一种利用喷墨印刷法制作电极的装置的制作方法

本实用新型涉及电极加工技术领域，特别是涉及一种利用喷墨印刷法制作电极的装置。

背景技术：

一般电加工中使用的工具电极主要依赖于传统的机械加工制成，对于尺寸较小或者形状较为复杂的工具电极，目前主要采用的方法有微细电铸、微细电火花加工等方法。其中，微细电铸主要是采用光刻技术，在工件表面上制作一层掩膜，利用电解效应在掩膜的镂空区域生长出一系列微电极，从而形成阵列电极。微细电火花加工分为电火花反拷法和微细电火花线切割法，微细电火花反拷法是利用单个电极制造出阵列结构之后，再用该阵列结构作为阳极加工出阵列微电极。微细切割方法，则是根据所需电极的形状一步步去除成形。

采用电火花反拷加工方法制造阵列电极，技术成本相当高，在制作过程花费周期长而且工艺复杂。电火花线切割虽然可以一次加工形成电极，但却无法加工出复杂结构的电极。而采用一般的电铸法来加工阵列微电极，需要在每一个工件表面都制作一层掩膜，花费时间较长，而且电铸完之后，掩膜难以去除干净，去除掩膜时产生强大的应力也容易破坏电铸成形的微结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供了一种利用喷墨印刷法制作电极的装置，制成电极的工艺简单、成本较低、制造周期短，能够制造出复杂电极结构。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种利用喷墨印刷法制作电极的装置，包括工作台、储液箱、液压泵、喷嘴和承印物基板，所述承印物基板设置在所述工作台，用于承载并固定承印物，所述液压泵与所述喷嘴、所述储液箱连接，用于将所述储液箱中的金属液体输出至所述喷嘴，然后由所述喷嘴输出到设置在所述承印物基板的承印物，并在冷却凝固后与所述承印物表面结合成型形成电极。

其中，还包括设置在所述工作台的承载物驱动机构，所述承载物驱动机构的电机与所述承印物基板连接，用于将所述承印物基板按照预定方向移动。

其中，还包括设置在所述工作台的导轨，多个与所述液压泵连接的所述喷嘴设置在所述导轨，所述导轨的两端通过支撑住与所述工作台连接，所述导轨所在方向与所述承载物驱动机构的电机驱动所述承印物基板的移动方向垂直。

其中，还包括设置在所述工作台的快速冷却器件，用于对所述承印物基板的背面进行快速冷却，进而对输出至所述承印物的金属液体。

其中，还包括设置在所述导轨用于调整所述喷嘴位置的位置调节控制器。

本实用新型实施例所提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置，与现有技术相比，具有以下优点：

所述利用喷墨印刷法制作电极的装置，通过喷嘴输出金属液滴的方式，将预定尺寸的金属液滴输出到承印物，冷却凝固，不断循环即可获得与承印物结合的微电极。与现有的电火花反拷工艺相比较，能制造出微细电火花线切割所难以加工出的复杂结构，与电铸工艺相比较，省去了预处理的时间，喷液凝固成型所需花费的时间也远远小于电铸出微结构的时间，使得工艺过程简单，成本较低，而且工艺周期较短。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置，包括工作台6、储液箱1、液压泵2、喷嘴3和承印物基板4，所述承印物基板4设置在所述工作台6，用于承载并固定承印物，所述液压泵2与所述喷嘴3、所述储液箱1连接，用于将所述储液箱1中的金属液体输出至所述喷嘴3，然后由所述喷嘴3输出到设置在所述承印物基板4的承印物，并在冷却凝固后与所述承印物表面结合成型形成电极。

通过对喷嘴3与承印物的相对位置进行校正，实现将金属液滴输出到承印物的指定位置。需要指出的是，在本实用新型中，这种位置校正可以是每次进行金属液滴输出时都进行校正，也可以是只在初始输出时进行校正，还可以是在完成一排或一行的金属液滴输出之后，进行换行或换列的时候进行位置校正。甚至是通过检测已经输出的金属液滴的位置，判断是否与预定的位置符合，减少累积误差，提高产品的良品率。

