CN117565561B - 一种电流体动力喷墨打印装置和打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷墨打印技术领域。本发明提供一种电流体动力喷墨打印装置和打印方法。本发明提供的电流体动力喷墨打印装置包括：一种电流体动力喷墨打印装置，包括：打印喷头，适于喷射打印油墨；所述打印喷头的打印喷嘴处设置有打印电极，连接电源正极；打印基板，适于承载承印物；所述打印基板连接地线，以同所述打印电极在所述打印喷头和所述打印基板间产生电场，控制所述打印油墨的喷射方向和速度；在所述打印喷头和所述打印基板间，设置若干偏转电极，使所述电场在相应位置处发生变化，以控制所述打印油墨形成的喷雾液滴的落点。本发明可以实现电流体动力喷射打印技术的精确图案打印，打印图案均匀且效率高。

Description

一种电流体动力喷墨打印装置和打印方法

技术领域

本发明涉及喷墨打印技术领域，具体涉及一种电流体动力喷墨打印装置和打印方法。

背景技术

电流体动力（EHD）喷射打印技术自1964年Taylor提出液滴在电场下呈现锥形的理论模型后蓬勃发展，其对材料的选择性更广，喷嘴不宜堵塞，可实现微米、亚微米级别的高精度加工等优点在近年来柔性电子加工领域，显示面板加工领域等快速发展时期显得尤为关键和契合。然而现有技术的EHD喷射打印方式仍存在效率低和难以实现图案均匀化的问题。

发明内容

因此，为解决现有技术的EHD喷射打印方式效率低和难以实现图案均匀化的问题，本发明提供一种喷墨打印装置及打印方法。

本发明提供一种电流体动力喷墨打印装置，包括：打印喷头，适于喷射打印油墨；所述打印喷头的打印喷嘴处设置有打印电极，连接电源正极；打印基板，适于承载承印物；所述打印基板连接地线，以同所述打印电极在所述打印喷头和所述打印基板间产生电场，控制所述打印油墨的喷射方向和速度；在所述打印喷头下方，设置若干偏转电极，使所述电场在相应位置处发生变化，以控制所述打印油墨形成的喷雾液滴的落点。

可选的，所述打印基板设置有若干第一偏转电极，共同连接所述电源；所述第一偏转电极适于使所述电场在所述第一偏转电极附近产生变化；各所述第一偏转电极分别连接控制电路，适于通过不同所述第一偏转电极共同作用，使所述打印油墨的喷雾液滴落向设定的位置。

可选的，所述控制电路包括若干第一控制芯片，设置于所述打印基板，连接电源，且与所述第一偏转电极一一对应连接；所述电流体动力喷墨打印装置还包括控制组件，设置有第二控制芯片，信号连接各所述第一控制芯片，以向各所述第一控制芯片分别发送电压变化指令信号；所述第一控制芯片适于根据所述电压变化指令信号，控制所述第一偏转电极的电压变化。

可选的，所述第一偏转电极阵列设置于所述打印基板。

可选的，所述打印基板上还设置有绝缘层，包覆各所述第一偏转电极。

可选的，所述第一偏转电极为在30μm×30μm~100μm×100μm的矩形面积范围内的任意形状的电极片；相邻所述第一偏转电极之间的最小间距为；所述第一偏转电极适于施加的电压为0~2000V。

可选的，所述打印喷头和所述打印基板之间设置有至少一个第二偏转电极；所述第二偏转电极适于在垂直于所述打印喷头和所述打印基板之间的最短连线的平面内水平移动，适于使所述电场在水平方向上发生变化。

可选的，所述第二偏转电极包括第一子偏转电极和第二子偏转电极，所述第一子偏转电极和第二子偏转电极呈直线形，两者一端连接，且形成夹角；所述第二偏转电极适于在自身所在平面内自由旋转。

可选的，所述第一子偏转电极和第二子偏转电极的夹角为90°；所述第二偏转电极所在的水平面与所述打印喷嘴之间的垂直距离为10μm ~2000μm；所述第二偏转电极与所述打印喷嘴和所述打印基板之间的最短连线之间的最短距离为200μm ~500μm。

