專利名稱：電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨打印輔助設(shè)備，尤其是涉及一種電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置。
背景技術(shù)：
電紡直寫技術(shù)作為一種新型的噴墨打印方式，是利用紡絲射流的直線穩(wěn)定階段實現(xiàn)了線寬50nm 10 ii m納米纖維或微米薄膜的有序制備,定位精度6 8 y m,最高噴印速度可達4m/s，可在常溫常壓環(huán)境下將聚合物、金屬顆粒溶液等多種溶液直接噴印到硬性或 柔性基底上；與柔性電子材料具有良好的兼容性，并可與卷到卷制造工藝結(jié)合實現(xiàn)柔性電子和有機微納器件的大面積、批量化、低成本制造。電紡直寫技術(shù)可以較好地克服傳統(tǒng)微電子制造技術(shù)投資大、環(huán)境污染嚴重、制造環(huán)境條件要求高求、與柔性基板、有機材料工藝兼容性差等缺點，具有巨大的應用潛力。并且電紡直紡在工作原理上不同于傳統(tǒng)采用內(nèi)壓力(如壓電、熱氣泡噴墨打印)，而是采用于外高壓電場拉伸噴印溶液使之變形產(chǎn)生泰勒錐而出現(xiàn)射流噴射；噴印射流來源于紡絲泰勒錐錐尖，射流直徑不受限于紡絲噴嘴的內(nèi)徑，可進一步減小噴印微納結(jié)構(gòu)線寬(傳統(tǒng)噴墨打印最小線寬20 iim)。因此，電紡直寫噴印可采用大內(nèi)徑噴頭進行微納結(jié)構(gòu)的噴印制備，突破了傳統(tǒng)噴印技術(shù)中對溶液粘度的限制(傳統(tǒng)噴墨打印噴印溶液粘度0. 002 0. IPas)，可實現(xiàn)高粘度溶液(粘度可達 15Pas)快速噴印。電紡直寫噴印已經(jīng)成為柔性電子產(chǎn)業(yè)噴印最具潛力的制造技術(shù)之一。在電紡直寫噴印過程中，主要在噴頭與收集平臺之間施加高壓電場，使其拉伸黏彈性溶液發(fā)生變形，產(chǎn)生射流進行噴印。在高壓電場作用下，溶液中電荷將朝泰勒錐錐尖運動并產(chǎn)生聚焦，射流從泰勒錐射出后將攜帶走溶液表面聚焦的電荷，帶電射流在高壓電場作用下將朝收集平臺加速運動。當電紡直寫停止時，高壓電源關(guān)斷后噴嘴處電荷不能馬上降為零，泰勒錐和射流表面仍聚焦有大量殘留電荷。受殘余電荷排斥力黏彈性溶液流體慣性的共同影響，射流仍將繼續(xù)保持噴射。但此高壓電場已經(jīng)關(guān)斷，射流在殘留電荷的作用下射流尾流將主要產(chǎn)生不均勻納米纖維或衛(wèi)星液滴為主，破壞了已經(jīng)噴印的微納米結(jié)構(gòu)整體性，特別是在微納系統(tǒng)精密集成加工方面的影響更為顯著。實現(xiàn)電紡直寫噴印射流的準確快速關(guān)斷，是實現(xiàn)其在集成微納系統(tǒng)精確制備應用的關(guān)鍵之一。目前，紡絲射流關(guān)斷仍主要依靠射流的自然關(guān)斷，關(guān)斷時間長、控制效果差；對于紡絲射流快速關(guān)斷的控制研究尚未見有文獻報道。本申請人在中國專利CN102019240A中提供一種電紡直寫噴頭。設(shè)帶噴頭空心套管、帶螺紋調(diào)節(jié)塞、線圈、銜鐵、回位彈簧、探針、排氣管道；帶噴頭空心套管前端設(shè)有噴孔和注入孔，帶螺紋調(diào)節(jié)塞設(shè)于帶噴頭空心套管后端，線圈套在帶噴頭空心套管外側(cè)，銜鐵設(shè)于帶噴頭空心套管內(nèi)，探針與銜鐵固連，探針前端位于帶噴頭空心套管前端的噴孔中，探針后端與回位彈簧一端固連，回位彈簧另一端與帶螺紋調(diào)節(jié)塞內(nèi)端固連，排氣管道設(shè)于帶螺紋調(diào)節(jié)塞上，排氣管道內(nèi)端與帶噴頭空心套管內(nèi)腔相通，排氣管道外端與外界相通。
本申請人在中國專利CN102162175A中提供一種激光引導電紡直寫裝置。設(shè)有控制器、高壓繼電器、靜電高壓電源、空心噴頭、準直聚焦透鏡組、光纖、密封調(diào)節(jié)件、激光器、供液泵、供液管、收集板和運動平臺?？刂破鹘痈邏豪^電器，高壓繼電器各端分別接靜電高壓電源、收集板及設(shè)于空心噴頭前端的導體噴嘴，密封調(diào)節(jié)件與空心噴頭后端密封連接，光纖穿過密封調(diào)節(jié)件中心且與密封調(diào)節(jié)件固連，準直聚焦透鏡組設(shè)于光纖前端，光纖后端露出空心噴頭且與激光器連接，供液泵通過供液管與空心噴頭連通，收集板固于運動平臺上且面對空心噴頭。激光約束了紡絲射流的無序運動并引導紡絲射流沉積于收集板激光斑點處
