[实用新型]电力耦合喷印系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种喷印设备，尤其是涉及一种基于电液动力耦合喷印，适用于多材料喷印成型的电力耦合喷印系统。

背景技术

一维微纳米结构，尤其是超细纤维结构，由于其独特的性质及其广泛的应用前景，受到了越来越多的研究者和企业的关注。在越来越多涉及到现代科技，如国防，能源，环境检测等领域，一维纤维结构都扮演着越来越重要的角色，尤其是在各种微结构传感器中。

一维纤维结构，尤其是有序图案化多形态的一维纤维结构，已经被看作是决定未来微纳米器件的基础性关键技术([1]D.Li,Y.N.Xia.Electrospinning of Nanofibers:Reinventing the Wheel[J].Advanced Materials,2004,16(14):1151-1170.)。传统的制备微纳米纤维的方法，如微纳米操纵等，普遍存在成本过高，生产效率低，位置难以控制等缺点。而电液动力耦合喷印则具有设备简单、操作方便、材料适用性强、可喷印溶液粘度高等优点，而且有较好的制备连续性，制备出的纤维不但连续而且长度较长（能达到几厘米甚至是几米），均匀性好，能够在许多材料的溶液下进行纺制，也可以在材料的熔融状态下进行纺制，尤其是一些金属属性材料。但常规的电液动力耦合喷印存在一个比较突出的缺点——射流鞭动效应带来的沉积形状的不确定性([2]D.H.Reneker,A.L.Yarin,H.Fong,S.Koombhongse.Bending Instability of Electrically Charged Liquid Jets of Polymer Solutions in Electrospinning[J].Journal of Applied Physics,2000,87(9):4531-4547.)。为了克服这种不确定性，可运用远距离喷射技术，诱使喷印液滴在基材叠加溶合形成不同功能薄膜；也可以用射流鞭动前一段相对稳定、直线性较好的射流，也就是缩短喷头与收集板之间的距离，从而可以制出直线度非常好并且可以图案化的效果([3]D.H.Sun,C.Chang,S.Li,L.W.Lin.Near-Field Electrospinning[J].Nano Letters,2006,6(4):839-842.)。

利用直线电机的特性，可实现喷印过程的选择性和工业化。直线电机的优点：(1)高速度，目前最大进给速度可达1～4m/s；(2)高加速度，可高达2～10g；(3)定位精度高，采用闭环控制其理论定位精度可以为零，而受配套设备精度奴限制，实际最高定位精度可达0.1～0.01μm；(4)行程不受限制，由于直线电机的次级(定子)可以分段地铺在机床床身上，不论有多远，对系统的刚度不会产生影响([4]王先速，陈定积，吴丹.机床进给系统用直线电动机综述[J].制造技术与机床，2001，8：18-20.)。但目前尚未见到电液动力耦合喷印与直线电机结合的报道。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可避免射流鞭动效应带来的沉积形状的不确定性，定位精度高，材料可多样化的基于电液动力耦合喷印的电力耦合喷印系统。

本实用新型设有Z轴直线电机、喷头、集成高压电源、X轴直线电机、Y轴直线电机、收集板、控制柜、供液装置、供液管道和计算机；

所述喷头安装于Z轴直线电机上，喷头位于收集板上方，集成高压电源正极与喷头连接，集成高压电源负极与收集板连接并接地，X轴直线电机的导轨固定在Y轴直线电机的载物台上，X轴直线电机与Y轴直线电机构成二维运动平台，收集板置于该二维运动平台上，供液装置通过供液管道与喷头连通，控制柜输入端接计算机输出端，控制柜输出端分别接Z轴直线电机、X轴直线电机和Y轴直线电机。

所述喷头的侧方可设有CCD摄像机，CCD摄像机与计算机输出端连接。CCD摄像机可以对整个喷印过程进行监控、记录，并且能对结果进行测量，如液滴直径、线宽、结构间距等。

所述喷头的上方可设有喷头库，喷头库与计算机输出端连接。喷头库安置有可供选用的多种喷头，如同心结构的喷头，带有保护气管道和环形气孔的喷头，带有稳流套筒的喷头等，喷头库可以在不同工艺场合下完成不同喷头的转换，继而完成不同的生产过程，实现不同的喷印效果。

本实用新型是在传统电液动力耦合喷印以及近场直写装置的基础上，缩短了喷头与收集板之间的距离，从而克服了射流鞭动对最终沉积效果的影响。

与现有技术比较，本实用新型具有如下优点：