一种打印设备的制作方法

本发明属于打印设备技术领域，尤其涉及一种打印设备。

背景技术：

随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的pcb硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。另一方面，由于液态金属具有较大的表面张力，使其不适于喷墨打印方式，目前最为稳定的出墨方式是直写式打印，类似于书写笔的使用，直写式打印头需要以一定的压力接触印制基底，然后通过书绘的方式在印制基底上形成所需的液态金属图案。

目前，液态金属打印机主要是利用直写式打印头的自身重量抵在印制基底上，从而以打印头的自重构成两者之间的接触压力，但当实际接触压力的需求量增大或降低时，该液态金属打印机无法满足其需求，导致印制效果的下降。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种打印设备,以解决现有技术中的直写式打印机无法满足不同的接触压力需求的印制。

在一些说明性实施例中，所述打印设备，包括：直写式打印头，用以通过接触的方式在印制基底上进行打印作业；与所述直写式打印头配合的压力调节机构，用以将所述直写式打印头与所述印制基底之间的第一接触压力调节至第二接触压力；所述直写式打印头以所述第二接触压力在印制基底上进行打印作业。

在一些可选地实施例中，所述压力调节机构包括第一弹性件；所述第一弹性件的一端与所述直写式打印头联动，其另一端位置固定；所述直写式打印头与印制基底之间的所述第一接触压力通过所述第一弹性件的形变状态及形变量调节至所述第二接触压力。

在一些可选地实施例中，所述第一弹性件的形变方向与所述直写式打印头接触/脱离印制基底的方向平行。

在一些可选地实施例中，所述第一弹性件的至少一端的初始位置为可调节的，用以通过改变所述第一弹性件在与所述直写式打印头联动的过程中的形变程度、形变状态、形变方向中的一种或几种，调节所述第一弹性件对所述直写式打印头的作用力。

在一些可选地实施例中，所述第一弹性件为弹力绳或弹簧。

在一些可选地实施例中，所述打印设备，还包括：与所述直写式打印头配合的驱动机构，用以带动所述直写式打印头沿直线方向移动，达到控制所述直写式打印头以所述第一接触压力接触所述印制基底、或者脱离所述印制基底。

在一些可选地实施例中，所述打印设备，还包括：与所述直写式打印头配合的减震机构，用以降低所述直写式打印头在所述驱动机构的控制下移动瞬间所产生的冲击。

在一些可选地实施例中，所述直写式打印头在其移动方向上具有自由移动量；所述直写式打印头通过所述自由移动量将接触所述印制基底的瞬间所产生的反作用力转换成振动偏移，以避免刚性振动；所述减震机构包括用以消除直写式打印头的所述振动偏移的第二弹性件。

在一些可选地实施例中，所述第二弹性件在所述直写式打印头与所述印制基底接触时，具有设定的形变量，形成施加在所述直写式打印头上的一作用力；所述第二接触压力为所述直写式打印头的重力、所述压力调节机构对所述直写式打印头施加的作用力，所述第二弹性件对所述直写式打印头施加的作用力的组合。

在一些可选地实施例中，所述第二弹性件在所述直写式打印头与所述印制基底接触时，其形变量为零。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明通过对直写式打印头设置压力调节机构，可以满足不同接触压力需求的印制，保障良好的印制效果，提高打印机的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中的打印设备的第一实施例的正视图；