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實現(xiàn)電紡直寫噴印射流的快速準確關(guān)斷的電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置。本發(fā)明設(shè)有噴頭、導電繼電器、供電高壓繼電器、直流高壓電源、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、收集平臺、加熱絲、機械關(guān)斷閥片、加熱直流電源、機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤、溫控繼電器、限流電阻、機械關(guān)斷閥啟動限位、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位、支架、三端直流電源組、電機、保護電阻、電控單刀三擲開關(guān)和控制器；所述噴頭經(jīng)供液管道外接供液裝置，所述噴頭與導電繼電器公共端和供電高壓繼電器常開端連接；供電高壓繼電器公共端經(jīng)導線與直流高壓電源正極連接，導電繼電器常閉端、接地繼電器常開端、延時繼電器常閉端均與收集平臺相連；所述機械關(guān)斷閥片安裝于機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤上，所述機械關(guān)斷閥片和機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤兩者同步轉(zhuǎn)動；機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤與電機同軸機械相連，可由電機帶動機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；電機安裝于支架上；機械關(guān)斷閥啟動限位、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位控制機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)動的位置；電機由三端直流電源組經(jīng)電控單刀三擲開關(guān)進行供電；機械關(guān)斷閥片上設(shè)有加熱絲，加熱絲一端經(jīng)限流電阻連接于溫控繼電器公共端，溫控繼電器常開端與加熱直流電源正極電氣連接；加熱絲另一端與加熱直流電源負極電氣連接并接地；所述三端直流電源組設(shè)有正電位電極、零電位電極和負電位電極，三端直流電源組可輸出正向電壓和反向電壓，三端直流電源組零電位電極與地相連，三端直流電源組零電位電極經(jīng)保護電阻連接于電機負極；電控單刀三擲開關(guān)設(shè)有上工作電極、中工作電極、下工作電極和公共電極；電機正極與電控單刀三擲開關(guān)公共電極相連，三端直流電源組正電位電極與電控單刀三擲開關(guān)上工作電極相連，三端直流電源組負電位電極與電控單刀三擲開關(guān)下工作電極相連；當電控單刀三擲開關(guān)置于上工作位時，電機接通正向電源進行正向轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)置于中工作位時，電機斷電停止轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)置于下工作位時，電機接通反向電源進行反向轉(zhuǎn)動；所述導電繼電器、供電高壓繼電器、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、溫控繼電器、電控單刀三擲開關(guān)控制端均與控制器連接，可通過控制器控制導電繼電器、供電高壓繼電器、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、溫控繼電器和電控單刀三擲開關(guān)的動作位置；機械關(guān)斷閥片表面設(shè)有導電層且接地，能及時導走沉積在機械關(guān)斷閥片表面射流或微納結(jié)構(gòu)積累的電荷，保證阻斷效果。以下給出本發(fā)明的工作原理本發(fā)明主要設(shè)有噴頭、溶液槽、控制器、收集平臺、機械關(guān)斷閥、直流高壓電源、直流控制電源、直流控制電源組、高壓繼電器、導電繼電器和延時繼電器等部分。在噴頭與高壓電源之間、高壓電源負極與收集平臺之間、以及收集平臺與地之間分別經(jīng)單獨的繼電器的常開端連接；噴頭與收集平臺經(jīng)導電繼電器常閉端連接；收集平臺同時經(jīng)延時繼電器常開端與地相連。各繼電器控制端與控制器相連接并受其控制。