[发明专利]一种倒置式单电极电流体三维喷印装置

说明书

技术领域

本发明属于三维微加工技术领域，具体涉及一种倒置式单电极电流体三维喷印装置。

背景技术

电流体动力的喷印技术是基于静电效应的非接触式喷墨打印过程，打印墨水在电场力的拉伸作用下，在喷头处形成稳定喷射。如果喷头和基底之间施加信号为直流电压，可以形成稳定拉丝状态，制备连续线状图案。如果喷头和基底之间施加信号为脉冲电压，可以形成稳定液滴喷射制备点状图案。由于电场力的拉伸作用，实际打印精度远小于喷头口径，最高甚至可达1/100。同时，喷印过程中避免了困扰传统喷墨打印技术的阻塞问题，可以打印高浓度、高粘度的材料。因此基于电流体动力的喷印技术在集成电路、信息存储器件、微型传感器、微流体器件、微型光学器件和器官芯片等领域拥有广泛的应用前景。

现有基于电流体动力的喷印装置只能应用于平面图案的打印，同时对于打印液滴相貌的控制主要通过调节接收基底界面的浸润性和控制打印墨水的干燥过程。与此同时，打印精度的提高主要依赖于喷嘴口径的降低。在高精度的打印过程中需要更精准的进液控制。喷嘴口径的降低和精准的进液控制会造成复杂的加工步骤和高昂的装置成本。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种倒置式单电极电流体三维喷印装置，通过重力作用抑制电场力作用，实现微米/亚微米尺度图案化微加工，并实现三维形貌的控制。

技术方案：针对上述问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种倒置式单电极电流体三维喷印装置，该三维喷印装置包括微加工喷头单元、接收基板单元、过程监测单元和系统控制单元；其中，微加工喷头单元包括喷头、喷头高度调节支架、进液管、储液管和储液管液面调节支架，喷头固定连接在喷头高度调节支架上，喷头的喷口位于顶端，进液管的一端与喷头的底端连接，进液管的另一端与储液管的底端连接，储液管固定连接在储液管液面调节支架上；接收基板单元包括二维移动平台，导电层和接收基板，导电层的一端固定连接在二维移动平台上，接收基板固定连接在导电层的底面，喷头位于接收基板下方，且喷头的喷口与接收基板的底面相对；过程监测单元包括白光源、单筒显微镜和相机，白光源位于喷头的一侧，单筒显微镜固定连接在相机的镜头上，单筒显微镜和相机位于喷头的另一侧，且单筒显微镜的镜头与白光源相对；系统控制单元包括计算机、高压电源和移动平台控制器，相机的信号输出端与计算机的信号输入端通过相机输出线连接，计算机的第一信号输出端与移动平台控制器的信号输入端通过移动平台控制器控制线连接，移动平台控制器的信号输出端和二维移动平台的信号输入端通过移动平台控制器输出线连接；计算机的第二信号输出端与高压电源的信号输入端连接，高压电源的信号输出端与导电层通过高压电源输出线连接。

作为优选方案，所述的二维移动平台呈L型。

作为优选方案，所述的喷头由玻璃毛细管拉制而成，喷头针尖部分作疏水处理；喷头内径为0.1—1000微米，外径为1—2000微米。

作为优选方案，所述的导电层由金属材料制成、覆有导电薄膜层的硅片材料制成或者由涂有透明导电薄膜层的玻璃材料或石英材料制成。

作为优选方案，所述的储液管的液面高于喷头。

作为优选方案，所述的喷头和接收基板之间的距离为喷头内径的2倍。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：本发明以电流体动力为基础构建微加工平台，由于电场力方向与液滴重力作用方向相反，可以生成体积更小的液滴。相对于其他电流体动力微加工系统，本实施例的倒置式电流体动力三维喷印装置结构简单，精度高，具有很好的实用性。本实施例以电流体动力为基础构建微加工平台，重力作用不仅降低了生成液滴的体积，同时配合电场力对于喷印液滴的拉伸作用，对于接收基底上的液滴干燥后形貌进行调控。此外，通过同一位置多液滴叠加可以实现三维打印。

在现有电流体动力喷印装置中，施加在喷头与接收基板之间的高压电场极易喷头处墨水发生电击穿现象。尤其是墨水中分散溶剂为水或醇类溶液时，电击穿的发生破坏了打印的稳定性。本实施例采用的单电极模式下，墨水中带电离子在静电场感应力作用下从喷头处喷射。由于喷头没有直接连接到电路中，整个系统没有形成电通路，避免了电击穿现象。同时该系统中喷头无需导电，进一步降低了喷头的制作成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中打印喷头的结构示意图。