專利名稱：微型浮質(zhì)噴嘴和浮質(zhì)噴嘴陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用微型浮質(zhì)噴嘴或微型浮質(zhì)噴嘴陣列的各種成煙霧狀 散開的材料的直接打印。更具體地，本發(fā)明涉及在平面或非平面表面上的 無掩模、非接觸式打印。本發(fā)明也可被用于在大氣狀態(tài)下執(zhí)行將材料打印 在熱敏目標(biāo)上，并且能夠進行具有微米尺寸特征的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于將材料沉積到目標(biāo)上的沉積頭組件，包含沉積 頭的所述沉積頭組件包括通道，所述通道用于輸送包括材料的浮質(zhì)；一 個或多個入口，所述入口用于將鞘氣(sheath gas)引入所述沉積頭中；連 接至所述入口的第一室；緊靠所述通道的出口的區(qū)域，所述區(qū)域用于將浮 質(zhì)與所述鞘氣相結(jié)合，從而形成包括圍繞內(nèi)部浮質(zhì)流的外部鞘流(sheath flow)的環(huán)狀噴嘴；以及伸長管嘴。沉積頭組件優(yōu)選具有小于大約lcm的 直徑。所述入口優(yōu)選沿圓周布置在所述通道的周圍。所述區(qū)域可選地包括 第二室。
所述第一室可選地在所述沉積頭的外部，且在所述鞘氣與所述浮質(zhì)相 結(jié)合前，所述第一室繞著所述通道形成鞘氣壓力的圓柱形對稱分布。所述 第一室優(yōu)選地足夠長以在所述鞘氣與所述浮質(zhì)相結(jié)合前，足以繞著所述通 道形成鞘氣壓力的圓柱形對稱分布。沉積頭組件可選地進一步包括用于從
所述第一室接收鞘氣的第三室，所述第三室?guī)椭龅谝皇以谒銮蕷馀c 所述浮質(zhì)相結(jié)合前繞著所述通道形成鞘氣壓力的圓柱形對稱分布。所述第 三室優(yōu)選通過多個通道被連接至所述第一室，其中所述通道平行且沿圓周 設(shè)置在所述通道周圍。所述沉積頭組件優(yōu)選包括用于使所述沉積頭相對于 所述目標(biāo)平移或傾斜的一個或多個致動器。
本發(fā)明還是一種用于將材料沉積在目標(biāo)上的設(shè)備，所述設(shè)備包括多 個通道，所述多個通道用于輸送包括材料的浮質(zhì)；圍繞所述通道的鞘氣室； 緊靠各所述通道的出口的區(qū)域，所述區(qū)域用于使浮質(zhì)與所述鞘氣相結(jié)合， 從而形成用于每一個通道的環(huán)狀噴嘴，所述噴嘴包括圍繞內(nèi)部浮質(zhì)流的外 部鞘流；以及與每一個所述通道相對應(yīng)的伸長管嘴。所述多個通道優(yōu)選形 成陣列。所述浮質(zhì)可選地從共用室進入每一個所述通道。所述浮質(zhì)優(yōu)選地 被單獨供給到至少一個所述通道。第二成煙霧狀散開的材料可選地被供給 到至少一個所述通道。在至少一個通道中的浮質(zhì)的質(zhì)量流量優(yōu)選地可單獨 控制。所述設(shè)備優(yōu)選包括用于使一個或多個所述通道和伸長管嘴相對于目 標(biāo)平移或傾斜的一個或多個致動器。
所述設(shè)備優(yōu)選地進一步包括霧化器，所述霧化器包括用于保持材料 的圓柱形腔室；設(shè)置在所述腔室的底部上的薄聚合物膜；超聲波池，所述 超聲波池用于容納所述腔室且將超聲波能量向上引導(dǎo)穿過所述膜；載體 管，所述載體管用于將載體氣體引入到所述腔室中；以及一個或多個抽取 管，所述抽取管用于將浮質(zhì)發(fā)送至所述多個通道。所述載體管優(yōu)選包括一 個或多個開口。所述設(shè)備優(yōu)選進一步包括連接至所述管的漏斗，用于使材 料的大液滴再循環(huán)。額外的材料可選地被持續(xù)地提供至霧化器以替換被傳 送至所述多個通道的材料。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于使材料在目標(biāo)上沉積的微型沉積頭。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于該微型沉積頭易于組合成緊湊的陣列，該陣列 允許平行的執(zhí)行多元沉積，因此大幅度減少了沉積時間。