當電紡絲直寫關(guān)斷時，高壓繼電器和導電繼電器、延時繼電器發(fā)生動作，切斷高壓電源，并使噴頭與收集平臺之間實現(xiàn)電學連接，利用殘留電荷使得收集平臺與噴頭之間產(chǎn)生電荷排斥力抑制射流尾流，防止衛(wèi)星液滴產(chǎn)生；同時啟動機械關(guān)斷閥上的電機，使關(guān)斷閥產(chǎn)生轉(zhuǎn)動在噴頭與收集平臺之間起動阻擋作用；關(guān)斷閥上具有加熱絲，可提高關(guān)斷閥溫度切斷尚在空間運動的紡絲射流。 本發(fā)明僅利用機械關(guān)斷閥的阻擋作用可以防止射流尾流在收集板上產(chǎn)生衛(wèi)星液滴、不均勻微納結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象；但控制器發(fā)出電紡直寫關(guān)斷指令時，噴頭至收集平臺之間己有處于下降運動中的紡絲射流，難以實現(xiàn)即時關(guān)斷的結(jié)果；同時，空間連續(xù)射流具有很好的彈性，僅依靠機械關(guān)斷閥進行關(guān)斷無法切斷射流，易于產(chǎn)生射流拖拽作用而影響整體噴印效果。本發(fā)明在切斷噴頭與收集平臺之間的高壓電場后立即直接導通噴頭與收集平臺，使殘留電荷被平分到噴頭與收集平臺；殘留電荷平分后，在噴頭與收集平臺之間產(chǎn)生排斥電場抑制了射流的繼續(xù)噴射。另一方面，機械關(guān)斷閥上安裝有快速加熱絲，可使關(guān)斷閥快速升溫，利用關(guān)斷閥的溫度效應切斷空間運動連續(xù)射流，實現(xiàn)射流的快速準確關(guān)斷。本發(fā)明結(jié)合機械關(guān)斷和電場排斥關(guān)斷兩種控制方式的優(yōu)點，有效地實現(xiàn)了電紡直寫噴印的準確快速關(guān)斷。


圖I為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實施例方式參見圖I，本發(fā)明實施例設(shè)有噴頭I、導電繼電器2、供電高壓繼電器3、直流高壓電源4、接地高壓繼電器5、接地繼電器6、延時繼電器7、收集平臺8、加熱絲9、機械關(guān)斷閥片10、加熱直流電源11、機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12、溫控繼電器13、限流電阻14、機械關(guān)斷閥啟動限位15、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位16、支架17、三端直流電源組18、電機19、保護電阻20、電控單刀三擲開關(guān)21和控制器22。所述噴頭I經(jīng)供液管道外接供液裝置，所述噴頭I與導電繼電器2公共端和供電高壓繼電器3常開端連接；供電高壓繼電器3公共端經(jīng)導線與直流高壓電源4正極連接，導電繼電器2常閉端、接地繼電器6常開端、延時繼電器7常閉端均與收集平臺8相連；所述機械關(guān)斷閥片10安裝于機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12上，所述機械關(guān)斷閥片10和機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12兩者同步轉(zhuǎn)動；機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12與電機19同軸機械相連，可由電機19帶動機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12轉(zhuǎn)動；電機19安裝于支架17上；機械關(guān)斷閥啟動限位15、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位16控制機械關(guān)斷閥片10轉(zhuǎn)動的位置；電機19由三端直流電源組18經(jīng)電控單刀三擲開關(guān)21進行供電；機械關(guān)斷閥片10上設(shè)有加熱絲9，加熱絲9 一端經(jīng)限流電阻14連接于溫控繼電器13公共端，溫控繼電器13常開端與加熱直流電源11正極電氣連接；加熱絲9另一端與加熱直流電源11負極電氣連接并接地；所述三端直流電源組18設(shè)有正電位電極、零電位電極和負電位電極，三端直流電源組18可輸出正向電壓和反向電壓，三端直流電源組18零電位電極與地相連，三端直流電源組18零電位電極經(jīng)保護電阻20連接于電機19負極；電控單刀三擲開關(guān)21設(shè)有上工作電極、中工作電極、下工作電極和公共電極；電機19正極與電控單刀三擲開關(guān)21公共電極相連，三端直流電源組18正電位電極與電控單刀三擲開關(guān)21上工作電極相連，三端直流電源組18負電位電極與電控單刀三擲開關(guān)21下工作電極相連；當電控單刀三擲開關(guān)21置于上工作位時，電機19接通正向電源進行正向轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)21置于中工作位時，電機19斷電停止轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)21置于下工作位時，電機16接通反向電源進行反向轉(zhuǎn)動；所述導電繼電器2、供電高壓繼電器 