[发明专利]一种同轴电流体动力打印喷头装置

说明书

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及同轴电射流打印集成平台设备，尤其涉及一种同轴电流体动力打印喷头装置。

背景技术

打印制造是利用局部能场作用，在衬底上直接实现结构及器件，在复杂微纳结构、高深宽比微纳结构、三维微纳结构制造方面具有突出潜能和优势。近年来，基于电流体动力效应的电射流打印技术成为高分辨率打印制造的热点。电射流打印具有单锥-射流和同轴射流两种模式。在同轴电射流打印模式中，两种互不相容的溶液在电场力、机械力、液体表面张力、粘性力等共同作用下，在同轴喷头出口处形成稳定同轴射流。此模式下，电场力同时作用于互不相溶的同轴内层功能材料液体和外层高粘度液体，外层高粘度流体的锥-射流形变产生的粘滞切向力与内层流体电荷运动产生的电场切向力叠加，复合约束作用于内层流体，聚焦形成纳米级稳定射流，进而可以实现纳米分辨率打印。在同轴电射流高分辨率打印模式中，同轴打印喷头起到了至关重要的作用。同轴打印喷头中内外喷针的同轴度和相对长度是实现高分辨率打印的关键参数。

印度理工学院Anant Raheja等发表论文Raheja Anant,T.S.Chandra and T.S.Natarajan,Applied Physics Letters,2015,106)，利用两个不同内径的不锈钢注射器针头制作同轴电纺丝喷头。上海理工大学Yang等发表论文Yang J H，Yang G Z,Yu D G,et al.,Carbon,2013,53:231-236)中设计的同轴喷头，外喷针上端与一个带有内腔室的小长方体连接，便于连接外液输入管，内腔长方体与外喷针相对的一端有一个小孔，内喷针穿过小孔与外喷针形成同轴结构，内喷针通过粘结剂与空腔长方体粘结固定。上述同轴电射流打印喷头同轴度主要依靠接触件的加工和安装精度来保证，加工工艺难度大。此外，装配后内外喷针相对位置轴向和径向)已经固定，在工作中不能根据需要进行调节。

发明内容

本发明为克服现有技术中同轴电流体动力喷头可调性差的不足，发明了一种同轴电流体动力打印喷头装置，利用内喷针位置精调位移台对内喷针的径向位置进行调整，通过内喷针上下位移台对内外喷针的轴向相对位置进行调节；利用设置在外喷针针座上的顶丝实现内外喷针同轴度的调整。

本发明的具体技术方案如下：

一种同轴电流体动力打印喷头装置，包括内喷针上下位移台、外喷针夹具、内喷针夹具、内喷针位置精调位移台、有机玻璃A、有机玻璃B、内喷针模块和外喷针模块；其中，内喷针模块包括内液输入管、上锥体、上锥体固定螺帽、连接柱、内喷针套管、内喷针、下锥体固定螺帽、下锥体和内喷针针座；外喷针模块包括外喷针针座、顶丝、外喷针和外液输入管。

下锥体通过下锥体固定螺帽固定于内喷针针座的底部，内喷针安装在下锥体的内孔中，实现内喷针的固定；上锥体通过上锥体固定螺帽固定于内喷针针座的顶部，内液输入管安装在上锥体的内孔中，实现内液输入管的固定；连接柱置于上锥体与下锥体中间，内喷针针座固定于内喷针夹具上，内喷针夹具通过有机玻璃A与内喷针位置精调位移台连接，通过调整内喷针位置精调位移台实现内喷针径向位置调节；内喷针位置精调位移台安装于内喷针上下位移台上；内喷针穿过内喷针套管，内喷针套管通过螺纹与外喷针针座紧固，实现与外喷针模块的连接；通过调整内喷针上下位移台，将内喷针伸入外喷针中，实现内外喷针的同轴安装。

外喷针与外喷针针座下端螺纹相连，外喷针针座上设有顶丝，通过调节顶丝调整内喷针的径向位置，达到内外喷针同轴；外液输入管安装于顶丝下方的外喷针针座上，外喷针针座固定于外喷针夹具上，外喷针夹具通过有机玻璃B与内喷针上下位移台的悬臂梁连接，实现外喷针模块的整体固定。

所述的外喷针针座上设有四个顶丝，每两个顶丝分布在上下两个不同的水平层面，不同水平层面的两个顶丝成90°夹角，同水平层面的两个顶丝轴线重合。

本发明的有益效果是该同轴电流体动力打印喷头装置既能保证内外喷针同轴度，又能实现内外喷针相对位置的调节，并可更换不同内外径喷针，方便内外喷针的安装、调整和拆卸，提高了打印可靠性和效率。

附图说明

图1为同轴电流体动力打印喷头装置三维装配图。

图2为内喷针模块装配图。

图3为外喷针模块装配图。