三维打印机的制作方法

本申请涉及三维打印领域，尤其涉及一种三维打印机。

背景技术：

全印制电子技术(printfullelectronictechnology)是指采用快速、高效和灵活的数字喷墨打印技术(digitalprintinginkjettechnology)在基板(无铜箔)上形成导电线路和图形，或形成整个印制电路板的过程。

以前制作电子系统的方法是：购买在大型半导体工厂里面制作出的各种元器件，之后通过pcb工艺制作相对应的电路板，最后把单个的器件安装到pcb上面形成可用系统。现在随着新材料比如纳米材料、有机半导体方面的进展，器件制造不再需要高温、真空等只有大型工厂才能负担得起的条件，而是可以在室内环境下利用全溶液处理与打印这种廉价、简单的方法制作出来。

目前面向科研市场的研发打印机，通常包括手动可更换墨盒，可动三轴平台，喷墨打印头，墨滴观测，表面吸附与加热装置等。但是不能全自动多层对齐以及自动更换墨盒，因此导致不能全自动打印任何超过一层的器件比如晶体管、有机发光二极管等，也不能制作基于这些器件的电子系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种三维打印机，用以解决现有技术中不能全自动打印多层器件的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种三维打印机，包括：打印平台；送料组件，用于切换具有不同溶液材料的墨盒至打印平台进行喷墨打印；控制组件，用于控制被切换到打印平台的墨盒在打印平台移动；其中，送料组件包括：多个墨盒，用于分别存放不同的溶液材料；切换控制装置，响应于控制组件的指令，根据当前打印步骤将存放对应溶液材料的墨盒切换至打印平台。

优选的，打印平台内部包括：加热装置，用于对喷墨打印成型的材料进行加热处理；和/或，真空吸附装置，用于对喷墨打印成型的材料进行吸附。

在一个实施例中，送料组件还包括：辅助处理组件，能够与墨盒相互切换；切换控制装置响应于控制组件的指令，将辅助处理组件切换到打印平台完成对应的辅助处理。

优选的，辅助处理组件包括：刮涂刀头、紫外光烧结头、点胶头和臭氧处理头中的一种或多种。

优选的，辅助处理组件的形状与墨盒的形状相同。

在一个实施例中，三维打印机还包括：摄像组件，设置于支撑部件上；打印平台设有基准点，通过摄像组件采集到的基准点的图像来修正墨盒的喷墨打印头的位置误差。

在一个实施例中，送料组件还包括：喷墨保护装置，用于保持墨盒的喷墨打印头内部湿润。

在一个实施例中，三维打印机还包括：机器视觉装置，设置于支撑部件上，用于将采集的图像反馈到控制组件进行处理，以监控喷墨打印过程中出现的打印错误；当监控到打印错误时，响应于控制组件的指令，在原处修正或者重新执行出现打印错误的打印步骤。

优选的，机器视觉装置包括ccd相机或者cmos相机。

本申请实施例的有益效果包括：三维打印机执行打印方案时，根据当前打印步骤自动切换到对应的溶液材料所在的墨盒，从而实现多层结构的全自动喷墨打印；按照打印方案执行喷墨打印步骤时，可自动对该步骤喷墨打印成型的材料进行加热、吸附等处理；通过控制切换辅助处理组件使对应的光照、清洁、点胶、刮涂等功能也能够全自动实现；还能够保持喷墨打印头内部湿润，以防止溶液材料干燥后阻塞喷嘴；自动修正喷墨打印头的位置误差，监控喷墨打印过程中出现的打印错误，并修正或者重新执行出现错误的打印步骤。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本申请实施例提供的三维打印机的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的三维打印机的结构俯视图；

图3是本申请实施例提供的三维打印机的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的三维打印机的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的三维打印机的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的三维打印机的结构示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例提供的三维打印机，其送料组件包括多个墨盒，分别存放喷墨打印不同的层结构时所使用的不同溶液材料，执行打印方案时根据当前打印步骤自动转换到存放对应溶液材料的墨盒来打印对应的层结构，使该三维打印机能够按照打印方案全自动打印多层器件，让全自动三维打印复杂电子元器件、机械器件和光学器件成为现实。

图1本申请实施例提供的三维打印机的原理示意图，该三维打印机包括打印平台11、控制组件12和送料组件13。

送料组件13包括切换控制装置131和多个墨盒133。多个墨盒133分别用来存放打印不同层结构所使用的不同溶液材料。切换控制装置131根据当前打印步骤将存放对应溶液材料的墨盒切换至打印平台11进行喷墨打印。在执行打印方案时，切换控制装置131响应于控制组件12的控制指令对送料组件13内部的墨盒133进行自动切换。因此在墨盒133中存放溶液材料时，需要与打印方案中所配置的材料相一致，以保证能够准确的自动切换，从而将存放对应溶液材料的墨盒133切换到打印平台11完成对应的打印步骤。墨盒133包括墨仓1330和喷墨打印头1331，溶液材料存放在墨仓1330中。

