[發明專利]一種預印功能層誘導射流的電噴印方法

在審

• 申請號: 202110769995.8
• 申請日: 2021-07-04
• 公開（公告）號: CN113580565A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李凱;任鑫磊;王曉英;張方圓
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/379;B29C64/386;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
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1.一種預印功能層誘導射流的電噴印方法，其特征在于，所用的電噴印裝置包括噴印模塊、視覺檢測模塊和吸附模塊三個部分；其特征在于，所述噴印模塊包括第一注射器(1)、活塞(111)、注射器外筒(112)、復位彈簧(113)、橡膠導管(114)、第一注射泵(2)、第二注射器(3)、第二注射泵(4)、上位機(6)、平臺基板(8)、紅外加熱燈(11)、預印功能墨水(12)、功能墨水(13)、電壓控制器(16)、第一噴頭(17)、第一噴頭夾具(18)、第二噴頭(14)和第二噴頭夾具(15)；所述第一注射器(1)和第二注射器(3)由相同規格的活塞(111)、注射器外筒(112)和復位彈簧(113)構成；所述第一注射器(1)和第二注射器(3)的活塞(111)分別緊固在第一注射泵(2)和第二注射泵(4)上；所述第一注射器(1)和第二注射器(3)通過橡膠導管(114)腔體連通；所述預印功能墨水(12)和功能墨水(13)在第一注射泵(2)、第二注射泵(4)的壓力和復位彈簧(113)的作用下進入第一注射器(1)和第二注射器(3)；第一注射器(1)、第二注射器(3)的一端分別和第一噴頭(17)、第二噴頭(14)上端通過塑料導管連接；所述第一噴頭夾具(18)、第二噴頭夾具(15)前端導電并夾緊第一噴頭(17)、第二噴頭(14)，后端絕緣部分和上位機(6)連接，在空間上實現三維運動；所述的第一噴頭(17)和第二噴頭(14)由導電材料制成，頭部加工第一噴孔(171)、第二噴孔(141)；所述的電壓控制器(16)與交流電源連接，其輸出端與第一噴頭夾具(18)、第二噴頭夾具(15)導電部分的右端相連；所述的紅外加熱燈(11)連接直流電源，由直流電源供電，燈身放置平臺基板(8)的上方，使燈光照射整個噴印表面區域并加熱噴印材料的上表面；所述上位機(6)分別控制第一噴頭夾具(18)和第二噴頭夾具(15)的運動軌跡和運動速度，使得第一噴頭(17)和第二噴頭(14)在空間按預期規劃路線動作，噴印復雜微納功能結構；

所述視覺檢測模塊包括工業相機(5)、襯底(9)和實時檢測軟件；所述工業相機(5)實時對襯底(9)上的噴印過程進行監控，將圖像傳送至上位機(6)，上位機(6)對圖像進行處理，控制第一噴頭夾具(18)、第二噴頭夾具(15)動作，實現整個噴印過程的閉環連接；所述紅外加熱燈(11)不僅對噴印過程進行加熱，同時也起到照明作用；

所述吸附模塊包括平臺(7)、平臺基板(8)和吸附裝置(10)；所述平臺基板(8)固定在平臺(7)上形成整體，通過吸附裝置(10)固定于地面，相對空間位置始終不變；所述吸附裝置(10)對襯底(9)進行精準固定。

2.采用權利要求1所述的裝置進行預印功能層誘導射流的電噴印，其特征在于，步驟如下：

第一步，襯底固定與初始圖像采集

首先，打開紅外加熱燈(11)和吸附裝置(10)開關，同時將襯底(9)放置在平臺基板(8)上合適的位置，緊接著上位機(6)將第一噴頭(17)和第二噴頭(14)初始位置調整到坐標原點，通過工業相機(5)對襯底(9)進行圖像采集和已規劃路線圖像做對比分析，調節第一噴頭(17)和第二噴頭(14)的初始打印速度及初始位置高度；

第二步，穩定電噴射流的形成

選用兩種功能墨水，通過第一注射泵(2)、第二注射泵(4)將預印功能墨水(12)和功能墨水(13)注入第一噴頭(17)、第二噴頭(14)，調節第一噴孔(171)和第二噴孔(141)與襯底的間距，調節電壓控制器(16)輸出的電壓和頻率，使用工業相機(5)觀測射流狀態，最終使噴孔處的功能墨水形成遠小于第一噴孔(171)、第二噴孔(141)尺寸的穩定射流；

第三步，復合微納功能結構的噴印制造

根據微納功能結構的形狀，編寫運動控制程序，首先由上位機(6)控制第一噴頭夾具(18)動作，在襯底(9)上預印復雜微納功能層圖案，同時噴印與地線連接的觸頭，改變襯底(9)電場力分布，在電場力作用下誘導射流尺寸、射流沉積位置，緊接著上位機(6)控制第二噴頭夾具(15)動作，雙噴頭同時工作加快噴印速度，實現與預印復雜微納功能層同形狀的噴印制造，噴印過程通過工業相機(5)和實時監測軟件監測，保證射流的穩定性；

第四步，熱場輔助下微納功能結構的固化成型

噴印過程中預印功能墨水(12)和功能墨水(13)的固化為紅外加熱燈(11)加熱，復雜微納功能結構圖案打印的同時，射流下方正在打印的區域處在紅外加熱燈(11)的照射加熱范圍內，調節紅外加熱燈(11)的功率，使噴印在襯底(9)上的結構迅速固化成型，得到所需的復合微納功能結構。