冷冻打印的液态金属材料，其中，所述液态金属材料可以是铟基合金，铋基合金或更多合金中的一种，熔点范围在0°C — 500°C之间。
[0055]所述打印基底3，设置在所述液态金属池4中央，用于在2D打印模式下承载打印成型的金属器件或图案；
[0056]所述冷冻探针2，用于利用高压氮气冷冻所述液态金属池4内位于所述打印基底3上的液态金属材料，使其成型；
[0057]所述漏料小孔5，用于回收所述液态金属池中多余的液态金属材料。
[0058]具体的，所述液态金属池4为矩形容器，容积为0.05-100L，其材质为玻璃或熔点高于所述金属墨水熔点的金属材料；所述漏料小孔5数量可为四个，位于所述液态金属池底面的四角处，为贯穿孔，直径根据金属池大小而定，可手动关闭或者开启；所述打印基底3放置于所述液态金属池4上面，用于2D打印模式，其表面积小于所述液态金属池4的表面积，并使所述漏料小孔5露出，基底材料为金属或非金属。
[0059]本实施例中，所述冷冻打印系统还包括，如图2所示的高压氮气提供装置；所述高压氮气提供装置，包括氮气罐、设于所述氮气罐出口处的高压阀，以及设置在连接所述氮气罐和冷冻探针2的管路上的过滤器。
[0060]其中，所述冷冻探针2为2D打印探针、3D打印矩形探针或3D打印线形探针。
[0061]进一步的，所述冷冻探针可根据打印模式包括:原始2D探针，用于2D图案或电路打印，结构如图3所示，探针直径2-5mm，长度150mm ;设计3D探针，以线形、矩形探针为例，结构如图4、5所示，线形探针直径2-5_，长度10-100_，矩形探针尺寸根据具体器件需要而定，最大不超过100X 100mm。
[0062]其中，所述冷冻探针内部设有高压氮气容纳腔，所述冷冻探针的针尖处安装有用于监测所述冷冻探针针尖温度的温差电偶。所述高压氮气的气流压力为300-500kPa。
[0063]需要说明的是，所述冷冻探针2，其原理为气体节流效应，利用氮气快速致冷技术，可借高压氮气在刀尖内部急速膨胀，在30秒内降温至-196°C以下，冷冻液态金属材料，使其成型。所述探针结构为内部中空，循环高压常温氮气。温差电偶直接安装在针尖，可连续实时监测针尖温度。通过气体节流效应在探针尖实现快速冷冻降温；除此之外，也可直接采用液氮降温冷冻。
[0064]进一步地，所述冷冻打印系统还包括计算机；所述计算机与所述三维移动平台连接，用于根据待打印的金属器件或图案的轮廓，以及冷冻探针的扫描路径，建立所述待打印的金属器件或图案的三维模型，并根据所述三维模型设定所述冷冻探针的路径参数。
[0065]图6不出了本发明实施例的一种低恪点金属冷冻打印方法的流程图。
[0066]参照图6，本发明实施例提出的低熔点金属冷冻打印方法，利用如上述实施例所述的低熔点金属冷冻打印系统实现，包括以下步骤:
[0067]SI 1、配制用于金属打印的液态金属材料，并将所述液态金属材料装入液态金属池；
[0068]S12、根据当前金属打印的打印模式，选择冷冻探针的类型；
[0069]S13、根据待打印的金属器件或图案的轮廓，以及冷冻探针的扫描路径，建立所述待打印的金属器件或图案的三维模型；
[0070]S14、根据所述三维模型设定所述冷冻探针的路径参数；
[0071]S15、三维移动平台根据设定的冷冻探针的路径参数控制所述冷冻探针进行冷冻扫描，形成金属器件或图案的初步形态；
[0072]S16、将绝缘封装材料涂布在金属器件或图案的初步形态上进行封装，完成金属器件或图案的打印。
[0073]具体的，所述打印模式包括2D打印模式和3D打印模式；
[0074]所述根据当前金属打印的打印模式，选择冷冻探针的类型，具体包括:
[0075]对于2D打印模式，选择2D打印探针；对于3D打印模式，选择3D打印矩形探针或3D打印线形探针；
[0076]对于2D打印模式，在所述将所述液态金属材料装入液态金属池之前，还包括:在所述液态金属池中放置承载打印成型的金属图案的打印基底的步骤；以及，当冷冻扫描完成后，还包括:开启液态金属池底部边缘的多个漏料小孔，使多余液态金属材料流出的步骤。
[0077]实际应用中，本发明提出的低熔点金属打印方法的具体流程如图7所示，包括以下步骤:
[0078](I)配制用于冷冻成型打印的液态金属材料，并将所述液态金属材料装入液态金属池；
