CN115179653A - 图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法，其包括基座、打印平台及机架，机架上设有安装平台，安装平台上设有喷头固定板、第一驱动机构及第一控制器，所述喷头固定板上设有若干喷头，喷头可滑移设置在喷头固定板上，且各个喷头通过传动机构与第二驱动机构连接，所述第二驱动机构与第二控制器连接，所述安装平台的一侧设有安装板，所述安装板上设有若干独立的注射装置，所述注射装置分别与喷头对应设置，所述喷头与打印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，可以同时电流体动力学打印不同材料和不同图案宽度的图案，实现了图案宽度和间距可调的多材料图案的电流体动力学打印。

Description

图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法

技术领域

本发明属于电流体动力学打印技术领域，具体涉及一种图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法。

背景技术

电流体动力学打印技术依靠电场作用的“拉”力，产生比喷头直径还细的射流。相对于传统喷墨打印采用“推”的方式挤出射流技术相比，电流体动力学打印图案的分辨率。常采用单喷头的方式进行电流体动力学打印图案，这种单喷头的电流体动力学打印方式打印图案的时间长和效率低。

基于多喷头的电流体动力学打印方式可以有效提高图案的打印效率，但是目前所采用的多喷头装置均采用同一个供液***对多个喷头进行供液，容易产生供液流量分配不均，从而影响打印图案的质量。另外，多喷头装置无法实现单个喷头的独立可控式的图案打印，因此，这种多喷头的电流体动力学打印方式在同一时间只能打印同一种材料，并且在打印过程中难以实现图案宽度和间距可调图案的电流体动力学打印。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其包括基座、设置在基座上的可相对于基座Y向滑移的打印平台以及机架，所述机架上设有可相对机架X及Z向滑移的安装平台，所述安装平台上设有喷头固定板、用于带动喷头固定板旋转的第一驱动机构及用于控制第一驱动机构动作的第一控制器，所述喷头固定板上设有若干阵列设置的喷头，所述喷头可滑移设置在喷头固定板上，且各个喷头通过传动机构与用于带动喷头相对喷头固定板滑移的第二驱动机构连接，所述第二驱动机构与第二控制器连接，所述安装平台的一侧设有安装板，所述安装板上设有若干独立的注射装置，所述注射装置分别与喷头对应设置，所述喷头与打印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现不同喷印材料的图案宽度和间距可调的电流体动力学打印。

所述第一驱动机构与喷头固定板通过旋转轴连接。

所述第一驱动机构与旋转轴之间设有联轴器。

所述注射装置包括注射器、步进电机及丝杆螺母，所述步进电机与注射器控制器连接，且所述步进电机通过丝杆螺母与注射器联动设置。

所述喷头固定板下端设有导杆，所述喷头通过固定件与所述导杆构成滑移配合。

所述传动机构为与喷头联动设置的交叉臂传动机构，且所述交叉臂传动机构的一侧设有与第二驱动机构的丝杆螺纹配合的螺母。

一种基于上述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备的打印方法，其包括以下步骤：

步骤一、将相同或不同材料的待打印溶液装入若干独立的注射装置的注射器中，并将待打印图案的基板衬底固定在打印平台上，为进行电流体动力学打印图案做好准备；

步骤二、将图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备调整为零点位置；

步骤三、对图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备进行打印参数设置；

步骤四、设计待打印图案的形状；

步骤五、根据喷头与待打印图案的参数的对应关系，生成包含喷头的流量、各个喷头之间的距离、打印平台的移动轨迹及打印路径的打印指令；

步骤六、图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备调用步骤五中生成的打印指令，并根据设定的打印参数，控制图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备的部件，对所设计的图案进行电流体动力学打印。

待打印图案的形状包括平行直线、平行的任意曲线、同心圆、网格线、任意形状的平面。

包括平行直线、平行的任意曲线、网格线、同心圆的待打印图案的形状，其每根线的线宽和相邻线之间的间距可调设置。

步骤五中包括：

对所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案，

根据喷头的个数和打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线的数量，确定喷头与所打印图案中的平行线的之间对应关系，并规划打印图案的打印路径，

根据所设计的打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线的宽度，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

根据所设计的打印图案中平行线和平行的任意曲线之间的距离，确定相邻喷头之间的距离，

根据所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案确定打印平台的移动轨迹；

对所设计的同心圆图案，确定喷头与所设计的同心圆之间对应关系，并确定打印图案的打印路径，

根据所设计的同心圆的线宽，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

根据所设计的同心圆图案之间的距离，确定相邻喷头之间的距离，

根据所设计的同心圆图案确定打印平台的移动轨迹；

对所设计的任意形状的平面图案，

确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

确定相邻喷头之间的距离，

根据若干个喷头一次打印图案的面积、打印图案的宽度和设置的喷头之间的距离，规划打印任意形状的平面图案的打印路径。

本发明的有益效果：通过第二驱动机构的丝杆螺纹配合的螺母移动实现交叉臂传动机构进行摆动，带动多喷头沿着导杆滑动，从而改变多喷头之间的距离，实现图案间距可调的电流体动力学多喷头打印图案。通过若干个进电机通过丝杆螺母推动注射器的独立注射装置，根据喷印图案对图案宽度和材料的要求独立控制每个喷头的流量，可以同时打印不同材料和不同图案宽度的图案，实现了同时打印多种材料的图案宽度可调的电流体动力学打印。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处的放大示意图。