本实用新型中的液态金属通常是指在常温下呈液态的合金功能材料，如熔点在30℃以下的金属及其合金材料，也包括在40℃～300℃工作温区内呈液态的低熔点合金材料，主要是根据本实用新型中制作的电极阵列的工作温度范围确定，确保在工作温度范围内为固态，不会被熔化而造成电极的损坏，如工作温度范围为-40℃～90℃，需要确保其熔点高于最大工作温度90℃。

液态金属具有熔点低、高热导率/电导率、性质稳定、耐高温、不易挥发、无毒环保等特点，可根据用户的不同需求调整其熔点、粘附性、流动性、电导率、热导率等技术参数。

本实用新型对于液态金属的材质不做具体限定，用户可以根据需要选择不同熔点的液态金属，现有的不同熔点液态金属合金材料的熔点从低到高有：8℃、10.5℃、11.5℃、12℃、15.7℃、18℃、25℃、47℃、58℃、70℃、80℃、92℃、100℃、105℃、115℃、120℃、125℃、130℃、138℃、145℃、160℃、170℃、183℃、190℃、200℃、300℃等。

当然，如果同一中合金AB，其中某一种的组分的改变也会影响合金的熔点，因此，用户可以通过调剂组分的比例实现从8℃～300℃熔点的合金材质的制备。

在本实用新型提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置中，承印物基板4的作用是用于放置和固定承印物，但是由于喷嘴3输出是点输出，只能对有限的一个或多个点进行金属液滴的输出，一般不能同时将所有需要设置电极的位置输出金属液滴，因此就需要进行承印物位置的调整。在本实用新型的一个实施例中，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置还包括设置在所述工作台6的承载物驱动机构，所述承载物驱动机构的电机与所述承印物基板4连接，用于将所述承印物基板4按照预定方向移动。

需要指出的是，在本实用新型中的利用喷墨印刷法制作电极的装置，在同一点进行金属液滴输出时，可以是仅仅输出一滴金属液滴，使其在冷却凝固后形成微电极，也可以是通过输出多滴金属液滴形成微电极，本实用新型对此不作限定，需要根据制作的微电极的精度和尺寸进行相应的调整。

本实用新型对于承载物驱动机构及其电机对承印物基板4的驱动方式不做具体限定，可以是只进行横向或纵向的位置调整，也可以是同时设置横向和纵向的调整分机构，根据需要进行横向或纵向的调整。

本实用新型中的喷嘴3的作用是输出金属液滴，但是由于在承印物上设置电极一般为很多个电极组成的电极阵列，而对承载物基板4的位置调整机构中，横向或纵向的调整，但是如果对于承印物基板4的调整有两个方向的调整，会使得其结构较为复杂，因此一般会与喷嘴3进行配合，二者分别负责一个方向即可，一般二者的位置运动是垂直的，这样就能够实现精确的坐标调节。在其控制方式中，只需要输入对应的坐标，或者是每次横向或纵向移动一个单位即可，调控方式简单，整个装置的结构也简单。因此，在本实用新型能的一个实施例中，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置还包括设置在所述工作台6的导轨，多个与所述液压泵2连接的所述喷嘴3设置在所述导轨，所述导轨的两端通过支撑住与所述工作台6连接。

通过设置导轨，将控制机构与喷嘴3连接，精确控制其位置和输出，即可在指定位置输出指定形状和尺寸的金属液滴，获得需要的电极。

在本实用新型中，喷嘴3位置的调节可以是手动调节，也可也能是机器自动控制调节，因此在本实用新型的一个实施例中，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置还包括设置在所述导轨的刻度尺。

通过设置刻度尺，既能够实现手动调节，还可以通过刻度尺检测机械自动控制下，每次调整的位置量是否精确，从而提高产品的良品率。

优选的，所述导轨所在方向与所述承载物驱动机构的电机驱动所述承印物基板4的移动方向垂直。

为了进一步提高工艺效率，而且采用本实用新型中的喷墨印刷法制作电极时，由于打印的过程中每一次喷液量不能太大，否则液态金属将难以凝固成精确稳定的形状，所以需要多次多层打印才能形成一定高度的电极。

