CN109094199B - 一种同轴电喷射打印的液体电极装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于先进制造技术领域，提供了一种同轴电喷射打印的液体电极装置。液体电极装置置于同轴喷头正下方，主要包括位移台、悬臂托架、电极储液腔、金属极板、加热片、导线和电极溶剂。打印前，电极储液腔中加入适量电极溶剂，在金属极板上表面形成薄电极液膜，电极储液腔底部加热片将电极溶剂加热到一定温度。打印过程中，同轴喷针与金属极板之间形成电场，同轴射流在到达金属极板之前会首先与电极液膜接触，射流材料迅速溶解扩散，避免了因材料积累造成的残余电荷的问题，消除了因库仑排斥力造成的射流鞭动，提高了打印过程稳定性和打印结构一致性。
Description
技术领域
本发明属于先进制造技术领域，涉及同轴电喷射打印集成平台设备，尤其涉及一种同轴电喷射打印的液体电极装置。
背景技术
基于电流体动力效应的电喷射打印技术是利用局部能场作用，在衬底上直接实现微纳结构的制造方法，在复杂微纳结构、高深宽比微纳结构、三维微纳结构制造方面具有突出潜能和优势，成为近几年来高分辨率结构制造的研究热点。电喷射打印具有单锥-射流和同轴锥-射流两种模式。同轴电射流打印模式中，两种互不相容的材料在电场力、机械力、表面张力、粘性力、内压力等共同作用下，在同轴喷头出口处形成稳定同轴锥-射流。此模式下，电场力同时作用于互不相溶的内层材料和外层高粘度包裹材料，驱动两种材料向衬底运动。同时，外层高粘度包裹材料的流动产生的粘滞切向力会与内层功能材料所受的电场切向力叠加，复合约束作用于内层材料，聚焦内射流直径达到纳米级，实现纳米分辨率结构制造。
打印过程中，打印到金属负极板上的材料携带残余电荷，随着材料在金属负极板上的积累，残余电荷的密度随之增大，残余电荷极性与同轴射流两相界面上电荷极性相同，同极性电荷之间产生库伦排斥力，此库仑排斥力会造成同轴射流鞭动，随着残余电荷密度的增大，鞭动现象越发严重，导致打印过程稳定性和打印结构一致性降低，而且，在纳米尺度结构打印时，此现象尤为突出。
发明内容
本发明为克服现有技术中同轴电喷射打印的射流稳定性差的问题，发明了一种同轴电喷射打印的液体电极装置。液体电极装置置于同轴喷头正下方，主要包括位移台、悬臂托架、电极储液腔、金属极板、加热片、导线和电极溶剂。
打印前，电极储液腔中加入适量电极溶剂，在金属极板上表面形成薄电极液膜，电极储液腔底部加热片将电极溶剂加热到一定温度。打印过程中，同轴喷针与金属极板之间形成电场，同轴射流在到达金属极板之前会首先与电极液膜接触，射流材料迅速溶解扩散，避免了因材料积累造成的残余电荷的问题，消除了因库仑排斥力造成的射流鞭动，提高了打印过程稳定性和打印结构一致性。
本发明的技术方案：
一种同轴电喷射打印的液体电极装置，包括位移台1、悬臂托架2、电极储液腔4、金属极板3、加热片5、导线6和电极溶剂7；
金属极板3通过防水硅橡胶粘贴于电极储液腔4内部底部，与高压电源接地端相连；加热片5通过导热硅橡胶粘贴于电极储液腔4外部底部，与高精度温度控制器相连，用于调节电极溶剂7的温度；电极储液腔4置于悬臂托架2端部的环状结构中，通过电极储液腔4上边缘的凸台固定在悬臂托架2上，此固定方式便于打印完成后取出电极储液腔4清理内部残留物；悬臂托架2另一端通过螺纹连接固定在位移台1上，同时保证悬臂托架2另一端电极储液腔4的中心处于同轴喷头正下方，利用位移台1的上下运动实现液体电极装置与同轴喷头之间距离的调节；同轴喷头连接高压电源，与液体电极之间形成电场；打印前，将一定量电极溶剂7注入电极储液腔4内，在金属极板3上表面形成一层很薄的电极液膜，此电极溶剂7与同轴射流外层高粘度包裹材料互溶；打印过程中，同轴射流在到达金属极板3前会首先与金属极板3上表面的电极液膜接触，同轴射流材料会迅速溶解扩散，避免了因材料积累造成的电荷累计问题，消除了因库仑排斥力造成的射流不稳定，提高了打印过程稳定性和打印结构一致性。
悬臂托架2采用有机玻璃制造，利用一端的T型结构通过螺纹固定在位移台1上；另一端的环状结构用于固定电极储液腔4。
电极储液腔4采用聚四氟乙烯制造的圆形腔结构，绝缘材料可消除电极储液腔对打印电场的干扰。腔体上边缘带有凸台，通过此凸台结构可将整个电极储液腔4固定在悬臂托架2的环状结构内，腔体深10mm，内部盛放电极溶剂7。圆形片状金属极板3利用防水硅橡胶粘贴在电极储液腔4内部底部，通过导线6与高压电源接地端相连。圆形片状硅胶电热片5，利用导热硅橡胶粘贴在电极储液腔4外部底部，通过导线6与高精度温度控制器相连，用于调节电极溶剂7温度。安装后，电极储液腔4中心处于同轴喷头正下方，同轴喷头与高压电源输出端相连，与液体电极之间形成打印所需电场。