本发明还提供一种打印方法，使用权利要求本发明提供的的电流体动力喷墨打印装置；至少包括以下步骤：将承印物置于所述打印基板；向所述打印基板和所述打印电极通电，在所述打印电极和所述打印基板之间形成电场，以使所述打印喷嘴喷射出的打印油墨适于形成喷雾液滴；控制调整各所述偏转电极的电压，使所述电场发生变化，在不同位置处的电场不同，形成预设电场布局，以使所述喷雾液滴落向预设落点。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的电流体动力喷墨打印装置，通过设置若干偏转电极，使打印电场局部发生变化，从而可以改变经过电场的喷雾液滴的路径。通过对多个偏转电极施加不同的电压，可以实现相互配合控制喷雾液滴落向预设落点。由于电流体动力喷墨打印会在接近基板处形成喷雾，不同位置的液滴进入电场位置不同，通过不同位置的偏转电极共同配合，使得喷雾液滴可以均匀的落向预设落点，从而实现打印图形的一次性均匀打印，一方面实现了图案的精准打印和均匀形成，另一方面节省了工艺步骤，提高了打印效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种电流体动力打印装置的打印状态的示意图；

图2为本发明一实施例的电流体动力打印装置的打印状态的示意图；

图3为本发明一实施例的打印基板的剖视结构示意图；

图4为本发明一实施例的打印基板的局部俯视结构示意图；

图5为本发明一实施例的电流体动力打印装置的另一打印状态的示意图；

图6为本发明为显示图5中第二偏转电极与打印喷头和打印基板的位置关系的示意图；

图7为使用本发明提供的电流体动力打印装置打印的一个实例结构示意图；

图8为图7的电镜图。

具体实施方式

经本发明人研究发现，常规电流体动力（EHD）打印在材料合适的情况下，油墨材料从料管中挤出后会先形成稳定泰勒锥，泰勒锥尖端会引出一条极细的材料线，若持续提高针面距并增大电压，细线会在电场力的作用下被撕裂成雾。具体的，参考图1，打印喷头100在打印喷嘴处设置有打印电极（图中未显示）接电源正极，打印基板300接地线，从而在打印电极和打印基板300之间产生电场。打印喷头100在中的打印油墨200在电场影响下喷射向打印基板300。在刚离开打印喷嘴时，会先形成稳定泰勒锥210，之后形成极细的油墨线。而提高打印喷嘴与打印基板300之间的距离并增大电压后，油墨线会在电场力的作用下被撕裂成喷雾220。通常为了使打印精准，会尽量避免形成喷雾，实现圆点的打印。当需要形成图案时，使打印喷头移动，或改变电场，使打印圆点移动，实现图案。但是由于喷雾几乎无法避免，即使是圆点图案，其油墨分布也是不均匀的，越靠近圆心油墨越厚，越靠近边缘油墨越薄，因此无法实现图案的均匀化打印。并且形成图案需要由打印喷头100与电场配合，移动或通过电极电场改变偏转油墨线，多次打印实现图案，这样步骤复杂，且难以精准打印。

因此本发明提供一种电流体动力喷墨打印装置，包括：打印喷头，适于喷射打印油墨；所述打印喷头的打印喷嘴处设置有打印电极，连接电源正极；打印基板，适于承载承印物；所述打印基板连接地线，以同所述打印电极在所述打印喷头和所述打印基板间产生电场，控制所述打印油墨的喷射方向和速度；在所述打印喷头和所述打印基板间，设置若干偏转电极，使所述电场在相应位置处发生变化，以控制所述打印油墨形成的喷雾液滴的落点。本发明提供一种喷墨打印装置为解决现有技术的EHD喷射打印方式效率低和难以实现图案均匀化的问题。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

参考图2-图6，本实施例提供一种电流体动力喷墨打印装置，包括：

打印喷头100，适于容纳和喷射打印油墨200。所述打印喷头100的打印喷嘴处设置有打印电极（图中未显示），连接电源正极；

打印基板300，适于承载承印物（图中未显示承印物）。所述打印基板连接地线，以同所述打印电极在所述打印喷头100和所述打印基板300间产生电场，控制所述打印油墨200的喷射方向和速度。

