[發(fā)明專利]一種電場驅(qū)動噴射沉積3D打印裝置及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710528176.8
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107214945B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘭紅波;錢壘;趙佳偉;鄒淑亭;周賀飛
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/227;B29C64/209;B22F3/115;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種電場驅(qū)動噴射沉積3D打印裝置及其工作方法，其突破了現(xiàn)有材料噴射沉積3D打印在打印材料、接收襯底、分辨率等方面的限制，尤其是結(jié)合多噴頭技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多尺度多材料結(jié)構(gòu)一體化3D打印，其技術(shù)方案為：包括二維工作臺，二維工作臺上設(shè)置打印平臺，接收襯底吸附設(shè)置于打印平臺上，所述接收襯底上方對應(yīng)設(shè)置噴射單元，所述噴射單元與Z向工作臺連接；所述噴射單元包括電場生成電極和打印噴頭，所述打印噴頭設(shè)置于電場生成電極所形成的電場區(qū)域；所述電場生成電極與高壓脈沖電源正極連接，所述打印噴頭包括相互連接的噴嘴和儲料筒，所述儲料筒分別與背壓控制單元、打印材料供給單元連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造和3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電場驅(qū)動噴射沉積3D打印裝置及其工作方法。

背景技術(shù)

材料噴射沉積3D打印是基于微滴噴射原理選擇性沉積成形材料的一種增材制造方法，目前國際上已經(jīng)提出多種材料噴射沉積3D打印技術(shù)，主要包括噴墨(熱泡或者壓電)打印、氣溶膠噴射(aerosol jet)、聚合物噴射(PolyJet)、納米顆粒噴射技術(shù)(NanoParticle Jetting)等。但是，這些傳統(tǒng)材料噴射沉積成形材料受限，通常要求打印材料的粘度較低(通常小于100cP)，可供打印材料種類有限，打印分辨率不高，目前還難以實現(xiàn)亞微尺度分辨率的打印(傳統(tǒng)噴墨打印圖形的最小線寬一般大于20微米)，尤其是還難以實現(xiàn)宏/微跨尺度制造，以及難以實現(xiàn)多材料多尺度一體化3D打印。在異質(zhì)材料多層次復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)制造方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

電流體動力噴射打印(Electrohydrodynamic Jet Printing，E-jet printing)亦稱為電噴印，是近年由Park和Rogers等提出和發(fā)展的一種基于電流體動力學(xué)(EHD)的微液滴噴射成形沉積技術(shù)。與傳統(tǒng)噴墨打印技術(shù)(熱噴印、壓電噴印等)采用“推”方式不同，電流體動力噴射打印采用電場驅(qū)動以“拉”方式從液錐(泰勒錐)頂端產(chǎn)生極細的射流。其基本原理是在導(dǎo)電噴嘴(第一電極)和導(dǎo)電基板(第二電極)之間施加高壓脈沖電源，利用在噴嘴和基板之間形成的強電場力將流體從噴嘴口拉出形成泰勒錐，由于噴嘴具有較高的電勢，噴嘴處的流體會受到電致切應(yīng)力的作用，當(dāng)局部電荷斥力超過液體表面張力后，帶電流體從噴嘴處噴射，形成極細的射流(由于是從尖端發(fā)射出的射流，射流直徑遠小于噴嘴直徑，因此形成微液滴尺寸遠遠小于噴嘴尺寸，通常比噴嘴尺寸小1-2個數(shù)量級)，微液滴噴射沉積在打印床之上，并通過熱/光等予以固化，逐層疊加制造實現(xiàn)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的低沉本制造。電流體動力噴射打印的分辨率不受噴嘴尺寸的限制，能在噴嘴不易堵塞的前提下，實現(xiàn)亞微米、納米尺度分辨率微納結(jié)構(gòu)的制造，而且可供打印的材料種類廣泛，以及能夠?qū)崿F(xiàn)高粘度材料的打印，打印材料的種類有了很大的拓展。該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于柔性電子、生物醫(yī)療、組織工程、光電子、微納光學(xué)、復(fù)合材料、高清顯示等諸多領(lǐng)域，顯示了較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。