CN215849654U - 一种柔性电路打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种柔性电路打印装置，装置包括装载有导电油墨的注射机构、用于固化的紫外光照射装置、及用于控制注射机构和紫外光照射装置进行移动的移动机构，注射机构的下方设有温控装置，温控装置的顶部设有容器，容器装载有粘性流体，注射机构的注射口对准容器并置于粘性流体的内部，紫外光照射装置的光束聚焦于注射机构的注射口。通过本实用新型制备的柔性电路可以一次成型，电路的孔隙率小，成本低，且制备三维柔性电路简单方便，能使柔性电路得到良好的保护。

Description

一种柔性电路打印装置

技术领域

本实用新型涉及电路的3D打印技术领域，特别是涉及一种柔性电路打印装置。

背景技术

制造柔性电子有两种主流方法，一种是在非常规的几何形状种使用高性能电子材料，从而实现薄的、可拉伸、可弯曲的设计，该制造方法将传统的微细加工技术和转印技术相结合从而创建可拉伸电池阵列，轻质电子箔，太阳能电池和生物传感器阵列。另一种方法是利用导电复合材料、液态金属和离子液体完全打印软材料组件从而创建柔性可拉伸图案的电子器件。这些制造柔性电子器件的方法工艺比较繁琐，或者成本高昂。

目前有些厂家对上述制造工艺作出了改进，例如公开号为CN110648979A、公开日为2020.1.3日的中国专利：一种具有大拉伸性的一体化柔性基底于柔性电路及其制造方法，该方法通过制备有多种具有不同弹性模量的材料组成的一体化柔性基底，然后将刚性元件置于高弹性模量区域的基底上，将柔性元件置于低弹性模量区域的基底上，再对其封装，得到柔性电路，该实用新型可以达到应变隔离的效果，满足刚性元件保护的要求，提高了整体器件的稳定性和可靠性。但是该方法制备的柔性电路方法繁琐，对不同的元器件使用不同的弹性模量基底进行封装，这种包裹的方法制备的柔性电路只能是平面方向，且目前制备柔性电路方法的主要是在柔性基材上进行制备，柔性基材包括不锈钢、铝等金属薄板、超薄玻璃和高分子聚合物等。在柔性基材上打印柔性电路暴露在空气中，使电路的孔隙率增加，柔性基材上制备三维柔性电路较难，所以目前急需一种简单高效的制造方案解决柔性电路打印成型问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种柔性电路打印装置，使用该打印装置制备的柔性电路可以一次成型，电路的孔隙率小，成本低，且制备三维柔性电路简单方便，能使柔性电路得到良好的保护。

本实用新型的技术方案如下：

一种柔性电路打印装置，包括装载有导电油墨的注射机构、用于固化的紫外光照射装置、及用于控制注射机构和紫外光照射装置进行移动的移动机构，所述注射机构的下方设有温控装置，所述温控装置的顶部设有容器，所述容器装载有粘性流体，所述注射机构的注射口对准所述容器并置于粘性流体的内部，所述紫外光照射装置的光束聚焦于所述注射机构的注射口。

移动机构驱动注射机构进行移动，同时注射机构的注射口挤出导电油墨在粘性流体的内部进行油墨直写，紫外光照射装置产生紫外光跟随注射口挤出的油墨随时进行固化周围的粘性流体，令油墨直写在粘性流体的内部形成立体电路，之后驱动温控装置进行温度控制，使粘性流体进一步固化将电路进行包裹，打印完成。

进一步，所述紫外光照射装置的照射光斑为500微米。

进一步，所述移动机构包括可移动三轴或多轴平台，可移动三轴或多轴平台通过PMAC控制器控制。注射机构固定在可移动三轴或多轴平台上，在进行油墨打印制造立体电路时，可移动三轴或多轴平台通过PMAC控制器控制运动轨迹，使注射机构按设定的打印轨迹进行挤出油墨打印。

进一步，所述温控装置包括温控板。打印后，通过温控板来固化粘性流体，从而使直写得到的油墨及时固定，使打印的电路被包裹在固化的粘性流体中，因此可以对该柔性电路进行弯曲拉伸而不会对柔性电路产生破坏，同时避免打印的柔性电路暴露在空气中，有效减少电路的孔隙率。

进一步，所述紫外光照射装置包括激光器，所述激光器产生紫外光。激光器的紫外光照射含有光敏树脂的粘性流体，从而可以达到边打印边固定的功能，该激光器固定在移动机构上，因此可以打印出任意图案的的三维电路，并且能够保证三维电路的精度，消除因为液体的粘度差异引起的线路精度不准确，减少了粘性流体粘度对打印路线的影响，打印精度可以通过光敏树脂的配比这个易于控制的变量得到控制。

