阀220堵塞、压力升得过高而导致清洗室210爆炸的危险，一旦压力超过设定的安全压力极限，即打开安全阀221。

在一些实施例中，所述至少一个腔室中还包括位于所述管路100的起始段的熔炼室240；所述熔炼室240由连续的熔炼腔体241和散热腔体242构成，并且所述熔炼腔体241和散热腔体242之间通过隔热挡板243实现连通或关断；所述低熔点金属在具有第一温度的所述熔炼腔体241内形成，通过流经所述散热腔体242，经过所述散热腔体242的热传递作用降低至第二温度，再进入所述管路100。

优选地，第一温度至少比构成低熔点金属的金属成分的熔点高出5℃，第二温度低于第一温度，至少比低熔点金属的熔点高出5℃。

其中，熔炼腔体241的上部开设有第三进料口244，其底部埋设有加热组件245。在一些实施例中，可通过第三进料口244投入金属原料(可为固体或液体)，如镓、铟、锡、铋等中的一种或几种，通过加热组件245的加热作用，形成熔融态并相互产生合金反应。优选地，本实用新型实施例中的低熔点金属墨道可用于输送镓铟合金/镓铟锡合金，这两种金属的低共熔状态下可在室温环境中呈现稳定液态，无需在墨道的其它位置上再设置加热组件。散热腔体242的作用在于将从熔炼腔体241中流出的低熔点金属进行缓冲，实现快速降温，避免高温的低熔点金属进入不耐温的管路中，对管路造成损坏。

本领域技术人员应该可以理解的是，在本实用新型实施例中也可以通过更换耐温材料，使得低熔点金属墨道可以在一定高温环境下运行。

本实用新型实施例中的低熔点金属是指熔点在300℃以下的金属单质或金属合金，更为优选地低熔点金属的熔点选用在100℃以下的。低熔点金属的主要成分可为镓、铟、锡、铋等中的一种或几种，余量组成可锌、镉、铅、银、铜中的一种或几种。

在一些实施例中，所述熔炼腔体242内还设置有第二搅拌棒246，用于低熔点金属间充分的合金反应和热传递。

在一些实施例中，所述至少一个腔室中还包括位于所述清洗室210之后的管路上的储液室270，用于存储经过所述清洗室210提纯后的所述低熔点金属。

在一些实施例中，所述熔炼室240与所述清洗室210之间的管路100上设置有第一流量控制组件102，用于控制低熔点金属通过管路从所述熔炼室向所述清洗室转移；所述清洗室210与所述储液室270之间的管路上设置有第二流量控制组件103，用于控制低熔点金属通过管路从所述清洗室向所述储液室转移；所述储液室270与所述管路100的末尾段之间的管路上设置有第三流量控制组件104，用于控制低熔点金属通过管路从所述储液室向所述管路的末尾段转移。其中，所述第一流量控制组件102、第二流量控制组件103和第三流量控制组件104分别由流量计105、以及由所述流量计105控制的蠕动泵106和第二开关阀107构成。

其中，蠕动泵106和流量计105组合使用是为了精确计量通过的低熔点金属体积和流速，蠕动泵106和流量计105之间形成一个闭环控制，以流量计105标准尺度来时时监测蠕动泵106的工作情况，当蠕动泵106实际输出流量Q0，不等于其开始设置的数值Q1时，则蠕动泵106会根据流量计105上给出的实际输出流量进行自动补偿，重新设置流量为Q2。

具体的，Q2满足如下公式：当Q0＞Q1时，Q2＝Q1-(Q0-Q1)；当Q0＜Q1时，Q2＝Q1+(Q1-Q0)。

在一些实施例中，所述管路中连通有真空泵300和惰性气压平衡组件；所述真空泵300用于抽离所述管路100中的空气，所述惰性气压平衡组件用于向管路100中灌注惰性气体平衡气压。优选地，惰性气压平衡组件由氮气瓶401和减压阀402组成，作用是在抽离空气的同时置换整个低熔点金属墨道中的空气，防止低熔点金属在罐装的过程中发生氧化。整个低熔点金属墨道在氢氧化钠溶液灌清洗室210后，需要打开所有阀门，通过减压阀402调整氮气瓶401往外输出氮气的压力，往外输出的氮气压力为一个大气压，通过给低熔点金属墨道持续供给氮气，时间为10分钟，保护气体模块工作结束后，需要及时关闭所有阀门，从而达到置换整个低熔点金属墨道中的空气的目的。