本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎性、以及進一步的應(yīng)用范圍將結(jié)合附 圖在以下詳細的說明中部分地闡述，并且將部分地對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員在以下的審查中變得明顯，或可以通過本發(fā)明的實踐而獲悉。本發(fā)明的
目的和優(yōu)點可通過附加權(quán)利要求中具體指出的手段和組合而實現(xiàn)及獲得。


組成及形成說明書的一部分的附圖與說明一起說明本發(fā)明的幾個實 施例，用于解釋本發(fā)明的原理。圖式只是用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例， 且不被認為對本發(fā)明的限定。在圖式中
圖la是本發(fā)明的微型沉積頭的橫截面；
圖lb顯示了從六個平均分隔開的通道中引入鞘氣的可供選擇的微型 沉積頭的等距視圖和橫截面圖lc示出了具有隨附的外部鞘式充氣室的圖lb的沉積頭的等距視圖 和橫截面圖ld示出了從沿該頭的軸的管道中引入浮質(zhì)和鞘氣的沉積頭結(jié)構(gòu)的 等距視圖和橫截面圖le示出了使用內(nèi)部充氣室并經(jīng)由將該頭連接至安裝組件的端口引 入鞘式空氣的沉積頭結(jié)構(gòu)的等距視圖和橫截面圖lf示出了為最大程度的小型化提供的不使用充氣室的沉積頭的等 距視圖和橫截面圖2是在可移動臺架上安裝的單個微型沉積頭的示意圖3是微型沉積頭與標(biāo)準(zhǔn)M^^沉積頭的比較；
圖4a是多頭設(shè)計的示意圖4b是具有單獨供給管嘴的多頭設(shè)計的示意圖5a示出了可使該頭關(guān)于兩個正交軸傾斜的結(jié)構(gòu)中的微型浮質(zhì)噴嘴；
圖5b示出了壓電驅(qū)動式微型浮質(zhì)噴嘴陣列；以及
圖6示出了使用微型浮質(zhì)噴嘴陣列的霧化器組件的透視圖和剖面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通常涉及用于利用空氣動力集中的液體和液體-顆粒懸浮液的 高溶解、無掩模式沉積的設(shè)備和方法。在最常用的實施例中，浮質(zhì)流被集 中且被沉積在平面或非平面的目標(biāo)上以形成圖案，該圖案被熱處理或光化
學(xué)處理以獲得接近于對應(yīng)的塊材(bulk material)的物理、光學(xué)、和/或電氣特性。這種工藝稱為M^⑧一無掩模中尺度材料沉積，且被用于使具有
線幅(linewidth)的成煙霧狀散開的材料沉積，其中該線幅為小于傳統(tǒng)厚 膜工藝的沉積線的數(shù)量級。在不使用掩模的情況下執(zhí)行沉積。術(shù)語中尺度 是指大約l微米到l毫米的尺寸，并且覆蓋通過傳統(tǒng)薄膜和厚膜工藝沉積的 幾何結(jié)構(gòu)之間的范圍。另外，根據(jù)處理后的激光處理，1^30@工藝能夠?qū)?具有寬度的線限定為小到l微米。
^430@設(shè)備優(yōu)選使用浮質(zhì)噴嘴沉積頭，以形成由外部的鞘流和內(nèi)部的
充滿浮質(zhì)的載體流構(gòu)成的環(huán)狀傳播噴嘴。在環(huán)狀浮質(zhì)噴射工藝中，浮質(zhì)流 優(yōu)選在霧化工藝后或通過加熱器組件后直接進入沉積頭，并沿裝置的軸朝 向沉積頭孔口引導(dǎo)浮質(zhì)流。質(zhì)量通過量優(yōu)選由浮質(zhì)載體氣體質(zhì)量流量控制 器控制。在沉積頭內(nèi)，浮質(zhì)流優(yōu)選經(jīng)通過毫米尺寸的孔口而初始校準(zhǔn)。然 后射出的顆粒流優(yōu)選與環(huán)狀鞘氣結(jié)合。載體氣體和鞘氣多數(shù)通常包括壓縮 空氣或惰性氣體，其中一者或兩者都可以含有改良的溶劑蒸氣物質(zhì)。例如， 當(dāng)浮質(zhì)從水溶液中形成時，水蒸氣可被加入到載體氣體或鞘氣以防止液滴 蒸發(fā)。
