[發明專利]一種電場誘導輔助電噴射的三維打印方法

有效

• 申請號: 201811135321.7
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109228305B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王大志;李凱;賈皓然;任同群;梁軍生
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/20;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種電場誘導輔助電噴射的三維打印方法，其特征在于，所用的三維打印裝置包括電噴射打印模塊和電場誘導成型模塊；電噴射打印模塊將功能材料溶液以恒定流速送至噴針內，利用施加在噴針上的電場力將功能材料溶液剪切形成遠小于噴針尺寸的微/納米級穩定射流，并打印出微/納結構；電場誘導成型模塊利用誘導電極產生的空間電場力調控此結構，經過電場誘導、受力形變、冷卻固化、三維成型，得到復雜微/納三維結構；

所述的電噴射打印模塊包括精密注射泵(1)、精密注射器(2)、功能材料溶液(3)、導管(4)、噴針夾具(5)、噴針(6)、相機(7)、上位機(8)、運動控制器(9)、運動平臺(10)、打印基板(11)、襯底(12)、微/納結構(13)、高壓電源控制器(16)和射流(17)；所述的精密注射器(2)固定于精密注射泵(1)上，通過導管(4)在精密注射泵(1)的推力下，精密注射器(2)內的功能材料溶液(3)被輸送至噴針(6)噴口處；所述的噴針夾具(5)固定在Z軸上用于夾持噴針(6)；所述的相機(7)將打印過程中的射流行為在上位機(8)的監控軟件中實時呈現，根據反饋的射流行為及時調節打印參數，以保證打印穩定性；所述的運動控制器(9)接受上位機(8)中運動控制命令，包括打印結構運動路徑、速度；所述的運動平臺(10)包含XYZ運動軸，實現XYZ三個方向運動，X軸固定在Y軸上方，兩軸配合實現XY平面內運動，Z軸位于XY軸上方，實現垂直方向運動；所述的襯底(12)放置于打印基板(11)上，打印基板(11)與襯底(12)相對靜止，配合Z軸方向的運動，在襯底(12)上打印微/納結構(13)；所述的打印基板(11)接地；所述的高壓電源控制器(16)向噴針(6)提供高電壓，在噴針(6)和打印基板(11)之間存在電勢差，形成電場力，功能材料溶液(3)在噴針(6)噴口處受電場力的作用被拖拽成遠小于噴孔尺寸的微/納米級穩定射流(17)，并在襯底(12)上不斷打印，形成微/納結構(13)；所述的噴針(6)通過Z軸的運動調節垂直高度；

所述的電場誘導成型模塊包括誘導電極和電極電源(18)；所述的誘導電極布置在襯底(12)上或襯底(12)周圍，通過上位機(8)控制；電極電源(18)向誘導電極提供電壓，施加電壓后的誘導電極產生空間分區電場，微/納結構(13)受誘導電極電場力的作用，進而被誘導為復雜微/納三維結構；所述的誘導電極包括靜態誘導電極(15)和動態誘導電極(20)；所述的靜態誘導電極(15)固定在誘導電極夾具(14)上，固定在襯底(12)上；所述的動態誘導電極(20)懸于襯底(12)上方，在打印過程中通過上位機(8)進行控制；電極電源(18)向靜態誘導電極(15)、動態誘導電極(20)提供電壓，施加電壓后的靜態誘導電極(15)和動態誘導電極(20)產生空間分區電場，微/納結構(13)受靜態誘導電極(15)電場力和動態誘導電極(20)電場力的協同作用，進而被誘導為復雜微/納三維結構；

電極電源(18)向靜態誘導電極(15)和動態誘導電極(20)施加電壓，并形成空間誘導電場，處在這個電場內的微/納結構(13)受到電場力的作用，經過電場誘導、受力形變、冷卻固化、三維成型，形成三維復雜結構；所述的靜態誘導電極(15)、動態誘導電極(20)與微/納結構(13)在空間內存在一定的位置關系，微/納結構(13)位于靜態誘導電極(15)和動態誘導電極(20)共同形成的誘導電場內，微/納結構(13)受到空間不同方位的電場力，此時，經過靜態誘導電極(15)和動態誘導電極(20)的協同作用，進而將微/納結構(13)誘導為復雜微/納三維結構；

具體步驟如下：

1)電噴射打印微/納米結構：含有功能材料溶液(3)的精密注射器(2)安置在精密注射泵(1)上，利用精密注射泵(1)的推壓力，通過導管(4)將功能材料溶液(3)以一定的流速送至噴針(6)內，在打印過程中，精密注射泵(1)調節功能材料溶液(3)的流量；噴針夾具(5)安裝在Z軸上，噴針(6)固定在噴針夾具(5)上，通過Z軸的上下運動，調節噴針(6)與襯底(12)間的垂直距離；高壓電源控制器(16)向噴針(6)施加高電壓，此時，在噴針(6)與打印基板(11)之間存在電場力，功能材料溶液(3)在電場力、機械力、液體表面張力的共同作用下在噴針(6)噴孔處形成遠小于噴孔尺寸的微/納米尺度射流，并在襯底(12)上形成微/納結構(13)；

2)電場誘導成型三維結構：電極電源(18)向誘導電極施加電壓，并形成空間誘導電場，處在這個電場內的微/納結構(13)受到電場力的作用，經過電場誘導、受力形變、冷卻固化、三維成型，形成三維復雜結構；誘導電極與微/納結構(13)在空間內存在一定的位置關系，微/納結構(13)位于誘導電極形成的誘導電場內，微/納結構(13)受到空間不同方位的電場力，經過誘導電極作用將微/納結構(13)誘導為復雜微/納三維結構。