一种基于菲涅尔声透镜的喷印装置

1.本实用新型涉及声场控制电子喷印技术领域，尤其涉及一种基于菲涅尔声透镜的喷印装置。


背景技术：

2.技术的发展与进步使得电子器件目前已被广泛应用于生活的方方面面，人们对电子器件的依赖与要求越来越高，其中，设备便携性的需求使人们希望电子器件的体积越来越小。传统的半导体加工技术，存在工艺复杂、材料浪费大等问题，且传统半导体加工技术制得的电子器件组装后，电子设备存在体积大、装配难等问题，集成电路的发明在一定程度上解决了上述问题。但随着人们对电子设备体积要求越来越高，硬板集成电路出现发展瓶颈，于是柔性电子产品的发展引起了业内技术人员的关注，柔性显示器、有机发光显示器件、电子纸、印刷电路板和柔性传感器等电子器件相继被发明、生产与制造。
3.柔性电子产品的生产一般通过电子喷印来实现，电子喷印是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，具有柔性化、批量化、能耗低、浪费少等优势，目前在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。但现有电子喷印技术多适用于粘度低的材料，对于粘度较高的材料，由于液体内部分子间相互作用力，得到的液滴体积较大，直接影响打印的分辨率与清晰度。为使喷印材料在较小体积时即形成液滴下落，往往需要依赖于材料自身的电、化、磁特性，通过电场、磁场的增加，对液滴额外施加向下作用力，与重力一起使液体尽快从喷头出液口脱落，但对于一些不具备上述性质的材料往往需要对材料进行加工后方可实现电子喷印，材料的加工可能破坏喷印材料本身或向材料中引入杂质，因此电子喷印技术在一些材料的应用上遇到了阻碍，现有电子喷印技术有待改进。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种不依赖材料的电、化、磁特性，且不会引入其他杂质的，具有更好通用性的可实现微滴喷印的基于菲涅尔声透镜的喷印装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：一种基于菲涅尔声透镜的喷印装置，其包括声波发生装置、菲涅尔声透镜、供液装置、载有基板的承载平台和运动控制器，所述运动控制器信号连接所述承载平台；所述声波发生装置位于所述基板的上方，所述菲涅尔声透镜设置在所述声波发生装置与所述基板之间；所述供液装置包括供液泵与喷头，供液管连接所述喷头与所述供液泵，所述喷头设置在所述菲涅尔声透镜与基板之间。
6.较佳的，所述声波发生装置为超声波发生装置，所述超声波发生装置包括超声波电源、超声波振子，所述超声波振子的发射端为凹面结构。
7.较佳的，所述菲涅尔声透镜由多个同心圆环在同一平面内拼接形成，多个同心圆环同心分布，所述同心圆环之间通过横幅相互固定。
8.较佳的，所述菲涅尔声透镜采用聚乳酸制得。
9.较佳的，所述菲涅尔声透镜与声波发生装置之间的距离可调节。
10.较佳的，所述喷头与所述声波发生装置之间的距离可调节。
11.较佳的，所述供液装置包括电控升降台，所述运动控制器信号连接所述电控升降台，所述喷头安装在所述电控升降台上。
12.较佳的，所述承载平台包括基板移动台，基板移动台由控制所述基板在水平面内平移的二维移动平台和控制所述基板高度的高度调节平台组成，所述基板固定安装在基板移动台上。
13.较佳的，所述承载平台包括起落架，所述菲涅尔声透镜固定安装在所述起落架上。
