[发明专利]一种制备复杂曲面结构的电喷打印装置

说明书

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种制备复杂曲面结构的电喷打印装置。利用多电机轴组合运动使模块化X‑Y运动平台各模块产生不同的高度差，致使贴合在模块化X‑Y运动平台的柔性衬底生成复杂曲面，此时高压电源连接喷针夹具使喷针出口处形成射流，在柔性衬底上打印出所需的复杂曲面结构。同时，为了保证射流的稳定性、防止撞击的产生，数字控制器控制固定有喷针的Z方向运动轴运动，使喷针始终保持与柔性衬底的高度。此装置适用性广，可为制造复杂曲面结构节约时间及成本。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种制备复杂曲面结构的电喷打印装置。

背景技术

复杂曲面结构因其突出的性能，已广泛应用于智能蒙皮、柔性显示、可穿戴电子设备中，目前，复杂曲面结构的制备方法多采用UV-LIGA、丝网印刷、转印、喷墨打印等技术。但上述方法存在设备昂贵、工艺步骤复杂、结构可控性差等不利因素。

电喷打印是基于电流体动力效应的增材制造技术，在外力电场力、流体压力、溶液表面张力等作用下，在喷针口出形成精细射流，通过改变溶液体系、工艺参数、喷针尺寸可以打印出多种尺度的微纳结构，具有分辨率高、材料适应性广、可控性强的特点。

然而，现有的电喷打印装置多适用于平面结构的打印，若要打印制备曲面结构，需要提前预制衬底的曲面形态，难以实现打印过程中衬底曲面形态的在线调控。

发明内容

本发明为了克服上述打印复杂曲面结构技术的不足，发明一种制备复杂曲面结构的电喷打印装置。利用多电机轴组合运动使模块化X-Y运动平台各模块产生不同的高度差，致使贴合在模块化X-Y运动平台的柔性衬底生成复杂曲面，此时高压电源连接喷针夹具使喷针出口处形成射流，在柔性衬底上打印出所需的复杂曲面结构。同时，为了保证射流的稳定性、防止撞击的产生，数字控制器控制固定有喷针的Z方向运动轴运动，使喷针始终保持与柔性衬底的高度。此方法适用性广，可为制造复杂曲面结构节约时间及成本。

本发明采取的技术方案是：一种制备复杂曲面结构的电喷打印装置，包括载重台、电机轴、模块化X-Y运动平台、柔性衬底、相机、高压电源、注射泵、溶液、微量注射器、导管、喷针、喷针夹具、Z方向运动轴、数字控制器、电脑、射流、复杂曲面结构；

所述的电喷打印装置包括载重台、电机轴、模块化X-Y运动平台、柔性衬底、相机、高压电源、注射泵、溶液、微量注射器、导管、喷针、喷针夹具、Z方向运动轴、数字控制器、电脑、射流、复杂曲面结构；

所述的载重台上方安装有多个电机轴；所述的模块化X-Y运动平台由多个微型运动模块组成，多个电机轴上方与对应的模块化X-Y运动平台连接，电机轴带动微型运动模块，实现模块化X-Y运动平台的移动；通过模块化X-Y运动平台的定制化移动，在模块化X-Y运动平台上获得曲面形态；所述的柔性衬底贴合在模块化X-Y运动平台上，随之形成对应的复杂曲面；所述的电机轴与Z方向运动轴、数字控制器和电脑连接，以实现模块化X-Y运动平台的数据化控制；

所述的微量注射器置于注射泵上，微量注射器内装有溶液，并通过导管将其输送至喷针内，喷针安装在喷针夹具上，喷针夹具固定在Z方向运动轴上；所述的高压电源通过喷针夹具向溶液施加电压，此时喷针与柔性衬底之间形成电场；所述的溶液在多力复合作用下于喷针出口处形成射流；射流沉积到发生曲面形态的柔性衬底上，形成复杂曲面结构；

所述的电脑与数字控制器通信连接，数字控制器连接电机轴；所述的电脑通过软件将模块化X-Y运动平台的位移坐标信息发送给数字控制器，接着，数字控制器将该坐标信息传递给电机轴，电机轴带动模块化X-Y运动平台产生复杂曲面形态，并使柔性衬底发生相对应的复杂曲面形态；所述的数字控制器与Z方向运动轴通信，当喷针经过复杂曲面结构上方时，Z方向运动轴随着曲面形态升降，保持喷针与曲面柔性衬底之间的固定距离，以保持喷针与柔性衬底之间的固定电场强度，并防止喷针撞击到柔性衬底上；所述的相机用于观测打印过程中喷针的空间位置、射流行为及复杂曲面结构；