[发明专利]一种预印功能层诱导射流的电喷印方法

说明书

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种预印功能层诱导射流的电喷印方法，基于电流体动力效应喷射出的射流在衬底上预印复杂的微纳功能结构层图案，再在电场力作用下诱导射流尺寸、射流沉积位置，双喷头联合协同喷印，快速实现与预印功能层同形状的喷印制造，预印功能层与后续纳米尺度的连续射流充分黏合、固化，形成复合微纳功能结构。该电喷印方法采用预印功能层改变衬底电场力的分布情况，保证射流沉积位置精度，降低复合微纳功能结构工艺尺寸误差，具有设备成本低、工艺简单、加工周期短等优势，优化了微纳功能结构，提高了纳米器件使用性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种预印功能层诱导射流的电喷印方法。

背景技术

电喷印是一种非接触式增材制造技术，利用流体压力将功能墨水供给到喷针出口处，形成初始的悬滴，接着在喷针与衬底间施加高电压，此时，悬滴在电场力及墨水表面张力、重力、粘性力等综合作用下形成泰勒锥，当电场力持续增大，液滴于泰勒锥尖端喷出，形成稳定的微纳米级射流。电喷印因具有加工精度高、材料利用率高、工艺简单、打印可控性强等优点，广泛应用于柔性显示、微纳传感器的制造过程中，成为微纳制造领域的研究热点。

然而，电喷印过程中射流受到流体压力、电场力、液体表面张力等综合作用，射流飞行难以控制，对于喷印复杂图案的微纳功能结构，存在结构尺寸误差大、射流沉积位置精度低等问题。

发明内容

本发明为了克服上述电喷印制造技术的不足，发明一种预印功能层诱导射流的电喷印方法。首先，基于电流体动力效应喷射出的射流在衬底上预印复杂的微纳功能结构层图案，再在电场力的作用下诱导射流尺寸、射流沉积位置，双喷头联合协调喷印，快速实现与预印功能层同形状的喷印制造，预印功能层与后续纳米尺度的连续射流充分黏合、固化，形成复合微纳功能结构。此预印功能层诱导射流的电喷印方法具有设备成本低、工艺简单、加工周期短等优势。

本发明采取的技术方案是：

一种预印功能层诱导射流的电喷印方法，首先利用电射流打印技术在衬底上制备出具有复杂图案的微纳功能结构预印层，预印接线触角，改变衬底上的电场力分布情况，诱导加工过程中的射流尺寸、射流沉积位置，双喷头的联合协调喷印，快速实现复合微纳功能结构的制备。所用的电喷印装置包括喷印模块、视觉检测模块和吸附模块三个部分；其特征在于，所述喷印模块包括第一注射器、活塞、注射器外筒、复位弹簧、橡胶导管、第一注射泵、第二注射器、第二注射泵、上位机、平台基板、红外加热灯、预印功能墨水、功能墨水、电压控制器、第一喷头、第一喷头夹具、第二喷头和第二喷头夹具；所述第一注射器和第二注射器由相同规格的活塞、注射器外筒和复位弹簧构成；所述第一注射器和第二注射器的活塞分别紧固在第一注射泵和第二注射泵上；所述第一注射器和第二注射器通过橡胶导管腔体连通；所述预印功能墨水和功能墨水在第一注射泵、第二注射泵的压力和复位弹簧的作用下进入第一注射器和第二注射器；第一注射器、第二注射器的一端分别和第一喷头、第二喷头上端通过塑料导管连接；所述第一喷头、第二喷头夹具前端导电并夹紧第一喷头和第二喷头，后端绝缘和上位机连接，在空间上实现三维运动；所述的第一喷头和第二喷头由导电材料制成，头部加工喷孔；所述的电压控制器与交流电源连接，其输出端与第一喷头夹具和第二喷头夹具导电部分的右端相连；所述的红外加热灯连接直流电源，由直流电源供电，灯身放置平台基板的上方，使灯光照射整个喷印表面区域并加热喷印材料的上表面；所述上位机分别控制第一喷头夹具和第二喷头夹具的运动轨迹和运动速度，使得第一喷头和第二喷头在空间按预期规划路线动作，喷印复杂微纳功能结构；

所述视觉检测模块包括工业相机、衬底和实时检测软件；所述工业相机实时对衬底上的喷印过程进行监控，将图像传送至上位机，上位机对图像进行处理，控制第一喷头夹具和第二喷头夹具动作，实现整个喷印过程的闭环连接；所述红外加热灯不仅对喷印过程进行加热，同时也起到照明作用；

所述吸附模块包括平台、平台基板和吸附装置；所述平台基板固定在平台上形成整体，通过吸附装置固定于地面，相对空间位置始终不变，所述平台基板上表面平面度在2-8微米，所述吸附装置对衬底进行精准固定。