一种全自动电子打印设备及打印方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路及电子器件直接打印技术领域，特别涉及一种基于滚珠转印电子墨水式的全自动电子打印设备及打印方法。
【背景技术】
[0002]传统的集成电路(IC)制造主要集中于条件优越的大企业，借助特定的高端电子加工设备(如分子束外延技术等)和超净室，将电子电路所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等电子元件及其之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件内，形成终端产品，这种方法对应的制作工艺一般包括:氧化、光刻、扩散、外延、溅射、真空沉积等环节。发展至今，最为经典的集成电路制造方法主要用于实现大批量生产，产量及规模大时能降低单个器件制作的成本，但其也存在明显不足，如:制造工艺复杂、能耗高、污染严重、成本昂贵、对洁净度要求极严格等，特别是，这类传统方法在在制造中不可避免的是需要消耗大量的原材料、水资源和能源。由于这些因素，传统IC很难满足单件或小批量电子设备的设计和加工之需，更难满足用户对千姿百态的个性化制造的需求，不易普及。
[0003]近年来，随着对个性化电子设计和制造需求的日益增长，催生了印刷电子学技术的诞生和发展。这种有别于传统IC制造方法的新型电子加工途径，其核心在于采用添加技术即直接印刷的方式完成器件制作，可实现电子电路的个性化生产制造，从理论上讲是一种极为高效、绿色化的电路及电子器件生产模式。研究人员为此提出了一系列用于印刷的电子墨水，如:在有机或聚合物中添加高导电性纳米颗粒的可印刷式导电墨水，以及液态金属电子墨水等，相应突破促成了印刷电子学的大发展。然而，这些电子墨水的提出也随即引申出了前所未有的技术挑战。一个关键原因在于，现今所发展的电子墨水普遍存在粘度高，表面张力极大的情况，这给输运和喷射印刷造成较大困难，许多情况下，墨水要么难以喷射出，要么阻塞住打印头，导致制造失败。也因如此，科技界虽然提出了相应的电子墨水书写笔，但能够实现计算机化的全自动型电子打印的成熟技术始终极为鲜见。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明的目的在于提供一种可将电路及电子器件以直接转印的方式制造出来的全自动电子打印设备及打印方法，以解决现有电路或电子器件制造程序复杂、材料及能源消耗大、环境污染相对较高的问题，为新兴的印刷电子学领域提供一种崭新工具。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述问题，本发明提供全自动电子打印设备，包括:
[0008]计算机，所述计算机用于生成打印控制指令；
[0009]打印机箱，所述打印机箱中设有走纸机构、滑轨、打印机构、温度控制装置及状态传感器；
[0010]所述走纸机构包括基底、输送单元及走纸控制模块；所述输送单元安装在所述基底上，所述输送单元用于输送打印载体；所述走纸控制模块与所述计算机连接，接收打印控制指令，并控制所述走纸机构工作；
[0011]所述滑轨横跨固定在所述打印机箱内，并位于所述走纸机构的上方位置；
[0012]所述打印机构设置在所述滑轨上，所述打印机构包括滑块、滚珠式打印头、夹持机构及打印控制模块；所述滚珠式打印头内填充有电子墨水；所述滑块可滑动地安装在所述滑轨上；所述夹持机构连接所述滑块及滚珠式打印头；所述打印控制模块与所述计算机连接，所述计算机通过打印控制模块控制所述滑块在滑轨上的左右移动，并控制所述滚珠式打印头工作，调节所述滚珠式打印头与所述承印载体的距离并操纵打印动作；
[0013]所述温度控制装置用于调节打印机箱的内部温度；
[0014]所述状态传感器用于监控打印设备的工作状态。
[0015]优选的，所述输送单元固定安装在所述基底上，所述输送单元包括两对间隙设置的辊轮及用于驱动辊轮转动的辊轮驱动组件，所述两对辊轮的滚动轴心同轴布置，所述承印载体通过所述辊轮输送。
[0016]优选的，所述输送单元通过三维移动单元安装在所述基底上，所述三维移动单元带动所述输送单元三维移动；所述输送单元包括一个圆筒夹持组件及电机，所述承印载体设置在所述圆筒夹持组件外表面，所述电机与圆筒夹持组件连接，并驱动圆筒夹持组件转动。
[0017]优选的，所述打印机构还包括:位移传感器及带有控制模块的微位移器，夹持机构通过微位移器安装在滑块上；所述位移传感器与所述微位移器电连接，控制模块依据位移传感器测量信息控制微位移器上打印头的上下位置及与承印载体的距离并操纵打印动作。
[0018]优选的，所述电子墨水包括低熔点液态金属及其合金、P型半导体墨水、N型半导体墨水及绝缘封装墨水。
[0019]优选的，所述温度控制装置包含电热丝、风扇、温度传感器及控制装置，确保电子墨水保持应有的热状态从而实现流畅打印。
[0020]优选的，所述打印机构是I至4枚。
[0021]优选的，所述承印载体对象包含纸张型的打印纸、透明胶片或复杂三维结构。
[0022]优选的，所述状态传感器包括:
[0023]初始位置传感器，安装于滑块内，用于检测打印盒是否停在默认的原始位置；
[0024]纸尽传感器，安装于走纸机构底端，用于检测所装的承印载体是否用尽。
[0025]本发明还提供使用全自动电子打印设备的打印方法，包括:
[0026]通过计算机安装的DIY绘图程序及结构数据库，设计出需要打印的电子电路或电子器件的图案，并生成印刷控制指令，并发送给各控制模块；
[0027]所述各控制模块接收所述计算机的印刷控制指令，依据所述状态传感器的记录信息进行工作，并执行所述印刷控制指令控制各构件的运动以实现配合形成所需要的空间轨迹，实现由导电墨水、P型半导体墨水、N型半导体模式印制成的电子电路或器件。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明提供的滚珠转印墨水式全自动电子打印设备，因引入了计算机控制下的轻敲型滚珠式打印头及其内滚珠的转动功能，由此实现了高粘度和高表面张力的电子墨水在其表面的不断黏附及持续的高质量输运和转印，不会出现墨水堵头或中断的问题，由此确保了电路以及电子器件在纸张或三维物体表面的全自动打印。此电子打印过程在常温或常规条件下包括普通办公场所即可完成，无需手动操作，适用于任何形状的电子图案打印，其对环境要求不高，能源消耗及材料无效损耗低，可显著降低传统电路及电子器件制备工艺的复杂性和成本，大幅度提高其生产效率。该系统可广泛用于电子工业个性化设计及更多新兴领域，其显著的低成本特点可满足小批量尤其是单件电子器件的设计和快速打印，这是为传统电子制造技术无法满足的，在发展柔性电子功能器件方面有广泛普及应用价值。
【附图说明】
[0030]图1是本发明的实用例I用于打印纸张类承印载体的滚珠转印墨水式的全自动电子打印设备的结构示意图；
[0031]图2是本发明中滚珠式打印头的示意图；
[0032]图3是本发明的实施例2带有3枚打印机构的结构示意图；
[0033]图4是本发明的实施例3用于打印三维物体表面的滚珠转印墨水式的全自动电子打印设备的结构示意图；
[0034]图5是本发明实施例3的机构臂的示意图；