CN218701302U - 一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，主要包括五轴滑台Ⅰ、控制器Ⅱ、打印供料装置Ⅲ，所述五轴滑台Ⅰ包括X轴导轨、Z轴导轨以及Y轴导轨，所述打印供料装置Ⅲ包括气动雾化装置，所述气动雾化装置的一侧设置有超声雾化装置，所述气动雾化装置与超声雾化装置的顶面均设置有气体导管，所述气动雾化装置的正上方设置有氮气罐，所述氮气罐与气体导管的连接处设置有限压阀。本实用新型公开的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，是一种利用五轴打印和气溶胶喷射打印的原理，实现非平面的气溶胶喷射打印，从而得到高分辨率、高精度的曲面电子器件，解决普通气溶胶喷射打印只能在平面打印的问题。

Description

一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置

技术领域

本实用新型涉及五轴打印领域，特别涉及一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置。

背景技术

气溶胶喷射打印技术是一种新兴的“直写式”印刷技术，由于其高精度、高效率、高粘度、非接触等特点在柔性电子器件制造领域取得了广阔的应用前景，气溶胶微喷射打印技术由于在鞘气气流的作用下“压缩”气溶胶气流，因此可达到高精度、高分辨率的打印效果，可使打印线宽达到10μm，并且打印材料范围广，可在常温下进行打印，对打印材料的要求低，可以对大多数导电材料的墨水进行打印，同时打印基底不受限，只要基底材料与打印墨水兼容，几乎都可适用，且为非接触式打印，但是打印过程需要对鞘气流量、载气流量、喷嘴尺寸、基底等因素进行控制，因素较多不易控制，容易出现打印线条的过喷、卫星液滴等现象，气溶胶喷射打印的生产成本低，通过AutoCAD软件生成喷印路径，通过其无掩膜的先进增材制造技术，降低打印电路的加工费用及时间，与其他打印方式相比，气溶胶微喷射打印在打印时喷头内有鞘气环绕气流的作用，因此墨水与喷头内壁不接触，可避免喷头腐蚀以及防止喷头堵塞。

随着气溶胶喷射打印技术的发展，该打印技术已经逐渐在打印平面器件上达到了广泛的应用，由于气溶胶喷射打印技术的打印喷头内部有一层被称作为鞘气的环绕气流，喷头内部的鞘气可压缩雾化后的气溶胶小颗粒射流，可实现高精度的打印。并且根据其非接触的特点，理论上可以实现非平面上的多维度、高精度打印。

针对该设想，本实用新型提出一种在常规打印系统的X轴、Y轴与Z轴三轴平台的基础上，添加了A轴翻转轴与B轴旋转轴组成五轴打印平台，实现气溶胶喷射打印技术下的曲面共形打印，这种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，不仅能实现气溶胶打印技术下的平面、非平面的多维度打印，还可以解决其他五轴曲面打印所带来的打印精度低等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，可以有效解决背景技术提出的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型所述的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，主要包括五轴滑台Ⅰ、控制器Ⅱ、打印供料装置Ⅲ，所述五轴滑台Ⅰ包括X轴导轨、Z轴导轨以及Y轴导轨，所述打印供料装置Ⅲ包括气动雾化装置，所述气动雾化装置的一侧设置有超声雾化装置，所述气动雾化装置与超声雾化装置的顶面均设置有气体导管，所述气动雾化装置的正上方设置有氮气罐，所述氮气罐与气体导管的连接处设置有限压阀。

作为本实用新型的进一步方案，所述X轴导轨的一端固定连接有X轴步进电机，且X轴导轨的外表面靠一端设置有滑块，滑块的底端设置有气溶胶打印喷头。

作为本实用新型的进一步方案，所述Z轴导轨的外表面设置有滚动轴承，且Z轴导轨的顶端设置有Z轴步进电机。

作为本实用新型的进一步方案，所述Y轴导轨的一侧设置有底部框架，底部框架的一侧设置有U形支撑座，U形支撑座的一侧设置有翻转台，翻转台的内部对称设置有两个A轴步进电机，A轴步进电机的输出端设置有齿轮组，翻转台的顶部靠一侧设置有B轴步进电机，且翻转台的顶面居中设置有蜗轮蜗杆传动机构，蜗轮蜗杆传动机构的顶部设置有打印平台，U形支撑座的下部靠顶面设置有支撑块，底部框架两侧均设置有Y轴步进电机，Y轴步进电机的输出端设置有链条。

