[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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本發明屬于先進制造技術領域，涉及一種預印功能層誘導射流的電噴印方法，基于電流體動力效應噴射出的射流在襯底上預印復雜的微納功能結構層圖案，再在電場力作用下誘導射流尺寸、射流沉積位置，雙噴頭聯合協同噴印，快速實現與預印功能層同形狀的噴印制造，預印功能層與后續納米尺度的連續射流充分黏合、固化，形成復合微納功能結構。該電噴印方法采用預印功能層改變襯底電場力的分布情況，保證射流沉積位置精度，降低復合微納功能結構工藝尺寸誤差，具有設備成本低、工藝簡單、加工周期短等優勢，優化了微納功能結構，提高了納米器件使用性能和使用壽命。

技術領域

本發明屬于先進制造技術領域，涉及一種預印功能層誘導射流的電噴印方法。

背景技術

電噴印是一種非接觸式增材制造技術，利用流體壓力將功能墨水供給到噴針出口處，形成初始的懸滴，接著在噴針與襯底間施加高電壓，此時，懸滴在電場力及墨水表面張力、重力、粘性力等綜合作用下形成泰勒錐，當電場力持續增大，液滴于泰勒錐尖端噴出，形成穩定的微納米級射流。電噴印因具有加工精度高、材料利用率高、工藝簡單、打印可控性強等優點，廣泛應用于柔性顯示、微納傳感器的制造過程中，成為微納制造領域的研究熱點。

然而，電噴印過程中射流受到流體壓力、電場力、液體表面張力等綜合作用，射流飛行難以控制，對于噴印復雜圖案的微納功能結構，存在結構尺寸誤差大、射流沉積位置精度低等問題。

發明內容

本發明為了克服上述電噴印制造技術的不足，發明一種預印功能層誘導射流的電噴印方法。首先，基于電流體動力效應噴射出的射流在襯底上預印復雜的微納功能結構層圖案，再在電場力的作用下誘導射流尺寸、射流沉積位置，雙噴頭聯合協調噴印，快速實現與預印功能層同形狀的噴印制造，預印功能層與后續納米尺度的連續射流充分黏合、固化，形成復合微納功能結構。此預印功能層誘導射流的電噴印方法具有設備成本低、工藝簡單、加工周期短等優勢。

本發明采取的技術方案是：

一種預印功能層誘導射流的電噴印方法，首先利用電射流打印技術在襯底上制備出具有復雜圖案的微納功能結構預印層，預印接線觸角，改變襯底上的電場力分布情況，誘導加工過程中的射流尺寸、射流沉積位置，雙噴頭的聯合協調噴印，快速實現復合微納功能結構的制備。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、活塞、注射器外筒、復位彈簧、橡膠導管、第一注射泵、第二注射器、第二注射泵、上位機、平臺基板、紅外加熱燈、預印功能墨水、功能墨水、電壓控制器、第一噴頭、第一噴頭夾具、第二噴頭和第二噴頭夾具；所述第一注射器和第二注射器由相同規格的活塞、注射器外筒和復位彈簧構成；所述第一注射器和第二注射器的活塞分別緊固在第一注射泵和第二注射泵上；所述第一注射器和第二注射器通過橡膠導管腔體連通；所述預印功能墨水和功能墨水在第一注射泵、第二注射泵的壓力和復位彈簧的作用下進入第一注射器和第二注射器；第一注射器、第二注射器的一端分別和第一噴頭、第二噴頭上端通過塑料導管連接；所述第一噴頭、第二噴頭夾具前端導電并夾緊第一噴頭和第二噴頭，后端絕緣和上位機連接，在空間上實現三維運動；所述的第一噴頭和第二噴頭由導電材料制成，頭部加工噴孔；所述的電壓控制器與交流電源連接，其輸出端與第一噴頭夾具和第二噴頭夾具導電部分的右端相連；所述的紅外加熱燈連接直流電源，由直流電源供電，燈身放置平臺基板的上方，使燈光照射整個噴印表面區域并加熱噴印材料的上表面；所述上位機分別控制第一噴頭夾具和第二噴頭夾具的運動軌跡和運動速度，使得第一噴頭和第二噴頭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、襯底和實時檢測軟件；所述工業相機實時對襯底上的噴印過程進行監控，將圖像傳送至上位機，上位機對圖像進行處理，控制第一噴頭夾具和第二噴頭夾具動作，實現整個噴印過程的閉環連接；所述紅外加熱燈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、平臺基板和吸附裝置；所述平臺基板固定在平臺上形成整體，通過吸附裝置固定于地面，相對空間位置始終不變，所述平臺基板上表面平面度在2-8微米，所述吸附裝置對襯底進行精準固定。