一種全自動(dòng)電子打印設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及印刷電路及電子器件直接打印領(lǐng)域，特別涉及一種基于滾珠驅(qū)動(dòng)電子墨水輸運(yùn)及轉(zhuǎn)印的供個(gè)人使用的全自動(dòng)電子打印設(shè)備。本全自動(dòng)電子打印設(shè)備，包括：控制模塊；電子計(jì)算機(jī)；滑軌；滑塊；滾珠型打印機(jī)構(gòu)，其內(nèi)含電子墨水的滾珠式打印頭。電子墨水由于滾珠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及打印頭上下敲打會(huì)被不斷輸運(yùn)并黏附到滾珠外側(cè)直至涂寫(xiě)于承印載體的表面，結(jié)合走紙機(jī)構(gòu)控制下的承印載體如紙張等的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)電子圖案的制作。本實(shí)用新型提供的敲打型滾珠驅(qū)動(dòng)電子墨水的打印設(shè)備及打印方法，克服了傳統(tǒng)電子器件制造程序復(fù)雜、材料及能源消耗大、環(huán)境污染相對(duì)較高的問(wèn)題，以低成本的方式滿足了個(gè)性化電子設(shè)計(jì)和打印領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全自動(dòng)電子打印設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電路及電子器件直接打印【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于滾珠轉(zhuǎn)印電子墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的集成電路(IC)制造主要集中于條件優(yōu)越的大企業(yè)，借助特定的高端電子加工設(shè)備(如分子束外延技術(shù)等)和超凈室，將電子電路所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等電子元件及其之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件內(nèi)，形成終端產(chǎn)品，這種方法對(duì)應(yīng)的制作工藝一般包括:氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、濺射、真空沉積等環(huán)節(jié)。發(fā)展至今，最為經(jīng)典的集成電路制造方法主要用于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，產(chǎn)量及規(guī)模大時(shí)能降低單個(gè)器件制作的成本，但其也存在明顯不足，如:制造工藝復(fù)雜、能耗高、污染嚴(yán)重、成本昂貴、對(duì)潔凈度要求極嚴(yán)格等，特別是，這類(lèi)傳統(tǒng)方法在在制造中不可避免的是需要消耗大量的原材料、水資源和能源。由于這些因素，傳統(tǒng)IC很難滿足單件或小批量電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工之需，更難滿足用戶對(duì)千姿百態(tài)的個(gè)性化制造的需求，不易普及。
[0003]近年來(lái)，隨著對(duì)個(gè)性化電子設(shè)計(jì)和制造需求的日益增長(zhǎng)，催生了印刷電子學(xué)技術(shù)的誕生和發(fā)展。這種有別于傳統(tǒng)IC制造方法的新型電子加工途徑，其核心在于采用添加技術(shù)即直接印刷的方式完成器件制作，可實(shí)現(xiàn)電子電路的個(gè)性化生產(chǎn)制造，從理論上講是一種極為高效、綠色化的電路及電子器件生產(chǎn)模式。研究人員為此提出了一系列用于印刷的電子墨水，如:在有機(jī)或聚合物中添加高導(dǎo)電性納米顆粒的可印刷式導(dǎo)電墨水，以及液態(tài)金屬電子墨水等，相應(yīng)突破促成了印刷電子學(xué)的大發(fā)展。然而，這些電子墨水的提出也隨即引申出了前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。一個(gè)關(guān)鍵原因在于，現(xiàn)今所發(fā)展的電子墨水普遍存在粘度高，表面張力極大的情況，這給輸運(yùn)和噴射印刷造成較大困難，許多情況下，墨水要么難以噴射出，要么阻塞住打印頭，導(dǎo)致制造失敗。也因如此，科技界雖然提出了相應(yīng)的電子墨水書(shū)寫(xiě)筆，但能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)化的全自動(dòng)型電子打印的成熟技術(shù)始終極為鮮見(jiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可將電路及電子器件以直接轉(zhuǎn)印的方式制造出來(lái)的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，以解決現(xiàn)有電路或電子器件制造程序復(fù)雜、材料及能源消耗大、環(huán)境污染相對(duì)較高的問(wèn)題，為新興的印刷電子學(xué)領(lǐng)域提供一種嶄新工具。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供全自動(dòng)電子打印設(shè)備，包括:
[0008]計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于生成打印控制指令；
