[发明专利]一种基于等离子体射流引导的喷墨打印装置及喷印方法

说明书

本发明属于喷墨打印领域，并具体公开了一种基于等离子体射流引导的喷墨打印装置及喷印方法。该喷墨打印装置包括喷墨喷头和等离子体喷头，其中喷墨喷头工作时喷嘴的一端与供墨单元连接，另一端与输送针头连接，同时该喷嘴与第一电源连接；等离子体喷头中喷头主体设置有气体导路用于放置电极针，并通过进气孔通入工作气体，工作时电极针与第二电源连接，通过放电形成等离子体射流，作用于基板使其区域化带电，带电荷的墨液在等离子体射流的引导下沉积到基板的指定位置，以此完成喷墨打印。本发明能够克服厚基板接高压电源地极无效的问题，同时能够克服喷墨打印在曲面基板、绝缘基板上打印精度不高的问题，有效提高喷墨打印的精度、分辨率和便捷度。

技术领域

本发明属于喷墨打印领域，更具体地，涉及一种基于等离子体射流引导的喷墨打印装置及喷印方法。

背景技术

喷墨打印技术作为一种无接触、无压力、无掩膜的印刷复制技术，能在室温下直接将功能材料沉积到基底上形成微尺度结构，实现数字化柔性印刷，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。传统的喷墨打印技术存在分辨率低、液滴尺寸受限、喷嘴易堵塞、喷印材料受限等缺陷。

电流体喷印作为一种新的喷印技术，利用喷嘴与基板间的电场以“拉”的方式打印功能材料，具有可实现亚微米分辨率、良好的油墨兼容性、材料应用范围更广等许多优势。但是，目前电流体喷印技术仍存在众多缺陷，例如其基板需为导电材质以接通电压后能在喷嘴与基板之间形成电场来驱动墨液，且基板需表面平整以得到较好的打印条件和分辨率。对于许多领域如曲面电子、飞行器蒙皮等，基板多是非平面的绝缘材质。电流体喷印无法在绝缘材质或自由曲面上进行高精度、高分辨率打印。

现有的解决技术中，利用三轴或五轴运动平台能实现曲面打印，但不能很好地解决绝缘基板的问题；正负电交替打印的方式解决绝缘基板电荷累积的问题，但仍需在基板上接电极，不能解决绝缘基板厚度大导致接电极失效的情况；利用电极环可以降低绝缘基板极化的问题，但电极环形成的电场易使喷墨的射流偏离中心线而打到环上；利用静电聚焦的方式控制墨液难以应用于较厚的绝缘基板。并且，目前的方法都无法很好地同时兼容喷墨打印技术中连续直写、按需喷印和近场纺丝三种典型打印模式。因此，亟待提出一种新的喷墨打印方法，解决在曲面、绝缘基板上实现高精度、高分辨率打印的问题，并能同时兼容不同的打印模式。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于等离子体射流引导的喷墨打印装置及其喷印方法，其中该喷墨打印装置通过设置喷墨喷头和等离子体喷头，能够利用等离子体射流引导带电荷的墨液准确沉积在基板的特定位置，从而能够实现高精度、高分辨率的喷墨打印，因而尤其适用于曲面或绝缘基板喷墨打印的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于等离子体射流引导的喷墨打印装置，该喷墨打印装置包括喷墨喷头和等离子体喷头，其中：

所述喷墨喷头包括喷嘴和输送针头，工作时所述喷嘴的一端与供墨单元连接，其另一端与所述输送针头连接，同时该喷嘴与第一电源连接，以此使得所述墨液带电荷并从所述输送针头喷出；

所述等离子体喷头包括喷头主体和电极针，所述喷头主体的中间设置有通孔作为气体导路，用于放置所述电极针，同时该喷头主体上设置有进气孔，用于向所述气体导路通入工作气体，工作时所述电极针与第二电源连接，通过放电使得所述工作气体电离形成等离子体射流，作用于所述基板使其带电荷，因所述第一电源与第二电源的极性相反，故带电荷的所述墨液在所述等离子体射流的引导下沉积到所述基板区域化带电荷的位置，以此完成喷墨打印。

作为进一步优选地，所述等离子体喷头还包括设置在所述喷头主体底部的聚焦单元，用于通过静电聚焦的方式控制所述等离子体射流的方向和直径，从而提高喷墨打印的精度和分辨率。

作为进一步优选地，所述聚焦单元包括预设数量的聚焦电极环和绝缘垫圈，利用所述绝缘垫圈将所述聚焦电极环隔离。