鞘氣優(yōu)選進入通過浮質(zhì)入口之下的鞘式空氣入口 ，并形成具有浮質(zhì)流 的環(huán)狀流。如同浮質(zhì)載體氣體，鞘氣流量優(yōu)選由質(zhì)量流量控制器控制?；?合流通過在目標(biāo)處引導(dǎo)的孔口離開伸長管嘴。該環(huán)狀流將浮質(zhì)流集中在目 標(biāo)上，并允許進行具有尺寸小到大約為5微米的特征的沉積。
在M3D 方法中，當(dāng)鞘氣與浮質(zhì)流相結(jié)合時，該流不需要為了使次毫 米線幅沉積而通過多于一個的孔口。對于該"單級"沉積，在10微米線的沉 積中，M3D 方法典型地獲得大約250的流量直徑收縮，且可能能夠收縮超 過IOOO。不使用軸向收縮，且該流典型地不會達到超聲流速，從而防止可 以潛在導(dǎo)致該流完全收縮的紊流的形成。
通過將伸長管嘴連接至沉積頭而獲得增強的沉積特征。優(yōu)選利用氣動 配合和緊固螺母將管嘴連接至沉積頭的下部腔室，且所述管嘴優(yōu)選長大約 0.95到1.9厘米。管嘴降低了射出流的直徑，并將該流校準(zhǔn)為在超過管嘴出 口大約3至5毫米的距離處為管嘴孔口直徑的若干分之幾。管嘴的孔口直徑 的尺寸是根據(jù)沉積材料的理想線幅的范圍而選取的。出口孔口可具有從大 約50到500微米范圍的直徑。沉積的線幅可小到大約為孔口直徑的尺寸的
二十分之一，或大到孔口直徑。使用相同的沉積設(shè)備，可拆卸式伸長管嘴 的使用還能夠?qū)⒊练e結(jié)構(gòu)的尺寸從小至幾微米改變?yōu)榇笾羖毫米的若干分 之幾。射出流的直徑(且因此使沉積的線幅)由出口孔口尺寸、鞘氣的流 量與載體氣體的流量的比率、以及孔口和目標(biāo)之間的距離來控制。還可使 用伸長管嘴獲得增強沉積，該伸長管嘴被加工到沉積頭的主體中。這種伸
長管嘴在2004年12月13日提交的名為"Annular Aerosol Jet Deposition Using An Extended Nozzle"的共同擁有的美國專利申請第11/011，366號中 有更詳細的說明，該申請在此整體并入本文供參考。
在許多應(yīng)用中，有利的是由多個沉積頭執(zhí)行沉積?？赏ㄟ^使用微型沉 積頭以增加每單位面積的管嘴數(shù)量，使用于引導(dǎo)打印應(yīng)用的多個沉積頭的 使用變得更便利。微型沉積頭優(yōu)選包括與標(biāo)準(zhǔn)頭相同的基本內(nèi)部幾何結(jié) 構(gòu)，相同之處在于環(huán)狀流以相似于標(biāo)準(zhǔn)沉積頭的結(jié)構(gòu)形成在浮質(zhì)和鞘氣之 間。沉積頭的小型化還幫助在移動臺架上安裝沉積頭和在固定目標(biāo)上沉積 材料的直接寫入過程。
微型浮質(zhì)噴嘴沉積頭和噴嘴陣列
^130@沉積頭的小型化可以通過多于一個的數(shù)量級減少裝置的重量， 因此而幫助可移動臺架上的安裝和平移。小型化還幫助成陣列的沉積頭的 制造和操作，能夠構(gòu)成和操作能夠獨立運動和沉積的浮質(zhì)噴嘴陣列。成陣 列的浮質(zhì)噴嘴提供了增加的沉積率、成陣列的沉積和多種材料的沉積。成 陣列的浮質(zhì)噴嘴對于高溶解的直接寫入應(yīng)用還設(shè)置用于增加的管嘴密度， 并且可制成具有用于特殊沉積應(yīng)用的定制的噴嘴空間和結(jié)構(gòu)。管嘴結(jié)構(gòu)包 括但不限于線性、矩形、圓形、多邊形和各種非線性排列。
即使兩者不相同，微型沉積頭與標(biāo)準(zhǔn)沉積頭的功能也會相似，但所述 微型沉積頭的直徑是較大單元的直徑的約五分之一。因此微型沉積頭的直 徑或?qū)挾葍?yōu)選是大約lcm，但是也可以更小或更大。本申請中詳述的幾個 實施例公開了鞘氣被引入沉積頭內(nèi)并進行分送的各種方法、以及結(jié)合鞘氣 流與浮質(zhì)流的方法。鞘氣流在沉積頭之中的發(fā)展對系統(tǒng)的沉積特征是至關(guān) 重要的，用來確定噴射的浮質(zhì)流的最終寬度以及沉積到一次沉積邊界外的 衛(wèi)星液滴(satellite droplet)的量和分送，并且通過在孔口壁和充滿浮質(zhì)的
