一種多功能電流體噴墨打印系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種多功能、高分辨率電流體噴墨打印系統及方法，其包括：一控制單元，一硬質基板承載運動模塊，一噴印模塊，一卷到卷薄膜基板輸送模塊，一噴射視覺檢測模塊，由外殼箱體圍成的溫度、濕度可控的微環境控制單元。其中噴印模塊包括控制噴嘴移動的運動平臺和噴嘴，實現三種噴印方式調控，同時具有觀測基板上圖案的視覺系統；硬質基板承載運動模塊，用以承載、固定硬質打印介質基板，使其相對噴嘴移動；卷到卷薄膜輸送模塊，用以進給和吸附柔性基板，保證其表面平整和在運動中無滑移；一噴射視覺檢測模塊，用以檢測液滴空間飛行軌跡；一溫度濕度控制模塊，用來控制打印腔體內的溫度和濕度，保證打印的穩定性。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種多功能、高分辨率電流體噴墨打印系統及方法，其包括：一控制單元，一硬質基板承載運動模塊，一噴印模塊，一卷到卷薄膜基板輸送模塊，一噴射視覺檢測模塊，由外殼箱體圍成的溫度、濕度可控的微環境控制單元。其中噴印模塊包括控制噴嘴移動的運動平臺和噴嘴，實現三種噴印方式調控，同時具有觀測基板上圖案的視覺系統；硬質基板承載運動模塊，用以承載、固定硬質打印介質基板，使其相對噴嘴移動；卷到卷薄膜輸送模塊，用以進給和吸附柔性基板，保證其表面平整和在運動中無滑移；一噴射視覺檢測模塊，用以檢測液滴空間飛行軌跡；一溫度濕度控制模塊，用來控制打印腔體內的溫度和濕度，保證打印的穩定性。【專利說明】
本專利技術涉及一種噴墨打印系統，特別是一種采用電流體驅動的噴墨打印裝置及方法。
技術介紹
噴墨打印設備具有制造環境友好、節省打印材料，操作簡單等優點，近年來逐漸從傳統圖像打印領域發展到打印電子、微流道等領域，如采用噴墨打印技術制造柔性電子晶體管、生物傳感器、太陽能電池、微流芯片等。傳統噴墨打印技術主要采用連續和按需打印兩種模式，其中按需式打印又包括壓電式和熱氣泡式噴墨。傳統的連續打印方法，通常采用壓電晶體振動產生墨滴，再利用充電電極對墨液進行充電，最后利用控制單元將圖像信息轉換為墨滴偏轉距離的控制信息，通過改變滴墨穿過的平行電極電壓而改變墨滴偏轉距離，在打印介質上形成圖案，但是這種連續性噴墨打印方式導致墨水浪費嚴重。壓電式控制較復雜，結構尺寸精度要求較高，壓電晶體及其附件的老化、變形、隨時會使打印頭性能下降，并且造成噴頭壽命短，工作能耗高，而且噴射液滴定位精度不高。熱氣泡式由于瞬間局部加熱，對功能性材料有一定選擇性，液滴尺寸較大。目前普遍認為按需打印時，液滴直徑為針頭直徑的1.89倍，打印線寬為20?50微米，如果需要更小的特征尺寸則需要制造更加細小的針頭，這將對陣列化噴嘴的微制造工藝提出挑戰。由于表面張力的作用，即使制造出更細的針頭也無法有效縮小液滴的尺寸，而且容易堵塞針頭。同時，在打印電子等應用領域，墨水多為聚合物、高質量分數的溶液，具有粘度大，密度大等特點，使得噴嘴容易堵塞并回彈，無法有效產生液滴。電子器件的基本結構為點、線、薄膜等，通過微液滴的堆疊形成電子器件，存在不足:1)在形成大面積薄膜和微結構陣列的情況下，效率非常低；2)結構的均勻性較差，造成結構粗糙不平，導致電學性能和機械性能難以滿足要求，特別是柔性電子的變形性能要求。綜上所述，現有的噴墨打印技術存在以下不足:(1)噴印打印分辨率低，液滴尺寸受限于噴嘴直徑；(2)不適應于高粘度聚合物溶液，噴嘴容易堵塞；(3)噴嘴制造工藝復雜；(4)打印大面積薄膜和微結構時，效率低；(5)打印模式單一，無法實現點、線、膜的選擇性制備。為了提高噴墨打印的打印性能，降低打印成本，拓展其應用領域。目前，出現了利用電流體動力技術作為進行噴墨打印的工藝和裝備，主要應用于靜電噴涂(Electrospray)、靜電紡絲(Electrospinning)和電流體動力噴印(Electrohysrodynamicjet printing)方面。研究表明，這三種電流體模式,分別可以用來制造點、線和薄膜三種結構。如美國專利申請US20110187798A1中采用了電流體動力噴印方法，但其噴嘴尺寸較小(幾微米?幾百納米)，易被堵塞，同時噴嘴距離基板距離較低100微米，無法避免噴射高黏度溶液時的電擊穿現象，而且制造面積小，效率低，僅適用于實驗室。美國專利申請US2008/0003374A1為原理性闡述，采用靜電噴涂沉積薄膜，針頭與遠離針頭的環形電極實現墨水的流變，但液體最終分裂成小液滴，缺少基板運動控制，無法形成均勻的薄膜圖案。美國專利申請US7326043B2只能進行在水平方向進行纖維的沉積噴印，噴頭無法進行平面內運動，因此無法滿足連續大面積在基板上的沉積，生產要求。美國專利US8586148B2低壓近場紡絲，而且其工作在非穩態，液滴經過一段時間會滴落。