3、接地高壓繼電器5、接地繼電器6、延時繼電器7、溫控繼電器13、電控單刀三擲開關(guān)21控制端均與控制器22連接，可通過控制器22控制導電繼電器2、供電高壓繼電器3、接地高壓繼電器5、接地繼電器6、延時繼電器7、溫控繼電器13和電控單刀三擲開關(guān)21的動作位置；機械關(guān)斷閥片10表面設(shè)有導電層且接地，能及時導走沉積在機械關(guān)斷閥片10表面射流或微納結(jié)構(gòu)積累的電荷，保證阻斷效果。當正常噴印工作啟動時，控制器22發(fā)出啟動信號。直流高壓電源4經(jīng)供電高壓繼電器3向噴頭I供電，精密供液裝置23經(jīng)供液管道實驗向噴頭供給溶液。在控制器22指令的作用下各繼電器或開關(guān)進行動作，其中導電繼電器2、供電高壓繼電器3、接地高壓繼電器5、接地繼電器6、延時繼電器7發(fā)生動作常開點接觸，電控單刀三擲開關(guān)21處于中工作位電機19不會轉(zhuǎn)動。溫控繼電器13沒發(fā)生動作，加熱絲9沒有工作。當控制器22發(fā)出電紡直寫噴印停止信號后，導電繼電器2、供電高壓繼電器3、接地高壓繼電器5、接地繼電器6、溫控繼電器13復位恢復初始狀態(tài)常閉點接觸，電控單刀三擲開關(guān)21處于上工作位，溫控繼電器13發(fā)生動作常開端閉合加熱絲9開始工作提高溫度。噴頭I與收集平臺8實現(xiàn)電學導通，但與地和直流高壓電源4隔離沒有連接，殘留電荷在噴頭I與收集平臺8之間進行平分，兩均帶同種電荷，從而對噴頭I上的射流或液滴產(chǎn)生電荷排斥力的作用，防止尾流噴射或衛(wèi)星液滴產(chǎn)生。電機19正向轉(zhuǎn)動，并帶動機械關(guān)斷閥片10轉(zhuǎn)動至噴頭正下方實現(xiàn)射流尾流的阻擋；電機19正向轉(zhuǎn)動至觸發(fā)機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位16時向控制器22發(fā)出限位信號，控制器22接收到關(guān)斷限位信號后發(fā)出控制指令使電控單刀三擲開關(guān)21處于中工作位電機19停止工作；電機19具有位置自鎖功能可防止電機19發(fā)生位置偏離。加熱絲9開始工作提高溫度利于切斷空間運動的連續(xù)紡絲射流。接收到控制器關(guān)斷信號后延時繼電器7經(jīng)過設(shè)定的時間再恢復常閉端導通導走噴頭與收集板上所積累的電荷，其延遲設(shè)定時間一般為I 2s。待電紡直寫噴印完全結(jié)束后，控制器22發(fā)出復位信號，使溫控繼電器13復位、力口熱絲9斷電停止工作，機械關(guān)斷閥片10溫度停止升高；電控單刀三擲開關(guān)21置于下電位，電機19接通反向電壓，機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12帶動機械關(guān)斷閥片10朝初始位置轉(zhuǎn)動。當機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤12轉(zhuǎn)動到啟動位置時，觸發(fā)機械關(guān)斷閥啟動限位15并向控制器22發(fā)出觸發(fā)信號，控制器22發(fā)出控制信號使電控單刀三擲開關(guān)21置于中電位，電機19停止轉(zhuǎn)動。電紡直寫噴印復位控制可采用定時間控制和手動控制兩種方案可設(shè)定0. 5 2mim的復位延遲時間，當控制器22發(fā)出關(guān)斷信號經(jīng)過所設(shè)定的復位延遲時間后自動發(fā)出復位信號；也可以依據(jù)觀測進行手動操作，適時手動操作使控制器22發(fā)出復位信號。溫控繼電器13、電控單刀三擲開關(guān)21的動作狀態(tài)可以通過控制器22進行單獨控制。
權(quán)利要求