14.采用上述方案后，由于本实用新型通过菲涅尔声透镜的聚焦作用，构建具有一定声压强度的超声波场，当喷头位于超声波场中的合适位置时，喷印液滴在声泳力作用下可在形成液滴体积较小时即可脱离喷头，从而得到大量微米级喷印微滴，实现高分辨率、高清晰的电子喷印；声泳力不依赖材料的电、化、磁特性，且不会对材料引入其他杂质，具有更好的通用性，尤其适用于一些粘度较高的喷印流体。
附图说明
15.图1是本实用新型装置基本原理图；
16.图2是本实用新型装置结构示意图；
17.图3是本实用新型喷头固定器俯视图；
18.图4是本实用新型菲涅尔声透镜俯视图；
19.图5是本实用新型菲涅尔声透镜立体图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。
21.本实用新型所揭示的是一种基于菲涅尔声透镜的喷印装置，如图1-5所示，为本实用新型的较佳实施例，如图1-2所示，该喷印装置包括声波发生装置1、菲涅尔声透镜2、供液装置3、载有基板4的承载平台5和运动控制器6，运动控制器6信号连接承载平台5，运动控制器6通过承载平台5调整基板4相对供液装置3的空间位置，使得基板4上不同空间位置获得供液装置3提供的喷印液滴并沉积成膜。声波发生装置1位于基板4的上方，菲涅尔声透镜2设置在声波发生装置1与基板4之间，声波发生装置1产生声波经菲涅尔声透镜2聚焦后作为入射声波向基板4发射并在基板4上发生反射，由于声波的干涉现象，入射声波和反射声波相互作用形成驻波场，在波重叠的区域内某些点处，振动始终彼此加强，而在另一些位置，振动始终互相削弱或抵消，由此导致的压强差使得驻波场内形成各种不同方向的声泳力。供液装置3包括供液泵31与喷头32，供液管33连接喷头32与供液泵31，喷头32设置在菲涅尔声透镜2与基板4之间，供液泵31使喷头32产生喷印液滴，当喷头32位于存在向下方向声泳力的空间时，喷印液滴在较小体积时，即可在声泳力与喷印液滴重力的共同作用下，快速摆脱液体的表面张力及喷头32的毛细力离开喷头32，进而得到大量微米级别的喷印微滴。
22.具体的，为提供足够的波场能量，本实施例中的声波发生装置1为超声波发生装置，超声波发生装置包括超声波电源11、超声波振子12，超声波振子12包括电极和压电陶瓷。超声波电源11连接超声波振子12上的电极，通过供电可在压电陶瓷上施加足够的电压，
压电陶瓷通电后基于压电效应产生高速振动，进而从超声波振子12的发射端15朝下方基板4方向发出高能超声波，超声波振子12的发射端15为振子下端的凹面结构，向超声波振子12内部凹陷（向上凹陷）的发射断面可使声波收束，进而加强超声波声压。
23.而事实上，仅仅提供超声波，其产生的声泳力有时还不足以获得足够小的喷印液滴，需要对超声波进行聚焦加强，通过增加喷头32附近的声压以提高声泳力进而达到让喷印微滴充分小的效果，本实施例将通过菲涅尔声透镜2实现对超声波的聚焦加强。如图4-5所示，菲涅尔声透镜2可以由多个同心圆环21在同一平面内拼接形成，多个同心圆环21同心分布，同心圆环21之间通过横幅22相互固定，横幅22主要起固定同心圆环21的作用，由于其尺寸较小，对声场的影响忽略不计。菲涅尔声透镜2可以采用聚乳酸（pla）通过3d打印制得，菲涅尔声透镜2是基于波的衍射效应制得，当声波通过各个同心圆环21时，均会逐步向圆心位置靠拢，使得菲涅尔声透镜2中心下方中心会产生一个声压较高的区域，进而使得驻波场内振动加强的区域，其振动进一步加强，振动减弱的区域，其振动进一步减弱，进而产生向下声泳力越大，声泳力对喷印微滴的作用越大，其产生声泳力可为喷印微滴重力的20倍甚至更大，基于聚焦强化的驻波场作用，喷头32产生大量微米级别液滴并在声泳力与重力的共同作用下沉积在基板4上，实现材料的高精度电子喷印。
