[发明专利]高粘度热熔体电流体动力学喷印设备及控制方法

说明书

本发明公开了一种高粘度热熔体电流体动力学喷印设备及控制方法，其包括机座、Y向移动机构及安装机架，Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有喷印机构，所述喷印机构设有喷印管道，所述喷印管道的上端与容腔连通，所述喷印管道内设有可轴向移动的针芯，喷印管道的外侧设有加热器，所述容腔的上端设有压力机构，所述容腔的上端设有操作机构，针芯上端穿过所述容腔与操作机构联动设置。在气压的作用下，带动高粘度热熔体沿着针芯圆柱表面平稳下流趋势，高粘度热熔体在高压电场力作用下产生极化热熔体，通过环形间隙，沿着针芯下端的锥形表面形成稳定的射流，从而避免高粘度热熔堵塞喷头，有效提高高粘度热熔体喷印图案的质量。

技术领域

本发明属于电流体动力学喷印技术领域，具体涉及一种高粘度热熔体电流体动力学喷印设备及控制方法。

背景技术

熔融沉积技术是一种典型的增材制造技术，它是一种将各种热熔性的丝状材料加热熔化，通过挤压式喷头，将熔融体喷射沉积在衬底上固化成型的技术。传统的熔融沉积技术采用挤压方式进行结构成型，由于分辨率受到限制难以实现沉积微结构图案。

为了提高熔融沉积图案的分辨率，拓展熔融沉积技术在微结构成型方面的应用，采用电流体动力学喷印技术对熔融材料进行喷印成型，其工作原理：热熔喷头连接高压电源正极，基板连接高压电源的负极，热熔体在电场力作用力的驱动下形成更细的射流，运动平台按照预定路径进行运动从而形成熔体微结构图案。该技术在生物医疗、组织工程、能源、光学、新材料、柔性电子等领域具有广阔的应用前景。针对高粘度的热熔体，由于热熔体的粘度较大，在热熔体电流体动力学喷印过程中，容易堵塞热熔体喷头，从而影响热熔体电流体动力学喷印微结构图案的质量。

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高粘度热熔体电流体动力学喷印设备及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高粘度热熔体电流体动力学喷印设备，其包括机座、设置在机座上的Y向移动机构以及设置在机座上的安装机架，所述Y向移动机构上设有喷印平台，所述安装机架上设有X向移动机构，所述X向移动机构上设有Z向移动机构，在所述Z向移动机构上设有喷印机构，所述喷印机构设有喷印管道，所述喷印管道的上端与用于放置固体打印颗粒的容腔连通，所述喷印管道内设有可轴向移动的针芯，所述喷印管道的外侧设有加热器，所述容腔的上端设有用于提供压力的压力机构，所述容腔的上端设有操作机构，所述针芯上端穿过所述容腔与操作机构联动设置，所述针芯可在操作机构的控制下轴向移动设置，且其具有与喷印管道的内径配合实现闭合状态的第一状态及向上移动与喷印管道的内径之间形成开口的第二状态，所述喷印管道与所述喷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，进而实现热熔体电流体动力学喷印。

所述操作机构包括用于带动针芯轴向移动的轴向操作机构和用于带动针芯周向旋转的旋转操作机构。

所述针芯底部设有锥形突出结构，所述锥形突出结构插入所述喷印管道并封闭所述喷印管道内径。

所述针芯的周向设有搅拌叶片。

所述喷印机构的一侧设有机器视觉装置，其另一侧设有光源装置。

所述加热器包裹喷印管道设置。

所述压力机构包括压缩空气机，所述压缩空气机与容腔之间设有用于调节压力的调压阀。

一种基于上述高粘度热熔体电流体动力学喷印设备的控制方法，其包括以下步骤：

步骤一、将适量的待喷印材料的固体颗粒装入高粘度热熔体电流体动力学喷印设备的容腔内，把待制备热熔体喷印微结构的衬底固定在喷印平台上；

步骤二、对高粘度热熔体电流体动力学喷印设备进行初始化处理；

步骤三、确定预期喷印热熔体图案宽度的热熔电流体喷印的工艺参数；