图2是本发明实施例中的打印设备的第一实施例的侧视图；

图3是本发明实施例中的打印设备的第二实施例的结构示意图；

图4是本发明实施例中第二实施例中的滑动机构的结构示意图；

图5是本发明实施例中第二实施例中打印设备在不同状态下的示意图；

图6是本发明实施例中的打印设备的第三实施例的结构示意图；

图7是本发明实施例中的打印设备的第四实施例的结构示意图；

图8是本发明实施例中的打印设备的第五实施例的结构示意图；

图9是本发明实施例中的打印设备的第六实施例的结构示意图；

图10是本发明实施例中第六实施例中打印设备在不同状态下的示意图；

图11是本发明实施例中的打印设备的第七实施例的结构示意图；

图12是本发明实施例中的打印设备的第八实施例的结构示意图；

图13是本发明实施例中的打印设备的第九实施例的结构示意图；

图14是本发明实施例中的打印设备的第十实施例的结构示意图；

图15是本发明实施例中的打印设备的第十一实施例的结构示意图；

图16是本发明实施例中的打印设备的第十二实施例的立体图；

图17是本发明实施例中的打印设备的第十二实施例的正视图；

图18是本发明实施例中的打印设备的第十三实施例的结构示意图；

图19是本发明实施例中的打印设备的第十四实施例的结构示意图；

图20是本发明实施例中的打印设备的第十五实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明提供了一种打印设备，具体地，如图1-2所示，图1为本发明实施例中的打印设备的结构示意图一(正视)；图2为本发明实施例中的打印设备的结构示意图一(侧视)；该打印设备包括：直写式打印头101和与直写式打印头101配合作用的压力调节机构102；其中，直写式打印头101用以通过接触的方式在印制基底103上进行打印作业；压力调节机构102用以将直写式打印头101与印制基底103之间的第一接触压力f1调节至第二接触压力f2；直写式打印头101以第二接触压力f2在印制基底上进行打印作业。

该实施例中打印设备还包括导向柱104，导向柱104与直写式打印头101之间配合连接，限制直写式打印头101沿导向柱104的方向进行移动。其中，直写式打印头101在沿导向柱104方向的最大下降距离应大于直写式打印头101与印制基底103之间的距离，从而可以使印制基底103完全承受直写式打印头101的重力，此时第一接触压力f1即为直写式打印头101的重力。

该实施例中的压力调节机构102采用与直写式打印头101之间非接触的配合方式，如压力调节机构102采用磁性方向与直写式打印头101的移动方向一致的电磁铁1021，以及相对的设在直写式打印头101上与电磁铁1021的极性相同或相反的磁体1022，电磁铁1021的位置固定，在通电状态下，电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力△f，从而对磁体1022的放置主体直写式打印头101产生一定的作用力△f，当电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力表现为吸引力时，即有f2＝f1+△f；当电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力表现为排斥力时，即有f2＝f1-△f(f1＞△f)。电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力△f的大小可以通过电磁铁1021的通电电流的大小进行控制，进而满足各种接触压力的调控，以保障不同的液态金属、不同的印制基底、液态金属的不同状态下的良好的印制效果。

该实施例中的直写式打印头101是以竖直方向为移动方向的示例，在其他实施例中，直写打印头101还可以通过水平设置的导向柱104实现水平方向的移动，又或者与水平/竖直方向呈一定倾斜设置，可以满足不同方位放置的印制基底的打印印制。压力调节机构102在这些实施例中可以相应设置，均属于同一种控制原理，只是所选取的参数不同而已。

例如直写式打印头101沿水平方向移动接触和脱离印制基底时，电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力△f设定为吸引力，即有f2＝△f。又例如直写式打印头101沿水平方向移动时，通过其它外力形成对印制基底的第一接触压力f1，电磁铁1021和磁体1022产生相对作用力△f实现对f1的调节。

而直写式打印头101沿倾斜角度方向移动时，则需要根据具体角度计算重力在该方向上的分力。

本发明的上述实施例中，电磁铁1021和磁体1022的位置设置不同，其作用力表现也可不同，如当电磁铁1021设置于磁体1022下方并表现为吸引力时，对于直写式打印头101的作用力表现为向下的拉力；而当电磁铁1021设置于磁体1022上方并同样表现为吸引力时，对于直写式打印头101的作用力表现为向上的拉力，因此在本发明实施例中的电磁铁1021和磁体1022可以任意设置，只需要根据位置选定和计算参数。

该实施例中的打印设备中的直写式打印头101与压力控制机构102之间采用分离式磁性配合的方式实现，易于设备零件的装卸与更换，也更易打造小型化的打印设备，同时通过电磁控制可以提高直写式打印头101与压力控制机构102的接触压力的控制精度，从而保障打印设备的整体有效性和稳定性。

如图3，图3示出了本发明实施例中的打印设备的又一实施例，该实施例中打印设备包括安装板201、直写式打印头202、压力调节机构203和滑动机构204；如图4，滑动机构204包括滑座2041和滑块2042，滑动机构204的滑座2041固定在安装板201上，直写式打印头202则固定在滑块2042上，以此来实现沿滑座2041进行竖直方向的移动；印制基底205位于直写式打印头202的下方。压力调节机构203包括第一弹性件2031，第一弹性件2031的一端固定在直写式打印头202上，与直写式打印头202联动，第一弹性件2031的另一端则可固定在安装板201上。