进一步，所述容器包括培养皿。

进一步，所述培养皿为透明的玻璃材质，便于观察。

进一步，所述粘性流体由PDMS、用于固化PDMS的固化剂及光敏树脂混合而成。

进一步，所述容器上粘贴有测温条，测温条反馈容器的实时温度，使温控板控温更准确。

进一步，所述导电油墨的表面粘度和剪切弹性模量均大于所述粘性流体的表面粘度和剪切弹性模量。为了避免导电油墨在粘性流体中被拉伸而断裂，因此要求导电油墨的表面粘度和剪切弹性模量均大于粘性流体的表面粘度和剪切弹性模量。

当导电油墨在粘性流体的内部进行直写时，可根据粘性流体的弹性模量随着温度的变化而变化的特性，通过温控板来固化粘性流体，从而使直写得到的导电油墨不会沉降下来，并根据紫外光照射使光敏树脂固化的特性，通过紫外光照射固化打印油墨的周围粘性流体，从而使直写得到的导电油墨及时固定。据此，可以在粘性流体中打印复杂的三维电路。由于此时的电路被包裹在具有弹性模量的固化粘性流体中，因此可以对该柔性电路进行弯曲拉伸而不会对柔性电路产生破坏，同时避免打印的柔性电路暴露在空气中，可有效减少电路的孔隙率。由于本实用新型打印的柔性电路具有良好的弯曲拉伸特性，所以还能够在对柔性电路的弯曲形变中检测到电阻率的变化，从而为制备柔性电子器件奠定基础。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的打印装置挤出导电油墨在粘性流体中进行油墨直写，并在粘性流体的下方有温控装置，可以控制粘性流体的温度，因为粘性流体加热固化，所以通过温控可以改变粘性流体的浓度，并且紫外光照射可以固化打印油墨周围的粘性流体，从而使油墨直写出复杂的三维柔性电路，该三维电路被粘性流体固化后包裹，可以拉伸和弯曲，并能检测出电阻的变化。通过本实用新型制备的柔性电路可以一次成型，电路的孔隙率小，成本低，且制备三维柔性电路简单，打印成型方便快捷，能使柔性电路得到良好的保护。

附图说明

图1为打印装置的结构示意图；

图中：注射机构1、温控装置2、容器3、粘性流体4、紫外光照射装置5。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

如图1所示，一种柔性电路打印装置，包括装载有导电油墨的注射机构1、用于固化的紫外光照射装置5、及用于控制注射机构1和紫外光照射装置5进行移动的移动机构(图中未示出)，注射机构1的下方设有温控装置2，温控装置2的顶部设有容器3，容器3装载有粘性流体4，注射机构1的注射口对准容器3并置于粘性流体4的内部，紫外光照射装置5位于容器2的斜上方，紫外光照射装置5的光束聚焦于注射机构1的注射口。移动机构驱动注射机构1进行移动，同时注射机构1的注射口挤出导电油墨在粘性流体4的内部进行3D打印，紫外光照射装置5产生紫外光跟随注射口挤出的油墨随时进行固化周围的粘性流体4，令油墨直写在粘性流体4的内部形成立体电路，之后驱动温控装置2进行温度控制，使粘性流体4固化将电路进行包裹，打印完成。

在本实施例中，注射机构1包括注射器，注射器的底部连接有针管，针管的底部为注射口。注射器用于装载导电油墨，挤压注射器的活塞，即可使导电油墨通过注射口挤出进行打印在粘性流体上，该结构简单，使用便捷，当导电油墨挤出完毕后，可取出活塞重新加入导电油墨。

在本实施例中，移动机构包括可移动三轴或多轴平台，可移动三轴或多轴平台通过PMAC控制器控制。注射机构1固定在可移动三轴或多轴平台上，在进行油墨打印制造立体电路时，计算机输出的指令代码通过PMAC控制器控制可移动三轴或多轴平台进行移动，使注射机构1按设定的打印轨迹进行挤出油墨打印。紫外光照射装置5也固定在可移动三轴或多轴平台上，跟随注射机构1同步移动，对注射机构1注射口挤出的油墨进行同步固化。

在本实施例中，温控装置2包括温控板，打印后，通过温控板来固化粘性流体4，从而使直写得到的油墨及时固定，使打印的电路被包裹在固化的粘性流体4中，因此可以对该柔性电路进行弯曲拉伸而不会对柔性电路产生破坏。

在本实施例中，容器3包括培养皿，培养皿为透明的玻璃材质，便于观察，还可以采用其他盛器。在容器3上粘贴有测温条(图中未示出)，测温条反馈容器3的实时温度，使温控板控温更准确。

