CN119636068A - 低温冷场辅助的纳米颗粒3d打印设备及打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，打印设备包括壳体、承载台、制冷结构以及打印组件。所述壳体内形成有腔室；所述承载台设置于所述腔室内，所述承载台具有一承载面，所述承载台能被控制的保持其承载面在一定的温度范围内；所述打印组件设置于所述腔室内，所述打印组件包括可相对所述承载台移动的喷头结构，所述喷头结构包括多个喷射头，多个所述喷射头分别用于向所述承载面喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料。本发明的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，其能够在三维空间操控纳米颗粒并构筑微纳跨尺度三维结构。

Description

低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法

技术领域

本发明是关于3D打印技术领域，特别是关于一种低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法。

背景技术

直接墨水喷墨打印是一种革命性的制造技术，使人们能够以纳米颗粒材料为功能基元在微纳尺度自由可控地设计新材料和新器件，其应用范围涵盖了电子、光学及传感器等多个领域。目前该技术的设备的开发主要以XJET和Nanodimension两家公司为代表。XJET通过直接喷射金属或陶瓷纳米颗粒墨水，在线300℃以上高温熔融纳米颗粒，实现高精度三维金属或陶瓷结构的打印；Nanodimension公司通过配置双喷头，并在线红外烧结纳米银，实现纳米银-光敏树脂复合材料多层电路板的打印。这些技术往往需要借助外场辅助对成型结构进行控制。

目前已经研究的外场主要包括电场、热场和光场，但是电场需要导电材料；热场需要高温熔融材料，且高温对于离衬底几毫米距离的喷墨打印头的可靠性也提出了非常大的挑战；光场则往往需要光固化材料。喷墨打印技术的优势在于多材料，然而上述外场的引入又一定程度抵消了这样的优势。因此，既能实现复杂三维结构的喷墨打印制造，又能减少外场对可成型纳米颗粒材料种类的限制，是直接墨水喷墨3D打印亟待解决的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，其能够在三维空间操控纳米颗粒并构筑微纳跨尺度三维结构。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，包括壳体、承载台、制冷结构以及打印组件。所述壳体内形成有腔室；所述承载台设置于所述腔室内，所述承载台具有一承载面，所述承载台能被控制的保持其承载面在一定的温度范围内；所述打印组件设置于所述腔室内，所述打印组件包括可相对所述承载台移动的喷头结构，所述喷头结构包括多个喷射头，多个所述喷射头分别用于向所述承载面喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料。

在本发明的一个或多个实施方式中，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括辊结构，所述辊结构平行于所述承载台的承载面设置，所述辊结构被设置为，可自转且能相对所述承载面移动以被控制的平整所述承载面上的打印材料。

在本发明的一个或多个实施方式中，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括罩体，所述罩体与所述承载台可分离设置，当所述罩体设置于所述承载台上时，所述罩体与所述承载面之间能形成容纳打印材料的密封空间。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述罩体上连接有管路，所述管路可与外部真空泵机构连通以在所述罩体与所述承载面之间形成所述密闭空间，所述密闭空间用于打印完成后的冷冻干燥过程。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述承载台内部设计有循环的冷却剂流道，所述承载台上连接有连通所述冷却剂流道的管路，所述管路可与外部制冷机构连通以使所述承载面稳定保持在一定的温度范围。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述打印组件还包括第一移动结构，所述喷头结构设置于所述第一移动结构上，所述第一移动结构被设置为，可使所述喷头结构在水平方向上相对所述承载台移动。

在本发明的一个或多个实施方式中，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括监测结构，所述监测结构设置于所述第一移动结构上，包括用于观测所述承载台的第一显微镜，以及用于观测所述喷射头的第二显微镜。

在本发明的一个或多个实施方式中，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括第二移动结构，所述承载台设置于所述第二移动结构上，所述第二移动结构被设置为，可使所述承载台在垂直方向上移动。