如图2，基于上述实施例中的低熔点金属墨道，本实用新型还提出了一种低熔点金属灌墨系统，该灌墨系统用于通过上述墨道向一个个的墨盒中灌注低熔点金属，灌墨系统基于上述低熔点金属墨道的结构基础上，还包括：与所述低熔点金属墨道的末尾段连通的灌墨管500；以及，位于所述灌墨管下方的传送带600，用于带动墨盒700移动至所述灌墨管500的正下方；所述灌墨管500与所述管路100之间通过软管连接，并在竖直移动机构的驱动下伸入所述墨盒500的底部或脱离所述墨盒，实现灌墨。

在一些优选地实施例中，所述灌墨管500的数量可以为多个，可同时满足多个墨盒的同时灌注。

基于上述实施例中的低熔点金属墨道，本实用新型的再一个目的在于提出一种低熔点金属打印系统，该打印系统的内部中包括如上述任一项所述的低熔点金属墨道，作为低熔点金属打印系统的供墨系统，其末尾段连通打印系统的打印头，实现打印头的打印作业。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种低熔点金属墨道，其特征在于，包括：输送熔融态的低熔点金属的管路；设置在所述管路中、与管路连通的至少一个腔室；所述至少一个腔室中至少存在一个清洗室，用于去除所述低熔点金属中的氧元素。

2.根据权利要求1所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述清洗室通过第一进料口和第一出料口与管路连通，其第一进料口位于所述清洗室的顶部，其第一出料口位于所述清洗室的底部；

所述清洗室中容纳有浮于所述低熔点金属表面上的过滤液，所述过滤液与所述低熔点金属中夹带的金属氧化物产生化学反应。

3.根据权利要求2所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述第一出料口向所述清洗室的内部延伸出一定高度，避免粘附于清洗室内壁上的过滤液通过第一出料口进入管路。

4.根据权利要求3所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述清洗室的底部还开设有第二出料口，与所述清洗室的底面齐平，与废液池连通。

5.根据权利要求1所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述至少一个腔室中还包括位于所述管路的起始段的熔炼室；

所述熔炼室由连续的熔炼腔体和散热腔体构成，并且所述熔炼腔体和散热腔体之间通过隔热挡板实现连通或关断；

所述低熔点金属在具有第一温度的所述熔炼腔体内形成，通过流经所述散热腔体，经过所述散热腔体的热传递作用降低至第二温度，再进入所述管路。

6.根据权利要求5所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述至少一个腔室中还包括位于所述清洗室之后的管路上的储液室，用于存储经过所述清洗室提纯后的所述低熔点金属。

7.根据权利要求6所述的低熔点金属墨道，其特征在于，

所述熔炼室与所述清洗室之间的管路上设置有第一流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述熔炼室向所述清洗室转移；

所述清洗室与所述储液室之间的管路上设置有第二流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述清洗室向所述储液室转移；

所述储液室与所述管路的末尾段之间的管路上设置有第三流量控制组件，用于控制低熔点金属通过管路从所述储液室向所述管路的末尾段转移。

8.根据权利要求1所述的低熔点金属墨道，其特征在于，所述管路中连通有真空泵和惰性气压平衡组件；

所述真空泵用于抽离所述管路中的空气，所述惰性气压平衡组件用于向管路中灌注惰性气体平衡气压。

9.一种低熔点金属灌墨系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的低熔点金属墨道；

还包括：与所述低熔点金属墨道的末尾段连通的灌墨管；以及，位于所述灌墨管下方的传送带，用于带动墨盒移动至所述灌墨管的正下方；

其中，所述灌墨管与所述管路之间通过软管连接，并在竖直移动机构的驱动下伸入所述墨盒的底部或脱离所述墨盒。

10.一种低熔点金属打印系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的低熔点金属墨道，作为所述低熔点金属打印系统的供墨系统，其末尾段连通打印系统的打印头。