一種集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭的製作方法

2024-02-11 01:31:15 1

本發明屬於電流體噴印噴頭相關技術領域，更具體地，涉及一種集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭。

背景技術：

噴墨列印技術是一種增材製造方法，可以很好的應用於柔性製造領域。最初，噴墨列印技術是在圖形藝術中開發的；現在，噴墨列印技術已經得到很好的改進，在電子、光學、生物工程等方面都有廣泛的應用。噴墨列印設備由於具有節省材料、環境友好、操作簡單等優點，近年來得到廣泛應用。傳統的噴墨列印技術存在噴印列印解析度低、液滴尺寸受限於噴嘴直徑、噴嘴容易堵塞、噴嘴製造工藝複雜等缺點。與傳統的噴墨列印技術相比，電流體動力噴墨列印技術能夠產生更細小的液滴與液絲，直徑可以達到納米級別。同時，電流體動力噴印技術可以噴印高分子有機物等更多種材料，使得其應用範圍更加寬廣，如柔性電子製造、陶瓷元件製造、組織工程等。

電流體噴印技術應用電流體動力學機理，利用電場將液體從噴嘴口拉出形成泰勒錐，由於噴嘴具有較高的電勢，噴嘴處的液體會受到電致切應力的作用；當局部電荷力超過液體表面張力後，帶電液體從噴嘴處噴射，然後破裂成液柱或者小液滴。通過改變流速、電壓、液體性質和噴嘴結構，可形成具有不同射流形狀和破碎機理的電流體噴印模式，即電紡絲、電點噴和電噴霧。

但目前的電噴印噴嘴絕大數採用金屬噴嘴和收集基板間形成高壓電場，以完成電噴印過程。如此要保證噴嘴和收集基板之間形成穩定均勻的高壓電場，就要求收集基板必須為導電材料且收集基板表面必須均勻平整。這種模式的噴嘴就無法在絕緣基板或者自由曲面的基板上完成列印。相應地，本領域存在著發展一種能夠在絕緣基板或自由曲面的基板上完成列印的氣流輔助電噴印噴頭。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭，其基於電流體噴印噴嘴的工作特點，針對氣流輔助電噴印噴頭的結構及部件連接關係進行了設計。所述氣流輔助電噴印噴頭通過內設環形電極以將接地電極集成在所述氣流輔助電噴印噴頭內，擴大了收集基板的選擇範圍，提高了應用範圍及靈活性；通過安裝不同厚度的環形電極即可來調節環形電極與金屬針頭之間的距離，操作方便；採用對中機構來提高金屬針頭相對氣流以及環形電極的對中精度，提高氣流的穩定性；通過形成的緩衝室及錐形氣流通道來實現對氣流的緩衝及聚焦，提高了列印質量。此外，透明的玻璃罩與開設於電極罩的觀測孔相配合既可以約束氣流，又可以保證對列印過程中的泰勒錐的實時觀測。

為實現上述目的，本發明提供了一種集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭，其包括進液筒、氣罩、金屬針頭、導電線、電極罩及環形電極，其特徵在於：

所述進液筒為階梯狀的圓柱體，其連接於所述氣罩且部分收容於所述氣罩內，同時，所述進液筒還分別連接於氣流接頭及溶液接頭；所述進液筒還開設有第一通孔，所述第一通孔位於所述進液筒的中心軸的一側；

所述氣罩的兩端分別連接所述進液筒及所述電極罩，其與所述電極罩共同用於收容所述金屬針頭；所述金屬針頭的一端與所述進液筒收容於所述氣罩內的一端形成螺紋連接，另一端穿過所述氣罩伸入所述電極罩內；所述導電線的一端連接於高壓電源，另一端穿過所述第一通孔電性連接於所述金屬針頭；所述環形電極嵌設在所述電極罩內，其鄰近所述金屬針頭，此外，所述環形電極通過接地來將接地電極集成在所述氣流輔助電噴印噴頭中。

