一種按需供料電液動力微噴裝置的製造方法

2023-06-14 05:28:27

專利名稱:一種按需供料電液動力微噴裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種按需供料電液動力微噴裝置，屬於電液動力噴射裝置。高壓控制電源的負極接地，高壓控制電源與負極之間設置一旁路，連接基底電極，收集基板固定在基底電極上；高壓控制電源正極連接針狀電極的一端，針狀電極通過絕緣密封套固定安裝於絕緣殼體上，並且針尖部分穿過空心噴頭，空心噴頭固定在絕緣殼體上；精密螺杆與步進電機固接，步進電機固定安裝於絕緣殼體上，儲液筒與絕緣殼體固定連接且與精密螺杆相通；脈衝發生器的控制端連接步進電機。優點在於通過改變步進電機帶動精密螺杆轉動所供給的溶液量可以改變每一次所噴射的溶液量，這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的複雜性，又實現了溶液的按需和定量噴射。
【專利說明】
一種按需供料電液動力微噴裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種電液動力微噴裝置，特別是涉及一種按需供料電液動力微噴 裝置。
【背景技術】
[0002] 電液動力微噴技術是一種製造微納米機構及器件的新方法，具有製造成本低、工 藝過程簡單靈活、無需掩膜版與光刻、可實現高粘度溶液的噴印等優點，被越來越廣泛被應 用於微機電、微機械構件和藥物材料的微製造中。在該項技術中，導電率大於10 8S/m的電解 溶液的表面由所施加的通常在大於l(T6V/m級的電場充電。當作用在液體表面上的靜電力克 服所述液體的表面張力時，發生噴射。由於電液動力微噴過程涉及多電場、流場中多個物理 量，工藝參數的影響，難以實現溶液微噴的精確控制，極大地限制了該技術的快速應用發 展。
[0003] Roger等（[1]JU Park，M Hardy，SJ Kang?，et al?Nature Materials，2007，6， 782-789)通過施加直流高壓電壓，並在一定的供液速度下，通過電場力和表面張力共同作 用產生連續噴印。但是該系統的頻率容易受到供液速度的影響，且無法實現液滴的按需噴 印。中國專利201210418177.4引入高壓脈衝電源，利用交流電場誘導導電溶液產生穩定的 射流噴印，克服了傳統電液動力噴印技術不能利用導電溶液進行有序連續微納結構精確噴 印製造的缺點。但該系統的一主要缺點是可控性低，只能進行連續的噴印，因此只能應用於 簡單的液滴製造工藝。美國專利US 5821951採用高壓脈衝電源進行離散微納液滴的噴印， 基本實現了液滴噴射頻率、液滴尺寸的控制，但受空間電場、溶液溶劑揮發等因素的影響微 納結構噴印精度有待進一步提高;在空心噴頭內加裝導體針尖是目前常採用的一種噴頭結 構（[2]Lee S.，Byun D.，Jun D.，et al.Sensors and Actuators a_Physical，2008，141， 506-514)，導體針尖的加裝降低了噴射啟動電壓、減小液滴尺寸，通過調節施加電壓的頻率 和大小，可控制噴射液滴的噴射頻率和尺寸，但這種控制方式結構複雜、對電源性能要求 高，且仍難以完成噴射過程的自由啟停控制及實現真正意義上的按需、定量噴印。
[0004] 市場上或者現今學者所在研究的電液動力微噴裝置大都通過改變高壓控制電源 的頻率和大小來實現可控制噴射，這種控制方式結構複雜、對高壓電源性能要求高，因此如 何精確、按需供給所需溶液且實現溶液的定量噴射在該領域急需新的突破和改進。

【發明內容】

[0005] 本實用新型提供了一種按需供料電液動力定量微噴裝置，在保證準確可控的噴射 的同時，又解決了如何實現按需噴射的問題。即通過利用一種精密螺杆按需、定量進液，高 壓電場力誘導溶液實現穩定噴射的微噴裝置，所噴射的溶液的量不再由所施加的高壓電場 所決定，而是由精密螺杆所供給的進液量所決定。
[0006] 本實用新型設有基底電極、收集基板、空心噴頭、高壓控制電源、脈衝發生器、絕緣 殼體、絕緣密封套、針狀電極、儲液筒、步進電機、精密螺杆。
[0007] 所述高壓控制電源的負極接地，高壓控制電源與負極之間設置一旁路，連接基底 電極;所述收集基板固定在所述基底電極上;所述高壓控制電源正極連接針狀電極的一端， 所述針狀電極通過絕緣密封套固定安裝於絕緣殼體上，並且針尖部分穿過空心噴頭，所述 空心噴頭固定在所述絕緣殼體上;所述精密螺杆與步進電機固接，所述步進電機固定安裝 於絕緣殼體上，所述儲液筒與絕緣殼體固定連接且與精密螺杆相通;所述脈衝發生器的控 制端連接步進電機，當脈衝發生器發出脈衝信號時，步進電機帶動精密螺杆轉動，溶液在所 述精密螺杆的推動下流向所述針狀電極針頭。
[0008] 與現有技術比較，本實用新型具有以下突出的實質性特點和顯著的進步：
[0009] 工作時，首先根據溶液特性調整導體探針伸出空心噴嘴的長度，將溶液注入儲液 筒做好供液準備。當所述高壓控制電源開啟後，高壓電壓作用於針狀電極上，同時脈衝發生 器發出信號作用於步進電機1上，所述步進電機帶動精密螺杆轉動，溶液在精密螺杆的推動 下流向所述針狀電極針頭，電荷從所述針狀電極注入到所述溶液中形成靜電力，溶液在靜 電力的作用下噴向基板，形成噴射;所述脈衝發生器停止發出信號，步進電機停止轉動，精 密螺杆停止供給溶液，當針頭部分溶液完全噴射完後，所述高壓控制電源關閉，自此完成一 次噴射。
[0010] 在本實用新型中，每一次所噴射的溶液量不再通過改變針狀電極的電壓頻率和大 小來實現，而是通過改變步進電機帶動精密螺杆轉動所供給的溶液量來實現，即通過改變 脈衝發生器所發出的脈衝信號來改變每一次所噴射的溶液量，從而實現按需和定量噴射。 這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的複雜性，又可以實現溶液的按需和定量噴 射。每一次所噴出的溶液量可由精密螺杆齒形與步進電機轉速獲得，其計算公式為：
，其中W為逆螺槽寬 度，D為螺杆直徑，N為螺杆轉速，n為流體非牛頓指數，gz為逆螺槽壓力梯度。
【附圖說明】