載體氣體之間形成的屏障使出口孔口的阻塞最小化。
微型沉積頭的橫截面在圖la中被示出。充滿浮質(zhì)的載體氣體通過浮質(zhì) 端口102進入沉積頭，并且沿裝置的軸進行引導(dǎo)。惰性鞘氣通過連接至上 部充氣室104的端口側(cè)向地進入沉積頭。充氣室繞著沉積頭的軸產(chǎn)生鞘氣 壓力的圓柱形對稱式分布。鞘氣流至圓錐形下部充氣室106，并與浮質(zhì)流 在結(jié)合室108中相結(jié)合，形成由內(nèi)部的充滿浮質(zhì)的載體氣流和外部惰性鞘 氣流組成的環(huán)狀流。環(huán)狀流通過伸長管嘴110傳播，并在管嘴孔口112處退 出。
圖lb示出了從六個平均分隔開的通道引入鞘氣的可選實施例。該結(jié)構(gòu) 不包含圖la中描繪的沉積頭的內(nèi)部充氣室。鞘氣通道114優(yōu)選繞著裝置的 軸平均地間隔開。該設(shè)計可以使沉積頭124的尺寸減小，且使裝置更容易 被制造。鞘氣與浮質(zhì)載體氣體在沉積頭的結(jié)合室108中相結(jié)合。如同前述 的設(shè)計，該混合流接著進入伸長管嘴110并從管嘴孔口112退出。由于該沉 積頭不包括充氣室，因此鞘氣壓力的圓柱形對稱分布優(yōu)選地在鞘氣被注入 到沉積頭之前而形成。圖lc示出了用于使用外部充氣室116產(chǎn)生所需的鞘 氣壓力分布的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，鞘氣從位于腔室一側(cè)上的端口118進入 充氣室，且向上流至鞘氣通道114。
圖ld示出了從沿沉積頭的軸而行的管道中引入浮質(zhì)和鞘氣的沉積頭 結(jié)構(gòu)的等距視圖和橫截面圖。在該結(jié)構(gòu)中，圓柱形對稱壓力分布通過使鞘 氣優(yōu)選通過在沉積頭的軸上中心處的圓盤122中的平均分隔開的孔120而 獲得。鞘氣接著與浮質(zhì)載體氣體在結(jié)合室108中相結(jié)合。
圖le示出了本發(fā)明的沉積頭的結(jié)構(gòu)的等距視圖和橫截面圖，其中所述 沉積頭使用內(nèi)部充氣室，并經(jīng)由優(yōu)選將該頭連接至安裝組件的端口118引 入鞘式空氣。如圖la的結(jié)構(gòu)中，鞘氣進入上部充氣室104，然后在流至結(jié) 合室108之前流至下部充氣室106。然而在該情況下，上部及下部充氣室之 間的距離被減小，以使沉積頭能夠進一步小型化。
圖lf示出了為最大程度的小型化提供的不使用充氣室的沉積頭的等 距視圖和橫截面圖。浮質(zhì)通過浮質(zhì)管102的頂部中的開口進入鞘氣室210。 鞘氣通過輸入端口 118進入該頭，其中所述輸入端口可選地被垂直定向至 浮質(zhì)管102，并與浮質(zhì)流在浮質(zhì)管102的底部處相結(jié)合。浮質(zhì)管102可部分或全部地延伸至鞘氣室210的底部。鞘氣室210的長度應(yīng)該足夠長，以確保 在兩者結(jié)合之前，鞘氣的流動大致平行于浮質(zhì)流，從而產(chǎn)生優(yōu)選為圓柱形 對稱的鞘氣壓力分布。鞘氣然后與浮質(zhì)載體氣體在鞘氣室210的底部處或 鞘氣室210的底部附近相結(jié)合，且該混合氣流通過收斂管嘴220被引入伸長 管嘴230。
圖2示出了在可移動臺架126上安裝的單個微型沉積頭124的示意圖。 系統(tǒng)優(yōu)選包括對準(zhǔn)照相機128和處理激光器130。處理激光器可以是基于光 纖的激光器。在該結(jié)構(gòu)中，識別和對準(zhǔn)、沉積、以及激光處理以連續(xù)方式 執(zhí)行。該結(jié)構(gòu)明顯地減少M3D 系統(tǒng)的沉積和處理模塊的重量，并為中尺
度結(jié)構(gòu)的無掩模、非接觸打印問題提供了便宜的解決方案。
圖3顯示了與微型沉積頭124并排的標(biāo)準(zhǔn)M^⑧沉積頭132。微型沉積頭 124大約是標(biāo)準(zhǔn)沉積頭132的直徑的五分之一。