[0009]打印機(jī)箱，所述打印機(jī)箱中設(shè)有走紙機(jī)構(gòu)、滑軌、打印機(jī)構(gòu)、溫度控制裝置及狀態(tài)傳感器；[0010]所述走紙機(jī)構(gòu)包括基底、輸送單元及走紙控制模塊；所述輸送單元安裝在所述基底上，所述輸送單元用于輸送打印載體；所述走紙控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，接收打印控制指令，并控制所述走紙機(jī)構(gòu)工作；
[0011]所述滑軌橫跨固定在所述打印機(jī)箱內(nèi)，并位于所述走紙機(jī)構(gòu)的上方位置；
[0012]所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述滑軌上，所述打印機(jī)構(gòu)包括滑塊、滾珠式打印頭、夾持機(jī)構(gòu)及打印控制模塊；所述滾珠式打印頭內(nèi)填充有電子墨水；所述滑塊可滑動(dòng)地安裝在所述滑軌上；所述夾持機(jī)構(gòu)連接所述滑塊及滾珠式打印頭；所述打印控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)打印控制模塊控制所述滑塊在滑軌上的左右移動(dòng)，并控制所述滾珠式打印頭工作，調(diào)節(jié)所述滾珠式打印頭與所述承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作；
[0013]所述溫度控制裝置用于調(diào)節(jié)打印機(jī)箱的內(nèi)部溫度；
[0014]所述狀態(tài)傳感器用于監(jiān)控打印設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0015]優(yōu)選的，所述輸送單元固定安裝在所述基底上，所述輸送單元包括兩對(duì)間隙設(shè)置的輥輪及用于驅(qū)動(dòng)輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的輥輪驅(qū)動(dòng)組件，所述兩對(duì)輥輪的滾動(dòng)軸心同軸布置，所述承印載體通過(guò)所述輥輪輸送。
[0016]優(yōu)選的，所述輸送單元通過(guò)三維移動(dòng)單元安裝在所述基底上，所述三維移動(dòng)單元帶動(dòng)所述輸送單元三維移動(dòng)；所述輸送單元包括一個(gè)圓筒夾持組件及電機(jī)，所述承印載體設(shè)置在所述圓筒夾持組件外表面，所述電機(jī)與圓筒夾持組件連接，并驅(qū)動(dòng)圓筒夾持組件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)還包括:位移傳感器及帶有控制模塊的微位移器，夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)微位移器安裝在滑塊上；所述位移傳感器與所述微位移器電連接，控制模塊依據(jù)位移傳感器測(cè)量信息控制微位移器上打印頭的上下位置及與承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作。
[0018]優(yōu)選的，所述電子墨水包括低熔點(diǎn)液態(tài)金屬及其合金、P型半導(dǎo)體墨水、N型半導(dǎo)體墨水及絕緣封裝墨水。
[0019]優(yōu)選的，所述溫度控制裝置包含電熱絲、風(fēng)扇、溫度傳感器及控制裝置，確保電子墨水保持應(yīng)有的熱狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)流暢打印。
[0020]優(yōu)選的，所述打印機(jī)構(gòu)是I至4枚。
[0021]優(yōu)選的，所述承印載體對(duì)象包含紙張型的打印紙、透明膠片或復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選的，所述狀態(tài)傳感器包括:
[0023]初始位置傳感器，安裝于滑塊內(nèi)，用于檢測(cè)打印盒是否停在默認(rèn)的原始位置；
[0024]紙盡傳感器，安裝于走紙機(jī)構(gòu)底端，用于檢測(cè)所裝的承印載體是否用盡。
[0025](三)有益效果
[0026]本實(shí)用新型提供的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式全自動(dòng)電子打印設(shè)備，因引入了計(jì)算機(jī)控制下的輕敲型滾珠式打印頭及其內(nèi)滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)功能，由此實(shí)現(xiàn)了高粘度和高表面張力的電子墨水在其表面的不斷黏附及持續(xù)的高質(zhì)量輸運(yùn)和轉(zhuǎn)印，不會(huì)出現(xiàn)墨水堵頭或中斷的問(wèn)題，由此確保了電路以及電子器件在紙張或三維物體表面的全自動(dòng)打印。此電子打印過(guò)程在常溫或常規(guī)條件下包括普通辦公場(chǎng)所即可完成，無(wú)需手動(dòng)操作，適用于任何形狀的電子圖案打印，其對(duì)環(huán)境要求不高，能源消耗及材料無(wú)效損耗低，可顯著降低傳統(tǒng)電路及電子器件制備工藝的復(fù)雜性和成本，大幅度提高其生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)可廣泛用于電子工業(yè)個(gè)性化設(shè)計(jì)及更多新興領(lǐng)域，其顯著的低成本特點(diǎn)可滿足小批量尤其是單件電子器件的設(shè)計(jì)和快速打印，這是為傳統(tǒng)電子制造技術(shù)無(wú)法滿足的，在發(fā)展柔性電子功能器件方面有廣泛普及應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)用例I用于打印紙張類(lèi)承印載體的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型中滾珠式打印頭的示意圖；
