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一种多功能电流体喷墨打印系统及方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-08-21 18:26:30

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-08-21 18:26:30

本发明的目的在于提供一种多功能、高分辨率的电流体喷墨打印系统,采用电 流体动力技术,实现微米/亚微米点的喷印、微米/亚微米线结构的直写和纳米薄膜 的喷涂,并能够采用片材加工与卷到卷加工进给方式。为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供一种多功能电流体喷印装置, 可形成多种喷墨打印方式,从而实现不同类型器材的喷印制造,其特征在于,该喷 印装置包括:支撑台;喷印模块,设置在所述支撑台上,其具有用于喷墨的喷嘴,用于喷墨到打印基 底上以进行图案打印;硬质基板承载运动模块,其设置在所述支撑台上,以固定承载用于作为图案打 印基底的硬质打印介质基板,并可带动其相对所述喷印模块运动,实现在该硬质打 印介质基板上的图案打印;以及卷到卷薄膜基板输送模块,其设置在所述支撑台上,以输送作为图案打印基底 的柔性打印介质薄膜,该柔性打印介质薄膜通过相对所述喷印模块运动,实现在该 柔性打印介质薄膜上的图案打印;通过控制喷嘴和基板间距、喷墨液体供给流量和/或喷嘴与基底之间施加的电 压,从而产生包括单一液滴的按需喷射、雾化液滴的喷涂或单根连续射流的直写的 多种不同喷印方式,并结合不同基底,即可实

本发明公开了一种提供一种多功能、高分辨率电流体喷墨打印系统及方法,其包括:一控制单元,一硬质基板承载运动模块,一喷印模块,一卷到卷薄膜基板输送模块,一喷射视觉检测模块,由外壳箱体围成的温度、湿度可控的微环境控制单元。其中喷印模块包括控制喷嘴移动的运动平台和喷嘴,实现三种喷印方式调控,同时具有观测基板上图案的视觉系统;硬质基板承载运动模块,用以承载、固定硬质打印介质基板,使其相对喷嘴移动;卷到卷薄膜输送模块,用以进给和吸附柔性基板,保证其表面平整和在运动中无滑移;一喷射视觉检测模块,用以检测液滴空间飞行轨迹;一温度湿度控制模块,用来控制打印腔体内的温度和湿度,保证打印的稳定性。

喷墨打印设备具有制造环境友好、节省打印材料,操作简单等优点,近年来逐 渐从传统图像打印领域发展到打印电子、微流道等领域,如采用喷墨打印技术制造 柔性电子晶体管、生物传感器、太阳能电池、微流芯片等。传统喷墨打印技术主要 采用连续和按需打印两种模式,其中按需式打印又包括压电式和热气泡式喷墨。传 统的连续打印方法,通常采用压电晶体振动产生墨滴,再利用充电电极对墨液进行 充电,最后利用控制单元将图像信息转换为墨滴偏转距离的控制信息,通过改变滴 墨穿过的平行电极电压而改变墨滴偏转距离,在打印介质上形成图案,但是这种连 续性喷墨打印方式导致墨水浪费严重。压电式控制较复杂,结构尺寸精度要求较高, 压电晶体及其附件的老化、变形、随时会使打印头性能下降,并且造成喷头寿命短, 工作能耗高,而且喷射液滴定位精度不高。热气泡式由于瞬间局部加热,对功能性 材料有一定选择性,液滴尺寸较大。目前普遍认为按需打印时,液滴直径为针头直 径的1.89倍,打印线宽为20~50微米,如果需要更小的特征尺寸则需要制造更加 细小的针头,这将对阵列化喷嘴的微制造工艺提出挑战。由于表面张力的作用,即 使制造出更细的针头也无法有效缩小液滴的尺寸,而且容易堵塞针头。同时,在打 印电子等应用领域,墨水多为聚合物、高质量分数的溶液,具有粘度大,密度大等 特点,使得喷嘴容易堵塞并回弹,无法有效产生液滴。

本团队负责人尹周平教授,团队成员有唐江教授、黄永安教授、牛广达教授、吴豪研究员、郭连波研究员、厉侃研究员、高亮副教授、段永青副教授、叶冬讲师。本团队长期从事柔性电子制造基础研究的过程中,依托数字制造装备与技术国家重点实验室和武汉光电研究中心自然形成稳定的研究团队,面向柔性显示、穿戴式电子、新型能源等产业发展重大需求,立足于学术前沿研究,取得一批具有国际先进水平的标志性研究成果,培养一批具有国际学术影响力的青年学术带头人和研究骨干;注重研究成果转化,实现与国家重大需求和市场需要结合。团队老师具有机械、光电、材料、化学等背景,联合培养、共同指导,从而实现对学生的全方位、高水平培养。

(1)具有多种喷印模式的集成化处理能力,可以打印各种类型的器件;(2) 可以选择不同类型的喷墨打印方式,选择不同类型的基底材料;(3)采用电流体动 力喷印机理,较传统喷印方法,喷印精度高,且受喷嘴直径影响较小;(4)驱动力 采用静电拉力,射流拖拽力较大,适用与高粘度溶液;(5)工艺简化,喷嘴结构简 单;(6)由于采用了视觉观测装置,可实时观测液滴飞行情况,提高了打印性能; (7)可连续在柔性和刚性基板上大面积沉积各种图案。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。