图3为喷头固定板处的局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种可调距电流体动力学阵列化图案打印设备，其包括基座1、设置在基座上的可相对于基座Y向滑移的打印平台2以及机架3，所述机架3上设有可相对机架X及Z向滑移的安装平台6，安装平台6通过X向传动机构及Z向传动机构固定设置在机架上，使得该安装平台6可以沿X向及Z向移动，所述安装平台6上设有喷头固定板13、用于带动喷头固定板13旋转的第一驱动机构及用于控制第一驱动机构动作的第一控制器5，该第一驱动机构也可以采用步进电机，利用步进电机带动喷头固定板13转动，所述喷头固定板13上设有若干阵列设置的喷头14，所述安装平台6的一侧设有安装板16，所述安装板上设有若干独立的注射装置4，所述注射装置4分别与喷头14对应设置，且所述机架3上设有可用于输入控制指令的注射器控制器7。所述喷头与打印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现可调距图案的电流体动力学打印。

所述喷头固定板上设有若干阵列设置的喷头14，所述喷头可滑移设置在喷头固定板上，且各个喷头通过传动机构与用于带动喷头相对喷头固定板滑移的第二驱动机构21连接，同时第二驱动机构与第二控制器22连接，通过第二控制器，可以控制各个喷头之间的间距变化，进而改变打印图案之间的间距。

所述喷头固定板下端设有导杆18，导杆两端通过固定结构固定在喷头固定板两端，起到防止喷头掉落的作用，所述喷头通过固定件17与所述导杆构成滑移配合，喷头可拆卸设置在固定件，便于后期维护使用。这里也可以不局限于导杆，也可以采用燕尾槽等滑槽结构，将固定件与导杆或其他滑槽结构构成滑移配合，使得各个喷头之间的间距可调。

所述传动机构为与喷头联动设置的交叉臂传动机构19，且所述交叉臂传动机构的一侧设有与第二驱动机构21的丝杆20螺纹配合的螺母23。类似于推杆、推拉栅栏门机构的运动原理，该传动机构通过螺母与丝杠相连接，丝杠又与第二驱动机构连接，通过指令控制第二驱动机构，进而控制丝杠，丝杠的前后运动能够带动传动机构动作，进而在导轨的支撑下，使得固定件左右移动，从而改变五个喷头之间的距离。

其中第一控制器及注射器控制器均固定设置在基座上，也可以设置在外部，根据设备而定。

其中注射器控制器及第一控制器均可受指令控制，进而改变注射装置及喷头固定板的动作。

所述第一驱动机构与喷头固定板13通过旋转轴12连接，所述第一驱动机构与旋转轴之间设有联轴器15，通过联轴器来实现第一驱动机构带动旋转轴转动。

所述注射装置包括注射器9、步进电机及丝杆螺母8，所述步进电机与注射器控制器连接，且所述步进电机通过丝杆螺母与注射器联动设置。通过控制步进电机来实现对注射器的单独控制。

其中注射器9通过安装座固定设置在安装板16上，而所述安装座上设有可开启的固定结构10，便于更换注射器，其中注射器通过软管与喷头连接，且每一个注射器对应一个喷头设置，可以实现对各个喷头的单独控制，实现不同喷印材料的平行图形的打印。

基于上述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备的打印方法，其步骤如下：

（1）把相同的或者不同材料的待打印溶液装入若干独立的注射装置的注射器中，并将待打印图案的基板衬底固定在打印平台上，为进行电流体动力学打印图案做好准备。

（2）通过控制***的运动控制模块的回零操作，分别对打印平台进行X向和Y向回到零点位置，通过Z向滑移机构对喷头进行操作Z向回到零点位置，通过第二驱动机构对喷头进行操作X向回到零点位置。

（3）通过控制***的参数初始化模块，进行参数初始化设置，设置高压电源的电压、打印高度和打印速度等参数。

（4）通过控制***的图案设计模块，设计待打印图案的形状，设计图案形状包括平行直线、平行的任意曲线、同心圆、网格线、任意形状的平面等，对于设计图案形状包括平行直线、平行的任意曲线、网格线、同心圆等图案，还可以设置每根线的线宽和相邻线之间的间距。