在所述打印喷头100下方，设置若干偏转电极，使所述电场在相应位置处发生变化，以控制所述打印油墨200形成的喷雾液滴的落点。

本实施例提供的电流体动力喷墨打印装置，通过设置若干偏转电极，使打印电场局部发生变化，从而可以改变经过电场的喷雾液滴的路径。通过对多个偏转电极施加不同的电压，可以实现相互配合控制喷雾液滴落向预设落点。由于电流体动力喷墨打印会在接近基板处形成喷雾，不同位置的液滴进入电场位置不同，通过不同位置的偏转电极共同配合，使得喷雾液滴可以均匀的落向预设落点，从而实现打印图形的一次性均匀打印，一方面实现了图案的精准打印和均匀形成，另一方面节省了工艺步骤，提高了打印效率。

具体的，参考图2以及图3和图4，所述打印基板300设置有若干第一偏转电极310，共同连接所述电源；所述第一偏转电极310适于使所述电场在所述第一偏转电极附近产生变化。各所述第一偏转电极310分别连接控制电路，适于通过不同所述第一偏转电极310共同作用，使所述打印油墨200的喷雾液滴（喷雾220中的液滴）落向设定的位置。

进一步的，所述控制电路包括若干第一控制芯片320，设置于所述打印基板300，连接电源，且与所述第一偏转电极310一一对应连接；所述电流体动力喷墨打印装置还包括控制组件（图中未显示），设置有第二控制芯片，信号连接各所述第一控制芯片320，以向各所述第一控制芯片320分别发送电压变化指令信号；所述第一控制芯片320适于根据所述电压变化指令信号，控制所述第一偏转电极310的电压变化。

具体的，打印基板300可以设置为多层，第一控制芯片320设置在底层，第一偏转电极310设置在顶层，中间通过导电线路340连接，导电线路340设置在中间层。控制组件设置在打印基板300以外，第二控制芯片为主控芯片，与各第一控制芯片320分别连接，实现不同第一偏转电极310的分别控制。从而可以在打印基板300上不同位置形成多个第一偏转电极310，并且分别控制，可以使电场在不同位置实现不同的变化。从而可以通过多个第一偏转电极310的配合，实现喷雾液滴落向预设的落点。在不同实施例中，三者也可以是其他的相对位置关系，以保证第一偏转电极310与第一控制芯片320一一对应连接即可。

具体的，在本实施例中，所述第一偏转电极310阵列设置于所述打印基板。第一偏转电极310阵列设置可以实现在打印基板300表面的均匀分布，从而使得落点的控制可以更加均匀化，精细化。

进一步的，所述打印基板300上还设置有绝缘层330，包覆各所述第一偏转电极310。通过绝缘层330包覆各第一偏转电极310，将各个第一偏转电极310独立隔绝，从而消除第一偏转电极310之间的相互影响，避免电压过大时击穿间隔，使打印基板300失效。

具体的，在本实施例中，所述第一偏转电极310为在30μm×30μm~100μm×100μm的矩形面积范围内的任意形状的电极片。即，划定一个矩形范围，该矩形的尺寸为30μm×30μm~100μm×100μm，第一偏转电极的形状为在该矩形范围内的任意形状。可以是规则或不规则的任意形状。规则形状例如可以为圆形、相交线段（例如X形、T形、L形）、三角形、矩形、菱形、五边形、六边形等。第一偏转电极的尺寸由该矩形范围限定。该矩形范围的尺寸越大，则分辨率越低；若尺寸越小，则越难以加工，成本越高。因此该矩形范围限定在30μm×30μm~100μm×100μm的范围内，可以在加工成本和分辨率之间取得良好平衡。

相邻所述第一偏转电极310之间的最小间距，即相邻所述第一偏转电极310之间的最短连线的长度，为150μm~300μm，例如可以为150μm、200μm、250μm、300μm。最小间距若小于150μm，则相邻电极之间容易击穿；最小间距若大于300μm，则分辨率过低。相邻第一偏转电极310之间的最小间距在150μm~300μm的范围内，可以在避免击穿和较高的分辨率之间取得平衡。

