[發明專利]一種用于電流體噴印的壓電式集成噴頭

有效

• 申請號: 201611136763.4
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106739506B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 黃永安;鐘瑞;劉宇;吳學洲
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/14
• 分類號: B41J2/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

本發明涉及電流體動力噴印設備領域，具體涉及一種用于電流體噴印的壓電式集成噴頭，包括外部支架、壓電結構、噴頭、下電極支撐環和下電極環，壓電結構位于噴頭上方，噴頭上部設置有一上電極，噴頭下方依次設置有下電極支撐環和下電極環，壓電結構和上下電極通電后，在噴射頭和下電極環之間形成電場，從而使溶液在噴射頭處形成泰勒錐。本發明的壓電式集成噴頭克服了現有的電噴印設備不能滿足高頻噴射的缺陷，能夠實現高頻高分辨率的打印，將下電極集成到噴頭端，使得整個噴印系統更加靈活，能夠使用復雜形狀的基板進行打印，還具有結構簡單、制造成本低廉，適合大規模生產等優點。

技術領域

本發明涉及電流體動力噴印設備領域，具體涉及一種用于電流體噴印的壓電式集成噴頭，其能夠實現高頻，高分辨率打印，且能適用于曲面等不同形狀的基板打印。

背景技術

電流體動力噴印是通過在噴頭和基板之間施加高壓電，形成強電場，將溶液從噴頭拉出，可形成點噴，噴霧和紡絲等工藝。電流體動力噴印是通過泰勒錐進行噴射，泰勒錐的幾何尺寸遠小于噴頭的尺寸，因此可以實現比傳統噴墨打印更高的分辨率。

電流體動力噴印目前有兩種工作模式，一種是在噴頭和基板之間施加之流高壓，形成連續式噴印，另一種是在噴頭和基板之間施加方波，形成按需噴印(drop-on-demand)。其中按需噴印相較于連續噴印，具有液滴大小可控，在基板上沉積出的墨滴的精度和分辨率高，能夠實現更好的定位，可靠性好。

現有的電噴印設備是通過在噴頭和基板之間直接施加高壓來進行噴印的，這樣的方式有如下的缺點：

一是實現按需噴印需要交流電壓，交流電壓從零壓上升至設定值需要一定的時間，達到穩定也需要一定的時間，從而就限制了可用于按需噴印的交流電壓的頻率，使得按需噴印無法在高頻下實現高分辨率的噴印。

二是電噴印從噴嘴噴射出的是帶電液滴，其體積小，從噴頭飛行至基板的這段時間內容易受到外界電場的干擾，從而影響了定位精度。目前的電噴印設備噴頭和基板之間處于開放的狀態，無法實現墨滴的精度可控。

三是現有的電流體噴印設備所使用的基板為平面形的基板，在平面基板上施加電壓可保證電場有良好的均勻性。而在曲面上施加電壓，則電場不均勻，不可控。因此現有的電噴印設備無法滿足在曲面或是其他復雜形狀的基板上進行噴射。

由于存在上述缺陷和不足，本領域亟需做出進一步的完善和改進，設計一種集成噴頭，使其能夠在高頻率下實現穩定、精確的液滴噴射，且能夠實現在曲面或其他復雜形狀的基板上進行噴射。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種新型的用于電流體噴印的壓電式集成噴頭，通過壓電薄膜來控制噴印的頻率，實現高頻打印，在噴頭下方集成下電極，將原本施加于基板上的電壓施加于噴頭下方的電極，在噴嘴和下電極之間施加一個和噴嘴出的電極極性相同的電場，來提高墨滴飛行時的定位性，將噴頭和下電極之間的支撐做成空腔，便于飛濺至支撐壁上的衛星液滴往下滑動，支撐環上設有微流道，方便氣流輔助用于通氣將飛濺至支撐壁上的液滴沖走，噴頭所需5個電極，將5個電極集成一處形成插口式，方便噴頭電極的裝拆，還具有結構簡單、制造成本低廉，適合大規模生產等優點。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于電流體噴印的壓電式集成噴頭，其特征在于，包括外部支架、以及在外部支架內從上至下依次設置的壓電結構、噴頭、下電極支撐環和下電極環，

其中，所述外部支架上端開設有一供液口，底端開設有一出液口，所述壓電結構位于外部支架的內部上端，所述壓電結構包括從上至下依次設置的電極引腳、壓電上電極、壓電薄膜和壓電下電極，所述壓電結構下方還設置有振動片，所述壓電結構密封在一內部支架內，僅電極引腳和壓電下電極伸出與導電塊相連，