沉積頭的小型化能夠?qū)崿F(xiàn)多頭設(shè)計的制造。這種裝置的示意圖在圖4a 中被示出。在該結(jié)構(gòu)中，裝置為整體式，并且浮質(zhì)流通過浮質(zhì)氣體端口102 進入浮質(zhì)充氣室103，并接著進入十頭陣列，盡管可以使用任何數(shù)量的頭。 鞘氣流通過至少一個鞘氣端口118進入鞘式充氣室105。在該整體結(jié)構(gòu)中，
該頭以陣列形式同時沉積一種材料。整體結(jié)構(gòu)可與固定目標(biāo)一起被安裝在 雙軸式臺架上，或者系統(tǒng)可與在與臺架的運動正交的方向上供給的目標(biāo)一 起被安裝在單軸式臺架上。
圖4b示出了用于多頭的第二結(jié)構(gòu)。該視圖示出了十個成線性陣列的管 嘴(盡管任何數(shù)量的管嘴都可排列成一維或兩維圖案中的任何圖案)，每 一個管嘴由單獨的浮質(zhì)端口134供給。該結(jié)構(gòu)允許每一個管嘴之間的質(zhì)量 流量一致。假設(shè)霧化源在空間上一致，發(fā)送至每一個管嘴的浮質(zhì)量取決于 流量控制器或多個流量控制器的質(zhì)量流量，而與陣列中的管嘴的位置無 關(guān)。圖4b的結(jié)構(gòu)還允許從單個沉積頭沉積超過一種的材料。這些不同的材 料可以可選地以任何所需圖案或次序被同時沉積或順序地沉積。在這種應(yīng) 用中，不同材料可被發(fā)送至每一個管嘴，且每一種材料通過相同的霧化單 元和控制器或通過單獨的霧化單元和控制器被霧化并發(fā)送。
圖5a示出了允許頭圍繞兩個正交軸傾斜的結(jié)構(gòu)中的微型浮質(zhì)噴嘴。圖 5b是壓電驅(qū)動式微型浮質(zhì)噴嘴的陣列的圖式。該陣列能夠沿一個軸平移。
浮質(zhì)噴嘴通過彎曲安裝件優(yōu)選連接至支架。通過使用壓電致動器施加橫向 力、或可供選擇地通過致動一個或多個(優(yōu)選是兩個)檢流計而使頭傾斜。 浮質(zhì)充氣裝置可被替換為每一個供給單獨沉積頭的束管。在該結(jié)構(gòu)中，浮 質(zhì)噴嘴能夠進行獨立沉積。
用于浮質(zhì)噴嘴陣列的霧化室
浮質(zhì)噴嘴陣列需要與標(biāo)準(zhǔn)的MSD⑧系統(tǒng)中使用的霧化器明顯不同的霧 化器。圖6示出了具有足以將成煙霧狀散開的薄霧供應(yīng)給十個或更多個成
陣列或非陣列的管嘴的能力的霧化器的剖面圖。霧化器組件包括優(yōu)選為玻 璃缸的霧化室136，所述霧化室的底部上優(yōu)選地設(shè)置優(yōu)選包括Kapton⑧的薄
聚合物膜。霧化器組件優(yōu)選被設(shè)置在具有向上引導(dǎo)通過膜的超聲波能量的 超聲波霧化池內(nèi)。該膜將超聲波能量傳送至功能墨，然后該功能墨被霧化 以產(chǎn)生浮質(zhì)。
容納漏斗138優(yōu)選在霧化室136內(nèi)的中心處，且被連接至載體氣體端口 140，所述載體氣體端口優(yōu)選包括從霧化室136的頂部延伸出的空心管。端 口140優(yōu)選包括恰好位于漏斗138之上的一個或更多個狹槽或凹口200，所 述狹槽或凹口允許載體氣體進入霧化室136。漏斗138包含在霧化期間形成 的大液滴并使所述液滴沿管子向下至霧化池以被再循環(huán)。較小的液滴夾帶 在載體氣體中，且作為浮質(zhì)或薄霧經(jīng)由優(yōu)選安裝在漏斗138周圍的一個或 更多個抽取管142發(fā)送。
用于霧化器組件的浮質(zhì)輸出的數(shù)量優(yōu)選是可變化的，并且取決于多管 嘴陣列的尺寸。墊襯材料優(yōu)選地作為密封件被定位在霧化室136的頂部上， 并且優(yōu)選地被夾在兩片金屬之間。墊襯材料在抽取管142和載體氣體端口 140周圍產(chǎn)生密封。盡管要霧化的所需量的材料可以放置在用于分批操作 的霧化組件中，然而材料可以優(yōu)選通過諸如注射泵的裝置經(jīng)由一個或多個 材料入口被持續(xù)地供給到霧化器組件中，其中所述材料入口優(yōu)選被設(shè)置成 穿過墊襯材料中的一個或多個孔。供給速率優(yōu)選與從霧化器組件將材料移 除的速率相同，因此保持霧化室中的墨或其它材料的恒定體積。