所述第一偏转电极310适于施加的电压为0~2000V，例如可以为0、20V、50 V、100V、200 V、500 V、1000 V、1500V、2000V。若施加电压过大，一方面影响电场，容易发生落点偏差，打印精准度降低；另一方面可能发生击穿，使打印基板300失效。施加的电压在0~2000V的范围内，可以维持尽量高的打印精度和保证打印基板300不被击穿。所述第一偏转电极310的形状、尺寸和个数，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。例如，在其他一些实施例中，第一偏转电极310也可以是其他形状，如圆形、三角形等。

进一步的，参考图5和图6，所述打印喷头100和所述打印基板300之间设置有至少一个第二偏转电极400；所述第二偏转电极400适于在垂直于所述打印喷头100和所述打印基板300之间的最短连线的平面内水平移动，适于使所述电场在水平方向上发生变化。参考图5，可以看到油墨线在第二偏转电极400的影响下发生偏转，而非直线下落。

具体的，在本实施例中，所述第二偏转电极400包括第一子偏转电极410和第二子偏转电极420，所述第一子偏转电极410和第二子偏转电极420呈直线形，两者一端连接，且形成夹角；所述第二偏转电极适于在自身所在平面内自由旋转。如此，可以在水平面内，从不同方向对油墨线实现偏转，转向预设的方向，调整喷雾液滴的分布。

具体的，在本实施例中，所述第一子偏转电极和第二子偏转电极的夹角为90°。所述第二偏转电极400所在的水平面与所述打印喷嘴之间的垂直距离为10μm~2000μm，例如可以为10μm、20μm、50μm、100μm、200μm、500μm、1000μm、1500μm、2000μm。所述垂直距离若小于10μm，则可能发生击穿；垂直距离若大于2000μm，则工艺不稳定。述第二偏转电极400所在的水平面与所述打印喷嘴之间的垂直距离在10μm~2000μm的范围内，可在自由调整的基础上，在避免击穿和工艺稳定之间取得平衡。

所述第二偏转电极400与所述打印喷嘴和所述打印基板之间的最短连线（即垂直于打印基板水平面的连线）之间的最短距离（即垂直于第二偏转电极400表面的连线中最短的）为200μm~500μm，例如可以为200μm、300μm、400μm、500μm。该距离若小于200μm，则容易发生击穿；若大于500μm，则偏转效果不明显。所述第二偏转电极400与所述打印喷嘴和所述打印基板之间的最短连线之间的最短距离在200μm~500μm的范围内，可以在自由调整的基础上，在避免击穿和有效的偏转之间取得平衡。

在不同的实施例中，第二偏转电极400可以为多个，分别设置在不同的高度，可以实现油墨线不同程度的偏转，使打印图案更加精细。

本领域技术人员可以理解，上述第一偏转电极310和第二偏转电极400可以分别单独使用，也可以共同配合使用。

实施例2

本实施例提供一种打印方法，使用上述权利要求1提供的的电流体动力喷墨打印装置；至少包括以下步骤：

将承印物置于所述打印基板；

向所述打印基板和所述打印电极通电，在所述打印电极和所述打印基板之间形成电场，以使所述打印喷嘴喷射出的打印油墨适于形成喷雾液滴；

控制调整各所述偏转电极的电压，使所述电场发生变化，在不同位置处的电场不同，形成预设电场布局，以使所述喷雾液滴落向预设落点。

使用本实施例提供的打印方法，通过设置若干偏转电极，使打印电场局部发生变化，从而可以改变经过电场的喷雾液滴的路径。通过对多个偏转电极施加不同的电压，可以实现相互配合控制喷雾液滴落向预设落点。由于电流体动力喷墨打印会在接近基板处形成喷雾，不同位置的液滴进入电场位置不同，通过不同位置的偏转电极共同配合，使得喷雾液滴可以均匀的落向预设落点，从而实现打印图形的一次性均匀打印，一方面实现了图案的精准打印和均匀形成，另一方面节省了工艺步骤，提高了打印效率。

