[發明專利]一種激光輔助電噴射原位打印制造方法

有效

• 申請號: 201811175800.1
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN109366980B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王大志;趙奎鵬;姜重陽;錢江紅;韋運龍;周鵬;李經國;王柱;杜致遠;任同群;梁軍生
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/20;B29C64/209;B29C64/268;B29C64/307;B29C64/321;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y40/20;B33Y50/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;梅洪玉

1.一種激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，首先對“功能材料墨水”施加穩定的壓力，使其從精密噴針口流出，并對“功能材料墨水”施加一定的電場，以形成穩定的精細射流，直接噴射打印在基底上形成打印層；然后，按預定軌跡運動基底以打印成型所需形狀微結構；最后，利用激光的熱效應對打印層復合處理，同步實現打印結構的固化、結晶，在原位實現打印微結構功能化；

該方法是基于激光輔助電噴射原位打印制造裝置實現的，包括電噴射打印模塊和激光功能化處理模塊；

所述的電噴射打印模塊包括PC上位機(1)、CCD相機(2)、高壓電源(3)、微量注射泵(4)、精密注射器(5)、導管(6)、噴針(7)和運動平臺(9)；精密注射器(5)安裝在微量注射泵(4)上，內部裝有“功能材料墨水”，微量注射泵(4)的推柄推動精密注射器(5)按一定的流量精準的進給；噴針(7)通過導管(6)與精密注射器(5)相連接，“功能材料墨水”流至噴針(7)口處；高壓電源(3)正極輸出端與噴針(7)相連，負極與打印平板(14)相連接，在噴針(7)和打印平板(14)之間形成穩定電場；“功能材料墨水”在微量注射泵(4)的推動下從噴針(7)流出，同時，在電場的作用下，在噴針(7)口處形成穩定的泰勒錐(10)，并噴射出穩定的精細射流(11)在基底上形成打印層；X/Y軸組合形成各種運動路徑，Z軸調節噴針(7)和打印平板(14)之間的高度，以滿足各種打印需求；PC上位機(1)通過USB接口控制CCD相機(2)，CCD相機(2)檢測打印區域內的泰勒錐(10)的穩定性以及打印層的打印路徑；

所述的激光功能化處理模塊包括激光能量器(8)；PC上位機(1)控制激光能量器(8)的功率、掃描速度、光斑以及頻率；激光能量器(8)的照射探頭與噴針(7)共同固定在運動平臺(9)的Z軸上，保證其激光束掃描軌跡與打印軌跡重復；

采用上述裝置進行電噴射原位打印制造的方法，步驟如下：

1)電噴射打印微觀結構

高壓電源(3)在噴針(7)和打印平板(14)之間施加電壓，形成穩定電場，“功能材料墨水”在微量注射泵(4)的推動下，從精密注射器(5)通過導管(6)流至噴針(7)出口，在電場、重力場作用下，在噴針(7)口處形成穩定的泰勒錐(10)，并產生穩定的精細射流(11)打印在基底上；根據運動軌跡，通過PC上位機(1)控制運動平臺(9)的運動不同軌跡，實現各種形狀的驅動、傳感及元件控制，在PC上位機(1)屏幕中監測CCD相機(2)視野內錐射流的打印情況；

2)激光原位功能化處理

電噴射打印一層液體后，PC上位機(1)自動啟動激光能量器(8)并產生激光束(12)，利用激光熱效應對打印層復合處理，激光束(12)照射到的區域瞬間產生高溫，利用激光束(12)掃描照射打印層進行原位熱處理去除應力；熱處理完成后，上位機降低激光能量器(8)的掃描速度，增加掃描功率，再次對打印層進行掃描照射，在原位對打印層完成固化和結晶化處理；然后，循環進行電噴射原位打印、原位熱處理、原位固化、原位結晶化處理；通過層層打印，層層激光掃描去除應力，層層固化和結晶化處理，最后在原位成型所需的形狀的打印微結構(13)。

2.根據權利要求1所述的激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光束(12)第一次掃描照射打印層時，調節激光能量器的功率為20％，掃描速度為120mm/s，光斑大小為0.2mm，再次掃描照射打印層時，其激光器功率為35％，其他參數不變，實現原位高溫去除應力；第三次掃描照射時，激光器功率為80％，掃描速度為50mm/s，在打印層原位完成結晶化處理。

3.根據權利要求1或2所述的激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)產生激光束(12)，照射到的區域瞬間產生20-1000℃的高溫，根據不同的溫度需求，調節不同光斑大小、掃描速度，掃描路徑，利用激光的熱效應完成對打印微結構(13)的復合處理。

4.根據權利要求3所述的激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)的激光束(12)的光斑直徑為2-20μm。

5.根據權利要求4所述的激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，所述的噴針(7)口的內徑為150μm。

6.根據權利要求5所述的激光輔助電噴射原位打印制造方法，其特征在于，所述的激光能量器(8)的激光總功率為10W，溫度范圍為20-1000℃。