[0029]圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例2帶有3枚打印機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例3用于打印三維物體表面的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式的全自動(dòng)電子打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3的機(jī)構(gòu)臂的示意圖；
[0032]其中:1:計(jì)算機(jī)；2:滑軌；3:滑塊；4:夾持機(jī)構(gòu)；5:滾珠式打印頭；51:打印頭外殼；52:電子墨水；53:滾珠；6:溫度控制裝置；7:走紙機(jī)構(gòu)；8:紙盡傳感器；9:承印載體；10:打印控制模塊；11:電機(jī)；12:圓筒夾持組件；88:基底；91:活動(dòng)輪；92:機(jī)械臂桿；93:機(jī)械臂控制盒；100:打印機(jī)箱。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
[0034]本實(shí)用新型提供了一種滾珠轉(zhuǎn)印墨水式全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其工作原理在于:控制模塊通過(guò)電纜控制滑軌上滑塊內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)沿滑軌運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)打印頭上滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)滾珠由微位移器上垂直控制模塊控制(采用壓電晶體控制其敲擊頻率)呈輕敲模式，這樣在敲擊和轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)合作用下，會(huì)將打印頭內(nèi)電子墨水黏附到滾珠上并將其轉(zhuǎn)印到承印載體表面，此滾動(dòng)打印頭機(jī)構(gòu)提供的力度足以克服墨水的表面張力。所述全自動(dòng)打印機(jī)包括:裝有繪圖控制代碼的計(jì)算機(jī)，控制模塊，滑軌，滾珠式打印機(jī)構(gòu)，裝有夾持輥輪的走紙機(jī)構(gòu)，打印機(jī)狀態(tài)傳感器，其中:
[0035]所述控制模塊，用于在計(jì)算機(jī)軟件控制下控制滾珠式打印機(jī)構(gòu)、走紙機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)特定打印。其內(nèi)部主要由CPU、RAM、R0M地址譯碼器和I/O電路組成，可以直接與打印機(jī)連接的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信；
[0036]所述的打印機(jī)狀態(tài)傳感器，用于監(jiān)控打印機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0037]可選的，所述裝置進(jìn)一步包括與所述主控電路裝置相連的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于設(shè)計(jì)并生成圖案印刷指令；所述主控制電路板用于接收所述計(jì)算機(jī)的印刷控制指令，并根據(jù)所述印刷控制指令控制各打印構(gòu)件的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
[0038]上述計(jì)算機(jī)內(nèi)置印刷控制程序，具備電子電路全自動(dòng)化設(shè)計(jì)功能。印刷控制程序進(jìn)一步包括電路圖繪制程序和印刷過(guò)程控制程序；電路圖繪制程序用于繪制所要印刷的電路和電子器件的結(jié)構(gòu)圖，印刷過(guò)程控制程序根據(jù)所述電路圖生成印刷控制指令，并將印刷控制指令發(fā)送給主控電路。其具體功能敘述如下:
[0039]電路圖繪制程序:軟件中預(yù)存常見(jiàn)的電子元器件模塊數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶在圖形化界面中可以調(diào)用該數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)也可以根據(jù)需求直接繪制出各種復(fù)雜電路元器件模塊。用戶須確定每個(gè)電子元器件的尺寸與結(jié)構(gòu)以及材料屬性(如液態(tài)金屬導(dǎo)電墨水、P型或N型半導(dǎo)體墨水或封裝用絕緣墨水等)。
[0040]印刷過(guò)程控制程序:軟件讀取用戶所繪制的電路圖，根據(jù)不同的打印內(nèi)容生成滾珠式打印頭接觸和打印動(dòng)作控制指令實(shí)現(xiàn)不同的打印效果。此外，計(jì)算機(jī)還可實(shí)時(shí)監(jiān)控印刷過(guò)程，能及時(shí)響應(yīng)打印機(jī)構(gòu)所發(fā)出的報(bào)警，并反饋相應(yīng)的控制指令。如當(dāng)打印機(jī)發(fā)出“墨水”用完警告或“基底”用完警告時(shí)，軟件能及時(shí)暫停印刷，等待用戶添加基底和更換墨盒。