在本实施例中，紫外光照射装置5包括激光器，激光器产生紫外光，光束聚焦于注射机构1的注射口，光斑大小为500微米左右。激光器的紫外光照射含有光敏树脂的粘性流体，从而可以达到边打印边固定的功能，该激光器固定在移动机构上，因此可以打印出任意图案的三维电路，并且能够保证三维电路的精度，消除因为液体的粘度差异引起的线路精度不准确，减少了粘性流体粘度对打印路线的影响，打印精度可以通过光敏树脂的配比这个易于控制的变量得到控制。

在本实施例中，粘性流体4由PDMS、用于固化PDMS的固化剂及光敏树脂混合而成。

本实用新型的柔性电路打印装置进行打印的具体过程如下：

S1、配置含光敏树脂的粘性流体；

S2、将配置好的粘性流体倒入培养皿中，将培养皿放置在温控板上，并粘贴测温条，此时粘性流体为液态；

S3、制备导电油墨；

S4、将导电油墨添加在注射机构中；

S5、启动温控板对培养皿进行加热；

S6、移动机构根据设定好的打印轨迹带动注射机构及紫外光照射装置进行移动打印，此时注射机构的注射口挤出导电油墨在粘性流体的内部中连续沉积形成电路，紫外光照射装置产生的紫外光跟随注射机构的注射口进行移动固化；

S7、加热温控板，使培养皿内的粘性流体进一步固化，此时电路被包裹在固化的粘性流体中，柔性电路打印完成。

其中，粘性流体由PDMS、用于固化PDMS的固化剂及光敏树脂混合而成，按PDMS：固化剂：光敏树脂＝10：1：1的质量比进行混合。同时为了避免导电油墨在粘性流体中被拉伸而断裂，因此要求导电油墨的表面粘度和剪切弹性模量均大于粘性流体的表面粘度和剪切弹性模量。

在本实施例中，取出打印完成的柔性电路，检测并定量柔性电路的电阻变化，可制备电阻应变器。

在本实施例中，移动机构中设定的打印轨迹，是根据在计算机设计需要进行打印的电路模型，然后将该模型的图形文件转化为三维坐标，然后计算机输出的坐标指令代码通过PMAC控制器控制可移动三轴或多轴平台进行移动，使注射机构1按设定的打印轨迹进行挤出油墨打印。

当导电油墨在粘性流体的内部进行直写时，可根据粘性流体的弹性模量随着温度的变化而变化的特性，通过温控板来固化粘性流体，从而使直写得到的导电油墨及时固定，紫外光照射可以固化打印油墨周围的粘性流体，据此，可以在粘性流体中打印复杂的三维电路。由于此时的电路被包裹在具有弹性模量的固化粘性流体中，因此可以对该柔性电路进行弯曲拉伸而不会对柔性电路产生破坏，同时避免打印的柔性电路暴露在空气中，可有效减少电路的孔隙率。由于本实用新型打印的柔性电路具有良好的弯曲拉伸特性，油墨在紫外光和热的作用下不会固化，并且可以导电，所以还能够在对柔性电路的弯曲形变中检测到电阻率的变化，从而为制备柔性电子器件奠定基础。

本实用新型的打印装置挤出导电油墨在粘性流体中进行油墨直写，并在粘性流体的下方有温控装置，可以控制粘性流体的温度，因为粘性流体加热固化，所以通过温控可以改变粘性流体的浓度，并且紫外光照射可以固化打印油墨周围的粘性流体，从而使油墨直写出复杂的三维柔性电路，该三维电路被粘性流体固化后包裹，可以拉伸和弯曲，并能检测出电阻的变化。通过本实用新型制备的柔性电路可以一次成型，电路的孔隙率小，成本低，且制备三维柔性电路简单，打印成型方便快捷，能使柔性电路得到良好的保护。

显然，本实用新型的上述实施例仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性电路打印装置，其特征在于，包括装载有导电油墨的注射机构、用于固化的紫外光照射装置、及用于控制注射机构和紫外光照射装置进行移动的移动机构，所述注射机构的下方设有温控装置，所述温控装置的顶部设有容器，所述容器装载有粘性流体，所述注射机构的注射口对准所述容器并置于粘性流体的内部，所述紫外光照射装置的光束聚焦于所述注射机构的注射口。

2.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述紫外光照射装置的照射光斑为500微米。

3.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述移动机构包括可移动三轴平台，可移动三轴平台通过PMAC控制器控制。

4.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述温控装置包括温控板。

5.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述紫外光照射装置包括激光器，所述激光器产生紫外光。

6.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述容器包括培养皿。

7.根据权利要求6所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述培养皿为透明的玻璃材质。

8.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述容器上粘贴有测温条。

9.根据权利要求1所述的柔性电路打印装置，其特征在于，所述导电油墨的表面粘度和剪切弹性模量均大于所述粘性流体的表面粘度和剪切弹性模量。

Images