作为本实用新型的进一步方案，所述气溶胶打印喷头内部有一层鞘气。

作为本实用新型的进一步方案，所述打印平台为圆柱形，位于蜗轮蜗杆传动机构之上，由旁边的B轴步进电机控制其行程，从而控制打印平台的旋转，上述结构的B轴模块位于A轴模块上，同时A轴模块又安装在Y轴导轨上。

作为本实用新型的进一步方案，所述A轴模块负责打印平台X轴方向左右两侧的摆动，其中U形支撑座上方在左右两侧装有两个A轴步进电机、两组齿轮组以及翻转台，由A轴步进电机控制齿轮组的转动角度从而带动翻转台的摆动，以此来使翻转台上方打印平台达到摆动的效果，通过A轴模块与B轴模块的配合，来实现打印平台的摆动旋转，完成非平面的打印。

作为本实用新型的进一步方案，所述A轴模块的U形支撑座位于Y轴导轨上，通过前后两个Y轴步进电机控制链条来实现打印平台在Y轴方向的前后移动，通过X轴、Y轴、Z轴、A轴与B轴的共同控制，来达到曲面共形打印的目的。

作为本实用新型的进一步方案，所述气溶胶打印喷头由滑块连接在X轴导轨，通过X轴步进电机的控制实现喷头在X轴方向的移动，并且气溶胶打印喷头通过两根气体导管连接到雾化装置与氮气罐，其中连接到氮气罐是为了喷头提供喷头内部所需的鞘气，达到压缩气溶胶流束与防止与内壁接触的作用，其中连接到雾化装置是为了提供打印所需的雾化后的打印墨水，根据墨水的用量以及墨水的性质选择气动雾化装置与超声雾化装置，提高了打印的效率与灵活性，氮气罐所连接的气体导管上安装有限压阀，可以用来调节输出气体压力的大小。

作为本实用新型的进一步方案，所述控制器Ⅱ，通过输入准备好的打印器件所需的路径，以此来控制打印系统的按照预定的路线运行，提高了打印效率且降低了打印成本。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.该基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置主要解决了普通气溶胶喷射打印只能在平面打印的问题，提高了气溶胶喷墨打印的应用范围。

2.该基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置与其他五轴曲面打印装置相比，采用气溶胶喷射打印技术，有效地提高了打印的精度与打印效率，并且可以有效的防止喷头堵塞。

3.该基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置的打印机结构稳定且无需模具打印，提高了打印效率且降低了打印成本。

附图说明

图1为本实用新型一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置整体框架示意图；

图2为本实用新型一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置结构示意图；

图3为本实用新型一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置的底座部分装置结构示意图；

图4为本实用新型一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置的底座部分俯视结构示意图；

图5为本实用新型一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置的打印曲面结构时的状态图。

图中：1、气动雾化装置；2、超声雾化装置；3、X轴导轨；4、滚动轴承；5、Z轴导轨；6、X轴步进电机；7、滑块；8、气溶胶打印喷头；9、Y轴导轨；10、U形支撑座；11、Y轴步进电机；12、链条；13、底部框架；14、Z轴步进电机；15、翻转台；16、A轴步进电机；17、齿轮组；18、B轴步进电机；19、蜗轮蜗杆传动机构；20、打印平台；21、氮气罐；22、气体导管；23、支撑块；24、限压阀。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-5所示，该基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置主要包括五轴滑台Ⅰ、控制器Ⅱ、打印供料装置Ⅲ，五轴滑台Ⅰ包括X轴导轨3、Z轴导轨5以及Y轴导轨9，打印供料装置Ⅲ包括气动雾化装置1，气动雾化装置1的一侧设置有超声雾化装置2，气动雾化装置1与超声雾化装置2的顶面均设置有气体导管22，气动雾化装置1的正上方设置有氮气罐21，氮气罐21与气体导管22的连接处设置有限压阀24。

X轴导轨3的一端固定连接有X轴步进电机6，且X轴导轨3的外表面靠一端设置有滑块7，滑块7的底端设置有气溶胶打印喷头8。

Z轴导轨5的外表面设置有滚动轴承4，且Z轴导轨5的顶端设置有Z轴步进电机14。

Y轴导轨9的一侧设置有底部框架13，底部框架13的一侧设置有U形支撑座10，U形支撑座10的一侧设置有翻转台15，翻转台15的内部对称设置有两个A轴步进电机16，A轴步进电机16的输出端设置有齿轮组17，翻转台15的顶部靠一侧设置有B轴步进电机18，且翻转台15的顶面居中设置有蜗轮蜗杆传动机构19，蜗轮蜗杆传动机构19的顶部设置有打印平台20，U形支撑座10的下部靠顶面设置有支撑块23，底部框架13两侧均设置有Y轴步进电机11，Y轴步进电机11的输出端设置有链条12。