[0041]可選的，所述滾珠轉(zhuǎn)印墨水式全自動(dòng)打印機(jī)的滑軌與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于承載打印機(jī)構(gòu)并控制其在滑軌上左右移動(dòng)(類(lèi)似于X方向)；
[0042]優(yōu)選地，所述電子打印機(jī)構(gòu)包括運(yùn)動(dòng)控制模塊、夾持機(jī)構(gòu)、滾珠式打印頭。運(yùn)動(dòng)控制模塊控制滑塊繼而驅(qū)動(dòng)打印頭的橫向運(yùn)動(dòng)，滑塊內(nèi)裝載小型控制器，用于根據(jù)主電路板的指令控制夾持機(jī)構(gòu)上的打印頭沿垂直方向運(yùn)動(dòng)；滾珠式打印頭夾持機(jī)構(gòu)，用于固定滾珠式打印頭并執(zhí)行打印頭的打印和抬起動(dòng)作(輕敲)；滾珠式打印頭，其內(nèi)填充有電子墨水，墨水由于滾珠機(jī)構(gòu)的循環(huán)往復(fù)滾動(dòng)及輕敲可被不斷黏附并輸運(yùn)到外側(cè)直至壓印于承印載體的表面，由于墨水的重力作用及打印頭在承印載體表面的上下敲擊，促成了電子墨水不斷向處于低處的滾珠頭供應(yīng)過(guò)去，而滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程則確保了墨水的不斷向外供給直至轉(zhuǎn)印到承印載體表面，這種復(fù)合式運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的較大驅(qū)動(dòng)力是常規(guī)的噴墨或壓電打印方式所難以提供的；
[0043]所述滾珠式打印頭夾持機(jī)構(gòu)，用于支撐滾珠式打印頭并執(zhí)行打印頭的抬起和下落動(dòng)作，擊打承印載體的表面以實(shí)現(xiàn)電子墨水的轉(zhuǎn)??；可選的，所述的滾珠式打印頭主要是金屬球形打印頭，也可采用圓柱型輥輪實(shí)現(xiàn)大面積電子墨水轉(zhuǎn)印，且按所同時(shí)驅(qū)動(dòng)墨水種類(lèi)的不同主要分為I枚、3枚和4枚。I枚模式可采取更換的方式實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)滾珠式打印頭的替換，以實(shí)現(xiàn)特定電子屬性圖案的打?。蝗艋壣蠟?枚打印頭機(jī)構(gòu)，則可同時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電、P形半導(dǎo)體模式或N型半導(dǎo)體墨水的轉(zhuǎn)印，而直接生成功能電子器件；4枚打印機(jī)構(gòu)模式則還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電、P形半導(dǎo)體模式、N型半導(dǎo)體墨水及封裝絕緣墨水的打印，完成電子器件的自動(dòng)打印及封裝全過(guò)程。但3枚、4枚以及更多打印頭方式的采用，會(huì)使得控制機(jī)構(gòu)顯得復(fù)雜。滾珠式打印頭在驅(qū)動(dòng)電路的控制下進(jìn)行敲擊和抬起兩種工作狀態(tài)。
[0044]所述走紙機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)承印載體相對(duì)于滑塊運(yùn)動(dòng)方向的縱向往復(fù)移動(dòng)(類(lèi)似于y方向)。其中，所述打印基底為紙張型的打印紙、透明膠片或復(fù)雜結(jié)構(gòu)如塊狀、圓柱或球形表面件。
[0045]其與所述夾持機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制滑塊及滾珠式打印頭機(jī)構(gòu)相配合以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的電子電路打印。
[0046]所述的打印機(jī)狀態(tài)傳感器，用于監(jiān)控打印機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0047]可選的，打印機(jī)狀態(tài)傳感器主要包括初始位置傳感器、紙盡傳感器、溫度傳感器、機(jī)蓋傳感器，其中:
[0048]所述的初始位置傳感器，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)控制滑塊是否停在默認(rèn)的原始位置；
[0049]所述的紙盡傳感器，用于檢測(cè)所裝的打印基板是否用完；
[0050]所述的機(jī)蓋傳感器，用于檢測(cè)正在打印中的異常開(kāi)打印機(jī)蓋操作。
[0051]可選的，所述電子墨水包括低熔點(diǎn)液態(tài)金屬及其合金、P型半導(dǎo)體性墨水、N型半導(dǎo)體性墨水及絕緣封裝墨水。[0052]可選的，所述溫度控制裝置包含電熱絲、風(fēng)扇、溫度傳感器等，由電腦軟件根據(jù)設(shè)定參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速并控制施加于電熱絲的電壓高低以控制加熱量，用于調(diào)控所述打印空腔內(nèi)電子墨水的溫度，確保所述電子印刷墨水處于液態(tài)，便于轉(zhuǎn)印。加熱方式也可采用其他原理如激光、射頻等實(shí)現(xiàn)，此處不贅。
[0053]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型專(zhuān)利。
[0054]實(shí)施例1:
