[發明專利]一種基于近場電紡直寫技術的微納三維打印機

有效

• 申請號: 201310310502.X
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103407293A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王晗;李敏浩;陳新;陳新度;秦磊
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B41J3/407
• 分類號: B41J3/407;B41J2/005
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明是一種基于近場電紡直寫技術的微納三維打印機，屬于三維打印機的創新技術。

背景技術

三維打印機是快速成型的一種工藝，采用層層堆積的方式分層制作出三維模型，其運動過程類似于傳統打印機，只不過傳統打印機是把墨水噴涂到紙質介質上形成二維的圖形，而三維打印機是把液態光敏樹脂材料、熔融的塑料絲、石膏粉等材料通過噴頭噴射實現層層堆積疊加形成三維實體。

在20世紀80年代中期，SLS被在美國德州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發出來并獲得專利，項目由DARPA贊助的。1979年，類似過程由RF?Housholder得到專利，但沒有被商業化^[1]。1995年，麻省理工的E?Sachs,M?Cima和J?Cornie創造了“三維打印”一詞^[2]?[3]。隨著三維打印精度的提高，三維打印可以最大限度地發揮材料的特性，只把材料放在有用的地方，減少材料的浪費。隨著三維打印速率的提高，可以加快生產，讓三維打印技術可以投入在工業生產中。近年來，三維打印技術有了巨大的進步，很多設備都付諸了工業應用，開創了直接數字制造的時代。隨著三維打印精度與打印速度的進一步提高，未來三維打印將得到進一步的普及運用^[4]。

高壓靜電紡絲技術，是國內外最近十幾年發展起來的用于制備超細纖維的重要方法。電紡絲技術最早由Formhzls在1934年提出^[5]，隨后Taylor等人于1964年對靜電紡絲過程中帶電聚合物的變形提出了泰勒錐這一概念^[6]，直到上個世紀90年代人們開始廣泛關注電紡絲技術。

目前，通過此技術已經實現了直徑由幾納米到數百納米范圍內近百種不同聚合物納米纖維、各種類型聚合物、無機物復合納米纖維及無機納米纖維的制備。由高壓靜電紡絲技術所制備的納米纖維材料已經在光電子、傳感器和生物科學領域表現出極大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種基于近場電紡直寫技術的微納三維打印機。本發明不僅節省空間、成本低、使用安全、操作方便，使用壽命長。

本發明的技術方案是：本發明的基于近場電紡直寫技術的微納三維打印機，包括有打印機構主體、高壓電源、驅動電源、運動控制器、計算機以及輔助電場控制器，其中打印機構主體包括有平臺支架、用于實現噴射液滴成型的打印噴頭、用于控制打印噴頭上下運動以控制噴頭與平臺之間的相對距離的Z軸向導軌、用于采集帶電液滴的位置情況的CCD目鏡、用于提供輔助電場來對帶電液滴的位置進行有效控制的輔助電場電極片、用于使平臺做各自由度運動的運動機構，輔助電場電極片裝設在運動機構上，Z軸向導軌裝設在運動機構的上方，打印噴頭裝設在Z軸向導軌上，CCD目鏡裝設在打印噴頭的旁側、且能檢測到帶電液滴的位置情況的位置上，高壓電源給打印噴頭以及輔助電場電極片提供電源，驅動電源給做各自由度運動的運動機構的驅動裝置提供電源，用于對打印機構主體各自由度的運動進行控制的運動控制器分別與做各自由度運動的運動機構的驅動裝置連接，用于對噴射帶電液滴進行實時跟蹤反饋的CCD目鏡的信號輸出端與計算機的信號輸入端連接，用于分析調整液滴位置所需施加輔助電場強度的計算機的信號輸出端與輔助電場控制器的信號輸入端連接，用于調控輔助電場強度的輔助電場控制器與高壓電源連接，高壓電源與輔助電場電極片連接。

上述運動機構包括用于使平臺做Z軸旋轉向運動的Z軸旋轉向平臺、用于使平臺做X軸向運動的X軸向微動平臺、用于使平臺做Y軸向運動的Y軸向微動平臺、用于使平臺做Y軸旋轉向運動的Y軸向旋轉軸,其中Y軸向微動平臺裝設在Y軸向旋轉軸上，X軸向微動平臺裝設在Y軸向微動平臺上，Z軸旋轉向平臺裝設在X軸向微動平臺上，輔助電場電極片裝設在Z軸旋轉向平臺上，Z軸向導軌裝設在Z軸旋轉向平臺的上方。

上述驅動電源給Z軸旋轉向平臺、X軸向微動平臺、Y軸向微動平臺、Y軸向旋轉軸提供電源，用于對打印機構主體各自由度的運動進行控制的運動控制器分別與Z軸旋轉向平臺、X軸向微動平臺、Y軸向微動平臺、Y軸向旋轉軸的驅動裝置連接。

上述打印噴頭采用能直寫微納級別的超細纖維的靜電紡絲噴頭，打印噴頭在針尖處直接接通高壓電源。