CN107670871A - 一种变直径喷印装置 - Google Patents
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Abstract
一种变直径喷印装置，涉及喷印装置。设有旋转轴、储液槽、点胶针头、联轴器、伺服电机、高压电源、运动平台和收集板；所述旋转轴和点胶针头构成喷头；所述储液槽储存喷印液与点胶针头配合；所述伺服电机轴与旋转轴通过联轴器联接；所述伺服电机带动旋转轴在喷印液内转动，由于爬杆效应的作用，喷印液被输送至点胶针头针尖；在针尖的喷印液在高压电场的作用下沉积在收集板上，在收集板上形成微/纳纤维或者液滴，所述运动平台带动收集板运动，在高压电场的作用下喷印的微/纳纤维或者液滴沉积于收集板上，通过改变伺服电机的转速控制针尖喷印液量，进而实现变直径喷印。
Description
技术领域
本发明涉及喷印装置，尤其是涉及一种变直径喷印装置。
背景技术
当前电子产业发展越来越迅速，而柔性电子(Gates B D.Flexibleelectronics.Science,2009,323(5921):1566–1567)代表着一种新兴电子技术，以其特殊的柔性和延展性及大面积、低成本的制造工艺，在生物、医学等领域都得到了广泛的发展和应用。因此，柔性电子制造技术也发展的十分迅速，目前最常用的柔性电子制造技术主要有直写技术、喷墨打印技术和电流体打印技术等(张乃柏,郭秋泉,杨军.数字打印柔性电子器件的研究进展[J].中国科学:物理学力学天文学,2016(4))。电流体喷印技术主要是溶液在高压电场的作用下克服表面张力后从喷嘴喷出，产生喷雾、纤维或者液滴，由于设备、工艺简单已被广泛运用于柔性电子的制造上，主要包括静电纺丝、静电喷雾以及液滴喷印。而目前电流体喷印技术大多用的是空心喷嘴，使用的是挤压式供液方式，使得供液滞后性较为严重，这便使其无法通过获得连续快速变直径的微/纳纤维或者液滴。
轴在非牛顿流体中转动时，流体会受到剪切力的作用，被剪切的流动单元会有弹性恢复力，产生包轴爬杆效应(K.Weissenberg,A Continuum Theory of RheologicalPhenomena.Nature.159(1947)310-311.)。
发明内容
本发明的目的在于针对电流体喷印时无法获得连续快速变直径的微/纳纤维或者液滴的问题，提供一种变直径喷印装置。
本发明设有旋转轴、储液槽、点胶针头、联轴器、伺服电机、高压电源、运动平台和收集板；所述旋转轴和点胶针头构成喷头；所述储液槽储存喷印液与点胶针头配合；所述伺服电机轴与旋转轴通过联轴器联接；所述伺服电机带动旋转轴在喷印液内转动，由于爬杆效应的作用，喷印液被输送至点胶针头针尖；在针尖的喷印液在高压电场的作用下沉积在收集板上，在收集板上形成微/纳纤维或者液滴，所述运动平台带动收集板运动，在高压电场的作用下喷印的微/纳纤维或者液滴沉积于收集板上，通过改变伺服电机的转速控制针尖喷印液量，进而实现变直径喷印。
在某一确定的转速下，流体流动速度是一定的，喷印的微/纳纤维或者液滴的直径也是一定的；在很短的时间内把转速增加或者减小至另外一速度，此时，喷印液流动速度也会在极段的时间内相应的增加或者减小至另一值，这便使得针尖的喷印液量发生突变，进而实现喷印微/纳纤维或者液滴的直径在短时间内发生变化，实现变直径喷印的效果。
本发明提出一种变直径喷印方法，非牛顿流体受轴的剪切力产生包轴爬杆的现象，作为一种溶液的输送方式；轴转速越大流体流动速度越大，且流体流动速度随转速的转变响应较快，通过在喷印过程中快速改变转速来实现变直径喷印的效果。
本发明基于爬杆效应，利用液体流动速度随转速增大而增大，且响应快的特点，在电流体喷印时通过快速改变转速来实现供液的快速转变，进而获得不同直径的微/纳纤维或者液滴，实现变直径喷印。
附图说明
图1为本发明所述变直径喷印装置实施例结构示意图。
图2为本发明实施例喷印工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实发明作进一步说明。
在图1和2中，旋转轴8通过联轴器7与伺服电机6联接；储液槽5与点胶针头4配合；旋转轴8穿过储液槽5和点胶针头4；伺服电机6带动旋转轴8转动，使得喷印液10应于点胶针头4针尖；高压电源9在点胶针头4针尖与收集板2之间加上高压电场；运动平台1带动收集板2运动，在高压电场的作用下喷印的微/纳纤维或者液滴沉积于收集板2上，通过改变伺服电机6的转速控制针尖液体量，进而实现变直径喷印。
以下给出变直径喷印方法实施例：
喷印液滴：
聚氧化乙烯(PEO，分子量30万)溶于体积比为3︰1的去离子水和乙醇中，配制成浓度为4％的喷印溶液，放置于室温下搅拌12h；将配制好的4％PEO溶液加入储液槽中；旋转轴直径为200μm，点胶针头内径为340μm，针尖距收集板的距离为2mm，设定电机初始转速为2500r/min，储液槽内的溶液在爬杆效应的作用下供应于针尖,高压脉冲电源的参数为:上电压幅值1800V，下电压幅值1800V，电压频率35Hz，占空比50％，收集板移动速度为0.5mm/s；在高压电场的作用下在硅片上喷印出平均直径为80μm的一系列液滴；在0.5s内使得电机的转速增加到8000r/min，此时在收集板上喷印出的液滴直径为120μm左右，从而实现变直径喷印的效果。
喷印纤维：
按照上述方法配制8％PEO，旋转轴直径为250μm，点胶针头内径为410μm，针尖距收集板的距离为2mm，设定伺服电机初始转速为1000r/min；在针尖和硅片间加载1.81kV的直流电压，收集板移动速度为30mm/s；在高压电场的作用下在硅片上喷印出直径为4.5μm的纤维；在0.5s内使得电机的转速增加到8000r/min，此时在收集板上喷印出的纤维直径为30μm左右。
Claims (1)
1.一种变直径喷印装置，其特征在于设有旋转轴、储液槽、点胶针头、联轴器、伺服电机、高压电源、运动平台和收集板；所述旋转轴和点胶针头构成喷头；所述储液槽储存喷印液与点胶针头配合；所述伺服电机轴与旋转轴通过联轴器联接；所述伺服电机带动旋转轴在喷印液内转动，喷印液被输送至点胶针头针尖；在针尖的喷印液在高压电场的作用下沉积在收集板上，在收集板上形成微/纳纤维或者液滴，所述运动平台带动收集板运动，在高压电场的作用下喷印的微/纳纤维或者液滴沉积于收集板上，通过改变伺服电机的转速控制针尖喷印液量，进而实现变直径喷印。
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