[0055]如圖1和2所示，本實(shí)用新型的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)1，打印機(jī)箱100，打印機(jī)箱100中設(shè)有走紙機(jī)構(gòu)、滑軌2、打印機(jī)構(gòu)、溫度控制裝置6及狀態(tài)傳感器。計(jì)算機(jī)I用于生成打印控制指令。具體的，計(jì)算機(jī)I安裝有DIY電子繪圖程序及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于電子電路及電子器件的自動(dòng)設(shè)計(jì)以及生成印刷控制指令。用戶能夠在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出需要打印的電子電路圖案，并生成結(jié)構(gòu)印刷指令。走紙機(jī)構(gòu)設(shè)置在打印箱體的底部位置，其包括基底88、輸送單元及走紙控制模塊；輸送單元安裝在基底上，輸送單元用于輸送承印載體9 ;輸送單元包括兩對(duì)間隙設(shè)置的輥輪7及用于驅(qū)動(dòng)輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的輥輪驅(qū)動(dòng)組件(圖未示出)，兩對(duì)輥輪的滾動(dòng)軸心同軸布置，承印載體擱置于基底上，通過(guò)輥輪7輸送，實(shí)現(xiàn)承印載體的沿棍輪7移動(dòng)的方向往復(fù)移動(dòng)。走紙控制模塊與計(jì)算機(jī)4連接及走紙機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分連接，接收打印控制指令，并控制輸送單元工作。在走紙控制模塊的控制之下，輸送單元帶動(dòng)其上的承印載體往復(fù)移動(dòng)。
[0056]滑軌2橫跨固定在打印機(jī)箱100內(nèi)，并位于走紙機(jī)構(gòu)的上方位置，用于承載打印機(jī)構(gòu)。
[0057]打印機(jī)構(gòu)設(shè)置在滑軌2上，打印機(jī)構(gòu)包括滑塊3、滾珠式打印頭5、夾持機(jī)構(gòu)4、位移傳感器及打印控制模塊10。滾珠式打印頭5內(nèi)填充有電子墨水，滾珠式打印頭5包括打印頭外殼51及滾珠53，打印頭外殼51設(shè)有腔體52，其腔體52用于充填電子墨水，滾珠53可轉(zhuǎn)動(dòng)地嵌設(shè)在打印頭外殼51的腔體52內(nèi)，并與電子墨水接觸?；瑝K3可滑動(dòng)地安裝在滑軌2上，滑塊3內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)滑塊沿滑軌移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滑塊3沿滑軌2移動(dòng)。夾持機(jī)構(gòu)連接滑塊3及滾珠式打印頭5，具體的，夾持機(jī)構(gòu)4通過(guò)一個(gè)帶有控制模塊的微位移器安裝在滑塊上，夾持機(jī)構(gòu)4的夾持部夾持滾珠式打印頭5。位移傳感器與微位移器電連接，控制模塊依據(jù)位移傳感器測(cè)量信息控制微位移器上打印頭的上下位置及與承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作。優(yōu)選的，在夾持機(jī)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)晶振單元，晶振單元能夠帶動(dòng)滾珠式打印頭快速振動(dòng)，使?jié)L珠快速敲擊承印載體。打印控制模塊10與計(jì)算機(jī)I連接，計(jì)算機(jī)I向打印控制模塊發(fā)送打印動(dòng)作指令，通過(guò)打印控制模塊10控制滑塊3在滑軌2上的左右移動(dòng)，并控制滾珠式打印頭5工作，調(diào)節(jié)滾珠式打印頭與承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作。
[0058]在打印時(shí)，走紙機(jī)構(gòu)控制承印載體移動(dòng)，打印控制模塊控制滑塊左右移動(dòng)，微位移器控制滾珠式打印頭的滾珠貼合承印載體，同時(shí)，晶振單元不斷的振動(dòng)，滾珠將電子墨水不斷的轉(zhuǎn)印到承印載體上，完成電子電路及電子器件的打印工作。
[0059]溫度控制裝置6用于調(diào)節(jié)打印機(jī)箱的內(nèi)部溫度；優(yōu)選的，溫度控制裝置包含電熱絲、風(fēng)扇、溫度傳感器及控制裝置。用于監(jiān)控并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)打印機(jī)內(nèi)的溫度使電子墨水保持液態(tài)，此溫度控制裝置6是市場(chǎng)成熟技術(shù)，可根據(jù)加熱功率大小直接購(gòu)買(mǎi)選配即可。
[0060]狀態(tài)傳感器用于監(jiān)控打印設(shè)備的工作狀態(tài)，狀態(tài)傳感器包括初始位置傳感器和紙盡傳感器8。初始位置傳感器安裝于滑塊內(nèi)，用于檢測(cè)打印盒是否停在默認(rèn)的原始位置。在打印開(kāi)始時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到的滑塊不在初始位置時(shí)，則控制滑塊移動(dòng)到相應(yīng)的初始位置。紙盡傳感器8安裝于走紙機(jī)構(gòu)底端，并與走紙控制模塊連接，用于檢測(cè)所裝的承印載體是否用盡，當(dāng)檢測(cè)到走紙機(jī)構(gòu)上的承印載體用盡時(shí)，發(fā)出報(bào)警。
[0061]上述的承印載體包括紙張型的打印紙及透明膠片等片狀承印載體。
