气相打印设备的制作方法与工艺

文档序号:13108190
1、技术领域本发明是应用高频等离子体化学气相沉积技术和程序扫描打印技术,在常温、真空密闭金属容器中,将产生高频电场的两个固定电极其中的一个电极,设计成为能够在一定范围移动的活动电极,并作为打印机扫描器件,在按照输入程序移动的过程中,通过在物体表层生成类金刚石薄膜沉积物,构成图文的一种新型打印设备。属于气相化学沉积技术和程序扫描打印技术学科交叉所形成的全新技术领域。2、

背景技术:
本发明背景技术为常温、真空环境下,等离子体气相化学沉积类金刚石薄膜技术和程序扫描打印技术。类金刚石薄膜是一种高技术新材料,具有无色透明、纳米结构、高导热率、高折射率、高介电常数、高硬度、耐化学腐蚀等特性,已在航天、光学、电子信息产品制造行业得到应用。现有打印技术包括喷墨打印、激光打印、3D打印等,在打印原理方面与本发明不同。喷墨打印是利用扫描器件喷油墨显示图文。激光打印是利用特种打印纸张发生的光化学反应显示图文。3D打印则利用扫描器件喷射出的流体物质经固化成型来制造产品。而气相打印技术是利用电极及其控制的等离子体电场作为扫描器件,借助化学沉积反应,由定向沉积的类金刚石薄膜构成图文或制造3D产品。本发明采用活动电极作为打印机扫描器件,将改装后的打印机安装在密闭金属容器构成的真空室内,将活动电极安装在平板固定电极上方,将这两个电极载入高频电压和直流偏压后,通入含碳混合气体原料,电极之间产生等离子体电场同时发生化学沉积反应。打印机带动活动电极执行扫描动作时,等离子体电场及化学沉积反应与活动电极同步移动,在固定电极一侧定向沉积类金刚石薄膜,构成与活动电极扫描轨迹一致的类金刚石薄膜图文或3D产品。3、

技术实现要素:
气相打印设备由真空系统(1)、高频及直流电源系统(2)、打印系统(3)、卷绕输送系统(4)、气体原料供应系统(5)、工艺控制系统(6)组成。真空系统(1)由密闭圆柱体形金属容器真空室(7)、安装在真空室(7)外的真空泵(8)、安装在真空室(7)内的真空传感器(9)、安装有可视窗口(11)、进料门转轴(12)的进料门(10)构成。高频及直流电源系统(2)由高频电源发生器(13)、直流电源发生器(14)、功率表、电压表、电流表、导线(15)、金属容器真空室(7)接地线(16)构成。打印系统(3)由安装在真空室(7)内的打印机(17)、安装在打印机(17)上的活动电极(18)、活动电极(18)下方的平板固定电极(19)、覆盖在平板固定电极(19)表面上的镂空遮挡模片(20)、活动电极(18)与平板固定电极(19)组成的等离子体电场(21)、打印载体(32)表层的类金刚石沉积物图文(31)构成。卷绕输送系统(4)由安装在真空室(7)内的电动机(22)、电动机(22)驱动的滚筒(23)、打印载体(32)、及输送打印载体(32)的传送带(24)构成。气体原料供应系统(5)由含碳气体储气瓶(25)、含碳气体储气瓶(25)与金属容器真空室(7)联通的导气管(29),及连接在导气管(29)上的调压阀(26)、流量计(27)、电磁阀(28)构成。工艺控制系统(6)由工艺参数与流程控制软件及装有显示器的微型计算机(30)构成。真空系统(1)真空泵(8),高频及直流电源系统(2),气体原料供应系统(5)储气瓶(25),工艺控制系统(6)安装在密闭金属容器真空室(7)外部;真空系统(1)真空泵(8)及气体原料供应系统(5)储气瓶(25),通过导气管(29)与金属容器真空室(7)内部接通;高频及直流电源系统(2)及工艺控制系统(6),通过导线(15)与安装在金属容器真空室(7)内部的打印系统(3)、卷绕输送系统(4)电动机(22)衔接。打印载体(32)位于等离子体电场(21)下方镂空遮挡模片(20)与固定电极(19)表面之间;由镂空遮挡模片(20)下面的打印载体(32)裸露部分表层沉积的类金刚石构成类金刚石沉积物图文(31)。4、附图说明图1是气相打印设备结构图。气相打印设备由真空系统(1)、高频及直流电源系统(2)、打印系统(3)、卷绕输送系统(4)、气体原料供应系统(5)、工艺控制系统(6)组成。真空系统:包括密闭金属容器真空室(7)、真空泵(8)、真空传感器(9)、进料门(10)、可视窗口(11)、进料门转轴(12)。高频及直流电源系统:包括高频电源发生器(13)、直流电源发生器(14)、功率表、电压表、电流表、导线(15)、金属容器真空室(7)接地线(16)。打印系统:包括打印机(17)、活动电极(18)、平板固定电极(19)、镂空遮挡模片(20)、等离子体电场(21)、类金刚石沉积物图文(31)。卷绕输送系统:包括电动机(22)、滚筒(23)、打印载体(32)、传送带(24)。气体原料供应系统:包括含碳气体储气瓶(25)、调压阀(26)、流量计(27)、电磁阀(28)、导气管(29)。工艺控制系统:包括工艺参数与流程控制软件及微型计算机(30)、显示器。5、具体实施方式真空系统真空泵(8),高频及直流电源系统(2),气体原料供应系统储气罐(5),工艺控制系统(6)安装在密闭金属容器真空室(7)外部,通过导气管(29)、导线(15)与金属容器真空室(7)内部打印机系统(3)、卷绕输送系统电动机(4)衔接。将打印载体(32)装进滚筒(23)由传送带(24)输送到等离子体电场(21)下方镂空遮挡模片(20)与固定电极(19)表面之间。沉积物穿过镂空遮挡模片(20),在打印载体(32)裸露部分的表层构成类金刚石沉积物图文(31)。本发明打印载体(32)包括:纸张、纺织物、高分子聚合物、金属、玻璃。碳气体储气瓶(25)内的混合气体原料包括:含碳元素气体、氢气、惰性气体。定向沉积方法包括:活动电极(18)移动、加载直流偏压、镂空遮挡模片(20)。等离子体(21)控制方法包括:高频电压、直流电压、真空度、气体原料(25)流量。沉积物性能控制方法包括:碳气体储气瓶(25)气体原料组分种类和配比、沉积时间。类金刚石沉淀物图文(31)化学成分:包括类金刚石、碳氢聚合物。主要工艺流程:打开进料门(10)在滚筒(23)中装入打印载体(32)→关闭进料门(10),真空系统真空泵(8)抽真空→通入碳气体储气瓶(25)的气体原料→启动高频及直流电源(2)生成等离子体电场(21)发生化学沉积反应→启动打印机(17)活动电极(18)开始扫描→定向沉积类金刚石薄膜图文(31)→卷绕输送系统(4)启动、打印载体(32)由传送带(24)输送到与活动电极(18)垂直的固定电极(19)表面连续移动→打印进行直至滚筒(23)内的全部打印载体(32)被打印完毕。
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