[发明专利]一种微纳分层结构的激光烧蚀-电喷打印方法

说明书

本发明属于先进制造技术领域，提供一种微纳分层结构的激光烧蚀‑电喷打印方法，利用高能激光束产生的局部高温在衬底上烧蚀出一定深度微纳米级的刻槽，精细射流在视觉形态检测模块的引导下将功能墨水精准打印到刻槽内，通过计算机控制激光运动轨迹和烧蚀状态，同时控制电喷射流的沉积位置，实现电喷射流飞行‑沉积轨迹与烧蚀轨迹完全重合，制备出微纳分层结构。本发明的打印方法制备微纳分层结构具有工艺简单、工艺周期短、材料适应性广等优势。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种微纳分层结构的激光烧蚀-电喷打印方法。

背景技术

微纳分层结构因具有多材料、多尺度、复合等特性，已经广泛应用于柔性显示、可穿戴医疗、微纳执行器等方面。目前，微纳分层结构多采用光刻、气相沉积等方法制备。光刻是一种典型的方法，其分辨率可达数十纳米，广泛用于制备微纳分层结构。然而，掩模版的成本、复杂的加工步骤、昂贵的设备和超清洁的环境限制了其广泛的应用。此外，可用于光刻技术加工的材料也有特殊性。气相沉积是利用多种气态原材料加入特定反应腔体内，然后材料之间产生化学反应，形成预设的新材料，沉积到结构表面上。但气相沉积方法工艺复杂、设备昂贵，加工过程为特殊的环境，特殊的温度或压力多造成微纳分层结构的形变或脱落。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种微纳分层结构的激光烧蚀-电喷打印方法。利用高能激光束产生的局部高温在衬底上烧蚀出一定深度微米级的刻槽，精细射流在视觉形态检测模块的引导下将维纳米级的功能墨水精准打印到刻槽内，制备出高精度微纳分层结构。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种微纳分层结构的激光烧蚀-电喷打印方法，所用的打印装置包括电喷印刷模块、激光刻蚀模块、视觉形态检测模块、载物平台运动模块和系统控制模块五部分。

所述的电喷印刷模块包括推杆、注射器、注射泵夹具、功能墨水、管道连接器、墨水管道、复合场喷头、气液分流装置和高压电源；所述的复合场喷头由导电墨水孔I、喷头夹具和喷印口组成；所述的气液分流装置由流体导管I、流体导管II、导电墨水孔II、气流管道II、复合场喷头固定孔和高能激光头固定孔组成；所述的推杆由交流电源供电，注射器由注射泵夹具固定在底座上；功能墨水存于注射器内，通电后推杆将功能墨水泵入管道连接器中；注射器的端口通过管道连接器和墨水管道连接，墨水管道的另一端和气液分流装置的流体导管I连通，复合场喷头的导电墨水孔I和导电墨水孔II连通；气液分流装置将泵入的功能墨水通过导电墨水孔I分流到复合场喷头；所述的喷头夹具前端可导电，与气液分流装置的复合场喷头固定孔共同定位夹紧复合场喷头；气液分流装置固定在可垂直移动的Z轴上，可调节烧蚀及喷印的高度；所述的复合场喷头由导电材料制造，头部具有喷印口；所述的高压电源与交流电源连接，其输出端与喷头夹具导电部分连接，其输出端与喷头夹具导电部分连接。

所述的激光刻蚀模块包括供氧系统、氧气管道和高能激光头；高能激光头由气流管道I、能量调节旋钮和激光射头；所述的供氧系统和高能激光头均由交流电源供电；所述的供氧系统的氧气输送端口通过氧气管道和气液分流装置连接，氧气管道的另一端和气液分流装置的导电墨水孔II连通；输入的氧气通过气液分流装置的流体导管II和气流管道II传输到高能激光头的气流管道I；高能激光头的激光射头所产生激光束的能量强度可由能量调节旋钮进行调节。

所述的视觉形态检测模块包括高清工业相机及配套的实时检测软件，高清工业相机拍摄激光烧蚀和电喷印填充的区域，并通过配套的实时检测软件控制高精烧蚀及电喷印过程。

所述的载物平台运动模块包括运动平台、运动平台载物基板、衬底和刻槽；所述的衬底通过绝缘卡扣固定运动平台载物基板的正上方；所述的运动平台载物基板下端通过绝缘螺栓固定在运动平台上，使其随运动平台做同样的平面运动；所述的运动平台由交流电源供电，并与所述工控机连接实现通信，工控机通过程序控制运动平台做X、Y两个方向的运动，且可控制运动平台的运动轨迹和运动速度。