在执行打印方案时，被切换至打印平台11的墨盒133通过切换控制装置131固定，并响应于控制组件12的指令在打印平台11移动，该移动是指在打印平台11的x、y、z三维坐标系所代表的空间内移动。

本实施例中，三维打印机执行打印方案时，根据当前打印步骤自动切换到对应的溶液材料所在的墨盒，从而实现多层结构全自动喷墨打印。例如，利用本申请实施例提供的三维打印机打印有机半导体晶体管时，首先切换至存放有银电极溶液的墨盒，在基底材料上打印形成栅极层；然后执行打印电介质层的步骤，切换至含有聚乙烯吡咯烷酮(pvp)溶液的墨盒，在栅极层上喷墨打印形成电介质层；再切换回银电极溶液所在的墨盒，在电介质层上喷墨打印形成源漏极层；再切换至存放有机半导体材料溶液的墨盒，在源极和漏极之间的沟道位置喷墨打印形成有机半导体层；从而实现了有机半导体晶体管的全自动喷墨打印。

在一个实施例中，如图2所示，打印平台11包括加热装置111，和/或真空吸附功能。加热装置111用于在按照打印方案执行喷墨打印步骤时，响应于控制组件12的控制指令对该步骤喷墨打印成型的材料进行加热处理。例如，喷墨打印形成有机半导体层之后，自动加热至温度90℃并保持30分钟。该加热装置111还可以进一步具有真空吸附功能，同样通过响应控制组件12的控制指令来实现，将喷墨打印成型的材料吸附在加热装置111表面。

在一个实施例中，如图3所示，该送料组件13还包括辅助处理组件14。辅助处理组件14被存放在送料组件13内部，能够与墨盒133相互进行替换。切换控制装置131响应于控制组件12的指令，按照打印方案对各个步骤中喷墨打印成型的材料预设的辅助处理将对应的辅助处理组件14切换到打印平台11，从而完成对应的辅助处理。

辅助处理包括光照、气体、刮涂、点胶等处理。例如，在喷墨打印形成光敏树脂层后，利用紫外光线的照射以便快速固化该光敏树脂层；在喷墨打印形成有机发光二极管时，控制喷墨打印头的喷嘴自动在铟锡氧化物(ito)电极上喷洒有机半导体溶液，再控制刮涂刀头在ito电极上刮涂形成有机半导体层，再控制点胶头打印形成液态金属层；在多层器件的喷墨打印后，利用臭氧等气体对器件进行清洁处理等。辅助处理组件14包括刮涂刀头、紫外光烧结头、点胶头和臭氧处理头中的一种或多种。通过控制辅助处理组件14的切换，使每一种对应的辅助处理功能也能够全自动实现。优选的，辅助处理组件14的外形形状与墨盒133的外形形状相同，以便送料组件13采用相同的规格来存放墨盒133和辅助处理组件14，便于在墨盒133和辅助处理组件14之间进行切换。

在一个实施例中，如图4所示，该三维打印机可进一步包括摄像组件15，摄像组件15设置于打印平台11的支撑部件上。摄像组件15可以是常用的摄像头，与控制组件12耦接，将摄取的图像传回控制组件12进行分析。打印平台11设有一个或多个基准点，用来修正墨盒133的喷墨打印头1331的位置误差。在一个打印步骤执行完毕之后，喷墨打印头1331会回复到原位，摄像组件15采集打印平台11的基准点的图像并传回控制组件12进行分析，以判定喷墨打印头1331回复的位置是否与标准的初始位置存在误差，如果判定存在误差，则按照预设的自动修正方案修正喷墨打印头1331的位置误差，将喷墨打印头1331自动校正到标准的初始位置，从而使该三维打印机实现全自动多层对齐，使自动多层打印工艺的准确度得到保障。

在一个实施例中，如图5所示，送料组件13还包括喷墨保护装置135，用于保持墨盒133的喷墨打印头1331内部湿润，以防止溶液材料干燥后阻塞喷嘴而影响喷墨打印效果或者使喷墨打印无法进行。例如，在存放墨盒133的对应位置，在喷墨打印头1331设置储存式自动缩紧的密闭装置以防止溶液材料在喷墨打印头1331内部凝固干燥。

在一个实施例中，如图6所示，三维打印机还可以进一步包括机器视觉装置102。机器视觉装置102将喷墨打印头1331的打印过程作为检测对象，将图像反馈到控制组件12进行处理，以监测喷墨打印过程中出现的打印错误。机器视觉装置102包括相机和采集卡，采集卡将相机采集的图像传回控制组件12。控制组件12根据像素分布和亮度、颜色等信息转变成数字信号，再对数字信号进行各种运算来抽取检测对象的图像特征，例如面积、数量、位置、长度等，再根据预设的允许度和其他工艺条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现打印过程的自动识别功能。当监控到打印错误时，响应于控制组件12的控制指令，喷墨打印头1331在原处按照预设的修正步骤对出现打印错误的原打印步骤进行修正，或者重新执行出现打印错误的打印步骤。机器视觉装置102的相机可以是电荷耦合器件(chargecoupleddevice，ccd)相机，或者是互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)相机。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。