如图5(1)该实施例中第一弹性件2031可选用片状弹簧，当直写式打印头202处于初始位置时(位于印制基底205上方，未接触印制基底205)，与直写式打印头202联动的片状弹簧(第一弹性件2031)处于第一形变状态，对直写式打印头202形成竖直方向的初始作用力(该第一形变状态可为片状弹簧的原始状态，即此时片状弹簧的形变量为零，对直写式打印头202的作用力为零)；如图5(2)当直写式打印头202下落接触印制基底205时，直写式打印头202的重力完全构成与印制基底205之间的第一接触压力f1，而与直写式打印头202联动的片状弹簧由于直写式打印头202的位移处于第二形变状态，对直写式打印头202产生竖直方向的作用力△f，此时直写式打印头202与印制基底205之间的实际接触压力(第二接触压力)f2＝f1+△f，△f可根据片状弹簧的设置位置及设置方向表现为竖直向上的拉力，即有f2＝f1–△f；△f也可以表现为竖直向下的推力，即有f2＝f1+△f。

该实施例中可通过控制片状弹簧在直写式打印头202接触印制基底205后的形变程度，达到对直写式打印头202特定的作用力，从而控制直写式打印头202与印制基底205之间的实际接触压力。

在一些实施例中，片状弹簧的一端(对于弹簧卷片则指其外端)在直写式打印头202上的连接位置为可调节的，例如：直写式打印头202外侧设置有滑槽，滑槽内设有可在滑槽内移动的滑片，滑片在移动至滑槽的指定位置后，可通过如螺丝、螺栓等紧固件固定，而片状弹簧的一端则与滑片连接固定。优选地，滑槽可为竖直开槽，片状弹簧则可通过滑片沿直写式打印头202的竖直方向选择连接位置。基于此实施例中，可以实现片状弹簧初始状态下的形变程度的控制，以便于用户通过改变位置从而控制片状弹簧的初始形变状态，进而达到用户所需的第二接触压力的最终控制目的。

在一些实施例中，片状弹簧的一端(对于弹簧卷片则指其内端)在安装板201上的连接位置为可调节的，亦可以采用滑槽和滑片的配合结构或相似结构，其滑槽可为直线型滑槽或弧线形滑槽。另一种则可以通过转动机构与片状弹簧的内端连接，通过旋转的方式改变片状弹簧的初始形变程度，以实现用户通过压力调节机构203对直写式打印头202的作用力的控制，使直写式打印头202与印制基底205之间的第二接触压力达到用户设定。

在一些实施例中，片状弹簧的两端的位置均为可调节，其具体调节结构可参照上述实施例，在此不再赘述。

该实施例中的转动机构可采用电机实现，有利于打印设备的自动化控制，结构设计更为简单。

图6示出了本发明实施例中的打印设备的又一实施例，其中片状弹簧具体采用弹簧卷片。

如图7，在一些实施例中，第一弹性件2031还可以采用弹力绳，弹力绳的一端捆绑在直写式打印头202的外侧，另一端捆绑于安装板201上；优选地，弹力绳的变形方向与直写式打印头202的移动方向平行(即弹力绳为竖直设置)。在一些实施例中，弹力绳的两端的位置为可调节的，优选地，弹力绳可通过捆绑在固定于安装板201上的转动螺栓实现可调节，通过转动螺栓的旋转，可以使弹力绳在转动螺栓上形成缠绕或松弛，通过改变弹力绳的受力端(受力长度)实现对直写式打印头202的作用力的增大或减小。该实施例中，直写式打印头202的自重可作为第一接触压力f1，而弹力绳则用以产生抵消直写式打印头202的自重的竖直向上的拉力△f，△f小于f1，使得f2＝f1–△f。该实施例中的打印设备适用于目标接触压力(即第二接触压力)小于第二接触压力的范围调节。

如图8，在一些实施例中，第一弹性件2031还可以采用竖直弹簧，其作用原理与弹力绳的实施例相同，其可调结构可以通过更换端部位置的方式，在此不再赘述。

本发明实施例中的安装板201是作为打印设备中各组件的装配基板的一种示例，在其它实施例中，安装板201可以为位置固定的多块结构，又或者是其它形状，如柱状、片状、块状，又或是壳体结构，在此不做限定。

本发明的上述实施例中的打印设备的直写式打印头与印制基底之间的接触与分离可以通过人工手动控制的方式，也可以采用其它自动化驱动方式实现。自动化驱动方式可以采用电机驱动、电磁驱动等多种方式使直写式打印头联动。

现在参照图9，图9示出了本发明实施例中的打印设备的又一示例，该示例中的打印设备，包括：安装板301、直写式打印头302、压力调节机构303、第一滑动机构304和驱动机构305；直写式打印头302通过第一滑动机构304装配在安装板301上，驱动机构305装配在安装板301上，并与直写式打印头302之间形成联动结构；压力调节机构303可采用上述任一种与直写式打印头302配合的结构。印制基底306位于直写式打印头302的下方。

