[发明专利]基于电场-热场复合的电喷射3D打印装置及方法

摘要

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种基于电场‑热场复合的电喷射3D打印装置及方法。该方法在电场‑热场复合作用下电喷射打印微纳3D过程中，墨水在流体场和重力场复合作用下以恒定流速到达喷针口，然后利用喷针与衬底间的电场剪切力将墨水“拖拽”形成远小于喷孔尺寸的微纳米稳定射流，同时结合热场对墨水的热辐射促使墨水中溶剂加速蒸发，最后射流在衬底上层层叠加，形成微纳尺度3D结构。该方法与液滴喷射式打印技术相比，具有材料适应性强、复杂微纳3D结构可制造等优势。

主权项

1.一种基于电场‑热场复合的电喷射3D打印装置，其特征在于，所述的电喷射3D打印装置包括电动力喷射模块、XYZ移动模块、热场模块和控制模块；电动力喷射模块包括精密注射泵(1)、注射器(2)、墨水(3)、连接管(4)、喷针夹具(5)、喷针(6)和高压电源(13)；精密注射泵(1)上方装有注射器(2)，注射器(2)内含墨水(3)，注射器(2)与喷针(6)通过连接管(4)连接；所述的喷针(6)安装于喷针夹具(5)上；喷针夹具(5)固定在Z轴上，与喷针(6)配合部分为导体，与Z轴配合部分为绝缘体；高压电源(13)输出端通过导线与喷针夹具(5)的导体部分连接；XYZ移动模块包括光学平台(9)、打印平台基板(10)和衬底(11)；光学平台(9)上方有XYZ运动轴，其电源线连接220V交流电源，实现XYZ三个方向运动；Y轴通过螺栓固定在光学平台(9)上，X轴固定在Y轴上方，Z轴上安装喷针夹具(5)，调节喷针(6)打印高度；打印平台基板(10)与地接通，可为陶瓷或金属材质；衬底(11)置于打印平台基板(10)上，并随之运动，结合喷针(6)在Z轴方向的移动，在衬底(11)上实现3D结构(12)的打印制造；热场模块包括3D结构(12)、电源(14)、温度控制器(15)、加热棒(16)、加热灯(17)和加热丝(18)，电源(14)为温度控制器(15)、加热棒(16)、加热灯(17)和加热丝(18)提供电压，加热棒(16)内嵌在打印平台基板(10)内，加热灯(17)置于衬底(11)与喷针(6)之间，加热丝(18)环绕在喷针(6)外壁，不同热源可产生三种位置不同的热场；温度控制器(15)检测热场温度并调节电源(14)输出电流，以改变加热棒(16)、加热灯(17)、加热丝(18)实际功率，进而调节热场温度；墨水(3)经电动力喷射模块形成的精细射流，受热场作用，射流中溶剂迅速挥发，半固化或固化的细小液滴不断到达衬底(11)，层层累积制造出微纳3D结构(12)；控制模块包括上位机(7)和运动控制器(8)，上位机(7)利用监控软件反馈3D打印过程，并实时调节打印参数；所述的运动控制器(8)通过USB数据线接受上位机(7)发出的控制命令，并将运动参数输出XYZ运动轴。