[发明专利]一种微纳三维打印喷头装置

说明书

技术领域

本发明是一种微纳三维打印喷头装置，属于微纳三维打印喷头装置的创新技术。

背景技术

三维打印机是快速成型的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其运动过程类似于传统打印机，只不过传统打印机是把墨水喷涂到纸质介质上形成二维的图形，而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷头喷射实现层层堆积叠加形成三维实体。目前，国内外三维打印机的喷头都是沿用的二维结构的设计，其喷孔直径都是单一尺寸的^[1]。

在20世纪80年代中期，SLS被在美国德州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利，项目由DARPA赞助的。1979年，类似过程由RF Housholder得到专利，但没有被商业化^[2]。1995年，麻省理工的E Sachs,M Cima和J Cornie创造了“三维打印”一词^[3] [4]。

随着三维打印精度的提高，三维打印可以最大限度地发挥材料的特性，只把材料放在有用的地方，减少材料的浪费。随着三维打印速率的提高，可以加快生产，让三维打印技术可以投入在工业生产中。近年来，三维打印技术有了巨大的进步，很多设备都付诸了工业应用，开创了直接数字制造的时代。随着三维打印精度与打印速度的进一步提高，未来三维打印将得到进一步的普及运用^[5]。

喷头作为三维打印技术的核心部件，也是核心技术的地方，其技术参数和特性直接影响到三维打印机的工作性能和效率。近年来，国外围绕喷头方面做了很多方面的研究，如提高喷头分辨率，改善工艺提高喷头质量，改善喷射效果和增强喷射能力^[6]。

目前，商品化的三维打印机设计中均选择喷绘行业中已应用广泛的喷头。从喷墨原理上分，现行喷头主要有热泡式和压电式两种。压电式喷头不依靠加热，对喷射材料有广泛的适应性，且其对液体控制能力强，可达到精度高，更适合基于粉末和粘接剂原理的三维打印机。

高压静电纺丝技术，是国内外最近十几年发展起来的用于制备超细纤维的重要方法。电纺丝技术最早由Formhzls在1934年提出^[7]，随后Taylor等人于1964年对静电纺丝过程中带电聚合物的变形提出了泰勒锥这一概念^[8]，直到上个世纪90年代人们开始广泛关注电纺丝技术。

目前，通过此技术已经实现了直径由几纳米到数百纳米范围内近百种不同聚合物纳米纤维、各种类型聚合物、无机物复合纳米纤维及无机纳米纤维的制备。由高压静电纺丝技术所制备的纳米纤维材料已经在光电子、传感器和生物科学领域表现出极大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种使得三维成型的加工精度和加工速度得以保障的微纳三维打印喷头装置。本发明解决单一尺寸喷孔的喷头在工作时不能满足不同精度要求的加工的缺点，提供一种含有多种直径尺寸规格喷孔的喷头，且通过合理可靠的电路控制喷孔的工作状态，使得喷头可以满足宏微复合的三维成型加工，其设计合理，方便实用。

本发明的技术方案是：本发明的微纳三维打印喷头装置，包括有控制器、储料盒、喷头主体部分，所述喷头主体部分包括有三组直径不同的喷孔阵列，分别是A组喷孔列、B组喷孔列、C组喷孔列，A组喷孔列、B组喷孔列、C组喷孔列分别与三个喷头连接，所述控制器包括中央处理单元、第一喷孔列控制器、第二喷孔列控制器、第三喷孔列控制器、驱动电源，中央处理单元通过输出不同的脉冲信号来控制切换第一喷孔列控制器、第二喷孔列控制器、第三喷孔列控制器的工作，第一喷孔列控制器、第二喷孔列控制器、第三喷孔列控制器分别控制A组喷孔列、B组喷孔列、C组喷孔列三组喷孔阵列中每个喷孔的工作状态。

上述储料盒用于存储三维快速成型所需要的成型物质。

上述喷头主体部分为用于固定整个喷头的方形结构。

上述A组喷孔列由64个喷孔排成一列。

上述B组喷孔列由128个喷孔排成一列。

上述C组喷孔列由256个喷孔排成一列。

上述分别与A组喷孔列、B组喷孔列、C组喷孔列连接的喷头采用高压注射泵将溶液推进喷针，并采用近场静电纺丝技术进行三维快速成型。

上述中央处理单元为FPGA芯片。

上述分别与A组喷孔列、B组喷孔列、C组喷孔列连接的喷头分别与储料盒连接，喷头与储料盒是否处于连通状态通过控制器来控制。