在本发明的一个或多个实施方式中，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括架体，所述壳体设置于所述架体上，所述壳体与所述架体之间设置有气浮隔振结构。

本发明的实施例还提供了一种打印3D纳米颗粒的方法，采用上述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，包括：配置纳米颗粒结构材料以及支撑材料；控制承载台保持低于0℃的温度；在腔室内充满惰性气体；控制喷头结构于承载台上按层喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料，每喷射完成一层后，对待完成样品进行平整化处理，直至完整样品完成；对完整样品进行原位冷冻干燥，形成所需样品。

在本发明的一个或多个实施方式中，控制所述承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度。

在本发明的一个或多个实施方式中，通过对所述承载台进行液氮制冷或循环冷却制冷，以使所述承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的对完整样品进行原位冷冻干燥，包括：控制所述承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度；将罩体设置于所述承载台上以覆盖所述完整样品；控制所述罩体与所述承载台之间的密封空间内的大气压强，使其小于1Pa。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过对承载台进行制冷，能降低承载台的冷却温度，尽可能减小形成于承载台上样品内的冰晶尺寸，提升最终所需样品的结构质量。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过设置多个喷射头，喷射纳米颗粒结构材料和支撑材料，由于加入了支撑材料，可以一定程度上避免纳米颗粒结构材料-墨滴在冷冻前在待完成样品表面的流动，进而可更为自由地打印复杂三维结构。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过设置辊结构，精确定义完整样品内的每一层图形高度，并平整化每一层的表面，使得后续喷射的材料能着陆在平整基底上。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过在承载台上实现原位冷冻干燥，避免了打印完成后完整样品转移至冷冻干燥机可能存在的破坏完整样品的风险，同时避免了样品转移过程中温度场变化导致的样品内部组织破坏的风险。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备的结构示意图；

图2是根据本发明一实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备的细节结构示意图；

图3是根据本发明一实施方式的打印3D纳米颗粒的方法的流程图。

图4是根据本发明一实施例的打印3D纳米颗粒的工艺步骤示意图。

图5是根据本发明又一实施例的打印3D纳米颗粒的工艺步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如背景技术所言，诸如电场、热场和光场等外场的引入在一定程度上抵消了喷墨打印技术的多材料优势，因此，既能实现复杂三维结构的喷墨打印制造，又能减少外场对可成型纳米颗粒材料种类的限制，是直接墨水喷墨3D打印亟待解决的问题。

申请人发现，事实上与热场相反的冷场也可以有效地控制喷射微滴高质量成型。基于此，申请人通过在冷冻台上打印多种纳米颗粒(PS纳米小球、氧化石墨烯、纳米银线)墨水，系统地研究了冷场作用下墨水冷冻结晶机制、纳米颗粒墨水在冰晶间的浓缩机制、升华过程中纳米湿颗粒从冰晶间析出和收缩成型机制等。并且，申请人通过科学设计墨水配方，能够为冷冻条件下纳米颗粒三维微结构的打印成型提供一定的助力。研究发现，应用二维材料纳米颗粒在冰晶间和冰结构表面的取向排列特性，可以实现最小2μm的特征尺寸。墨水溶剂配方中，包括水、叔丁醇以及甘油。其中，水主要用于构建冰结构；叔丁醇用于减小冰晶尺寸，使冰结构表面更光滑、析出纳米湿颗粒更均匀，提升结构成型质量；甘油则为限制在冰晶间的纳米颗粒提供最终成型的毛细力。

然而，上述的纳米颗粒三维微结构的打印构思，还存在如下问题：

首先，由于最终成型是基于升华析出的冰晶间纳米湿颗粒堆积原理，而现有墨水受实验喷头喷射能力的限制，固含量较低(包括在冰晶间的浓缩液)，导致在纳米颗粒三维成型过程中往往被过多的液体流动所破坏。