这是由于绝大多数的电极其不是平面电极，或者是其高度不能太小，如需要的电极为圆柱状或球面状等。例如，需要的电极的高度为单一金属液滴的高度的5倍～10倍，而且横截面积与金属液滴的横截面接近，这时，如果直接进行金属液滴的输出，后一滴的金属液滴会将前一滴的金属液滴撞散，无法进行保形，而且当前的金属液滴也会由于反作用力其形状和运动方向发生不可控的改变，使得最后获得的电极达到不预定的高度或者形状，甚至由于金属液滴的运动方向不可控不能形成电极，获得的电极的品质不合格，产品的品质不可控。

为了解决这一技术问题，在本实用新型的一个实施例中，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置还包括设置在所述工作台的快速冷却器件，用于对所述承印物基板的背面进行快速冷却，进而对输出至所述承印物的金属液体。

通过对输出到所述承印物的金属液滴进行快速冷却凝固，使得再次向同一位置输出金属液滴时，前一金属液滴已经凝固成型，不会被当前的金属液滴撞击而改变形状，提高了所形成电极的形状稳定性，提高产品的品质。

此外，通过快速冷却凝固，使得金属液滴在从喷嘴输出到承印物或工件遇到的都是固态物体，其形状的改变也是基本确定的，避免了液滴与液滴碰撞合并过程中移动方向以及形状的变化不确定性，而且通过快速冷却的方式，能够使得最后需要的电极的高度不再是单一金属液滴的高度，而是可以根据用户的需要随意设定。

需要指出的是，本实用新型对于实现快速冷却凝固的快速冷却器件的工作方式以及结构不做具体限定，可以是单对单的快速冷却凝固，即当前的金属液滴凝固点在点A，那么对点A对应的承印物底部或平台底部输出冷气或其它方式进行快速制冷，或者是小范围或者大范围的对整个承印物的背面进行冷气输出进行制冷，还可以采用增加散热器的方式，将金属液滴所携带的热量快速传导出去，使其温度快速降低，从而限制其流动性使得其形状的改变达到最小最可控，提高产品中电极的形状和尺寸的精确度。

除此之外，还可以通过反馈的方式实现对快速冷却的精确控制，如采用红外传感器对承印物或工件的金属液滴进行温度检测，在其温度达到固态后再下降预定温度后，再输出金属液滴。例如，当前的金属液滴的熔点是50℃，在检测到当前输出到工件或承印物的金属液滴的温度下降到48℃后，保证其已经成为固态之后，再对同一位置再次输出金属液滴，循环往复，直到达到预定的高度为止。

在本实用新型中，对于承载物基板4以及喷嘴3位置的调节，可以是独立调节，即设置两个单独的控制器，分别进行工作，也可以是采用集中控制的方式，本实用新型对此不作具体限定。

为了更加快速精确的控制喷嘴3的位置，所述利用喷墨印刷法制作电极的装置还包括设置在所述导轨用于调整所述喷嘴3位置的位置调节控制器。通过设置控制器实现对喷嘴3位置的精确快速调节，提高了产品的加工效率，缩短了工艺周期。

本实用新型提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置的依次加工过程如下：

首先将承印物基板4放置于工作台6上。工作台6上设置有一个承印物驱动机构5，驱动机构上有一个电机，电机可以驱动承印物基板4等距离的水平移动。

其次，启动液压泵2，储液箱1中的液态金属就被吸出到喷嘴3处，喷嘴3处可以自动调节液态金属液滴的大小。

通过电机控制承印物基板4来回运动和控制喷嘴3来回扫描运动，随着液态金属的扫描喷出和承印物基板4的水平移动，这样已扫描区域就有足够时间使液态金属冷却成型，最后待液态金属凝固成型后，取出承印物基板4，一块完整的阵列电极就制作出来了。

综上所述，本实用新型实施例提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置和方法，通过喷嘴输出金属液滴的方式，将预定尺寸的金属液滴输出到承印物，冷却后即可与承印物结合成为微电极。与现有的电火花反拷工艺相比较，能制造出微细电火花线切割所难以加工出的复杂结构，与电铸工艺相比较，省去了预处理的时间，喷液凝固成型所需花费的时间也远远小于电铸出微结构的时间，使得工艺过程简单，成本较低，而且工艺周期较短。

以上对本实用新型所提供的利用喷墨印刷法制作电极的装置和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。