一种气溶胶喷射打印头及气溶胶喷射打印设备的制作方法

1.本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及一种气溶胶喷射打印头及气溶胶喷射打印设备。


背景技术：

2.气溶胶喷射三维打印技术是将纳米级金属材料及其浆料雾化为气溶胶并通过三维打印沉积到打印创表面，层层堆叠形成微纳米级构件的前沿三维打印技术。气溶胶喷射技术能够以极高的精度和灵活性在塑料、金属、陶瓷和柔性材料上打印集成电子器件，因此该技术可应用于制作可喷射印刷电路板和其他微纳电子器件，例如可打印制作微纳天线、晶体管，电容器，柔性传感器、微处理器和可植入生物系统等。
3.气溶胶喷射三维打印技术实现打印一般需要经过以下几个过程。首先金属墨水在雾化装置中发生雾化，变成气溶胶状态，在高压气流作用下，随气体输送管道运送到喷射打印头，最终在鞘气流的整流作用下输出更为精细的打印线路。然而，传统的鞘气流与气溶胶气流之间的交融角度固定不变，因此打印头只能输出单一线宽精度的打印线路，无法满足多变线宽需求的打印需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种一种气溶胶喷射打印头,以解决现有技术中的打印头普适性较差的问题。
5.在一些说明性实施例中，所述气溶胶喷射打印头，包括：喷射气路，用于输出打印用气溶胶；环设在所述喷射气路外部的至少2个相互独立的环形气路，用于输出鞘气流，并使鞘气流与所述喷射气路输出的气溶胶成锐角交融，调整输出的气溶胶的打印参数；其中，每个所述环形气路与所述喷射气路之间的交融角度不同。
6.在一些可选地实施例中，所述气溶胶喷射打印头，还包括：与每个所述环形气路连通的鞘气室，用于向所述环形气路提供鞘气流；设于所述鞘气室与每个所述环形气路之间的控制阀，用于控制所述鞘气室与每个所述环形气路之间的开合状态。
7.在一些可选地实施例中，所有所述环形气路与所述鞘气室连通的进气口均位于同一水平面；每个所述环形气路的进气口距环状中心距离不同且沿径向方向相互错开；所述控制阀为转动阀块，其竖直方向上具有与所述环形气路的进气口配合的通孔，被配置为同一时刻允许所述环形气路中的一个与所述鞘气室连通，其余关断。
8.在一些可选地实施例中，每个所述环形气路具有环形等间距排布的进气口。
9.在一些可选地实施例中，所述鞘气室内部形成有缓冲腔，用于向所述环形气路提供经过缓冲后的气溶胶。
10.在一些可选地实施例中，所述鞘气室内部还形成有迂回气路，位于所述缓冲腔与所述环形气路之间。
11.在一些可选地实施例中，所述至少2个相互独立的环形气路中靠外的环形气路的
交融角度大于靠内的环形气路的交融角度。
12.在一些可选地实施例中，所述交融角度范围在0
°
～45
°
。
13.在一些可选地实施例中，所述喷射气路具有用于束型的锥状喷射口。
14.本发明的另一个目的在于提出一种气溶胶喷射打印设备，以解决现有技术中的问题。
15.在一些说明性实施例中，所述气溶胶喷射打印设备包括有上述任一项所述的气溶胶喷射打印头。
16.与现有技术相比，本发明具有如下优势：
17.本发明实施例中气溶胶喷射打印头具有一路气溶胶气路和多路鞘气流气路，每路鞘气流与气溶胶交融角度均不相同，因此可以满足对打印线宽的调整需求，提升打印头的普适性。
附图说明
18.图1是本发明实施例中的气溶胶喷射打印头的结构示例一；
19.图2是本发明实施例中的气溶胶喷射打印头的结构示例二；
20.图3是本发明实施例中的转动阀块的配合示意图。
具体实施方式
21.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。
