[發明專利]一種液態金屬彈性電子器件的3D打印裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202010912199.0
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111922344A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 周酉林;吳振廣;孫丹丹;劉宜偉
• 申請（專利權）人: 寧波韌和科技有限公司
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

1.一種液態金屬彈性電子器件的3D打印裝置，所述液態金屬彈性電子器件位于彈性絕緣襯底上，其特征是：

所述3D打印裝置包括三維運動臺、安裝在三維運動臺上的打印噴頭、用于放置彈性襯底的支撐平臺、用于盛放液態金屬的第一容器、用于盛放流體狀電極材料的第二容器、用于盛放流體狀彈性體材料的第三容器以及控制器；

打印噴頭包括內腔和外腔，并且內腔與外腔同軸，外腔設置在內腔外圍；

第一容器可連通所述內腔，即，第一容器中的液態金屬可流通至所述內腔；

第二容器可連通所述內腔，即，第二容器中的電極材料可流通至所述內腔；

第三容器可連通所述外腔，即，第三容器中的彈性體材料可流通至所述內腔；

控制器用于控制三維運動臺在空間的移動，第一容器、第二容器、第三容器與內腔的連通，以及第三容器與外腔的連通。

2.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：所述液態金屬彈性電子器件導線、電極、電容、點陣、線圈、應變片中的一種或者幾種。

3.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：所述流體狀包括液體、熔體、溶液、濁液中的一種或者幾種。

4.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：當電極材料為塊材、線材時，第二容器設置加熱保溫裝置。

5.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：所述第二容器集成在內腔中，內腔設置加熱保溫裝置；電極材料線材纏繞在卷軸上，卷軸可連通內腔，控制器控制卷軸連通內腔。

6.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：當彈性體材料在常溫下為固態、加熱熔融時，第三容器設置加熱保溫裝置，所述支撐平臺優選設置冷卻裝置；

當彈性體材料在常溫下為流動態、加熱固化時，所述支撐平臺設置加熱裝置。

7.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：所述第三容器包括兩個以上，用于盛放不同硬度的彈性體材料，每個容器均可連通所述外腔。

8.如權利要求1所述的3D打印裝置，其特征是：所述控制器還用于控制液態金屬、電極材料、彈性體材料流通至內腔中的速率，和/或彈性體材料流通至外腔中的速率。

9.利用權利要求1至8中任一權利要求所述的3D打印裝置制備液態金屬彈性電子器件的方法，其特征是：

在控制器作用下，三維運動臺帶動打印噴頭在彈性襯底待打印區域的上方移動；控制器控制第一容器與內腔連通與否、第二容器與內腔連通與否，第三容器與內腔連通與否，以及第三容器與外腔連通與否，在彈性襯底的待打印區域沿著待打印的液態金屬彈性電子器件的形狀軌跡進行3D打印，得到液態金屬彈性電子器件。

10.如權利要求9所述的方法，其特征是：液態金屬彈性電子器件結構如下：

液態金屬彈性電子器件位于彈性絕緣襯底上；

液態金屬彈性電子器件的導體部分為液態金屬，第一彈性材料包裹在液態金屬外圍，形成第一管狀結構，液態金屬位于管內部，第一彈性材料作為管壁；

在第一管狀結構的兩端分別設置電極；

所述電極包括電極材料與第二彈性材料，第二彈性材料包覆在電極材料外圍，形成與第一管狀結構同軸的第二管狀結構，電極材料位于管內部，第二彈性材料作為管壁，并且電極材料與液態金屬形成電接觸；

所述制備方法包括如下步驟：

在控制器的指令下，三維運動臺帶動打印噴頭在彈性襯底待打印區域的上方空間移動；

(1)控制器控制第二容器與內腔連通、第三容器與外腔連通，三維運動臺帶動打印噴頭沿著第二管狀結構的圖案軌跡移動，3D打印第二管狀結構；

(2)控制器控制第一容器與內腔連通、第三容器與外腔連通，三維運動臺帶動打印噴頭沿著第一管狀結構的圖案軌跡移動，3D打印第一管狀結構；

(3)控制器控制第二容器與內腔連通、第三容器與外腔連通，三維運動臺帶動打印噴頭沿著第二管狀結構的圖案軌跡移動，3D打印第二管狀結構。