[0062]上述全自動(dòng)電子打印設(shè)備的打印過(guò)程主要包括以下步驟:
[0063](I)用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)安裝的DIY繪圖程序及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)出需要打印的電子電路或電子器件的圖案，并生成印刷控制指令，并發(fā)送給各控制模塊；
[0064](2)各所述控制模塊接收所述計(jì)算機(jī)的印刷控制指令，依據(jù)所述狀態(tài)傳感器的信息進(jìn)行工作，并執(zhí)行所述印刷控制指令控制各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)配合形成所需要的空間軌跡，實(shí)現(xiàn)由導(dǎo)電墨水、P型半導(dǎo)體墨水、N型半導(dǎo)體模式印制成的電子電路或器件。通過(guò)控制滑塊，夾持機(jī)構(gòu)，滾珠式打印頭，走紙機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，滾珠式打印頭與承印載體接觸或收起的動(dòng)作將電子油墨轉(zhuǎn)印在承印載體表面上。
[0065]在步驟SI中，用戶通過(guò)使用具備電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能的計(jì)算機(jī)I中操作程序，繪制出自己所需的電路及電子器件結(jié)構(gòu)圖，并生成相應(yīng)的印刷控制指令。
[0066]在步驟S2中，用戶通過(guò)電纜連接好計(jì)算機(jī)與電子打印機(jī)間的線路，調(diào)用印刷控制指令，啟動(dòng)印刷過(guò)程。印刷過(guò)程中，滾珠式打印頭在驅(qū)動(dòng)電路控制下開(kāi)始執(zhí)行打印和抬起兩種工作狀態(tài)。特別指出的是，滾珠式打印頭在敲擊承印載體表面時(shí)，即可將墨水轉(zhuǎn)印到基板上從而實(shí)現(xiàn)電子打印。與此同時(shí)，控制模塊適時(shí)控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，確保滾珠式打印頭及走紙機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)各種空間電子圖案的打印，即完成所需的打印工作。待印刷完畢，用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)關(guān)閉印刷程序，再切斷設(shè)備電源，完成電路或電子器件的針式打印工作。
[0067]上述導(dǎo)電性金屬墨水包括鎵、鎵銦合金、鎵錫合金、銦錫合金、鎵銦錫合金、鎵銦錫鋅合金、鎵銦錫鋅鉍合金中的一種或多種；P型或N型半導(dǎo)體性墨水包括紅熒烯rubrene、并五苯pentacene、聚3_己基噻吩P3HT、聚3，3’ - 二烷基連四噻吩PQT、聚3芳基胺PTAA、梯形聚合物BBL中的一種或多種。電子墨水包括低熔點(diǎn)液態(tài)金屬鎵、P型半導(dǎo)體性墨水、N型半導(dǎo)體性墨水如紅熒烯rubrene、聚3芳基胺PTAA，以及705型膠水式絕緣封裝墨水；這些墨水可根據(jù)需要摻雜粒徑50nm的金顆粒；打印基底I為紙張型的打印紙、透明膠片。
[0068]上述摻雜液體中可摻雜納米顆粒，種類(lèi)和尺寸可選用粒徑Inm?900nm的鉬、金、銀、銅、鐵、招、鋪、秘、鋪、錯(cuò)、鎮(zhèn)、錯(cuò)、組、鉛、鶴、鍊、康銅、鶴鍊合金、鎮(zhèn)鋪合金、碳納米管或石墨烯；或是選用硫化鍺顆粒、硒化鍺顆粒、碲化鍺顆粒、鉍化銦顆粒、砷化銦顆粒、銻化銦顆粒、氧化銦顆粒、磷化銦顆粒、砷化鎵顆粒、磷化鎵顆粒、硫化銦顆粒、硒化銦顆粒、氧化銦錫顆粒、碲化銦顆粒、氧化鉛顆粒、硫化鉛顆粒、硒化鉛顆粒、碲化鉛顆粒、硅化鎂顆粒、氧化錫顆粒、氯化錫顆粒、硫化錫顆粒、硒化錫顆粒、碲化錫顆粒、硫化銀顆粒、硒化銀顆粒、碲化銀顆粒、氧化締顆粒、氧化鋅顆粒、砷化鋅顆粒、鋪化鋅顆粒、磷化鋅顆粒、硫化鋅顆粒、硫化鎘顆粒、氧化硼顆粒、硒化鋅顆?；蝽诨\顆粒等。
[0069]其中，計(jì)算機(jī)I用于設(shè)計(jì)并生成圖案印刷指令；滑軌2用于承載滾珠式打印頭5及滑塊3，滑塊3用于在計(jì)算機(jī)I軟件控制水平方向運(yùn)動(dòng)的打印控制模塊作用下驅(qū)動(dòng)并控制滾珠式打印頭5及夾持機(jī)構(gòu)4，以實(shí)現(xiàn)打?。挥纱丝刂拼蛴☆^5在滑軌2上的左右移動(dòng)；用于固定和夾持打印頭5，滑塊由滑軌2上的打印控制模塊10通過(guò)電纜連接控制，滑塊3內(nèi)置有步進(jìn)電機(jī)，由此可實(shí)現(xiàn)滑塊3及夾持目標(biāo)對(duì)象即打印頭5沿滑軌左右運(yùn)動(dòng)，打印頭接觸承印載體表面后由于二者之間的摩擦作用，會(huì)帶動(dòng)滾珠53的轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)滾珠式打印頭5由其夾持機(jī)構(gòu)4控制呈輕敲模式，這樣在敲擊和轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)合作用下，電子墨水易于黏附到滾珠式打印頭5的滾珠53的表面直至轉(zhuǎn)印到打印基底上形成電子圖案。
