[發明專利]一種基于復合接收板的近場直寫裝置

有效

• 申請號: 201611009892.7
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106799831B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 尹大川;何鳳利;葉雅靜;張辰艷;張托弟;李大為;劉雅麗;周雅青;何進;柳洋陽;張斌;閆二開
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/245;B33Y30/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于復合接收板的近場直寫裝置，包括高壓電源、推注系統、控溫系統、運動控制系統以及復合接收板，所述的推注系統內裝填打印原料，推注系統的針頭垂直指向復合接收板表面；所述的復合接收板包括導電接收板和絕緣層，所述的絕緣層覆蓋導電接收板朝向針頭的一側；所述的高壓電源分別接在針頭以及導電接收板上，使針頭和復合接收板之間形成高壓電場；所述的控溫系統控制推注系統和復合接收板的溫度，運動控制系統控制復合接收板沿XYZ軸任意運動。本發明能夠提高近場直寫技術中射流定位精度，進而提高基于近場直寫技術的3D打印技術的成型精度問題。

技術領域

本發明涉及一種基于復合接收板的近場直寫裝置，屬于微結構制造領域。

背景技術

靜電紡絲技術是一種制備微/納米纖維最簡單、方便的方法。早在1934年，Formhals在一系列專利中提到關于聚合物性質對接收板上帶電纖維的影響。隨后，利用靜電紡絲制備聚合物纖維的研究開始受到廣泛關注。聚合物液滴在高壓靜電場的作用下，首先形成一股穩定的帶電射流，而后開始不規則擺動，最后形成無序的納米纖維沉積在接收板上。直到2006年，孫道恒等人提出近場直寫技術，利用短暫的穩定射流實現單根纖維的精確沉積過程，為直寫微加工領域開拓了新的方法。

三維打印技術(3D打印)是一種通過逐層打印來構造實體的快速成型技術。熔融沉積式3D打印機無需昂貴的激光設備、打印材料多為價格低廉的工程塑料，總體性價比較高。其打印方式是將熱熔性的原料在噴頭處加熱后擠出，再通過逐層堆積的方式實現物體的制造。但由于受到噴頭直徑的限制，原料擠出后形成纖維的過程中受到膨脹效應的作用，造成纖維的直徑通常要比噴頭的直徑粗，導致以此纖維堆積而成的三維實體的精確度較差，不能滿足微納結構的打印要求。

因此，為解決熔融沉積式的3D打印機精度較低的問題，基于近場直寫技術的3D打印技術被廣泛關注。該技術利用近場直寫技術制備連續的微(納)米纖維，結合3D打印技術實現纖維的有序堆積，進而構建成高精度的三維結構，將3D打印技術的應用擴展至更為寬廣的領域，特備是精密制造領域，如微小尺寸構件的精密制造、精細表面或功能層的制造。

目前廣泛用于近場直寫技術的接收板通常為導電接收板或半導體硅片。這類導電接收板被用于基于近場直寫技術的3D打印技術中，普遍存在著射流難以精確定位的問題。當相鄰兩纖維需要極小間距排列時，新形成的纖維更傾向于重復地沉積到已有纖維沉積的位置，造成纖維排列極不均勻，從而無法實現真正意義上的3D打印。造成該現象的原因是：沉積到接收板上的纖維減小了針頭與接收點之間的距離，從而引起針頭和接收點之間的電場強度增強，使得新形成的纖維再次沉積到上一根纖維沉積位點，最終造成纖維的不均勻排布。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于復合接收板的近場直寫裝置，其目的在于提高近場直寫技術中射流定位精度，解決纖維極近距離排布時，纖維排列不均勻的問題，進而提高基于近場直寫技術的3D打印技術的成型精度問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于復合接收板的近場直寫裝置，包括高壓電源、推注系統、控溫系統、運動控制系統以及復合接收板；所述的推注系統內裝填打印原料，推注系統的針頭垂直指向復合接收板表面；所述的復合接收板包括導電接收板和絕緣層，所述的絕緣層覆蓋導電接收板朝向針頭的一側；所述的高壓電源分別接在針頭以及導電接收板上，使針頭和復合接收板之間形成高壓電場；所述的控溫系統控制推注系統和復合接收板的溫度，運動控制系統控制復合接收板沿XYZ軸任意運動。

所述的導電接收板采用金屬板或半導體硅片；所述的金屬板包括但不限于鋁板和銅板。

所述的絕緣層采用有機薄膜或無機薄膜；所述的有機薄膜包括但不限于定向聚丙烯、聚酰亞胺和聚四氟乙烯；所述的無機薄膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、氧化鋁和氮化鋁。

所述的打印原料為可靜電紡絲的聚合物，包括但不限于聚己內酯、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯和聚丙烯。