[发明专利]一种三维物体的电流体喷印成型装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳结构的三维物体制造以及电流体喷印技术领域，特别是一种三维物体的电流体喷印成型装置和方法。

背景技术

电流体喷印技术是溶液或熔体基于电流体动力效应，在电场力作用下，克服表面张力，被拉伸形成大缩径比的稳定的精细射流，利用此射流进行微纳米分辨率的精细图案的喷印。电流体喷印可以实现大的喷出孔喷印小的射流。作为一种新兴的微纳米制造技术，以其工艺简单、操作方便、分辨率高、墨水适应性广、制造环境友好等优点，被广泛应用于柔性电子制造、生物工程、微型传感器等多个领域。

传统的基于热气泡或者压电原理的喷印技术，喷出孔的射流的直径要大于喷出孔的内径。由于加工尺寸的限制，现有的基于热气泡或者压电原理的喷印技术的喷出孔的直径为20～50微米，射流的直径为20微米以上。不能实现对更小尺寸（例如纳米尺寸）的喷印。

现有的微纳结构的三维物体的电流体喷印成型装置及方法，例如专利201310565682.6，一种基于近场静电纺丝的微纳结构的3D打印方法，是通过载物平台电极与喷头电极的导通，以及载物平台和喷头的相对移动来实现射流的精准定位，有序沉积和层层堆砌。由于是载物平台的面电极对应喷头的点电极，致使电场的指向性弱，射流的鞭动难以控制在较小范围，射流的喷印的定位精度低，连续喷印的可控性差，存在三维物体的成型的速度慢，精度低，效率低的不足。例如专利201410285075.9 ,一种静电纺丝可控有序收集系统和方法，是通过阵列式针状电极与喷头的电极通断，来实现射流的精准定位，有序沉积和层层堆砌。虽然是点电极对应点电极，电场的指向性比较强，由于是多个点电极动态对应1个喷头的点电极，电场的指向性不断的变化，致使射流的喷射方向不断变化，射流的鞭动难以控制在较小的范围，射流的连续喷印可控性差，存在成型的速度慢，精度低，效率低的不足。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的微纳结构的三维物体的电流体喷印成型技术中存在电流体射流的喷印的定位精度低，连续喷印的可控性差，致使三维物体的成型的速度慢，精度低，效率低的不足，提供一种三维物体的电流体喷印成型装置和方法，其特征在于包括设置有阵列式电流体喷头装置以及与阵列式电流体喷头装置所对应的阵列式靶向电极装置，阵列式电流体喷头装置与阵列式靶向电极装置之间设置有承载平台装置，承载平台装置设置有X轴移动装置和Y轴移动装置，承载平台装置与阵列式靶向电极装置设置有Z轴移动装置。通过将阵列式电流体喷头装置的每个喷头装置的喷嘴电极与所对应的阵列式靶向电极装置的靶向电极之间施加有脉冲直流电压，阵列式电流体喷头装置的每个喷头装置的喷嘴电极和所对应的靶向电极之间形成电场指向性强的独立的靶向电场，来控制每个喷头装置的射流的喷射方向，将射流的鞭动控制在较小的范围内，来实现射流的预定靶点位置的精确定位沉积，并且通过载物平台装置与阵列式电流体喷头装置的X、Y轴方向的相对运动，来实现射流的同一层面的图案化沉积，通过载物平台装置与阵列式靶向电极装置的Z轴移动装置，将载物平台装置和阵列式靶向电极装置与阵列式电流体喷头装置在Z轴方向上的间距增加一个层面的距离，通过射流的预定靶点位置的精确定位沉积以及载物平台装置与阵列式电流体喷头装置的X、Y轴方向的相对运动，将本层面的图案化沉积叠加与前一图案化的层面上，来实现层层堆砌，进而实现三维物体的微纳结构的成型制造。

本发明的技术方案如下：其特征在于包括设置有一种阵列式电流体喷头装置，在阵列式电流体喷头装置下设置有对应的阵列式靶向电极装置，阵列式电流体喷头装置的每个喷头装置的喷嘴电极和与其所对应的阵列式靶向电极装置的靶向电极之间施加有直流脉冲电压，靶向电极作为射流的的接收电极，将射流的鞭动控制在较小的范围内，引导射流向预定的靶点位置，也就是靶向电极的位置来精确定位沉积。在阵列式电流体喷头装置与阵列式靶向电极装置之间设置有载物平台装置，载物平台装置设置有X轴移动装置和Y轴移动装置，载物平台装置与阵列式靶向电极装置设置有Z轴移动装置，通过载物平台装置与阵列式电流体喷头装置的X、Y轴方向的相对运动，来实现同一层的图案化沉积，通过载物平台装置与阵列式靶向电极装置的Z轴移动装置，将载物平台装置和阵列式靶向电极装置与阵列式电流体喷头装置在Z轴方向上的间距增加一个层面的距离，然后通过射流在预定靶点位置的精确定位沉积，以及载物平台装置与阵列式电流体喷头装置的X、Y轴的相对运动，将本层面的图案化沉积叠加与前一图案化的层面上，来实现层层堆砌，进而实现三维物体的微纳结构的成型制造。

所述的阵列式电流体喷头装置设置有N个喷头装置，N>1。