【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于噴印，具體涉及一種跨分辨率按需噴墨打印裝置及方法。
技術介紹
1、噴墨打印技術作為一種無需掩膜的非接觸式制造工藝，允許不同類型的墨水以非常經濟的方式進行高精度布置，并且所需的圖案很容易通過數字化打印的方式來實現，尤其適用于原型制作和小批量制造。到目前為止已發展成為顯示器件,柔性電路,生物制藥等領域中支持定制設計的強大制造工具。
2、雖然基于壓電式或熱泡式的噴墨打印技術在科學領域中的創造性應用還有極大的探索潛力，但其打印特性已經得到了充分的論證。如何使這項傳統且成熟的技術有效提升對墨水粘度的兼容性和打印分辨率是噴墨領域的熱點問題，同時也是難以解決的問題。然而當不同的打印制造技術協同使用時，對于提升打印技術的兼容性，簡化生產工藝和增加制造效率會產生極為有利的作用，因此基于噴墨打印與其他打印技術相結合的組合式噴墨打印技術近期得到了廣泛關注，為功能器件的制造提供了一個極具優勢的方案，例如已報道的噴墨打印與3d打印，噴墨打印與激光直寫，噴墨打印和光刻等組合方式。
3、作為噴墨打印領域最為成熟的兩種液滴生成技術，噴墨打印是基于管道內一維壓力波的疊加原理驅動噴孔處液面進行噴射，允許低黏墨水(1-20mpa·s)以20-200um的精度進行液滴布置；電流體動力噴印技術則是基于泰勒錐效應，即通過在噴頭和與之相對的基板之間施加高強電場，噴孔處的墨水在電應力的作用下逐漸被“拉”出噴孔，因而具備更廣泛的粘度兼容性(1-10000mpa·s)并且可實現亞微米級別的沉積精度。由于噴墨打印和電流體動力噴印均可以用于不同分
4、cn116100956b所提出的基于液面振蕩的電流體打印技術證明了電場中振蕩的彎液面可以形成精細的電流體動力射流，解決了傳統ehd打印效率低下的缺點，但該專利所設計的打印裝置在使用時需要通過掃頻的方法確定諧振頻率。本專利技術基于水錘工作原理提出了一種可實現噴墨打印及電流體動力打印的液滴按需生成裝置，無需掃頻，當對管狀/柱狀壓電陶瓷施加足夠的激勵電壓時即可實現噴墨打印；將激勵電壓減小使彎液面只振蕩不噴射，并對噴孔和基板之間施加合適的電場便可產生與液面振蕩同頻的精細電流體動力射流。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術提出了一種跨分辨率按需噴墨打印裝置及方法，設計合理，解決了現有技術的不足，具有良好的效果。
2、為了實現上述專利技術目的1，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種跨分辨率按需噴墨打印裝置，包括噴頭結構、驅動系統、高壓電源單元；
4、所述噴頭結構包括儲墨管以及套設在儲墨管外壁的限位環、彈簧、導向螺釘、絕緣套筒和管狀電極，所述驅動系統包括壓電陶瓷和信號發生單元，用于驅動儲墨管沿軸線往復運動，所述高壓電源單元的正極通過控制開關與管狀電極連接，其負極與基板進行接地連接，用于在墨水和基底之間形成誘導電場；所述供液系統用于為儲墨管提供墨水。
5、進一步地，該裝置還包括金屬材質的殼體，所述殼體底部設有下通孔；
6、所述壓電陶瓷、限位環、彈簧從上到下依次同軸設置在殼體內部，限位環與儲墨管外壁固定粘接；
7、所述壓電陶瓷呈管狀或柱狀，其頂部與殼體膠合，根據墨水的消耗量選擇壓電陶瓷的形狀，若儲墨管內的墨水能夠完成打印工作，則選擇柱狀壓電陶瓷，若儲墨管內的墨水不足以完成打印工作，則選擇管狀壓電陶瓷以及供液系統；
8、所述壓電陶瓷包括兩個金屬電極，正極與信號發生單元連接，負極接地。
9、進一步地，當壓電陶瓷呈管狀時，管狀壓電陶瓷套設在儲液管外壁，殼體頂部設有上通孔，所述儲墨管頂端穿過壓電陶瓷和上通孔伸出殼體外。