其次，目前冷场中，冷冻台的冷冻温度为-40℃，虽然对纳米颗粒墨水进行了特殊配置，加入了叔丁醇减小了冰晶尺寸，但对于提升结构整体和表面质量是远远不够的。

接着，仅采用纳米颗粒墨水还不足以实现完全自由度复杂跨尺度三维微结构。

最后，打印完成后样品转移至冷冻干燥机会存在的破坏样品的风险。

最终，本申请提出了一种低温冷场辅助的冰晶诱导纳米颗粒3D打印设备及打印方法，克服了纳米颗粒结构材料的流体限制，实现了一种新的、适用于更多种类纳米颗粒、环保的直接墨水喷墨3D打印技术，为纳米颗粒三维微结构器件的可控制备、创新器件设计和应用提供一套新的解决方案。

如图1和图2所述，根据本发明一实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，包括壳体10、承载台20、打印组件30以及辊结构40。承载台20、打印组件30以及辊结构40均设置于壳体10内。

壳体10内形成有腔室，腔室内可填充惰性气体如氮气，以隔绝水汽形成打印所需环境。壳体10上可开设有手套窗口，手套窗口处设置密封手套，以便于通过手套窗口于腔室内进行操作。

承载台20设置于腔室内，承载台20具有一承载面，作为纳米颗粒3D打印的支承面。承载台20内可以形成循环的冷却剂流道，承载台20上连接有连通冷却剂流道的管路，管路可与外部制冷机构连通。通过外部制冷机构控制冷却剂于冷却剂流道内流动使得承载台20在打印时始终稳定保持承载面在一定的温度范围内，其中，所述的一定的温度范围为低于0℃的范围，优选的，为低于零下40℃但高于或等于零下150℃的范围。或者，承载台20内可以形成一容置空间，通过向容置空间内输送液氮使得承载台20在打印时始终保持承载面在一定的温度范围内，所述的一定的温度范围为低于0℃的范围，优选的，为低于零下40℃但高于或等于零下150℃的范围。

在一实施例中，承载台20可以相对壳体10在垂直方向上移动。示例性的，承载台20与壳体10之间设置有第二移动结构，承载台20设置于第二移动结构上。第二移动结构可以为气缸，驱动承载台20纵向移动。

打印组件30设置于腔室内，打印组件30包括喷头结构31以及驱动喷头结构31相对承载台20移动的第一移动结构。喷头结构31在第一移动结构的作用下能根据设计需求在承载台20的承载面上进行样品的喷墨打印。

第一移动结构包括可使喷头结构31在第一方向(图1中的x轴方向)接近或远离承载台20的x轴移动结构和安设于x轴移动结构上，可使喷头结构31在第二方向(图1中的y轴方向)接近或远离承载台20的y轴移动结构，喷头结构31固定于y轴移动结构上。

x轴移动结构包括x轴轨道组3211，x轴电机3212和x轴滑块3213；两组x轴轨道组3211通过支架320固定于壳体10的内部底壁上，且位于承载台20的相对两侧；x轴电机3212固定于x轴轨道组3211上，并与x轴滑块3213连接，驱动x轴滑块3213完成x方向既定的运动要求。

y轴移动结构包括y轴轨道组3221，y轴电机3222和y轴滑块3223；y轴轨道组3221固定于x轴滑块3213上，y轴电机3222固定于y轴轨道组3221上，其输出轴与y轴滑块3223连接，喷头结构31通过安装板3224安装在y轴滑块3223上，y轴电机3222旋转带动y轴滑块3223沿y方向移动，带动安装板3224和喷头结构31按设定距离完成z方向的运动需求。可以理解的是，喷头结构31的喷射方向始终朝向承载台20。

在其他实施例中，也可以承载台20保持不动，喷头结构31在水平以及竖直方向上相对承载台20移动。当然同样可以采用三维移动机构进行移动辅助。基于三维移动机构可以采用现有技术，本申请在此不做展开阐述。

