一种同轴喷头制作方法与流程

本发明属于微流体打印技术领域，更具体地，涉及一种同轴喷头制作方法。

背景技术：

基于微流体的打印技术在柔性电子，生物工程等前沿领域有着广泛的应用。随着技术的发展，单一材料的打印已经无法满足需求。相比于传统的单轴喷头，同轴喷头可以同时打印两种或多种材料，并在线混合一次性形成包裹结构，中空结构等复杂结构。

传统的同轴喷头多用金属部件，采用内外通道分开加工再组合的方式，较难进行喷头内外通道中心轴的对齐。利用精密设备进行加工，可以保障喷头内外通道中心轴的对齐，但由于依靠精密机械，其制作成本较高。

3D打印的方法可以方便打印出结构复杂的同轴喷头并保证内外针管中心轴的对齐，但是现有的3D打印技术打印精密结构时比较耗时，加工周期长，成本高昂。

总体而言，传统的同轴喷头制作为保证内外通道的对齐精度，对加工设备的要求较高，存在加工难度大，制作周期长，成本较高等问题。随着柔性电子，生物工程等领域对打印精度要求的提高，打印过程中还需要对所打印流体进行精确控制。由于传统同轴喷头工艺的限制，喷头所用的均为不透明材料，因此在实际打印过程中无法实时观测喷头内部流体的流动情况，也无法实现对流体的可视化监测。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种同轴喷头制作方法，制作简单省时，成本低，效率较高。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种同轴喷头制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将内针管的一端插入外针管并且使内针管的另一端外露于外针管，则所述内针管与外针管共同形成嵌套针管组合体，其中，所述内针管的外径d₁与外针管的内径d₂的关系为0≤d₂-d₁≤30微米；

2)向容器内倒入液态的、可固化的聚合物，然后将步骤1)获得的嵌套针管组合体水平放入所述聚合物中，以使所述嵌套针管组合体沉入所述聚合物内；

3)待所述嵌套针管组合体全部进入所述聚合物内部后，使所述聚合物固化成型，则固态的聚合物包裹住所述嵌套针管组合体，则聚合物与嵌套针管组合体共同形成喷头坯体；

4)将所述喷头坯体从容器内取出，沿着切割平面切割所述喷头坯体以从所述喷头坯体中取出外针管，其中所述切割平面与所述外针管远离内针管的端面共面，则将所述外针管取走所产生的空间作为同轴喷头的外层流体通道，所述内针管的内腔作为同轴喷头的内层流体通道；

5)在聚合物上打孔以作为同轴喷头的外通道入口，所述外通道入口与所述同轴喷头的外层流体通道连通。

优选地，所述聚合物为PDMS，并且PDMS中预聚体与交联剂配比为9:1或10:1。

优选地，所述容器为培养皿。

优选地，步骤3)中通过加热或光照使所述聚合物固化成型。

优选地，所述内针管的内径为200微米并且其外径为400微米，所述外针管的内径为400～430微米并且其外径为800微米。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的同轴喷头制作方法，其将聚合材料同硬质针管通过浇铸方式组合，通过一定外界条件使所述聚合材料固化成型，并用类似脱模的工艺制作外通道，可以实现高精度的内外通道中心对齐，且同时可使用透光性好的柔性聚合物实现对同轴喷头内部流场的可视化监测，制作简单省时，成本低，效率较高。

附图说明

图1是本发明获得同轴喷头的工艺流程图；

图2(a)～图2(e)是形成同轴喷头的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照各附图，一种同轴喷头制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将内针管1的一端插入外针管2并且使内针管1的另一端外露于外针管2，则所述内针管1与外针管2共同形成嵌套针管组合体5，其中，所述内针管1的外径d₁与外针管2的内径d₂的关系为0≤d₂-d₁≤30微米；

2)向容器3内倒入液态的、可固化的聚合物4，然后将步骤1)获得的嵌套针管组合体5水平放入所述聚合物4中，以使所述嵌套针管组合体5沉入所述聚合物4内；

3)待所述嵌套针管组合体5全部进入所述聚合物4内部后，使所述聚合物4固化成型，则固态的聚合物4包裹住所述嵌套针管组合体5，则聚合物4与嵌套针管组合体5共同形成喷头坯体；

4)将所述喷头坯体从容器3内取出，沿着切割平面切割所述喷头坯体以从所述喷头坯体中取出外针管2，其中所述切割平面与所述外针管2远离内针管1的端面共面，则将所述外针管2取走所产生的空间作为同轴喷头的外层流体通道6，所述内针管1的内腔作为同轴喷头的内层流体通道7；

5)在聚合物4上打孔以作为同轴喷头的外通道入口8，所述外通道入口8与所述同轴喷头的外层流体通道6连通。

进一步，所述聚合物4为PDMS，并且PDMS中预聚体与交联剂配比为9:1或10:1，所述容器3为培养皿。

进一步，步骤3)中通过加热或光照使所述聚合物4固化成型。

进一步，所述内针管1的内径为200微米并且其外径为400微米，所述外针管2的内径为400～430微米并且其外径为800微米。

参照图2(a)～图2(e)具体的采用零件制作同轴喷头的过程，所述同轴喷头制作方法包括以下步骤：

步骤一，提供两个中空针管并相互嵌套。具体地，所述两个针管中，内针管1外径与外针管2内径相近。

步骤二，提供液态的聚合物4材料。具体地，所述聚合物4材料可在一定外界条件下固化成型。本实施方式中，所述聚合物4为预聚体与交联剂配比为9:1或10:1的PDMS，无色透明，可加热固化。

步骤三，提供一个内表面平整的容器3，并使用杯子10在所述容器3内倒入一层预定厚度的所述聚合物4，PDMS厚度可根据后续工艺而定：a)即若选择先倒入一层PDMS，待其半固化后水平在其表面放置嵌套针管后再倒入一层PDMS进行封装的方式，则两层PDMS厚度均为3毫米左右；b)若选择倒入一层PDMS后水平在其表面放置嵌套针管，待嵌套针管自行下沉浸入PDMS中进行封装的方式，则PDMS厚度为6毫米左右。

步骤四，提供使所述聚合物4固化成型的外部条件，如加热，加光照等。具体地，所述外部条件作用时间及强度需视材料的多少来定。本实施方式中，所述外部条件为热源，温度为75摄氏度，加热时间10分钟。

步骤五，取出所述聚合物4和嵌套针管组合体5中的外针管2，所述外针管2取走产生的空间作为外层流体通道6，所述内针管1内为内层流体通道7。本实施方式中，所述内层流体通道7直径200微米，所述外层流体通道6内径400微米，外径800微米。

步骤六，垂直于所述聚合物4和针管组合体表面打孔联通组合体表面与外通道，所述孔隙作为外通道入口8。本实施方式中，使用外径1040微米的点胶针头打孔，所述孔隙直径1040微米。

本发明提供的同轴喷头制作方法，其通过浇铸方式将聚合物4材料同硬质针管组合，使所述液态聚合物4材料固化成型，运用类似脱模的工艺制作外通道，可以实现高精度的内外通道中心对齐，且同时可使用透光性好的柔性聚合物4实现对同轴喷头内部流场的可视化监测，制作简单省时，成本低，效率较高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。