1.電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置，其特征在于設(shè)有噴頭、導電繼電器、供電高壓繼電器、直流高壓電源、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、收集平臺、加熱絲、機械關(guān)斷閥片、加熱直流電源、機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤、溫控繼電器、限流電阻、機械關(guān)斷閥啟動限位、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位、支架、三端直流電源組、電機、保護電阻、電控單刀三擲開關(guān)和控制器； 所述噴頭經(jīng)供液管道外接供液裝置，所述噴頭與導電繼電器公共端和供電高壓繼電器常開端連接；供電高壓繼電器公共端經(jīng)導線與直流高壓電源正極連接，導電繼電器常閉端、接地繼電器常開端、延時繼電器常閉端均與收集平臺相連；所述機械關(guān)斷閥片安裝于機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤上，所述機械關(guān)斷閥片和機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤兩者同步轉(zhuǎn)動；機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤與電機同軸機械相連，可由電機帶動機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；電機安裝干支架上；機械關(guān)斷閥啟動限位、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位控制機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)動的位置；電機由三端直流電源組經(jīng)電控單刀三擲開關(guān)進行供電；機械關(guān)斷閥片上設(shè)有加熱絲，加熱絲一端經(jīng)限流電阻連接于溫控繼電器公共端，溫控繼電器常開端與加熱直流電源正極電氣連接；加熱絲另一端與加熱直流電源負極電氣連接并接地；所述三端直流電源組設(shè)有正電位電極、零電位電極和負電位電極，三端直流電源組可輸出正向電壓和反向電壓，三端直流電源組零電位電極與地相連，三端直流電源組零電位電極經(jīng)保護電阻連接于電機負扱；電控單刀三擲開關(guān)設(shè)有上工作電極、中工作電極、下工作電極和公共電極；電機正極與電控單刀三擲開關(guān)公共電極相連，三端直流電源組正電位電極與電控單刀三擲開關(guān)上工作電極相連，三端直流電源組負電位電極與電控單刀三擲開關(guān)下工作電極相連；當電控單刀三擲開關(guān)置于上工作位吋，電機接通正向電源進行正向轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)置于中工作位吋，電機斷電停止轉(zhuǎn)動；當電控單刀三擲開關(guān)置于下工作位吋，電機接通反向電源進行反向轉(zhuǎn)動；所述導電繼電器、供電高壓繼電器、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、溫控繼電器、電控單刀三擲開關(guān)控制端均與控制器連接，可通過控制器控制導電繼電器、供電高壓繼電器、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、溫控繼電器和電控單刀三擲開關(guān)的動作位置；機械關(guān)斷閥片表面設(shè)有導電層且接地，能及時導走沉積在機械關(guān)斷閥片表面射流或微納結(jié)構(gòu)積累的電荷，保證阻斷效果。
全文摘要
電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置，涉及一種噴墨打印輔助設(shè)備。提供一種可以實現(xiàn)電紡直寫噴印射流的快速準確關(guān)斷的電紡直寫噴印關(guān)斷控制裝置。設(shè)有噴頭、導電繼電器、供電高壓繼電器、直流高壓電源、接地高壓繼電器、接地繼電器、延時繼電器、收集平臺、加熱絲、機械關(guān)斷閥片、加熱直流電源、機械關(guān)斷閥片轉(zhuǎn)盤、溫控繼電器、限流電阻、機械關(guān)斷閥啟動限位、機械關(guān)斷閥關(guān)斷限位、支架、三端直流電源組、電機、保護電阻、電控單刀三擲開關(guān)和控制器。所述噴頭經(jīng)供液管道外接供液裝置。
文檔編號B41J29/38GK102632729SQ20121010639
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者孫道恒, 方德俊, 施建龍, 王翔, 鄭高峰, 黃裕茜 申請人:廈門大學