[发明专利]一种喷墨打印用微细喷孔电化学加工方法

说明书

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，具体涉及一种喷墨打印用微细喷孔电化学加工方法。

背景技术

在喷墨打印技术领域，喷孔的质量是影响喷墨打印效果的关键因素之一。喷墨打印中使用的喷孔的直径一般为几十微米，目前常见的主要有几种加工方式：激光加工、光刻加工、电火花加工、电化学加工等。

激光打孔速度快、效率高，适合高密度的阵列孔加工。现在比较成熟的方法是使用皮秒激光进行加工，皮秒激光的作用时间小于热扩散时间，所以热影响区很小，几乎没有重熔层，可以在有机薄膜、陶瓷及金属薄片上加工直径在20μm以下的微孔。但是激光加工仅能加工直孔，并且在微细尺度下难以保证尺寸及形状精度。基于光刻加工的硅微细加工，结合沉积、刻蚀等工艺，可在硅基材料上加工微细孔。采用基于光刻加工发展出的LIGA工艺技术途径，可通过光刻、刻蚀等工艺制作喷孔板的模具，然后再利用电铸成型。这种方法能控精确形成所需孔型，制造如喇叭形、漏斗形等喷孔，相较于直孔，这种类型的喷孔能有效的提升喷墨打印效率，但可加工材料相对有限。电火花加工方法是利用工具电极和工件间的放电产生的高温来去除工件表面材料。电火花加工具有加工精度高、适用材料广等优点，但是加工表面会有重熔层和微裂纹等缺陷。在加工微细孔时，一般需要使用WEDG(线放电磨削)方法制备工具电极，然后再用加工好的电极在工件上进行打孔。采用WEDG技术可以加工出直径为2.5μm的微细电极和直径5μm的微细孔，电火花加工在每次加工后电极都会产生一定的损耗，多次加工后需要重新加工电极，随着电极直径减小，加工电极所需的加工成本、加工时间都会逐渐增大，对加工设备也有很高的精密度要求，目前电极直径在30μm以上时能够保证较高一致性精度。WEDG技术一般只应用于加工直孔，加工复杂形状喷孔则需要制备成形电极或者利用工件偏摆来实现，工艺更加复杂，实现难度更大。电化学加工方法主要是利用电解进行加工，目前主要有两种实现方式，一种是利用柱状电极加工，对于微尺度的喷孔加工，同样也面临工具电极加工困难的问题；另一种方法是利用掩膜电解加工，掩膜电解去除了工具电极的限制，适用于高速成形不锈钢等高性能材质的形孔，但不宜获得高精度、大深宽比的孔廓形。

随着喷墨打印技术的发展，对喷孔的加工提出了更高的要求。喷孔板的加工主要有以下几个方面的要求：

一是需要有足够的强度，为了减小喷墨打印头工作时喷孔板挠曲变形对打印效果的影响，喷孔板必须有足够的强度，目前在工业中应用的喷孔板厚度一般在100μm以上。

二是形状及精度，喷孔首先要求具有很好的圆度，圆度的好坏决定了墨滴喷射时的形状精度，其次，喷孔的形状要符合流体动力学设计，减少喷墨时的阻力，喷孔的形状从早期的直孔、锥孔发展到现在的喇叭孔及漏斗孔，相较于锥形孔，喇叭形及漏斗形的喷孔能将喷墨打印时墨滴喷射速度提升一倍。

三是表面性质，为了制造高性能的喷孔，要求喷孔内壁与喷孔表面拥有不同的表面性质，亲水性的内壁让墨滴更容易的进入喷孔，疏水性的外壁保证墨滴喷射的准确性，如图1所示，当内壁、外壁亲水时，喷墨完成后墨滴会残留在喷孔板表面，残留的墨滴会对下一次喷射的方向产生影响；当内壁、外壁疏水时，一次喷射结束后，内壁的疏水会阻碍墨水的补充，墨水补充速度的降低意味着打印喷率的降低；只有当内壁亲水，外壁疏水时，在单次喷射完成后，墨水能很快的恢复到初始状态。

随着喷墨打印技术的不断发展，为了达到更高的分辨率，喷孔的发展趋势必然是向更加微细化，精密化发展，目前已有的加工工艺难以实现更小尺度喷孔的加工。为了解决上述问题问题，特别针对于孔径数十乃至十数微米，需要不同亲疏水特性的微细喷孔，本发明提出了电解打孔与电镀缩孔组合电化学加工的方法。

电镀工艺是以被镀零件为阴极，牺牲性阳极或者惰性电极为阳极，把电解质中的金属离子以金属单质的形式沉积到镀件表面，形成一层致密、均匀、光亮的金属薄膜。本发明利用电镀缩孔工艺，降低对电解工艺的要求，结合电解打孔与电镀缩孔工艺，制备出具有高流量系数及高表面质量的微细喷孔。

发明内容

为解决数十乃至十数微米的微细喷孔制备中面临的困难，本发明提出一种喷墨打印用微细喷孔电化学加工方法，降低工具电极的制备难度，缩减制备成本以及生产时间，并且喷孔的大小及形状的控制也较为容易。

一种喷墨打印用微细喷孔电化学加工方法，该方法包含以下工序：电解打孔工序，装夹工序，电镀缩孔工序；所述喷孔内壁与喷孔表面具有不同的亲疏水特性。