[0011] 圖1是所述按需供料電液動力定量微噴裝置整體剖視圖概況；
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，本實用新型設有基底電極1、收集基板2、空心噴頭3、高壓控制電源4、 脈衝發生器5、絕緣殼體6、絕緣密封套7、針狀電極8、儲液筒9、步進電機10、精密螺杆11。
[0013] 所述高壓控制電源4的負極接地，高壓控制電源4與負極之間設置一旁路，連接基 底電極1;所述收集基板2固定在所述基底電極1上;所述高壓控制電源4正極連接針狀電極8 的一端，所述針狀電極8通過絕緣密封套7固定安裝於絕緣殼體11上，並且針尖部分穿過空 心噴頭3，所述空心噴頭3固定在絕緣殼體6上;所述精密螺杆11與步進電機10固接，所述步 進電機10固定安裝於絕緣殼體6上，所述儲液筒9與絕緣殼體6固定連接且與精密螺杆相通 11;所述脈衝發生器5的控制端連接步進電機10,當脈衝發生器5發出脈衝信號時，步進電機 10帶動精密螺杆11轉動，溶液在所述精密螺杆11的推動下流向所述針狀電極8的針頭部位。
[0014] 工作時，首先根據溶液特性調整針狀電極8伸出空心噴頭3的長度，將溶液注入儲 液筒9做好供液準備。當所述高壓控制電源4開啟後，高壓電壓作用於針狀電極8上，同時脈 衝發生器6發出信號作用於步進電機10上，所述步進電機10帶動精密螺杆11轉動，溶液在精 密螺杆11的推動下流向所述針狀電極8的針頭部位，電荷從針狀電極8注入到所述溶液中形 成靜電力，溶液在靜電力的作用下噴向基板，形成噴射;所述脈衝發生器6停止發出信號，步 進電機10停止轉動，精密螺杆11停止向針狀電極8供給溶液，當針頭部分溶液完全噴射後， 所述高壓控制電源4關閉，自此完成一次噴射。
[0015]在本實用新型中，每一次所噴射的溶液量不再通過改變高壓控制電源4的電壓頻 率和大小來實現，而是通過改變步進電機10帶動精密螺杆11轉動所供給的溶液量來實現， 即通過改變脈衝發生器6所發出的脈衝信號來改變每一次所噴射的溶液量，從而實現按需 和定量噴射。這樣既避免了對高壓電源的高性能要求和控制的複雜性，又可以實現溶液的 按需和定量噴射。每一次所噴出的溶液量可由精密螺杆11齒形與步進電機10轉速獲得，其 計算公式為：
其中 W為逆螺槽寬度，D為螺杆直徑，N為螺杆轉速，n為流體非牛頓指數，gz為逆螺槽壓力梯度。
【主權項】
1. 一種按需供料電液動力微噴裝置，其特徵在於設有基底電極、收集基板、空心噴頭、 高壓控制電源、脈衝發生器、絕緣殼體、絕緣密封套、針狀電極、儲液筒、步進電機、精密螺 杆;高壓控制電源的負極接地，高壓控制電源與負極之間設置一旁路，連接基底電極，收集 基板固定在基底電極上；高壓控制電源正極連接針狀電極的一端，針狀電極通過絕緣密封 套固定安裝於絕緣殼體上，並且針尖部分穿過空心噴頭，空心噴頭固定在絕緣殼體上;精密 螺杆與步進電機固接，步進電機固定安裝於絕緣殼體上，儲液筒與絕緣殼體固定連接且與 精密螺杆相通;脈衝發生器的控制端連接步進電機。2. 根據權利要求1所述的一種按需供料電液動力微噴裝置，其特徵在於每一次所噴出 的溶液量可由精密螺杆齒形與步進電機轉速獲得，其計算公式為式中：= ;rD/V cos爐，其中w為逆螺槽寬度，D為螺杆直徑，N為螺杆轉速，n為 流體非牛頓指數，gz為逆螺槽壓力梯度。
【文檔編號】B05B5/08GK205701154SQ201620228328
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】劉建芳, 焦曉陽, 顧守東, 路崧, 江海, 趙俊傑, 楊洋, 呂慶慶, 崔建松
【申請人】常州高凱精密機械有限公司