需申明的是，本方案提供的电流体动力喷墨打印装置所实现的精准打印，控制的油墨喷雾液滴落点不仅局限于在在打印基板或是承印物上表面的落点。由于可以实现油墨喷雾液滴的空中偏转，且可以控制偏转程度，因此还可以实现承印物侧部，甚至夹缝处的打印。参考图7和图8，为使用本实施例的打印方法，使用上述实施例1的电流体动力喷墨打印装置打印的产品示意图。预先粘接成一体的玻璃板510和520之间，以及玻璃板520的侧部包边形成油墨200。图7为结构概念示意图，图8为实际的电镜图（图7仅为显示各结构的位置关系的概念示意图，因此与图8的实际轮廓有细微偏差）。根据图8显示，图中虚线分界线左侧为油墨层，右侧为粘接剂层。从图中可以看出，通过偏转电极的控制，油墨200可以形成在玻璃板510和520之间靠外侧的局部夹缝内，同时还包覆520的侧边。可以在不进行翻转打印目标承印物（如图中已形成一体结构的玻璃板510和520）的前提下，通过一步打印实现缝隙的填充和侧边的包覆。打印步骤通过使用实施例1的电流体动力喷墨打印装置；一次形成，无需反复堆叠打印，或是多次翻转承印物。图案形成精准且均匀，并且步骤简单效率高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种电流体动力喷墨打印装置，其特征在于，包括：

打印喷头，适于喷射打印油墨；所述打印喷头的打印喷嘴处设置有打印电极，连接电源正极；

打印基板，适于承载承印物；所述打印基板连接地线，以同所述打印电极在所述打印喷头和所述打印基板间产生电场，控制所述打印油墨的喷射方向和速度；

在所述打印喷头下方，设置若干偏转电极，使所述电场在相应位置处发生变化，以精确控制所述打印油墨形成的喷雾液滴的落点；

其中，

所述打印基板设置有若干第一偏转电极，共同连接所述电源；所述第一偏转电极适于使所述电场在所述第一偏转电极附近产生变化；

各所述第一偏转电极分别连接控制电路，适于通过不同所述第一偏转电极共同作用，使所述打印油墨的喷雾液滴落向设定的位置；

所述第一偏转电极阵列设置于所述打印基板；

所述打印喷头和所述打印基板之间设置有至少一个第二偏转电极；

所述第二偏转电极适于在垂直于所述打印喷头和所述打印基板之间的最短连线的平面内水平移动，适于使所述电场在水平方向上发生变化；

所述第二偏转电极包括第一子偏转电极和第二子偏转电极，所述第一子偏转电极和第二子偏转电极呈直线形，两者一端连接，且形成夹角；所述第二偏转电极适于在自身所在平面内自由旋转。

2.根据权利要求1所述的电流体动力喷墨打印装置，其特征在于，

所述控制电路包括若干第一控制芯片，设置于所述打印基板，连接电源，且与所述第一偏转电极一一对应连接；

所述电流体动力喷墨打印装置还包括控制组件，设置有第二控制芯片，信号连接各所述第一控制芯片，以向各所述第一控制芯片分别发送电压变化指令信号；所述第一控制芯片适于根据所述电压变化指令信号，控制所述第一偏转电极的电压变化。

3.根据权利要求1所述的电流体动力喷墨打印装置，其特征在于，

所述打印基板上还设置有绝缘层，包覆各所述第一偏转电极。

4.根据权利要求1所述的电流体动力喷墨打印装置，其特征在于，

所述第一偏转电极为在30μm×30μm～100μm×100μm的矩形面积范围内的任意形状的电极片；

相邻所述第一偏转电极之间的最小间距为150μm～300μm；

所述第一偏转电极适于施加的电压为0～2000V。

5.根据权利要求1所述的电流体动力喷墨打印装置，其特征在于，

所述第一子偏转电极和第二子偏转电极的夹角为90°；

所述第二偏转电极所在的水平面与所述打印喷嘴之间的垂直距离为10μm～2000μm；

所述第二偏转电极与所述打印喷嘴和所述打印基板之间的最短连线之间的最短距离为200μm～500μm。

6.一种打印方法，其特征在于，使用权利要求1-5中任一项所述的电流体动力喷墨打印装置；至少包括以下步骤：

将承印物置于所述打印基板；

向所述打印基板和所述打印电极通电，在所述打印电极和所述打印基板之间形成电场，以使所述打印喷嘴喷射出的打印油墨适于形成喷雾液滴；

控制调整各所述偏转电极的电压，使所述电场发生变化，在不同位置处的电场不同，形成预设电场布局，以使所述喷雾液滴落向预设落点。