喷头结构31包括多个喷射头，多个喷射头分别用于向承载面喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料。其中，纳米颗粒结构材料为样品主体，其在后续的升华工艺中会被部分保留；支撑材料则在后续的升华工艺中全部升华。要想实现复杂的三维结构打印，则需要既打印成型结构(所需样品)又打印支撑结构。双喷头或多喷头分别打印成型结构和支撑结构技术是成型复杂三维结构的关键。可以理解的是，普通喷墨喷射头要求可喷射墨水的粘度(通常<16cP)和固含量需要降到一个较低的范围才能实现稳定喷射，但低粘度和低固含量对于成型三维结构是不利的，这就要求在硬件上配置可喷射墨水粘度和固含量更高的内循环喷头。同时，因本申请采用的是冷场进行打印，拥有较低温度的承载台20对于与其距离较近的喷头结构31和喷射头孔内墨水将存在较大的影响，而一旦因为温度过低导致喷射头可靠性降低或喷射头孔内墨水结晶，将对整个装置造成致命影响。因而需要喷射头自带控温技术。基于此，本申请中的喷射头，可以通过采购目前国际上Xaar和东芝的喷射头。Xaar和东芝的喷射头都开发了自带温控技术的内循环压电喷头，可实现100cp高粘度墨水的喷射，可以达到提升可喷射墨水粘度和固含量的目的。或者，还可以采用如下方式确保喷头结构31的可靠性并防止喷射头孔内墨水结晶，比如：可以在承载台20上方、喷射头所在平面范围内进行温度场分布模拟和测量；通过提升打印扫描速度；通过调控打印距离等。

可以理解的是，为了观测承载台20上的样品打印情况，可以在安装板3224上安装第一显微镜331。第一显微镜331相对承载台20的高度是可调的。同时，为了观测喷头结构31的打印墨滴喷射情况，可以在x轴轨道组3211上或者支架320上安装第二显微镜332。第二显微镜332的视野范围覆盖喷头结构31。

辊结构40平行于承载台20的承载面设置。辊结构40被设置为，可自转且能相对承载面移动以被控制的平整承载面上的打印材料。示例性的，辊结构40可以设置于y轴轨道组3221上且位于y轴轨道组3221的底部。在本实施例中，辊结构40在对承载面上的打印材料进行平整限位前，还可以先对辊结构40进行预制冷至0℃以下(实际设计会将预制冷温度控制在-40℃左右)，防止其因温度过高而在平整打印材料时对打印材料造成破坏。此外，为了配合辊结构40，还可以在承载台20的周围设计回收槽，用于回收被辊结构推走的由支撑材料的全部和纳米颗粒结构材料中的部分凝结而成的冰晶。

在上述技术方案中，由于存在支撑结构，使得应用辊结构对每一层图形的表面进行平整化处理并严格定义每一层层厚成为可能，因此能够获得更加光滑以及精确的打印样品。

对于低温制冷承载台20上的打印样品结构，一般而言需要转移到冷冻干燥机中通过升华脱除冰晶(由支撑材料的全部和纳米颗粒结构材料的部分冷凝而成)，但打印样品结构一旦脱离低温制冷承载台20，其温度将不可控地急剧上升，造成内部冰结构融化，从而破坏打印样品结构。为了最大限度的保障打印样品结构不被转移过程破坏，本申请还提出了原位冷冻干燥技术。

在本申请的一实施方式中，承载台20上还可设置有罩体50。罩体50与承载台20之间可分离设置，当罩体50设置于承载台20上时，罩体50与承载面之间能形成容纳打印材料的密封空间。罩体50上连接有管路，管路可与外部真空泵机构连通以在罩体50与承载面之间形成一密封冷冻腔，密封冷冻腔用于打印完成后的冷冻干燥过程。

在打印完成后，在承载台20上方装载罩体50，开启外部真空泵机构，对承载台20上的打印样品结构进行原位冷冻干燥。罩体50上还可以设计透明窗口，便于观察升华收缩过程。为实现在线观察，罩体50的高度不高于第一显微镜331镜头的20mm工作距离。