22.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。
23.本发明实施例公开了一种气溶胶喷射打印头，具体地，如图1-3所示，图1是本发明实施例中的气溶胶喷射打印头的结构示例一；图2是本发明实施例中的气溶胶喷射打印头的结构示例二；图3是本发明实施例中的转动阀块的配合示意图；该气溶胶喷射打印头，包括：
24.喷射气路100，用于输出打印用气溶胶；以及，环设在喷射气路100外部的至少2个相互独立的环形气路200，用于输出整流用鞘气流；
25.每个环形气路200输出的鞘气流与喷射气路100输出的气溶胶成锐角交融(即交融角度可在0
°
～90
°
之间)，且每个环形气路200与喷射气路100之间的交融角度不同，从而调整输出的气溶胶的打印参数。其中，打印参数至少包括输出的气溶胶的线宽(即输出的气溶胶的直径)。
26.优选地，交融角度范围可在0
°
～45
°
之间，从而避免角度过大在气溶胶与鞘气流交
融位置处产生涡流，影响打印质量。
27.其中，环设在喷射气路100外部的至少2个环形气路200具体可以采用逐层环套结构，即以图1中的3路环形气路为例，从内至外依次为内侧环形气路210、中间环形气路220和外侧环形气路230，内侧环形气路210直接环设在喷射气路100的外部，中间环形气路220则环设在内侧环形气路210的外部，外侧环形气路230环设在中间环形气路220的外部。
28.示例性的，喷射气路100由中空的喷射管路1形成，喷射管路1具有一进气口11和一喷射口12；至少2个环形气路200在环状鞘气座2中形成，环形气路200之间相互独立，且每个环形气路200具有一个进气口21和一排气口22；环状鞘气座2套设在喷射管路1上，其上的每个环形气路200的排气口22延伸至喷射喷射管路1的喷射口12外的喷射路径上，从而实现鞘气流对气溶胶的整流作用。同时，越靠近喷射气路100的的环形气路200的排气口22则越靠近喷射管路1的喷射口12，反之离喷射气路100越远的环形气路200的排气口22则离喷射管路1的喷射口12越远。
29.在一些实施例中，所述至少2个相互独立的环形气路中靠外的环形气路的交融角度大于靠内的环形气路的交融角度。
30.在一些实施例中，所述喷射气路具有用于束型的锥状喷射口，从而将自喷射气路输出的气溶胶的线宽限定在一个数值，然后再通过鞘气流进一步对其进行整流调整。
31.本发明实施例中气溶胶喷射打印头具有一路气溶胶气路和多路鞘气流气路，每路鞘气流与气溶胶交融角度均不相同，因此可以满足对打印线宽的调整需求，提升打印头的普适性。
32.在一些实施例中，每个环形气路200的进气口分别可通过导管连接鞘气装置，且导管或鞘气装置上具有控制该环形气路导通或闭合的控制阀。因此，使用时可单独控制环形气路中的一个提供相应交融角度的鞘气流。
33.在另一些实施例中，本发明实施例中的气溶胶喷射打印头，还可包括：与每个环形气路200连通的鞘气室4(即鞘气室4连通每个环形气路200的进气口21，并具有进气孔41)，用于向环形气路200提供鞘气流；除此之外，还可包括：设于鞘气室4与每个环形气路200之间的控制阀3，用于控制鞘气室4与每个环形气路200之间的开合状态(即导通或闭合状态)。优选地，控制阀3可以采用电子控制阀。