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種多功能、高分辨率的電流體噴墨打印系統，采用電流體動力技術，實現微米/亞微米點的噴印、微米/亞微米線結構的直寫和納米薄膜的噴涂，并能夠采用片材加工與卷到卷加工進給方式。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供一種多功能電流體噴印裝置，可形成多種噴墨打印方式，從而實現不同類型器材的噴印制造，其特征在于，該噴印裝置包括:支撐臺；噴印模塊，設置在所述支撐臺上，其具有用于噴墨的噴嘴，用于噴墨到打印基底上以進行圖案打印；硬質基板承載運動模塊，其設置在所述支撐臺上，以固定承載用于作為圖案打印基底的硬質打印介質基板，并可帶動其相對所述噴印模塊運動，實現在該硬質打印介質基板上的圖案打印；以及卷到卷薄膜基板輸送模塊，其設置在所述支撐臺上，以輸送作為圖案打印基底的柔性打印介質薄膜，該柔性打印介質薄膜通過相對所述噴印模塊運動，實現在該柔性打印介質薄膜上的圖案打印；通過控制噴嘴和基板間距、噴墨液體供給流量和/或噴嘴與基底之間施加的電壓，從而產生包括單一液滴的按需噴射、霧化液滴的噴涂或單根連續射流的直寫的多種不同噴印方式，并結合不同基底，即可實現各種器件和/或各種圖案的噴印。作為本專利技術的改進，所述噴印模塊包括:固定設置在支撐臺上的底座；固定設置在該底座上的可相對其沿第一方向運動的第一方向運動模組；通過設置在該第一方向運動模組的運動滑臺上的第一方向運動模組連接板安裝在該第一方向運動模組上的第二運動方向模組，其可相對該第一方向運動模組沿第二方向運動；以及通過設置在該第二方向運動模組的運動滑臺上的第二方向運動模組連接板安裝在該第二方向運動模組上的第三運動方向模組，其可相對該第二方向運動模組沿第三方向運動，其上安裝有注射泵和與其連通用于噴墨的噴嘴。作為本專利技術的改進，所述硬質基板承載運動模塊包括:固定在所述支撐臺上的底座；第一方向運動模塊，其設置在所述底座上，可相對其實現沿第一方向的運動；第二方向運動模塊，其通過固定設置在所述第一方向運動模塊上的運動連接板安裝在所述第一方向運動模塊上，其可相對該第一方向運動模塊沿第二方向運動；吸附平臺，其通過所述固定設置在所述第二方向運動模塊上的滑塊連接板安裝在所述第二方向運動模塊上并可同步運動，該吸附平臺用于吸附固定作為圖案打印基底的硬質打印介質基板。作為本專利技術的改進，所述卷到卷薄膜基板輸送模塊包括前端放料部分和后端收料部分，其中所述前端放料部分包括放料底板、設置在放料底板上的放料輥和對輥，薄膜基板通過放料輥釋放并穿過所述對輥的兩輥之間后輸出；所述后端收料部分包括收料底板、設置在該收料底板上的吸附輥、浮輥和收料輥，所述從前端放料薄膜輸送的薄膜基底通過該吸附輥吸附緊貼，并進而輸送到所述收料輥進行收料，所述浮輥設置在兩者之間以張緊所述薄膜基底。作為本專利技術的改進，所述放料輥包括磁粉制動器連接板，磁粉制動器，連軸器，帶軸承支座，氣脹軸，料卷，其中所述磁粉制動器連接板用于固定磁粉制動器，其豎直固定連接在放料底板上，側面固定安裝磁粉制動器連接板。所述磁粉制動器的另一端插入連軸器的連接孔里，所述氣脹軸的光軸與固定在放料底板上的帶軸承支座中的軸承孔穿過，與連軸器另一端連接，所述料卷纏繞在氣脹軸的膨脹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能電流體噴印裝置，其可執行多種噴墨打印方式，從而實現不同類型器件的噴印制造，其特征在于，該噴印裝置包括：支撐臺（200）；噴印模塊（500），設置在所述支撐臺（200）上，其具有用于噴墨的噴嘴，用于噴墨到打印基底上以進行圖案打印；硬質基板承載運動模塊（600），其設置在所述支撐臺（200）上，以固定承載用于作為圖案打印基底的硬質打印介質基板，并可帶動其相對所述噴印模塊（500）運動，實現在該硬質打印介質基板上的圖案打印；以及卷到卷薄膜基板輸送模塊（400），其設置在所述支撐臺（200）上，以輸送作為圖案打印基底的柔性打印介質薄膜，該柔性打印介質薄膜可通過相對所述噴印模塊（500）運動，實現在該柔性打印介質薄膜上的圖案打印；通過控制噴嘴和基板間距、噴墨液體供給流量和/或噴嘴與基底之間施加的電壓，從而產生包括單一液滴的按需噴射、霧化液滴的噴涂和單根連續射流的直寫中的一種或多種噴印方式，并結合不同的圖案打印基底，即可實現各種器件或各種圖案的噴印。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃永安，尹周平，布寧斌，陳建魁，潘艷橋，丁亞江，段永青，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42