[发明专利]一种3D导电书写笔及其书写方法

说明书

技术领域

本发明涉及液态金属制造领域，尤其涉及一种3D导电书写笔及其书写方法，具体涉及到一种可实现多种类墨水同时进料的3D导电书写笔及其书写方法。

背景技术

3D(三维结构)书写笔是伴随着3D打印技术的快速发展而产生的一种便携式的勾画三维结构的书写笔。目前，市面上出现的3D书写笔采用的原料是热塑性塑料线材，当热塑性塑料线材被挤出笔筒几秒钟后，会发生迅速凝固现象，从而可以直接书写出3D结构，当前这种3D书写笔多应用在教学和玩具领域，主要作为教具和玩具来使用。

这种3D书写笔的缺点是描绘出的线条不具有导电性，因而极大程度上限制了它的使用范围。显然，如果3D书写笔能实现描绘出的线条具有导电功能，将会大大拓展3D书写笔的用途，例如在野外生存或执行军事任务时，可用这种3D书写笔来制作、修复电路，或破坏敌人的电路设备等。同时，该技术还可以应用在水面、沙地或者空中实现勾画3D电路图，具有极强的实际应用意义。

随着从基础研究到应用层面的持续推进，印刷电子学业界逐渐提出了直接利用液态金属打印电路的方法和装置，此方法可快速形成电路。但是，这种方法也存在一定的不足，比如由于液态金属表面张力过高，因而使得喷涂机构和墨水处理相对复杂。特别的，当前几乎所有的3D打印笔在工作过程中均只针对单一墨水，即要么导电，要么是绝缘材料，只能实现单一的功能。若能将液态金属与传统的塑料或聚合物结合起来实现同时打印，则生成物一方面具备较好的强度(由塑料或聚合物凝固后保障)，另一方面又具备导电特性(由液态金属墨水保障)，则将显著扩展现有3D打印技术的应用范畴。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种3D导电书写笔及其书写方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有3D导电书写笔由于使用的液态金属表面张力过高而导致喷涂机构和墨水处理相对复杂，且现有3D导电书写笔只能实现单一墨水作业，即只能采用导电材质或者绝缘材质的功能，不利于拓展实际应用范畴的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D导电书写笔，该3D导电书写笔包括外壳和分别设在所述外壳内部的进料装置及加热装置，所述外壳包括笔筒及连接于所述笔筒下端的笔头，所述进料装置包括送料滚筒、塑料线材和用于输送金属墨水的通道；

所述加热装置固定设置在所述笔筒的底部，且所述加热装置用于加热所述金属墨水和塑料线材，所述送料滚筒用于推动所述塑料线材向所述笔头方向移动，所述用于输送金属墨水通道的一端依次穿过所述笔筒、加热装置且延伸至所述笔头的端部。

其中，所述送料滚筒位于所述塑料线材的两侧，且与塑料线材的外壁相切；所述送料滚筒的送料速度为0.5mm/min-300mm/min。

其中，所述塑料线材位于笔筒的中间，所述用于输送金属墨水通道的数量为多条，多条通道位于所述塑料线材与笔筒之间。

其中，所述金属墨水为熔点小于300℃的低熔点金属，且在所述金属墨水中添加纳米金属颗粒。

其中，所述加热装置设为一个或者多个，所述加热装置的加热功率为5W-200W，且所述加热装置围绕设置在所述金属墨水和塑料线材的外圈。

其中，所述塑料线材的线径为0.1mm-20mm，且所述塑料线材为热塑性塑料。

本发明还提供了一种3D导电书写笔的书写方法，如下步骤：

S1、启动所述加热装置，加热所述进料装置，使得位于所述金属墨水和塑料线材达到熔点；

S2、启动所述送料滚筒，推动熔化后的所述塑料线材向所述笔头方向移动，将熔化后的塑料线材挤出笔头，迅速凝固；

S3、所述金属墨水经雾化处理后会形成小颗粒，经由所述笔头喷覆在挤出过的塑料线材表面，从而在塑料表面形成金属层，进而书写出导电的3D结构。

其中，在步骤S3中，所述金属墨水的雾化处理方法为超声雾化或气流雾化。

其中，在步骤S3中，所述金属墨水雾化后的雾滴直径为0.01μm-200μm。

其中，在步骤S3中，所述金属层的厚度为0.0001mm-5mm。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明3D导电书写笔通过在笔筒内部设有送料滚筒、塑料线材和用于输送金属墨水的通道，实现了塑料和金属等多种类墨水的同时进料功能，从而书写出的3D结构既具有塑料的柔韧性和轻便性，又具备金属的导电性，适用于教学、野外生存和军事行动领域，拓展了常规导电书写笔的应用范围。