为了便于操作，低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括架体60，壳体10设置于架体60上，壳体10与架体60之间设置有气浮隔振结构，进一步提高打印精度。

参考图3所示，本申请还提供了一种采用上述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备打印3D纳米颗粒的方法，包括：s1，配置纳米颗粒结构材料以及支撑材料；s2，控制承载台保持低于0℃的温度；s3，在腔室内充满惰性气体；s4，控制喷头结构于承载台上按层喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料，每喷射完成一层后，对待完成样品进行平整化处理，直至完整样品完成；s5，对完整样品进行原位冷冻干燥，形成所需样品。

其中，在步骤s2中，优选的，通过对承载台20进行液氮制冷或循环冷却制冷，以使承载台20保持零下40℃或低于的零下40℃温度。在步骤s5中，对完整样品进行原位冷冻干燥，包括：控制承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度；将罩体设置于承载台上以覆盖完整样品；控制罩体与承载台之间的密封空间内的大气压强，使其小于1Pa。

实施例1：

以氧化石墨烯墨水为纳米颗粒结构材料墨水，配置如下：将80g水，20g叔丁醇，0.01g氧化石墨烯粉末，0.05g丙三醇经过超声机和混合机制备为均匀的墨水，并通过5微米的过滤网过滤。

以水和叔丁醇混合液为支撑材料墨水，配置如下：将80g水，20g叔丁醇经过超声机和混合机制备为均匀的墨水。

参考图4所示，将配置好的纳米颗粒结构材料墨水a和支撑材料墨水b通过喷头结构31(喷头结构包括双喷射头)打印在低温的承载台上，其中控制承载台温度为零下40摄氏度。在打印过程中，通过第二显微镜装置，动态检测喷射头的喷孔状态。之后通过辊结构40对每一层图形的表面进行平整化处理并严格定义每一层层厚。图4中，纳米颗粒结构材料墨水a形成的结构位于支撑材料墨水b形成的结构的内部，为了便于观察纳米颗粒结构材料墨水a形成的结构，图示中将支撑材料墨水b形成的结构做了透明化处理，而非表示纳米颗粒结构材料墨水a形成的结构形成于支撑材料墨水b形成的结构表面。

打印完成后，对打印样品结构(a+b)进行原位冷冻干燥，即在承载台上方装载连接管路的罩体并抽真空，使罩体内的打印环境气压小于1Pa。罩体上方设计透明窗口，便于第一显微镜观察升华收缩过程。升华过程中，支撑材料完全升华，结构材料中的溶剂部分升华，使打印样品结构等比例收缩，进一步减小特征尺寸，参考图4中的iiiiii。

实施例2：

打印工艺可拓展为多材料打印过程，以纳米银墨水和PEDOT：PSS墨水为纳米颗粒结构材料墨水。配置如下：纳米银墨水：将80g水，20g叔丁醇，0.01g纳米银粉末，0.01g丙三醇经过超声机和混合机制备为均匀的墨水，并通过5微米的过滤网过滤。PEDOT：PSS墨水：将80g水，20g叔丁醇，0.01gPEDOT：PSS粉末，0.01g丙三醇经过超声机和混合机制备为均匀的墨水，并通过5微米的过滤网过滤。

以水和叔丁醇混合液为支撑材料墨水，配置如下：将80g水，20g叔丁醇经过超声机和混合机制备为均匀的墨水。

参考图5所示，将配置好的纳米颗粒结构材料墨水(a/c)和支撑材料墨水(b)通过喷头结构31(喷头结构包括三个喷射头)打印在低温的承载台上，其中控制承载台温度为零下50摄氏度。在打印过程中，通过第二显微镜装置，动态检测喷射头的喷孔状态。之后通过辊结构对每一层图形的表面进行平整化处理并严格定义每一层层厚。