如图10，该实施例中驱动机构305包括受动力源(图中未示出)控制进行上下移动的连接板3051、以及连接直写式打印头302与连接板3051的连接杆3052；连接杆3052与直写式打印头302的移动方向平行；其中，连接板3051与连接杆3052之间为刚性连接(或者通过连接杆3052贯穿连接板3051的端部通过螺栓限制连接板3051在连接杆3052的最大高度)，连接杆3052与直写式打印头302之间为滑动配合连接，直写式打印头302可沿连接杆3052自由移动，使直写式打印头302在连接杆3052上具有一定的自由移动量。具体地，连接杆3052的外侧设置有与直写式打印头302的配合的卡台3053，限制直写式打印头302在连接杆3052上的最低位置。连接杆3052与连接板3051之间的连接处限制直写式打印头302在连接杆3052上的最高位置。

该实施例中，连接板3051的竖直移动距离s1大于直写式打印头302与印制基底306之间的距离s2，使连接板3051带动直写式打印头302接触印制基底306后，通过连接杆3052上的自由移动量不至于顶破印制基底306，并且完全由直写式打印头302的重力构成其与印制基底306之间的第一接触压力f1。

如图11，优选地，驱动机构305的连接板3051通过第二滑动机构307装配在安装板301上，驱动机构305的动力源采用电磁驱动，还包括：电磁铁3053和磁性件3054；在通电状态下电磁铁3053与磁性件3054之间产生吸引力，磁性件3054固定在连接板3051远离直写式打印头302的另一端，电磁铁3053装配在磁性件3054的正上方；当电磁铁3053通电状态下，直写式打印头302处于初始位置，与印制基底306之间的距离为s2，当通电关断后，连接杆3051及其上的磁性件3054和连接杆3053、以及直写式打印头302做自由落体；其中，连接板3051带动磁性件3054和连接杆3052下落距离为s1，直写式打印头302的下落距离为s2，直写式打印头302在连接杆3052上自由移动量为s1-s2。优选地，连接板3051的移动距离s1通过第二滑动机构307限制形成。

如图12，在另一优选实施例中，驱动机构305还包括：复位弹簧3055；电磁铁3053设于磁性件3054的下方，复位弹簧3055设于电磁铁3053与磁性件3054之间，打印设备通过复位弹簧3055支撑连接板3051与直写式打印头302处于初始位置(直写式打印头302未接触印制基底306)，复位弹簧3055的复位弹力应大于其支撑的各结构的重力。当电磁铁3053通电时，吸合磁性件3054，趋势连接板3051在吸力的作用下下落s1，直写式打印头302自由落体下落s2接触印制基底306，直写式打印头302在连接杆3052的自由偏移量为s1-s2。当通电关闭时，由复位弹簧3055连接板3051和直写式打印头302回到初始位置。

该实施例中的复位弹簧3055可以设置于可与连接板3051配合的任意位置上，例如设于连接板3051的上方，其顶部固定在安装板301预留的卡台上，其底部固定在连接板3051上。又或者，复位弹簧3055设置在连接板3051的下方，其顶部抵在连接板3051上，其底部抵在安装板301预留的卡台上。

如图13，在本发明的另一些实施例中，驱动机构305的动力源可以采用双段式电磁铁3056，该电磁铁3056具有两段磁性相反的线圈，控制其内的磁性导杆3057，磁性导杆3057的一端与连接板3051连接，通过分别向每个线圈通电驱动磁性导杆3057的移动，从而带动连接板3051两个位置的不断切换。该实施例中不需要复位弹簧。

上述实施例中压力调节机构303采用第一弹性件的结构时，直写式打印头302的下落距离s2影响第一弹性件的形变程度，进而使第一弹性件由于受到下落距离s2产生形变并作用给直写式打印头302。

上述驱动机构305的动力源还可以采用电机等其他方式驱动连接杆的移动，当相比之下电磁驱动的响应更快，更满足打印设备的快速制造。

如图14，在一些实施例中，本发明实施例中的打印设备，还包括：与所述直写式打印头302配合的减震机构308，用以降低所述直写式打印头302在驱动机构305的控制下移动瞬间所产生的冲击。

优选地，减震机构308包括用以消除直写式打印头302的在移动瞬间由于惯性产生的振动偏移的第二弹性件。具体地，第二弹性件可以采用套设在连接杆3052外，一端抵在直写式打印头302上，另一端抵在连接板3051上。在一些其他实施例中，第二弹性件也可以的两端分别与直写式打印头302和连接板3051连接。优选地，第二弹性件可采用弹簧。