34.优选地，控制阀3可以采用转动阀块；具体地，所有环形气路200与鞘气室4连通的进气口均位于同一水平面(例如环状鞘气座2的上表面)，每个环形气路的进气口距环状中心距离不同且沿径向方向相互错开(即不处于同一个半径延长线上)。转动阀块3竖直方向上具有与环形气路200的进气口21配合的通孔31，并被配置为同一时刻允许所述环形气路中的一个与所述鞘气室连通，其余关断。即转动阀块3上具有与每一个进气口21形状对应的通孔31，而只有当转动阀块3转动至进气口21和与其对应的通孔31导通时，则实现鞘气室4与该进气口21对应的环形气路200导通，而其余进气口21则势必被转动阀块3遮挡闭合。
35.示例性的，转动阀块3可套设在喷射管路1外部，且与环状鞘气座2的上部对接。
36.另外，每个环形气路200的进气口21可为环形等间距排布的进气口，进而满足上述进气口距环状中心距离不同且沿径向方向相互错开的同时，使输入的鞘气流尽可能的均匀通过环形气路200的排气口输出。
37.在一些实施例中，本发明实施例中鞘气室4内部形成有缓冲腔300，用于向所述环
形气路200提供经过缓冲后的气溶胶。即输入进鞘气室4内部的鞘气流首先通过缓冲腔300，然后再输出至环形气路200。该实施例中通过首先对输入的鞘气流进行缓冲处理，可以避免高压气流瞬间难以顺利进入环形气路200的进气口21。
38.在一些实施例中，本发明实施例中的鞘气室4内部还形成有迂回气路400，该迂回气路400可位于缓冲腔300与环形气路200之间。即输入的鞘气室4内部的鞘气流首先进入缓冲腔300，然后再进入迂回气路400，最后输出至环形气路200。该实施例通过缓冲腔300和迂回气路400的设置可以有效的控制鞘气流的射入状态，保证鞘气流均匀稳定的进入环形气路200的进气口21。
39.在一些实施例中，每个环形气路200的进气口之间设置有环形密封圈，从而避免提升各个进气口之间的气密性。
40.示例性的，环状鞘气座上的不同环形气路200的进气口之间位置处设置有环形凹槽，以及转动阀块3上相应位置处也开设有环形凹槽，环形密封圈设置在两个环形凹槽之间。
41.实施例1
42.该气溶胶喷射打印头，包括：喷射管路1和套设在喷射管路1的喷射口12上的环状鞘气座2，鞘气座2中具有多个与喷射管路1的喷射气路100不同交融角度的环状气路200。另外，喷射管路1远离喷射口12的位置处设有进气口11，每个环状气路200远离其出气口22的位置处具有进气口21。
43.实施例2
44.该气溶胶喷射打印头，包括：喷射管路1和套设在喷射管路1的喷射口12上的环状鞘气座2，鞘气座2中具有多个与喷射管路1的喷射气路100不同交融角度的环状气路200。另外，喷射管路1远离喷射口12的位置处设有进气口11，每个环状气路200远离其出气口22的位置处具有进气口21。套设在喷射管路1中部的转动阀块3，转动阀块3位于环状鞘气座2的上部，两者卡持固定；套设在喷射管路1上部的鞘气室4，鞘气室4位于转动阀块3的上部，两者卡持固定。
45.实施例3
46.相对于实施例2而言，实施例3中鞘气室4套设在整个喷射管路1、转动阀块3和环状鞘气座2外部，其底部开口并与与鞘气座2通过滑环5密封固定，通过转动环状鞘气座2实现与转动阀块3之间的通/断。鞘气室4的内部配合转动阀块3形成缓冲腔300。
47.实施例4
48.相对于实施例3而言，实施例4鞘气室4的内部配合转动阀块3形成缓冲腔300和迂回气路400。
49.本发明的另一个目的在于提出一种气溶胶喷射打印设备，以解决现有技术中的问题。
50.该气溶胶喷射打印设备包括有上述任一项所述的气溶胶喷射打印头。具体地，还可包括：
51.气溶胶雾化发生器，与喷射气路(或喷射管路)连通；
52.鞘气发生器，与环形气路(或鞘气室)连通；
53.运动机构，与气溶胶喷射打印头连接，用于控制气溶胶喷射打印头运动位移。
54.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。