[发明专利]一种桌面式电流体喷墨打印系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷墨打印系统，特别是一种采用电流体驱动的喷墨打印系统及方法。 

背景技术

喷墨打印设备由于制造环境友好，节省打印材料，操作简单等优点，近年来被广泛应用于微电子器件制备领域。例如采用喷墨打印技术制造柔性电子晶体管、生物传感器、太阳能电池、微流芯片等方面。 

传统的喷墨打印技术主要采用静电连续式和按需打印，其中按需打印又包括压电式和热气泡式喷墨。传统的静电打印方法，诸如利用背景电极对墨粉进行荷电，图像信息利用控制单元转换为静电控制电场的图案，通过开闭带孔的电极阵列，从而选择性的让墨粉通过，在打印介质上形成图案，其为连续性喷墨打印，墨粉浪费大。压电式控制较复杂，结构尺寸精度要求较高，压电晶体及其附件的老化、变形，随时会使打印头性能下降，并且造成喷头寿命变短，工作能耗高，而且喷射液滴定位精度不高。热气泡式由于瞬间局部加热，对功能性材料有一定选择性，液滴尺寸较大。目前普遍认为按需打印时，液滴直径为针头直径的1.89倍，打印线宽为20～50微米，如果需要更小的特征尺寸则需要制造更加细小的针头，这将对阵列化喷嘴的微制造工艺提出巨大的挑战。同时，在新的应用领域，墨水多为聚合物、高质量分数的溶液，具有粘度大、密度大等特点，使得喷嘴容易堵塞并回弹，无法有效产生液滴。 

电流体动力喷印(electrohysrodynamic inkjet printing)是具有前景的技术，目前电流体动力喷印方法主要应用于静电喷涂和静电纺丝方面，正逐步应用到喷印方面。美国专利申请US2011/0187798AL中采用了电流体动力喷印方法,但其喷嘴尺寸较小（几微米～几百纳米），易被堵塞，同时喷嘴距离基板距离较小，无法避免喷射高黏度溶液时的电击穿现象。另一方面，其仅仅给出了原理方法，未给出具体的实施形式。美国专利文献US2008/0003374A1中，采用简单的针头与远离针头的环形电极实现墨水的流变，但液体最终分裂成小液滴，无法精确控制。另外在Jun-Sung Lee,Sang-Yoon Kim,Yong-Jae Kim,Jaehong Park的Design and evaluation of a a silicon based multi-nozzle for addressable jetting using a controlled flow rate in electrohydrodynamic jet printing（APPLIED PHYSICS LETTERS,93,243114,2008）一文中，公开了一种电流体动力喷印方案，其中喷嘴的下部拉伸电极为平板结构上部针状电极，结构缺乏紧凑，无法实现阵列化喷嘴的制造，而且不能满足精确定位的工业需求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流体动力喷墨打印系统和方法，采用电流体动力喷印原理，通过控制加载在喷嘴和基板之间的高压脉冲电场压实现射流的断裂，从而产生墨滴实现喷印，解决了目前喷嘴制造工艺复杂，无法打印亚微米尺寸图案，高粘度墨水无法喷出等问题，具有高分辨率、高效率、适应高粘度墨水等优点。 

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种电流体动力喷墨打印系统，其包括 

底座； 

基板运动模块，用以承载打印介质基板，其包括设置在所述底座上的可沿第一 方向平动的第一运动机构、设置在该第一运动机构上可相对其沿垂直于所述第一方向的第二方向平动的第二运动机构、以及设置在该第二运动机构上的微运动平台，所述承载打印介质基板固定设置在其上，该微运动平台可相对所述第二运动机构在由该第一方向和第二方向定义的平面上移动，并可沿垂直于该平面的第三方向移动，同时可相对所述第二运动机构绕第一方向和第二方向转动，从而使得所述承载打印介质基板可在基板运动模块作用下多自由度运动； 

喷印模块，其高度可变地设置在一安装在所述底座上的支撑架上，其具有用于喷墨的喷嘴； 

通过控制所述基板运动模块带动所述基板运动同时对喷嘴喷墨进行控制，即可实现喷墨打印。 

作为本发明的改进，所述第一运动机构包括设置在所述底座上的第一底座，安装在其上的第一直线导轨和第一运动滑台，以及用于驱动所述第一运动滑台的第一驱动伺服电机和第一传动丝杠，通过所述第一驱动伺服电带动所述第一传动丝杠，从而驱动所述第一运动滑台在第一直线导轨上沿第一方向平动。