本发明的有益效果是该同轴电喷射打印的液体电极装置在保证打印所需电场的前提下，利用在金属负极板上表面形成的电极液膜，快速溶解射流材料，避免射流材料在极板上积累，从而有效消除了累计电荷和库伦排斥力造成的射流鞭动，提高射流稳定性，提升了打印结构一致性。
附图说明
图1为同轴电喷射打印的液体电极装置装配图。
图中：1位移台；2悬臂托架；3金属极板；4电极储液腔；5加热片；6导线；7电极溶剂。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种同轴电喷射打印的液体电极装置，如图1所示，包括位移台1，悬臂托架2，金属极板3，电极储液腔4，加热片5，导线6,电极溶剂7。
悬臂托架2采用有机玻璃材料，一端为T型结构，结构头部长50mm，宽20mm，两侧加工有两个光孔，孔径为5mm，通过螺栓固定在单轴位移台1上；另一端为环状结构，环内径60mm，外径65mm，用于放置电极储液腔4，整个悬臂托架厚度10mm。电极储液腔4为聚四氟乙烯材料，绝缘材料可避免对打印电场的干扰，结构为上边缘带有环形凸台的圆形腔，用于盛放电极溶剂7。圆形腔内径55mm，外径60mm，深10mm，圆形凸台外边缘直径65mm，通过此凸台结构可将电极储液腔4固定在悬臂托架2的环状结构中。金属极板3由铝材制造，为圆形片状结构，厚度0.5mm，直径55mm，利用防水硅橡胶粘贴于电极储液腔4内部底部，通过导线6与高压电源接地端相连。加热片5为硅胶电热片，圆形片状结构，厚度0.5mm，直径60mm，利用导热硅橡胶粘贴于电极储液腔4外部底部，通过导线6与高精度温度控制器相连，用于调节电极溶剂7所需温度。安装完成后，电极储液腔4中心处于同轴喷头正下方，同轴喷头与高压电源输出端相连，与液体电极之间形成打印所需强度电场。打印前，将一定量电极溶剂7注入电极储液腔4，此电极溶剂与同轴射流外层材料互溶，电极溶剂在金属极板3上表面形成一层很薄的电极液膜。打印过程中，同轴射流在到达金属极板3前会首先与金属极板3上表面的液膜接触，同轴射流外层高粘性包裹材料电极溶剂7迅速溶解扩散，避免了因材料积累造成的残余电荷问题，消除了残余电荷因库仑排斥力造成的射流不稳定，提高了打印过程稳定性和打印结构一致性。
本发明提出一种同轴电喷射打印的液体电极装置，利用在金属负极板上表面形成的电极液膜，快速溶解外层包裹材料，避免材料在极板上积累，从而有效消除了残余电荷累计库伦排斥力造成的射流鞭动，提高射流稳定性，增强打印过程稳定性和打印结构一致性。
Claims (3)
1.一种同轴电喷射打印的液体电极装置，其特征在于，所述的液体电极装置包括位移台(1)、悬臂托架(2)、电极储液腔(4)、金属极板(3)、加热片(5)、导线(6)和电极溶剂(7)；
金属极板(3)通过防水硅橡胶粘贴于电极储液腔(4)内部底部，与高压电源接地端相连；加热片(5)通过导热硅橡胶粘贴于电极储液腔(4)外部底部，与高精度温度控制器相连，用于调节电极溶剂(7)的温度；电极储液腔(4)置于悬臂托架(2)端部的环状结构中，通过电极储液腔(4)上边缘的凸台固定在悬臂托架(2)上，此固定方式便于打印完成后取出电极储液腔(4)清理内部残留物；悬臂托架(2)另一端通过螺纹连接固定在位移台(1)上，同时保证悬臂托架(2)一端环状结构中的电极储液腔(4)的中心处于同轴喷头正下方，利用位移台(1)的上下运动实现液体电极装置与同轴喷头之间距离的调节；同轴喷头连接高压电源，与液体电极之间形成电场；打印前，将一定量电极溶剂(7)注入电极储液腔(4)内，在金属极板(3)上表面形成一层很薄的电极液膜，此电极溶剂(7)与同轴射流外层高粘度包裹材料互溶；打印过程中，同轴射流在到达金属极板(3)前首先与金属极板(3)上表面的电极液膜接触，同轴射流材料迅速溶解扩散，避免了因材料积累造成的电荷累计问题，消除了因库仑排斥力造成的射流不稳定，提高了打印过程稳定性和打印结构一致性。
2.根据权利要求1所述的液体电极装置，其特征在于，所述的悬臂托架(2)采用有机玻璃制造，利用一端的T型结构通过螺纹固定在位移台(1)上；另一端的环状结构用于固定电极储液腔(4)。
3.根据权利要求1或2所述的液体电极装置，其特征在于，所述的电极储液腔(4)采用聚四氟乙烯制造的圆形腔结构，聚四氟乙烯消除电极储液腔对打印电场的干扰。
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