[發明專利]納米材料微結構2D/3D打印裝置及打印方法

在審

• 申請號: 201710414349.3
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107116907A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 賈國治;張延榜
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: B41J2/175
• 分類號: B41J2/175;B41J2/01;B41J25/304
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 呂志英

1.一種納米材料微結構2D/3D打印裝置，其特征是：該裝置包括有供墨系統、超聲三通混合管和帶有打印頭自調節的三軸裝置；所述供墨裝置包括步進電機(1)、手動調節旋鈕(2)、高精密絲杠(3)、精密滑塊(4)、金屬滑桿(5)、供墨桶(6)、鎖緊裝置(8)和精密推桿(9)，精密絲杠(3)兩頭分別與步進電機(1)和精密滑塊(4)連接，手動調節(2)底部通過轉換齒輪與精密絲杠(3)連接，控制精密絲杠(3)的轉動，所述精密滑塊(4)通過金屬滑桿(5)滑動，精密推桿(9)頂部與滑塊(4)固定，供墨桶(6)與底板連接并通過鎖緊裝置(8)固定；所述超聲三通混合管包括進墨口(10)，振子超聲器(11)，外接導線(13)和出墨口(14)，進墨口(10)通過彎曲管與出墨口連接(14)，振子超聲器(11)嵌套在出墨管上面；所述帶有打印頭自調節的三軸裝置包括步進電機(16)、精密滑軌導軌(15)和精密滑軌導軌(26)、可控溫加熱板(21)、高精度激光微距測量頭(18)、外接導線(17)、打印頭固定器(19)、打印頭插孔(20)、千分微調螺母(22)、精密滑塊(23)、高精度絲杠(24)和步進電機(25)，所述步進電機(16)通過絲杠與滑軌連接，高精度激光微距測量頭(18)裝在打印頭固定器(19)側面，兩個固定器(19)通過千分微調螺母(22)調節間距，打印頭固定器(19)安裝在精密滑塊(23)上，高精度絲杠(24)兩端分別與步進電機(25)和精密滑塊(23)連接，可控溫加熱板(21)安裝在打印頭固定器(19)下面。

2.根據權利要求1所述納米材料微結構2D/3D打印裝置，其特征是：所述供墨桶(6)直徑為1-10毫米，輸墨管直徑為0.5-3毫米，出墨量能夠控制在0.001-0.1毫升之間。

3.根據權利要求1所述的納米材料微結構2D/3D打印裝置，其特征是：所用打印頭尺寸在10-1000微米范圍，兩個打印頭間距能夠控制在10微米-5厘米之間，雙打印頭結合精控雙供墨裝置同步打印兩種墨水，通過控制兩打印頭間距，打印出不同的微結構，能夠控制單個供墨裝置實現單打印頭打印。

4.根據權利要求1所述的納米材料微結構2D/3D打印裝置，其特征是：高精度激光微距測量頭(18)根據打印目標基板的高低自動調節打印頭高度，調節精度為1微米。

5.利用所述納米材料微結構2D/3D打印裝置的操作方法包括有以下步驟：

第一步，所述供墨系統的供墨桶(6)裝滿納米墨水，排凈其中氣泡，安裝在微控推動裝置上；將輸墨管安裝在供墨桶(6)或者出墨口(14)，另一端插上所需的打印頭，安裝在打印頭固定器(19)上面，輸墨管與出墨口(14)連接，振子超聲器(11)使得兩種墨水或者溶液均勻混合，再經過出墨口(14)通過輸墨管流向打印頭，使出墨量能夠控制在0.001-0.1毫升之間；

第二步，調節供墨系統的手動調節旋鈕(2)，手動調節旋鈕(2)有粗調、細調，首先進行粗調使得滑塊推動推桿向前方運動將供墨桶中的墨水通過輸墨管供應到打印頭部分，然后細調手動調節旋鈕(2)，使墨水緩慢的流向打印頭出口處，在打印頭出口剛有小液滴露出時停止調節；

第三步準備打印，按以下步驟：

1)高精度激光微距測量頭(18)底部與打印頭底部在同一水平線上，根據打印頭尺寸，通過軟件設定最合適高度，打開步進電機(25)，精密滑塊(23)會以很慢的速度向下移動，直到打印頭高度達到了設定值，步進電機(25)會即刻停止轉動，開始打印。

2)打印過程中，高精度激光微距測量頭(18)底部與打印目標基板保持設定的初始值，打印頭底部始終保持水平，當遇到打印目標基板有高低起伏或者沒有保持在水平面的情況下，高精度激光微距測量頭(18)會傳輸信號到步進電機(25)，使得步進電機(25)控制打印頭的高度始終保持初始設定值，打印頭高度調節精度為1微米。

3)打印完第一層之后，高精度激光微距測量頭(18)會默認第一層就是打印目標，仍然會在第二層打印過程中根據第一層的厚度保持打印頭初始最合適高度，即使通過可控溫加熱板(21)加熱，第一層由于液體蒸發而收縮，也不會影響打印頭高度自調節，直到打印完成。