10、進一步地，所述供液系統包括依次連接的供墨軟管、儲液瓶、通氣軟管和氣壓調節單元，所述儲墨管頂部的入口端與供墨軟管一端連接，供墨軟管另一端插入到密閉的儲液瓶的墨水中，儲液瓶通過通氣軟管與氣壓調節單元連接。
11、進一步地，當壓電陶瓷呈柱狀時，所述儲墨管頂端抵住柱狀壓電陶瓷底面。
12、進一步地，所述導向螺釘為從上到下直徑依次遞增的4層環向臺階結構且與彈簧同軸布置，導向螺釘頂部的第一層臺階結構伸入彈簧內部，彈簧一端抵住限位片，另一端抵住第二層臺階結構的水平臺面，且彈簧處于壓縮預緊狀態；第三層臺階結構與下通孔螺紋連接，第四層臺階結構位于殼體外部。
13、進一步地，所述導向螺釘與絕緣套筒之間、絕緣套筒與管狀電極之間粘接耦合，導向螺釘、絕緣套筒和管狀電極同軸布置，且導向螺釘、絕緣套筒和管狀電極的軸向通孔直徑大于儲墨管外徑0.1毫米，以保證儲墨管的無阻尼滑動，儲墨管底部的噴頭伸出管狀電極。
14、進一步地，所述高壓電源單元根據實際需要選擇不同的高壓發生設備，高壓發生設備包括且不限于高壓直流電源、電壓放大器或高壓脈沖電源，管狀電極根據需求施加高壓直流電、帶有電壓偏置的脈沖直流或者正負脈沖形式的交流電。
15、進一步地，所述信號發生單元為信號發生器、單片機或其他任意的能夠產生低壓脈沖的設備，用于產生可自定義編輯的低電平信號，低電平信號包括且不限于方波、脈沖波。
16、為了實現上述專利技術目的2，本專利技術采用如下技術方案：
17、一種跨分辨按需噴墨打印方法，采用如上所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，當工作在按需噴墨打印模式時，控制開關斷開，噴孔和基板之間無電場，信號發生單元對壓電陶瓷施加激勵信號，此時激勵電壓幅值足夠大，使噴口處的彎液面在外凸過程中獲得的動能足以克服液橋斷裂需要的能量，實現液滴噴射，噴射頻率與激勵信號同頻，該液滴的體積為皮升級；
18、當工作在按需電流體動力打印模式時，減小激勵信號的幅值至不足以驅動彎液面產生噴射，只產生彎液面振蕩；控制開關閉合，使噴孔和基板之間形成電場，在電應力的作用下實現電流體動力噴射，單次射流的體積為飛升級；
19、根據實際打印過程中對噴射液體體積的需求，在兩種打印模式之間進行切換，從而實現跨分辨率打印。
20、本專利技術帶來的有益技術效果：
21、1、能以按需的方式實現壓電噴墨打印和電流體動力打印兩種工作模式，所產生的墨滴體積由飛升至皮升，可取得亞微米至亞毫米的打印分辨率。本專利技術利用壓電陶瓷的逆壓電效應，通過控制激勵電信號的波形來調控壓電陶瓷的軸向形變，壓電陶瓷和彈簧共同驅動實現儲墨管的軸向運動。根據層流剪切的原理可知儲墨管的軸向往復運動會在管內產生正負壓力波，從而驅動噴孔處的彎液面振蕩。當激勵信號本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種跨分辨率按需噴墨打印裝置，其特征在于，包括噴頭結構、驅動系統、高壓電源單元；
2.根據權利要求1所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，該裝置還包括金屬材質的殼體，所述殼體底部設有下通孔；
3.根據權利要求2所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，當壓電陶瓷呈管狀時，管狀壓電陶瓷套設在儲液管外壁，殼體頂部設有上通孔，所述儲墨管頂端穿過壓電陶瓷和上通孔伸出殼體外。
4.根據權利要求3所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述供液系統包括依次連接的供墨軟管、儲液瓶、通氣軟管和氣壓調節單元，所述儲墨管頂部的入口端與供墨軟管一端連接，供墨軟管另一端插入到密閉的儲液瓶的墨水中，儲液瓶通過通氣軟管與氣壓調節單元連接。
5.根據權利要求2所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，當壓電陶瓷呈柱狀時，所述儲墨管頂端抵住柱狀壓電陶瓷底面。