气溶胶打印喷头8内部有一层鞘气。

气溶胶打印喷头8由滑块7连接在X轴导轨3，通过X轴步进电机6的控制实现喷头在X轴方向的移动。并且气溶胶打印喷头8通过两根气体导管22连接到雾化装置与氮气罐21，其中连接到氮气罐21是为了喷头提供喷头内部所需的鞘气，达到压缩气溶胶流束与防止与内壁接触的作用，其中连接到雾化装置是为了提供打印所需的雾化后的打印墨水，根据墨水的用量以及墨水的性质选择气动雾化装置1与超声雾化装置2，提高了打印的效率与灵活性，氮气罐21所连接的气体导管22上安装有限压阀24，可以用来调节输出气体压力的大小。打印平台20为圆柱形，位于蜗轮蜗杆传动机构19之上，由旁边的B轴步进电机18控制其行程，从而控制打印平台20的旋转。上述结构的B轴模块位于A轴模块上，同时A轴模块又安装在Y轴导轨9上。

控制器Ⅱ，通过输入准备好的打印器件所需的路径，以此来控制打印系统的按照预定的路线运行，提高了打印效率且降低了打印成本。

A轴模块负责打印平台20X轴方向左右两侧的摆动，其中U形支撑座10上方在左右两侧装有两个A轴步进电机16、两组齿轮组17以及翻转台15，由A轴步进电机16控制齿轮组17的转动角度从而带动翻转台15的摆动，以此来使翻转台15上方打印平台20达到摆动的效果。通过A轴模块与B轴模块的配合，来实现打印平台20的摆动旋转，完成非平面的打印。

A轴模块的U形支撑座10位于Y轴导轨9上，通过前后两个Y轴步进电机11控制链条12来实现打印平台20在Y轴方向的前后移动。通过X轴、Y轴、Z轴、A轴与B轴的共同控制，来达到曲面共形打印的目的。

当打印器件具有曲面结构时，打印系统按照提前规划好的路径，控制各轴移动，X轴、Z轴相互配合控制气溶胶打印喷头8按规定的方向移动，同时Y轴、A轴、B轴相互配合控制打印平台20移动、转动、旋转，从而使打印系统打印出电脑输入的预先设计好的曲面结构。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，其特征在于：所包括五轴滑台(Ⅰ)、控制器(Ⅱ)、打印供料装置(Ⅲ)，所述五轴滑台(Ⅰ)包括X轴导轨(3)、Z轴导轨(5)以及Y轴导轨(9)，所述打印供料装置(Ⅲ)包括气动雾化装置(1)，所述气动雾化装置(1)的一侧设置有超声雾化装置(2)，所述气动雾化装置(1)与超声雾化装置(2)的顶面均设置有气体导管(22)，所述气动雾化装置(1)的正上方设置有氮气罐(21)，所述氮气罐(21)与气体导管(22)的连接处设置有限压阀(24)。

2.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，其特征在于：所述X轴导轨(3)的一端固定连接有X轴步进电机(6)，且X轴导轨(3)的外表面靠一端设置有滑块(7)，滑块(7)的底端设置有气溶胶打印喷头(8)。

3.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，其特征在于：所述Z轴导轨(5)的外表面设置有滚动轴承(4)，且Z轴导轨(5)的顶端设置有Z轴步进电机(14)。

4.根据权利要求1所述的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，其特征在于：所述Y轴导轨(9)的一侧设置有底部框架(13)，底部框架(13)的一侧设置有U形支撑座(10)，U形支撑座(10)的一侧设置有翻转台(15)，翻转台(15)的内部对称设置有两个A轴步进电机(16)，A轴步进电机(16)的输出端设置有齿轮组(17)，翻转台(15)的顶部靠一侧设置有B轴步进电机(18)，且翻转台(15)的顶面居中设置有蜗轮蜗杆传动机构(19)，蜗轮蜗杆传动机构(19)的顶部设置有打印平台(20)，U形支撑座(10)的下部靠顶面设置有支撑块(23)，底部框架(13)两侧均设置有Y轴步进电机(11)，Y轴步进电机(11)的输出端设置有链条(12)。

5.根据权利要求2所述的一种基于气溶胶喷射打印的五轴曲面共形打印装置，其特征在于：所述气溶胶打印喷头(8)内部有一层鞘气。

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