[0070]夾持機(jī)構(gòu)4用于固定打印頭并執(zhí)行滾珠式打印頭5的動(dòng)作，在承印載體9表面實(shí)現(xiàn)印刷；滾珠式打印頭5其內(nèi)填充有電子墨水52，墨水由于打印頭內(nèi)滾珠53的循環(huán)往復(fù)滾動(dòng)和打印頭5上下輕敲可被不斷黏附到滾珠53表面并輸運(yùn)到外側(cè)直至涂寫(xiě)于承印載體的表面，完成電子墨水的轉(zhuǎn)運(yùn)，最終形成打印電子器件；在計(jì)算機(jī)的控制下，兩對(duì)輥輪夾持下的承印載體9移動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)承印載體9如紙張或膠片的縱向往復(fù)移動(dòng)，其與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制滑塊及滾珠式打印頭機(jī)構(gòu)相配合以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電子電路的打??；本實(shí)施例采用滾珠式打印機(jī)構(gòu)為I枚，若需打印不同電子對(duì)象，可采取更換打印頭的方式實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)滾珠式打印頭的替換，以實(shí)現(xiàn)特定電子屬性圖案如導(dǎo)電元件、P型電子元件、N型電子原件的打印，通過(guò)多個(gè)順序過(guò)程配合實(shí)現(xiàn)電子的制造。上述滑塊及輥輪均是成熟技術(shù)，可直接從市場(chǎng)購(gòu)置對(duì)應(yīng)組件安裝調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，甚至，可直接采用商業(yè)化電動(dòng)缸制作。
[0071]實(shí)施例2:
[0072]圖4是本實(shí)用新型中帶有三枚滾珠式打印頭的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例不同于實(shí)施例I的地方在于，在于無(wú)需停機(jī)更換打印筆來(lái)實(shí)現(xiàn)多屬性電子打印，打印機(jī)構(gòu)可以不僅使用一個(gè)，而是可同時(shí)提供導(dǎo)電墨水的打印機(jī)構(gòu)、P型半導(dǎo)體墨水的打印機(jī)構(gòu)及N型半導(dǎo)體墨水的打印機(jī)構(gòu)三種打印筆及對(duì)應(yīng)的軟硬件控制機(jī)構(gòu)，可根據(jù)具體電路的需要按先后次序選用或同時(shí)配合打印，由此實(shí)現(xiàn)具體功能的電子電路或器件制作。此外，還可以采用兩枚打印機(jī)構(gòu)、四枚打印機(jī)構(gòu)進(jìn)行打印，打印機(jī)構(gòu)的數(shù)量由打印產(chǎn)品的種類(lèi)所決定。此實(shí)施例中，工作模式與實(shí)施例1完全一致，此處不再贅述。
[0073]實(shí)施例3:
[0074]圖5是本實(shí)用新型中的用于在三維物體表面上打印的滾珠轉(zhuǎn)印墨水式全自動(dòng)電子打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例不同于實(shí)施例1的地方在于，輸送單元通過(guò)一個(gè)三維移動(dòng)單元安裝在基底上，三維移動(dòng)單元帶動(dòng)輸送單元及由輸送單元輸送的承印載體沿X、Y及Z方向的三維移動(dòng)。本實(shí)施例采用機(jī)構(gòu)臂91作為三維移動(dòng)單元。輸送單元包括一個(gè)圓筒夾持組件12以及一個(gè)電機(jī)11，承印載體通過(guò)圓筒夾持組件12夾持，并設(shè)置在圓筒夾持組件的外表面，電機(jī)11與圓筒夾持組件連接，并驅(qū)動(dòng)圓筒夾持組件轉(zhuǎn)動(dòng)。在打印時(shí)，輸送單元在走紙控制模塊控制下，輸送單元的電機(jī)帶動(dòng)圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)，打印頭在承印載體上來(lái)回滾動(dòng)摩擦并輕敲擊，達(dá)到轉(zhuǎn)印電子墨水到承印載體的效果，從而實(shí)現(xiàn)打印。
[0075]本實(shí)施例可以將片狀的承印載體固定在圓筒夾持組件上，也可以使用三維結(jié)構(gòu)體作為承印載體。
[0076]非為固定于機(jī)箱上的靜止機(jī)構(gòu)，其自身可在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)特定空間運(yùn)動(dòng)，基底安置于三維移動(dòng)單元上，本實(shí)施例的三維移動(dòng)單元采用機(jī)械臂(如圖5所示)，通過(guò)三維移動(dòng)單元上的控制電機(jī)11和夾持件圓筒夾持組件12的操控承印載體的運(yùn)動(dòng)軌跡，由此借助計(jì)算機(jī)I操控有關(guān)部件控制滾珠式打印頭5和控制電機(jī)11和夾持機(jī)構(gòu)12的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)特定的空間電子器件打印，滾珠式打印頭5可將特定電子墨水直接印刷在特定對(duì)象表面，形成最終打印物，由此實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面上的電子打印，可滿足更多功能電子設(shè)備制造的需要。電機(jī)11及圓筒夾持組件12通過(guò)機(jī)械臂的夾持，機(jī)械臂包括多個(gè)機(jī)械臂桿92，機(jī)械臂桿92通過(guò)活動(dòng)輪91，在機(jī)械臂控制盒93操控下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)三維打印。三維移動(dòng)單元固定于基底88上，可以是三軸位移器、機(jī)械臂及操縱機(jī)器人等，其均為市場(chǎng)產(chǎn)品，可根據(jù)本實(shí)用新型需要控制的復(fù)雜度選用設(shè)置即可。