關(guān)閉和浮質(zhì)輸出平衡微型噴嘴或微型噴嘴陣列的關(guān)閉可以通過使用定位在浮質(zhì)氣體輸入
管道上的夾管閥(pinch valve)來實現(xiàn)。當(dāng)致動時，夾管閥壓縮管道，且 使到沉積頭的浮質(zhì)的流動停止。當(dāng)閥門打開時，恢復(fù)浮質(zhì)到沉積頭的流動。 當(dāng)保持關(guān)閉能力時，夾管閥關(guān)閉配置使管嘴可以下降到凹入特征內(nèi)，且能 夠使沉積進入這種特征內(nèi)。
另外，在多管嘴陣列的運行中，從個別管嘴的浮質(zhì)輸出的平衡可能是 必要的。浮質(zhì)輸出平衡可以通過壓縮通向個別管嘴的浮質(zhì)輸入管來實現(xiàn)， 使得可以校正管嘴的相關(guān)浮質(zhì)輸出，從而使每個管嘴的質(zhì)量通量一致。
包括微型浮質(zhì)噴嘴或微型浮質(zhì)噴嘴陣列的應(yīng)用包括，但不局限于，大 面積打印、成陣列的沉積、多種材料沉積、和在利用4/5軸運動的三維物 體上的保形打印。
盡管參照特別優(yōu)選且可供選擇的實施例對本發(fā)明進行了詳細的描述， 然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不背離如下的權(quán)利要求的本質(zhì)和范 圍的前提下，可進行各種修改和提高，且其它實施例也可獲得相同的結(jié)果。 以上所揭露的各種結(jié)構(gòu)意指對讀者進行關(guān)于優(yōu)選和可供選擇的實施例的 教授，但不意指限制本發(fā)明的限度或權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明的變更和修 改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，且意指覆蓋全部這種修改和等效配 置。所有上述引用的專利和公開出版物的全部公開內(nèi)容因此將并入本文供 參考。
權(quán)利要求
1.一種用于將材料沉積到目標(biāo)上的沉積頭組件，包含沉積頭的所述沉積頭組件包括通道，所述通道用于輸送包括所述材料的浮質(zhì)；一個或多個入口，所述入口用于將鞘氣引入所述沉積頭中；連接至所述入口的第一室；緊靠所述通道的出口的區(qū)域，所述區(qū)域用于將所述浮質(zhì)與所述鞘氣相結(jié)合，從而形成包括圍繞內(nèi)部浮質(zhì)流的外部鞘流的環(huán)狀噴嘴；以及伸長管嘴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，具有小于大約lcm的直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，其中所述入口沿圓周布置在所 述通道的周圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，其中所述區(qū)域包括第二室。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，其中所述第一室在所述沉積頭 的外部，且在所述鞘氣與所述浮質(zhì)相結(jié)合前，所述第一室繞著所述通道形 成鞘氣壓力的圓柱形對稱分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，其中所述第一室足夠長以在所 述鞘氣與所述浮質(zhì)相結(jié)合前，足以繞著所述通道形成鞘氣壓力的圓柱形對 稱分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，進一步包括用于從所述第一室 接收鞘氣的第三室，所述第三室?guī)椭龅谝皇以谒銮蕷馀c所述浮質(zhì)相 結(jié)合前繞著所述通道形成鞘氣壓力的圓柱形對稱分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的沉積頭組件，其中所述第三室通過多個通道被連接至所述第一室，其中所述通道平行且沿圓周設(shè)置在所述通道周圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的沉積頭組件，包括用于使所述沉積頭相對于 所述目標(biāo)平移或傾斜的一個或多個致動器。