[0079](2)选择打印模式(低熔点)。对于2D图案，选择原始2D探针，用制图软件绘制待打印的图案轮廓，并将探针扫描路线输入计算机控制软件中，计算机识别三维轮廓，并与冷冻探针扫描路线相对应；对于3D器件，设计对应3D探针，并将探针上升路线输入计算机控制软件中；
[0080](3)根据模型初始化探针路径参数，所述探针参数包括打印模式、扫描起点、扫描终点、扫描速度、扫描密度、氮气流量；
[0081](4)探针根据设定路径进行冷冻扫描；
[0082](5)对于2D模式，完成扫描后，开启金属池下端四个小孔，使多余材料流出，回收利用，形成图案或电路初步形态；对于3D模式，器件随探针向上提起而连续生长，形成金属器件初步形态；
[0083](6)将绝缘封装材料涂布在金属图案或器件上进行封装，完成金属图案或器件的制作。
[0084]上述方法通过控制冷冻探针行进路径来控制金属墨水的冷却凝固成型，从而实现2D图案或电路打印和3D金属器件打印。
[0085]本发明所提出的低熔点金属冷冻打印系统及方法，基于金属冷冻凝固成型打印技术，第一次将液态金属打印技术与冷冻技术相结合，在现有金属打印技术基础上，提出革命性创新，超越了传统的制冷应用范畴和3D打印理念。这种打印方法制造工艺简单、材料可回收且利用率高；可以进行2D图案或电路打印，还可以进行3D金属器件打印，模式切换灵活；且3D打印过程不再采用传统打印技术的堆叠成型原理，而是实现连续工作，缩短生产周期，降低工艺成本。
[0086]实施例1:
[0087]本发明实施例以2D金属柔性电路冷冻打印为例进行说明。
[0088]本实施例中，低熔点金属冷冻打印系统，如图1所示，包括:三维移动平台1、冷冻探针2、打印基底3、液态金属池4和漏料小孔5。
[0089]本实施例中，液态金属池4为长方体容器，容积为0.4L (200mmX 200mmX 10mm)，其材质为有机玻璃；所述漏料小孔5数量为四个，位于所述液态金属池4的四角处，为贯穿孔，直径10mm，可手动关闭或者开启；所述打印基底3放置于所述液态金属池4的上方中央处，尺寸为1mmXlOmmX0.5mm，材料为PDMS(二甲基娃氧烧)娃胶。
[0090]所述液态金属材料，为Galn24.5共晶合金，熔点15.7°C，盛放于所述液态金属池4内，并覆盖于所述基底3上。
[0091]所述冷冻探针为2D打印探针，结构如图3所示，探针直径1mm，长度150mm，固定于三维移动平台I上，与基底所在平面垂直，实现分别沿X，Y，Z方向的移动。
[0092]所述方法包括以下步骤:
[0093](I)配制用于冷冻成型打印的液态金属材料Galn24.5共晶合金(40ml)，平铺于液态金属池4内(厚度Imm)；
[0094](2)选择2D打印模式，并选择2D打印探针，固定于扫描系统，用制图软件绘制待打印的电路轮廓，如图5所示，并将探针扫描路线输入计算机控制软件中，计算机识别三维模型，并与冷冻探针扫描路线相对应；
[0095](3)根据三维模型设定(初始化)探针路径参数:扫描起点M(0，0，0)、扫描终点N(0，0，0)、扫描速度为0.lmm/s、扫描密度为0.l_2/s、N2流量为30ml/s ；
[0096](4)将探针降至与金属上表面相接触的高度，探针根据设定路径进行冷冻扫描；
[0097](5)完成扫描后，开启金属池下端四个小孔，使多余材料流出，回收利用，形成电路初步形态；
[0098](6)将绝缘封装材料涂布在金属电路图案上进行封装，完成2D金属电路的制作，其中，所述电路线宽为1mm，如图8所示。
[0099]上述方法通过控制冷冻探针行进路径来控制金属墨水的冷却凝固成型，从而实现2D电路打印。
[0100]实施例2:
[0101]本发明实施例以3D金属薄板冷冻打印为例进行说明。
[0102]本实施例中，低熔点金属冷冻打印系统包括:三维移动平台1、冷冻探针2、液态金属池4和漏料小孔5，该系统中不包括打印基底3。
[0103]本实施例中，液态金属池4为长方体容器，容积为0.4L (200mmX 10mmX 20mm)，其材质为有机玻璃；所述漏料小孔5数量为四个，位于所述液态金属池4的四角处，为贯穿孔，直径8_，可手动关闭或者开启。
[0104]所述液态金属材料，为Galn24.5共晶合金