[发明专利]声泳打印中的声泳力调制

说明书

一种方法，包括：在第一流体内布置具有喷嘴开口的喷嘴；以及通过振荡发射器在第一流体内产生声场。把第二流体(“墨”)从喷嘴中驱出，从而在喷嘴开口处形成第二流体的悬垂滴。调制喷嘴开口处的声场，并且声场产生的声致力促进悬垂滴脱离。因此，在第一流体中使第二流体或墨作为喷射滴可控地喷射。对于声泳打印而言，喷嘴开口可以定位成与打印基底相对，并且喷射滴可以沉积在打印基底上或打印基底中。

相关申请

本专利文件根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年4月30日提交的美国临时专利申请序列号62/664,467的优先权，在此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及打印技术，尤其是涉及声泳打印。

背景技术

由于本领域中现有2D和3D打印方法的局限性，因此通常将墨设计为使之具有满足现有打印机要求的物理性质。使材料成为可打印的典型方式是使用添加剂来调整墨的流变性。在提高了可打印性的同时，此类添加剂会在打印后的结构中充当杂质或以其他方式对打印结构有害。

在基于滴的打印技术领域中，喷墨技术代表了工业和研究中的标准。尽管喷墨技术广泛使用，但是只有具有合适性质组合(例如，粘度和表面张力)的窄范围材料可以成功地从喷墨打印头喷出。该局限性可归因于基于Rayleigh-Plateau不稳定性的滴脱离机制。在喷墨技术中，需要对墨进行大幅机械激励，以破坏弯液面并喷射限定量液体。这种动态过程意味着界面力和粘性力之间的强关联。从物理角度来看，限定墨的滴形成可以用作为无量纲数的奥内佐格数Oh及其倒数Z＝Oh^-1＝(ρσ2R)^1/2/μ来表征，其中，R为滴的特征长度，ρ为液体的密度，σ为其表面张力，μ为墨的粘度。不足为奇的是，科学文献报道了成功的打印要求的是墨物理性质产生在窄范围(1＜Z＜10)内的Z值。

许多实用关注的墨是基于胶体或聚合物，具有相对较高粘度，并且需要用添加剂稀释才能成功打印。使打印过程真正地脱离对墨物理性质的依赖性可以允许在可进行2D和3D打印的材料的类型和复杂性方面实现前所未有的自由度。关于如何解决该问题的早期工作的说明可以在Foresti等人“Acoustophoretic Printing Apparatus and Method”美国专利9,878,536和10,214,013和Foresti等人“Apparatus and Method forAcoustophoretic Printing”WO2018/022513中找到，全部内容以引用方式并入本文。

发明内容

一种方法，包括：在第一流体内布置具有喷嘴开口的喷嘴；以及通过振荡发射器在第一流体内产生声场。把第二流体(“墨”)从喷嘴中驱出，从而在喷嘴开口处形成第二流体的悬垂滴。调制喷嘴开口处的声场，并且声场产生的声致力促进悬垂滴脱离。因此，在第一流体中使第二流体或墨作为喷射滴可控地喷射。对于声泳打印来说，喷嘴开口可以定位成与打印基底相对，并且喷射滴可以沉积在打印基底上或打印基底中。

附图说明

图1A是示出在声泳打印期间作用在喷嘴开口处悬垂滴上的力的示意图。

图1B示出脱离时滴体积如何随着声致力和喷嘴直径而变化。

图2A是示出具有脉冲调制的声泳打印的示意图。

图2B至图2H示出脱离时滴体积如何根据用于脉冲调制的打印参数而变化。

图3A是示出具有恒定声场的声泳打印的示意图。

图3B至图3E示出脱离时滴体积如何根据用于恒定声场的打印参数而变化。

图4A是示出粘弹性流体的恒定模式声泳打印和脱离时典型滴形状的示意图。

图4B是示出粘弹性流体的脉冲模式声泳打印和脱离时典型滴形状的示意图。