10. —種用于將材料沉積在目標(biāo)上的設(shè)備，所述設(shè)備包括 多個通道，所述多個通道用于輸送包括所述材料的浮質(zhì)； 圍繞所述通道的鞘氣室；緊靠各所述通道的出口的區(qū)域，所述區(qū)域用于使所述浮質(zhì)與所述鞘氣 相結(jié)合，從而形成用于每一個所述通道的環(huán)狀噴嘴，所述噴嘴包括圍繞內(nèi)部浮質(zhì)流的外部鞘流；以及與每一個所述通道相對應(yīng)的伸長管嘴。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述多個通道形成陣列。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述浮質(zhì)從共用室進入每一個 所述通道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述浮質(zhì)被單獨供給到至少一 個所述通道。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中第二成煙霧狀散開的材料被供 給到至少一個所述通道。
15. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中在至少一個所述通道中的浮質(zhì) 的質(zhì)量流量可單獨控制。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括用于使一個或多個所述通道和 伸長管嘴相對于所述目標(biāo)平移或傾斜的一個或多個致動器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進一步包括霧化器，所述霧化器包括用于保持所述材料的圓柱形腔室； 設(shè)置在所述腔室的底部上的薄聚合物膜；超聲波池，所述超聲波池用于容納所述腔室且將超聲波能量向上引導(dǎo) 穿過所述膜；載體管，所述載體管用于將載體氣體引入到所述腔室中；以及 一個或多個抽取管，所述抽取管用于將所述浮質(zhì)發(fā)送至所述多個通道。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述載體管包括一個或多個開□。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，進一步包括連接至所述管的漏斗， 用于使所述材料的大液滴再循環(huán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中額外的材料被持續(xù)地提供至所 述霧化器，以替換被傳送至所述多個通道的材料。
全文摘要
一種用于引導(dǎo)各種成煙霧狀散開的材料打印的微型浮質(zhì)噴嘴或微型浮質(zhì)噴嘴陣列。在最常用的實施例中，集中浮質(zhì)流并將其沉積在平面或非平面目標(biāo)上，形成被熱處理或光化學(xué)處理以獲得接近于對應(yīng)的塊材的物理、光學(xué)、和/或電氣特性的圖案。該設(shè)備使用浮質(zhì)噴嘴沉積頭，以形成由外部的鞘流和內(nèi)部的充滿浮質(zhì)的載體流構(gòu)成的環(huán)狀傳播噴嘴。沉積頭的小型化便于成陣列的沉積頭的制造和操作，能夠使浮質(zhì)噴嘴陣列的構(gòu)成和操作能夠獨立運動和沉積。成陣列的浮質(zhì)噴嘴提供了增加的沉積速率、成陣列的沉積和多種材料的沉積。
文檔編號B05B7/06GK101098734SQ200580046375
公開日2008年1月2日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者布魯斯·H·金, 賈森·A·保爾森, 邁克爾·J·雷恩 申請人:奧普美克設(shè)計公司