24.被聚焦强化的超声波下行遇基板4发射，反射声波与入射声波相互作用形成超声驻波场，喷头32在超声驻波场中的不同位置所受到声泳力的方向也将有所不同，因此喷头32在驻波场中的位置十分重要。不同喷印装置由于各配件的不同尺寸设计，其所产生驻波场也存在差异，因此在喷印操作前有必要对喷头32的位置进行适应性调整，通过调节喷头32位置高低，使其进入声泳力向下的区域。在这个区域中声泳力也存在着大小差异，进一步还可通过调节喷头32的位置，实现对声泳力大小的控制，进而得到不同体积大小的喷印液滴。当然，超声波发生器基于不同的电压也可能对声压的大小产生影响，因此，也可以通过控制超声波发生器的输入电压来实现对声泳力大小的调节。本实施例中喷头32与声波发生装置1之间的距离可调节，具体的，超声波振子12被固定在承载平台5中心上方，供液装置3则包括电控升降台34，运动控制器6信号连接电控升降台34，电控升降台34基座被固定在稳定地面，电控升降台34可以基于电控液压件实现。喷头32安装在电控升降台34上，具体的，如图2和图3所示，喷头32为90度弯针头，采用喷头固定器35将弯针头固定在电控升降台34台面上，喷头固定器35可以为压板351，压板351两端开设有螺孔352，电控升降台34台面上设有与用于定位喷头32的定位槽353及与螺孔352适配的安装孔，安装时，将喷头32放置在定位槽353，然后盖上压板351，再采用螺栓穿过螺孔352锁紧在安装孔上。弯针头的出液端竖直向下并穿过菲涅尔声透镜2中心，位于菲涅尔声透镜2与基板4之间，弯针头的输入端水平安放在电控升降台34台面上，由压板紧压着。弯针头的输入端套接有输液管，输液管连接供液泵31，供液泵31提供持续、稳定的液体输送。
25.进一步，菲涅尔声透镜2与声波发生装置1之间的距离可调节，通过调节二者间的距离，可以调整菲涅尔声透镜2产生的聚焦区域的位置，控制声波叠加加强区的声压大小，从而控制声泳力的大小。具体的，承载平台5包括起落架51，菲涅尔声透镜2固定安装在起落架51上，起落架51包括两个同步升降的起落子架，起落子架的固定台面52呈长方形，两个起落子架的固定台面52相互平行，菲涅尔声透镜2跨接在两个起落子架上，通过两个起落子架的同步运动平稳实现上下平移。应用时，由于声泳力若过大，可能造成喷印微滴的进一步雾
化或处于悬浮状态，因此在调节声泳力大小的同时，可通过菲涅尔声透镜2与喷头32高度的联合调节，使喷头32落在超声驻波场中的合适位置，以得到平稳下落的微米级喷印微滴。
26.下落的喷印微滴将在基板4上沉积、成膜，基板4通过移动实现其表面上方不同空间分别在不同时刻沉积喷印微滴。承载平台5包括基板移动台53，基板移动台53由控制基板4在水平面内平移的二维移动平台54和控制基板4高度的高度调节平台55组成，基板4固定安装在基板移动台53上，具体的，本实施例中，高度调节平台55安装在二维移动平台54下方，基板4直接安装在二维移动平台54上，高度调节平台55通过二维移动平台54控制基板4的高度；当然，亦可将高度调节平台55安装在二维移动平台54上方，基板4直接安装在高度调节平台55上，二维移动平台54带动高度调节平台55及基板4在平面内进行二维平移，二维移动平台54、高度调节平台55及其联合运行都是机械设计领域常规技术手段，具体结构在此不做具体描述。本实施例应用时，先通过调节高度调节平台55，使喷头32位于超声驻波场中合适位置，继而待喷头32稳定持续产生喷印液滴时，通过二维移动平台54让基板4在同一高度的二维平面内平移，使不同位置承接喷印微滴，进而成膜，完成电子喷印操作。
27.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。