[0077]本實(shí)用新型使用過(guò)程是這樣進(jìn)行的，印刷時(shí)，軟件讀取用戶所預(yù)先設(shè)計(jì)并繪制好的電路或電子器件圖，根據(jù)不同的打印內(nèi)容控制滾珠式打印頭與承印對(duì)象表面的接觸和打印動(dòng)作，依據(jù)持續(xù)不斷地控制指令實(shí)現(xiàn)特定的打印任務(wù)。此外，軟件還可實(shí)時(shí)監(jiān)控打印過(guò)程，能及時(shí)響應(yīng)打印裝置所發(fā)出的報(bào)警，并反饋相應(yīng)的控制指令。如當(dāng)打印機(jī)發(fā)出“墨水”用完警告或“基底”用完警告時(shí)，軟件能及時(shí)暫停印刷，等待用戶添加基底和更換墨盒。
[0078]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，包括: 計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于生成打印控制指令； 打印機(jī)箱，所述打印機(jī)箱中設(shè)有走紙機(jī)構(gòu)、滑軌、打印機(jī)構(gòu)、溫度控制裝置及狀態(tài)傳感器； 所述走紙機(jī)構(gòu)包括基底、輸送單元及走紙控制模塊；所述輸送單元安裝在所述基底上，所述輸送單元用于輸送打印載體；所述走紙控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，接收打印控制指令，并控制所述走紙機(jī)構(gòu)工作； 所述滑軌橫跨固定在所述打印機(jī)箱內(nèi)，并位于所述走紙機(jī)構(gòu)的上方位置； 所述打印機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述滑軌上，所述打印機(jī)構(gòu)包括滑塊、滾珠式打印頭、夾持機(jī)構(gòu)及打印控制模塊；所述滾珠式打印頭內(nèi)填充有電子墨水；所述滑塊可滑動(dòng)地安裝在所述滑軌上；所述夾持機(jī)構(gòu)連接所述滑塊及滾珠式打印頭；所述打印控制模塊與所述計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)打印控制模塊控制所述滑塊在滑軌上的左右移動(dòng)，并控制所述滾珠式打印頭工作，調(diào)節(jié)所述滾珠式打印頭與所述承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作； 所述溫度控制裝置用于調(diào)節(jié)打印機(jī)箱的內(nèi)部溫度； 所述狀態(tài)傳感器用于監(jiān)控打印設(shè)備的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述輸送單元固定安裝在所述基底上，所述輸送單元包括兩對(duì)間隙設(shè)置的輥輪及用于驅(qū)動(dòng)輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的輥輪驅(qū)動(dòng)組件，所述兩對(duì)輥輪的滾動(dòng)軸心同軸布置，所述承印載體通過(guò)所述輥輪輸送。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述輸送單元通過(guò)三維移動(dòng)單元安裝在所述基底上，所述三維移動(dòng)單元帶動(dòng)所述輸送單元三維移動(dòng)；所述輸送單元包括一個(gè)圓筒夾持組件及電機(jī)，所述承印載體設(shè)置在所述圓筒夾持組件外表面，所述電機(jī)與圓筒夾持組件連接，并驅(qū)動(dòng)圓筒夾持組件轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述打印機(jī)構(gòu)還包括:位移傳感器及帶有控制模塊的微位移器，夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)微位移器安裝在滑塊上；所述位移傳感器與所述微位移器電連接，控制模塊依據(jù)位移傳感器測(cè)量信息控制微位移器上打印頭的上下位置及與承印載體的距離并操縱打印動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述溫度控制裝置包含電熱絲、風(fēng)扇、溫度傳感器及控制裝置，確保電子墨水保持應(yīng)有的熱狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)流暢打印。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述打印機(jī)構(gòu)是I至4枚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述承印載體對(duì)象包含紙張型的打印紙、透明膠片或復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)電子打印設(shè)備，其特征在于，所述狀態(tài)傳感器包括: 初始位置傳感器，安裝于滑塊內(nèi)，用于檢測(cè)打印盒是否停在默認(rèn)的原始位置； 紙盡傳感器，安裝于走紙機(jī)構(gòu)底端，用于檢測(cè)所裝的承印載體是否用盡。
【文檔編號(hào)】B41J2/225GK203651200SQ201320724472
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】劉靜, 鄭義 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所