气相打印技术与设备的制造方法
【专利说明】
1、
技术领域
[0001]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技术与设备。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】
[0002]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。
[0003]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。
3、
【发明内容】
[0004]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
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[0005]由于类金刚石材料本身的优异特性，使气相打印产品可以具备现有打印技术不具备的功能。所以，本发明除应用于银行、证券等特种印刷业务之外，还可以作为一种通用技术，应用于防伪、古文物表面保护、光信息存储、及光学器件、集成电路、高能薄膜电容器、光伏电池等3D产品制造领域。
4、
【附图说明】
[0006]附图是气相打印技术设备结构图。该设备由真空系统(I)、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。
[0007]真空系统:包括密闭金属容器真空室(7)、真空栗(8)、真空传感器(9)、进料门
(10)、可视窗口(11)、进料门转轴(12) O
[0008]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)、金属容器接地线(16)。
[0009]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)。
[0010]卷绕输送系统:包括电动机(22)、滚筒(23)、打印载体(32)、传送带(24)。
[0011]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) ο
[0012]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。
[0013]如附图所示，真空系统真空栗(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。被打印物体(32)装进滚筒(23)由传送带(24)输送到等离子体(21)下方镂空遮挡模片(20)与固定电极(19)表面之间。沉积物(31)穿过镂空遮挡模片(20)，在物体裸露部分的表层构成类金刚石图文(31)。
5、
【具体实施方式】
[0014]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。混合气体原料(25)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(31)性能控制方法包括:气体原料(25)组分种类和配比、沉积时间。类金刚石沉淀物(31)化学成分:包括类金刚石、碳氢聚合物。
[0015]主要工艺流程:
[0016]打开进料门(10)在滚筒(23)中装入打印载体(32)—关闭进料门(10)抽真空
(8)—通入气体原料(25)—启动高频及直流电源(2)生成等离子体(21)发生化学沉积反应一启动打印机(17)活动电极(18)开始扫描一定向沉积类金刚石薄膜(31)—卷绕输送系统⑷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)表面连续移动一打印进行直至滚筒(23)内的全部打印载体(32)被打印完毕。
【主权项】
1.本发明是应用高频等离子体(21)化学气相沉积技术和程序扫描打印机(17)，在常温、真空密闭金属容器真空室(7)中，用高频电场活动电极(18)作为打印机扫描器件，在物体表层连续生成沉积物构成图文(31)的一种新型打印技术与设备。 本发明区别于现有高频等离子体化学气相沉积类金刚石薄膜技术和现有打印技术包括喷墨打印、激光打印、3D打印等技术独有的技术特征为: . 1、建立高频等离子体(21)电场的两个电极中，一个是有固定位置的平板电极(19)，另一个是安装在打印机(17)上，作为扫描器件执行打印动作的尖锥形状活动电极(18)。 . 2、活动电极(18)与平板固定电极(19)之间的高频等离子体(21)，在打印过程中，与活动电极(18)同步移动。 .3、类金刚石薄膜(31)定向沉积在由卷绕输送系统(4)传送带(24)连续输送的打印载体(32)表层，构成与活动电极(18)扫描轨迹一致的类金刚石薄膜图文(31)或3D产品。 本发明对独具的技术特征提出权利要求同时，要求保护以下技术范围: .4、打印机(17)扫描器件(18)具备改变、或移动等离子体电场(21)功能的打印技术。 . 5、利用化学气相沉积物(31)构成图文的打印技术。 . 6、本发明打印载体(32)包括但不限于:纸张、纺织物、高分子聚合物、金属、玻璃。 . 7、气体原料(25)包括但不限于:含碳元素气体、氢气、惰性气体。 . 8、等离子体(21)控制方法包括但不限于:高频电压(2)、直流电压(2)、真空度(1)、气体原料(25)流量。 . 9、沉积物(31)性能控制方法包括但不限于:混合气体原料(25)组分的种类和配比、沉积时间。 . 10、沉淀物(31)化学成分包括但不限于类金刚石、碳氢聚合物。
【专利摘要】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，利用活动电极及其控制的等离子体化学沉积反应作为打印机扫描器件进行扫描，在物体表层定向生成类金刚石薄膜沉积物构成图文或制造3D产品的一种新型打印技术与设备。图文具有无色透明、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。本发明除可应用于银行、证券特种印刷业务之外，还可以作为通用技术应用于产品防伪、各种古文物表面保护、信息存储行业，以及光学器件、集成电路、高能薄膜电容器、光伏电池等3D产品制造领域。它是化学气相沉积技术和程序扫描打印技术交叉所形成的全新技术领域。
【IPC分类】C23C16/44, B33Y10/00, B33Y30/00
【公开号】CN105018900
【申请号】CN201510313778
【发明人】刘南林
【申请人】刘南林
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月5日