在一些实施例中，第二弹性件在直写式打印头302处于打印位置时(与印制基底306以第二接触压力接触)，第二弹性件可以处于压缩状态、拉伸、或无形变(原始)状态，并且对于压缩状态和拉伸状态而言，其对于直写式打印头302的作用力为设定值，当第二弹性件处于压缩状态时，直写式打印头302与印制基底306之间的第二接触压力受到第二弹性件的作用力加强为目标值；当第二弹性件处于拉伸状态时，直写式打印头302与印制基底306之间的第二接触压力受到第二弹性件的作用力减弱为目标值。

现在参照图15，图15示出了本发明实施例中的打印设备的又一示例，该示例中的打印设备，包括：安装板301、直写式打印头302、第一滑动机构304、驱动机构305、第二滑动机构307和减震机构308；直写式打印头302通过第一滑动机构304装配在安装板301上，驱动机构305装配在安装板301上，并与直写式打印头302之间形成联动结构；其中，驱动机构305的连接板3051通过第二滑动机构307固定在安装板301上。印制基底306位于直写式打印头302的下方。

该实施例中减震机构308可在直写式打印头302处于打印位置时保持设定的压缩状态和拉伸状态，从而实现对直写式打印头302的目标作用力，该实施例中没有压力调节机构，可直接通过减震机构308完成对第二接触压力的调节。

该实施例中减震机构308既可以实现对直写式打印头302的减震缓冲作用，又可以实现对第二接触压力的调节，节约了设备空间，简化了打印设备。

本发明实施例中的打印设备中直写式打印头可具有多种送料结构，例如直接连接管路，该结构适用于始终保持液体状态的液态金属(低熔点金属)。在其他实施例中，直写式打印头也可实现固体状态的物料的送料。

现在参照图16-17，图16-17示出了本发明实施例中的又一打印设备，该打印设备包括：安装板301、直写式打印头302、压力调节机构303、第一滑动机构(图中被遮挡)、驱动机构305、第二滑动机构307和减震机构308，除此之外，还包括：打印头固定座309、颗粒料送料机构310和颗粒料墨盒311；其中，打印头固定座309固定在安装板301上，其套设在直写式打印头302外，防止直写式打印头302在竖直移动的过程中产生偏移；直写式打印头302顶部设有物料入口，并暴露在打印头固定座309的外部；颗粒料送料机构310固定在安装板301上，位于直写式打印头302的上方，其物料出料与直写式打印头302的物料入口之间形成送料抛物线，颗粒料墨盒311固定在颗粒料送料机构310的上方，与颗粒料送料机构310的物料入口连通。

颗粒料送料机构310为自动送料机构，与直写式打印头302中的墨水量形成闭环控制。当直写式打印头302中的墨水量低于预设值，颗粒料送料机构310则自动进行送料。

打印头固定座309上具有加热组件，用以将进入直写式打印头302的颗粒料通过加热熔融至液态，从而满足直写式打印头302的出墨。该实施例中打印设备适用于熔点高于室温的低熔点金属。

在另一些实施例中，直写式打印头302与打印头固定座309之间固定连接，打印头固定座309通过第一滑动机构304装配在安装板301上，驱动机构305驱动打印头固定座309的竖直移动，从而带动直写式打印头302的位移；其中，驱动机构305的连接杆3052与打印头固定座309之间形成配合关系，减震机构308则作用在驱动机构305的连接板3051与打印头固定座309上。

参照图18，图18示出了本发明实施例中的又一打印设备，相对于图14所示处的实施例而言，该打印设备中的驱动机构305的复位弹簧3055位于连接板3051与安装板上的卡台之间，并形成配合关系。

参照图19，图19示出了本发明实施例中的又一打印设备，相对于图14所示出的实施例而言，省略了驱动机构305的复位弹簧3055，由压力调节机构的弹簧带动直写式打印头302的复位，进而通过减震机构308带动连接板3051的复位。

参照图20，图20示出了本发明实施例中的又一打印设备，该打印设备中驱动机构305的动力源由双段式电磁铁3056及磁性导杆3057提供。

在本发明的上述实施例中，直写式打印头的稳定书写压力可由压力调节机构提供、由压力调节机构与直写式打印头(或直写式打印头带打印头固定座)的自重组合的方式提供、由减震机构与直写式打印头(或直写式打印头带打印头固定座)的自重组合的方式提供、又或者是由减震机构与压力调节机构组合的方式提供，又或者是由减震机构、压力调节机构和直写式打印头(或直写式打印头带打印头固定座)的自重组合的方式提供。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。