6.根據權利要求5所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述導向螺釘為從上到下直徑依次遞增的4層環向臺階結構且與彈簧同軸布置，導向螺釘頂部的第一層臺階結構伸入彈簧
7.根據權利要求6所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述導向螺釘與絕緣套筒之間、絕緣套筒與管狀電極之間粘接耦合，導向螺釘、絕緣套筒和管狀電極同軸布置，且導向螺釘、絕緣套筒和管狀電極的軸向通孔直徑大于儲墨管外徑0.1毫米，以保證儲墨管的無阻尼滑動，儲墨管底部的噴頭伸出管狀電極。
8.根據權利要求7所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述高壓電源單元根據實際需要選擇不同的高壓發生設備，高壓發生設備包括且不限于高壓直流電源、電壓放大器或高壓脈沖電源，管狀電極根據需求施加高壓直流電、帶有電壓偏置的脈沖直流或者正負脈沖形式的交流電。
9.根據權利要求8所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述信號發生單元為信號發生器、單片機或其他任意的能夠產生低壓脈沖的設備，用于產生可自定義編輯的低電平信號，低電平信號包括且不限于方波、脈沖波。
10.一種跨分辨按需噴墨打印方法，采用如權利要求1-9任一項所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，當工作在按需噴墨打印模式時，控制開關斷開，噴孔和基板之間無電場，信號發生單元對壓電陶瓷施加激勵信號，此時激勵電壓幅值足夠大，使噴口處的彎液面在外凸過程中獲得的動能足以克服液橋斷裂需要的能量，實現液滴噴射，噴射頻率與激勵信號同頻，該液滴的體積為皮升級；
...【技術特征摘要】
1.一種跨分辨率按需噴墨打印裝置，其特征在于，包括噴頭結構、驅動系統、高壓電源單元；
2.根據權利要求1所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，該裝置還包括金屬材質的殼體，所述殼體底部設有下通孔；
3.根據權利要求2所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，當壓電陶瓷呈管狀時，管狀壓電陶瓷套設在儲液管外壁，殼體頂部設有上通孔，所述儲墨管頂端穿過壓電陶瓷和上通孔伸出殼體外。
4.根據權利要求3所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述供液系統包括依次連接的供墨軟管、儲液瓶、通氣軟管和氣壓調節單元，所述儲墨管頂部的入口端與供墨軟管一端連接，供墨軟管另一端插入到密閉的儲液瓶的墨水中，儲液瓶通過通氣軟管與氣壓調節單元連接。
5.根據權利要求2所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，當壓電陶瓷呈柱狀時，所述儲墨管頂端抵住柱狀壓電陶瓷底面。
6.根據權利要求5所述的一種跨分辨按需噴墨打印裝置，其特征在于，所述導向螺釘為從上到下直徑依次遞增的4層環向臺階結構且與彈簧同軸布置，導向螺釘頂部的第一層臺階結構伸入彈簧內部，彈簧一端抵住限位片，另一端抵住第二層臺階結構的水平臺面，且彈簧處于壓縮預緊狀態；第三層臺階結構與下通孔螺紋連接，第四層臺階結構位于殼體外部。
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張彥振，李子豪，相騰，殷祥雨，胡國放，賀煒威，吳玉堯，薛博策，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。