[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

本發明屬于先進制造技術領域，提供了一種激光輔助電噴射原位打印制造方法。“功能材料墨水”在壓力作用下從噴針口流出，由于電流體動力學效應作用，形成穩定的泰勒錐噴射出穩定的精細射流，噴射在基體上形成打印層。同時，激光能量器用來對打印層進行復合處理，發射激光束并按照打印軌跡照射在打印層上，在原位同步實現打印結構的高溫固化、結晶等功能化處理。本發明直接在基體上原位實現功能結構與器件，消除了傳統方法轉印、粘貼、拼接等二次定位誤差難題，避免了膠粘工藝引發的結合力弱、靈敏度低等問題，并借助電噴射高分辨率打印優勢，可以減小功能單元特征尺寸。本發明提高了打印單元結構的尺寸精度和結合強度，進而提高了器件的靈敏度和穩定性。

技術領域

本發明屬于先進制造技術領域，具體涉及一種激光輔助電噴射原位打印制造方法。

背景技術

隨著先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合，高端智能裝備不斷向模塊化、集成化、智能化的方向發展，因此，智能裝備需要集成更多的傳感、驅動、控制等功能結構單元以滿足特定功能要求。

航空、航天、醫療、微電子等領域都存在大量需要集成多個分立功能結構單元來協同實現特定綜合功能的智能裝備組件。例如，變形翼飛行器通過在復合材料異型翼面上集成數百個壓電驅動微器來協同完成翼的變形；高頻3D相控陣超聲掃描探頭通過在環氧樹脂球冠內表面陣列集成近百個壓電換能陣元以實現高分辨率3D動態聚焦掃描功能。智能裝備組件的綜合性能強烈依賴于功能單元的性能、功能單元的空間布局精度和功能單元-基體的結合強度。目前，這類組件的制造大多采用轉印、粘貼、拼接等方法將分立單元組合安裝到基體上。這些方法雖然簡單實用，但是還存在空間布局精度有限、功能單元制造尺度過大、功能單元與基體結合性能弱等不足。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，發明了一種激光輔助電噴射原位打印制造方法。將電場力施加于功能材料墨水，基于電流體動力效應，電噴射形成微納米尺度射流，并在基體上形成打印層，然后通過激光對打印層的復合處理，同步實現打印結構的固化、結晶等原位功能化，在原位實現結構和器件的功能化。本發明直接在所需基體上實現功能結構與器件，消除了傳統方法轉印、粘貼、拼接等二次定位誤差難題，避免了膠粘工藝引發的結合力弱、靈敏度低等問題，并借助電噴射高分辨率打印優勢，可以減小功能單元特征尺寸。此方法將在基體上直接原位制造微納米級功能結構，將提高組件集成度和輸出性能。

本發明的技術方案：

一種激光輔助電噴射原位打印制造方法，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“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、結晶等原位功能化，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6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；