打印完成后，对打印样品结构进行原位冷冻干燥，即在承载台上方装载连接管路的罩体并抽真空，使罩体内的打印环境气压小于1Pa。罩体上方设计透明窗口，便于第一显微镜观察升华收缩过程；升华过程中，支撑材料完全升华，结构材料中的溶剂部分升华，使打印样品结构等比例收缩，进一步减小特征尺寸。升华结束后，纳米银和PEDOT：PSS会形成紧密连接的异质结。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过对承载台进行制冷，能降低承载台的冷却温度，尽可能减小形成于承载台上样品内的冰晶尺寸，提升最终所需样品的结构质量。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过设置多个喷射头，喷射纳米颗粒结构材料和支撑材料，由于加入了支撑材料，可以一定程度上避免纳米颗粒结构材料-墨滴在冷冻前在待完成样品表面的流动，进而可更为自由地打印复杂三维结构。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过设置辊结构，精确定义完整样品内的每一层图形高度，并平整化每一层的表面，使得后续喷射的材料能着陆在平整基底上。

根据本发明实施方式的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备及打印方法，通过在承载台上实现原位冷冻干燥，避免了打印完成后完整样品转移至冷冻干燥机可能存在的破坏完整样品的风险，同时避免了样品转移过程中温度场变化导致的样品内部组织破坏的风险。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，包括：

壳体，其内形成有腔室；

承载台，设置于所述腔室内，所述承载台具有一承载面，所述承载台能被控制的保持其承载面在一定的温度范围内；

打印组件，设置于所述腔室内，所述打印组件包括可相对所述承载台移动的喷头结构，所述喷头结构包括多个喷射头，多个所述喷射头分别用于向所述承载面喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料。

2.如权利要求1所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，还包括辊结构，所述辊结构平行于所述承载台的承载面设置，所述辊结构被设置为，可自转且能相对所述承载面移动以被控制的平整所述承载面上的打印材料。

3.如权利要求1所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，还包括罩体，所述罩体与所述承载台可分离设置，当所述罩体设置于所述承载台上时，所述罩体与所述承载面之间能形成容纳打印材料的密封空间。

4.如权利要求3所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，所述罩体上连接有管路，所述管路可与外部真空泵机构连通以在所述罩体与所述承载面之间形成所述密闭空间，所述密闭空间用于打印完成后的冷冻干燥过程。

5.如权利要求1所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，所述承载台内部设计有冷却剂流道，所述承载台上连接有连通所述冷却剂流道的管路，所述管路可与外部制冷机构连通以使所述承载面保持在一定的温度范围；和/或；

所述低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备还包括第二移动结构，所述承载台设置于所述第二移动结构上，所述第二移动结构被设置为，可使所述承载台在垂直方向上移动。

6.如权利要求1所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，所述打印组件还包括第一移动结构，所述喷头结构设置于所述第一移动结构上，所述第一移动结构被设置为，可使所述喷头结构在水平方向上相对所述承载台移动。

7.如权利要求6所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，还包括监测结构，所述监测结构设置于所述第一移动结构上，包括用于观测所述承载台的第一显微镜，以及用于观测所述喷射头的第二显微镜。

8.一种打印3D纳米颗粒的方法，采用如权利要求2-7任一所述的低温冷场辅助的纳米颗粒3D打印设备，其特征在于，包括：

配置纳米颗粒结构材料以及支撑材料；

控制承载台保持低于0℃的温度；

在腔室内充满惰性气体；

控制喷头结构于承载台上按层喷射纳米颗粒结构材料以及支撑材料，每喷射完成一层后，对待完成样品进行平整化处理，直至完整样品完成；

对完整样品进行原位冷冻干燥，形成所需样品结构。

9.如权利要求8所述的打印3D纳米颗粒的方法，其特征在于，控制所述承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度。

10.如权利要求8所述的打印3D纳米颗粒的方法，其特征在于，所述的对完整样品进行原位冷冻干燥，包括：

控制所述承载台保持零下40℃或低于的零下40℃温度；

将罩体设置于所述承载台上以覆盖所述完整样品；

控制所述罩体与所述承载台之间的密封空间内的大气压强，使其小于1Pa。