（5）通过控制***的打印代码生成模块，对所设计的打印图案生成电流体动力学打印代码。对所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案，根据喷头的个数和打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线的数量，确定喷头与所打印图案中的平行线的之间对应关系，并规划打印图案的路径，根据所设计的打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线宽度，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，从而控制每个喷头的打印流量，根据所设计的打印图案中平行线和行的任意曲线之间的距离，通过第二驱动机构设置喷头之间的距离，根据所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案生成打印平台移动轨迹；对所设计的同心圆图案，确定喷头与所设计的同心圆之间对应关系，并规划打印图案的路径，根据所设计的同心圆的线宽，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，从而控制每个喷头的打印流量，根据所设计的同心圆图案之间的距离，通过第二驱动机构设置喷头之间的距离，根据所设计的同心圆图案生成打印平台移动轨迹；对所设计的任意形状的平面图案，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，从而控制每个喷头的打印流量，通过第二驱动机构设置喷头之间的距离，根据若干个喷头一次打印图案的面积、打印图案的宽度和设置的喷头之间的距离，规划打印任意形状的平面图案的路径，生成所设计的任意形状的平面图案的电流体动力学打印代码。

（6）通过控制***的图案打印模块，调用所生成的打印图案的电流体动力学打印代码，根据设置的高压电源的电压、打印高度和打印速度等参数，进行所设计的图案可的电流体动力学打印。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：其包括基座、设置在基座上的可相对于基座Y向滑移的打印平台以及机架，所述机架上设有可相对机架X及Z向滑移的安装平台，所述安装平台上设有喷头固定板、用于带动喷头固定板旋转的第一驱动机构及用于控制第一驱动机构动作的第一控制器，所述喷头固定板上设有若干阵列设置的喷头，所述喷头可滑移设置在喷头固定板上，且各个喷头通过传动机构与用于带动喷头相对喷头固定板滑移的第二驱动机构连接，所述第二驱动机构与第二控制器连接，所述安装平台的一侧设有安装板，所述安装板上设有若干独立的注射装置，所述注射装置分别与喷头对应设置，所述喷头与打印平台分别与高压电源的正负两极连接，在两者之间形成电场力，进而实现不同喷印材料的图案宽度和间距可调的电流体动力学打印。

2.根据权利要求1所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：所述第一驱动机构与喷头固定板通过旋转轴连接。

3.根据权利要求2所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：所述第一驱动机构与旋转轴之间设有联轴器。

4.根据权利要求1所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：所述注射装置包括注射器、步进电机及丝杆螺母，所述步进电机与注射器控制器连接，且所述步进电机通过丝杆螺母与注射器联动设置。

5.根据权利要求1所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：所述喷头固定板下端设有导杆，所述喷头通过固定件与所述导杆构成滑移配合。

6.根据权利要求1或5所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备，其特征在于：所述传动机构为与喷头联动设置的交叉臂传动机构，且所述交叉臂传动机构的一侧设有与第二驱动机构的丝杆螺纹配合的螺母。

7.一种基于权利要求1至5任意一项所述的图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备的打印方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤一、将相同或不同材料的待打印溶液装入若干独立的注射装置的注射器中，并将待打印图案的基板衬底固定在打印平台上，为进行电流体动力学打印图案做好准备；

步骤二、将图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备调整为零点位置；

步骤三、对图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备进行打印参数设置；

步骤四、设计待打印图案的形状；

步骤五、根据喷头与待打印图案的参数的对应关系，生成包含喷头的流量、各个喷头之间的距离、打印平台的移动轨迹及打印路径的打印指令；

步骤六、图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备调用步骤五中生成的打印指令，并根据设定的打印参数，控制图案宽度和间距可调多材料电流体动力学打印设备的部件，对所设计的图案进行电流体动力学打印。

8.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于：待打印图案的形状包括平行直线、平行的任意曲线、同心圆、网格线、任意形状的平面。

9.根据权利要求8所述的打印方法，其特征在于：包括平行直线、平行的任意曲线、网格线、同心圆的待打印图案的形状，其每根线的线宽和相邻线之间的间距可调设置。

10.根据权利要求7所述的打印方法，其特征在于：步骤五中包括：

对所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案，

根据喷头的个数和打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线的数量，确定喷头与所打印图案中的平行线的之间对应关系，并规划打印图案的打印路径，

根据所设计的打印图案中平行线、平行的任意曲线和网格线的宽度，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

根据所设计的打印图案中平行线和平行的任意曲线之间的距离，确定相邻喷头之间的距离，

根据所设计的平行直线、平行的任意曲线和网格线图案确定打印平台的移动轨迹；

对所设计的同心圆图案，确定喷头与所设计的同心圆之间对应关系，并确定打印图案的打印路径，

根据所设计的同心圆的线宽，确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

根据所设计的同心圆图案之间的距离，确定相邻喷头之间的距离，

根据所设计的同心圆图案确定打印平台的移动轨迹；

对所设计的任意形状的平面图案，

确定每个喷头的步进电机通过丝杆推动注射器的轴向进给速度，

确定相邻喷头之间的距离，

根据若干个喷头一次打印图案的面积、打印图案的宽度和设置的喷头之间的距离，规划打印任意形状的平面图案的打印路径。

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