[發明專利]基于電沉積和雙噴頭的柔性電子元件3D打印裝置及方法

有效

• 申請號: 202110438774.2
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113134968B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 吳文征;王靜;郭金雨;劉天宇;趙繼
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/118;B29C64/379;C25D17/00;C25D7/00;C25D9/02;B33Y30/00;B33Y40/20
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種基于電沉積和雙噴頭的柔性電子元件3D打印裝置及方法，屬于3D打印技術與電沉積技術領域。Z軸移動裝置置于機架內部，X軸移動裝置置于機架內部上方，雙噴頭組件置于X軸移動裝置上，Y軸移動裝置置于Z軸移動裝置內部，沉積室位于機架底部，用于內進行電沉積金屬或導電聚合物，電解液循環通道與沉積室聯通，用于循環供給電解液，蒸餾水循環通道與沉積室聯通，用于循環供給蒸餾水，在沉積室內進行清洗。優點是基于熔融沉積成形、墨水直接書寫原理，利用雙噴頭結構進行柔性電子元件模型的3D打印直接成形，簡化了傳統柔性電子元件的制造工藝，能進行各種復雜柔性電子元件的成形，實現了后續材料在特定區域內的直接成形。

技術領域

本發明屬于3D打印技術與電沉積技術領域，尤其涉及一種基于電沉積技術的柔性電子元件的3D打印裝置及方法。

背景技術

3D打印技術又稱增材制造，是快速成型技術的一種，以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。其中熔融沉積成形(FDM)技術，是將材料在噴頭內被加熱熔化，而噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結，最終形成目標零件。而直接墨水書寫(DIW)技術則基于具有流變性能的墨水(粘彈性、剪切稀化、屈服應力等)實現3D打印，墨水類型有很多種，比如導電膠、彈性體以及水凝膠等。在DIW過程中，粘彈性墨水從3D打印機的噴嘴被擠壓出來，形成纖維；隨著噴嘴的移動，就可以沉積成特定的圖案。

電沉積技術是指金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學沉積的過程，是基于電化學反應原理的一種區域選擇性沉積金屬或導電聚合物等材料的方法，首先利用化學鍍等手段，使需要沉積金屬或導電聚合物的表面導電，再連接電源的正負極，進而在通電之后使材料只能沉積在結構的導電部分，形成的特定形狀，從而達到在固定區域電沉積金屬或導電聚合物的目的。

柔性電子元件是將有機、無機材料電子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術，包括柔性超級電容器、柔性電子電路、柔性電極、柔性傳感器等，相對于傳統電子，新興的柔性電子元件由于其獨特的柔性、延展性，具有更大的靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環境，滿足設備的形變要求，在各領域具有廣泛應用前景。

發明內容

本發明提供一種基于電沉積和雙噴頭的柔性電子元件3D打印裝置及方法。

本發明采取的技術方案是：包括機架、Z軸移動裝置、雙噴頭組件、X軸移動裝置、Y軸移動裝置、電解液循環通道、沉積室和蒸餾水循環通道，其中Z軸移動裝置置于機架內部，X軸移動裝置置于機架內部上方，雙噴頭組件置于X軸移動裝置上，Y軸移動裝置置于Z軸移動裝置內部，沉積室位于機架底部，用于內進行電沉積金屬或導電聚合物，電解液循環通道與沉積室聯通，用于循環供給電解液，蒸餾水循環通道與沉積室聯通，用于循環供給蒸餾水，在沉積室內進行清洗。

本發明所述Z軸移動裝置包括Z軸步進電機、光軸、絲杠、Z軸移動塊，其中光軸、絲杠與機架固定，Z軸移動塊由光軸及絲杠支撐，Z軸步進電機與絲杠相連，Z軸步進電機旋轉帶動絲杠轉動，從而使Z軸移動塊沿光軸及絲杠進行Z向運動。

本發明所述X軸移動裝置包括X軸步進電機、光軸、絲杠、雙噴頭組件，其中，光軸、絲杠與機架固定，雙噴頭組件由光軸及絲杠支撐，X軸步進電機與絲杠相連，X軸步進電機旋轉帶動絲杠轉動，從而使雙噴頭組件沿光軸及絲杠進行X向運動。

本發明所述雙噴頭組件包括打印噴頭、噴涂噴頭、噴頭滑塊、柔性絕緣材料管道、導電絲材管道、加熱棒、陣列圓孔噴頭，其中導電絲材通過導電絲材管道進入，并由打印噴頭擠出，柔性絕緣材料通過柔性絕緣材料管道進入，并由噴涂噴頭擠出并固化，噴涂噴頭周圍的陣列圓形噴頭孔進行柔性絕緣材料的噴涂，噴涂噴頭中部的加熱棒對柔性絕緣材料進行加熱，使之固化成型。打印噴頭與噴涂噴頭固定在噴頭滑塊上，通過噴頭滑塊的X向運動進行X軸的移動。