進一步的，所述環形電極的厚度為0.5mm～2.5mm，通過安裝不同厚度的所述環形電極來調節所述金屬針頭與所述環形電極之間沿所述氣流輔助電噴印噴頭的中心軸的距離。

進一步的，所述金屬針頭與所述環形電極之間沿所述氣流輔助電噴印噴頭的中心軸的距離為0mm～2mm。

進一步的，所述氣流輔助電噴印噴頭還包括對中機構，所述對中機構收容於所述氣罩及所述電極罩內，其包括連接於所述進液筒的對中座及連接於所述對中座的對中針頭；所述金屬針頭包括螺紋連接於所述進液筒的針頭底座及連接於所述針頭底座的針管，所述針管穿過所述對中機構，且其與所述對中座及所述對中針頭之間均為間隙配合。

進一步的，所述針管與所述溶液接頭相連通，溶液經所述進液筒進入所述針管。

進一步的，所氣流輔助電噴印噴頭還包括橡膠墊片及抵靠在所述橡膠墊片上的玻璃罩，所述橡膠墊片內嵌於所述氣罩的底端，所述玻璃罩呈漏鬥狀，其收容於所述電極罩內且其與所述電極罩之間為過盈配合。

進一步的，所述電極罩螺紋連接於所述氣罩，通過旋緊所述電極罩及所述氣罩來使所述玻璃罩貼合在所述橡膠墊片上，以保證氣流通道的氣密性；所述電極罩開設有觀測孔，所述觀測孔沿垂直於所述電極罩的中心軸的方向貫穿所述電極罩；所述玻璃罩是由透明玻璃材料製成的，所述觀測孔與透明的所述玻璃罩相配合以保證對列印過程中的泰勒錐的觀測。

進一步的，所述對中結構呈錐形，所述氣罩、所述對中機構、所述橡膠墊片及所述玻璃罩之間形成錐形氣流通道，經所述進液筒緩衝後的氣流進入所述錐形氣流通道，所述錐形氣流通道用於將氣流聚焦到所述金屬針頭的尖端部分，進而使氣流作用於所述金屬針頭列印的溶液。

進一步的，所述錐形氣流通道的過渡表面均為光滑圓弧過渡面，以避免氣流渦流的產生。

進一步的，所述進液筒開設有與所述氣流接頭相連通的環形槽及多個與所述環形槽相連通的第二通孔，所述環形槽與所述氣罩之間形成緩衝室，所述緩衝室用於對來自所述氣流接頭的氣流進行緩衝後輸出到所述第二通孔；所述第二通孔與所述錐形氣流通道相連通，且多個所述第二通孔圍繞所述進液筒的中心軸均勻排布。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明提供的集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭，其通過內設環形電極以將接地電極集成在所述氣流輔助電噴印噴頭內，擴大了收集基板的選擇範圍，提高了應用範圍及靈活性；通過安裝不同厚度的環形電極即可來調節環形電極與金屬針頭之間的距離，操作方便；採用對中機構來提高金屬針頭相對氣流以及環形電極的對中精度，提高氣流的穩定性；通過形成的緩衝室及錐形氣流通道來實現對氣流的緩衝及聚焦，提高了列印質量。此外，透明的玻璃罩與開設於電極罩的觀測孔相配合既可以約束氣流，又可以保證對列印過程中的泰勒錐的實時觀測。

附圖說明

圖1是本發明較佳實施方式提供的集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭的剖面示意圖。

圖2是圖1中的氣流輔助電噴印噴頭的局部剖視圖。

圖3是圖1中的氣流輔助電噴印噴頭的進液筒的俯視圖。

圖4是圖3中的進液筒的剖面示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-進液筒，11-凸出體，111-第一凹槽，112-第二通孔，113-第二螺紋孔，12-連接體，121-環形槽，122-連接螺紋，13-底盤，131-第一通孔，132-第一螺紋孔，133-第三螺紋孔，2-氣罩，3-金屬針頭，31-針頭底座，32-針管，4-導電線，5-對中機構，51-對中座，52-對中針頭，6-橡膠墊片，7-玻璃罩，8-電極罩，9-環形電極。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

請參閱圖1及圖2，本發明較佳實施方式提供的集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭，所述氣流輔助電噴印噴頭包括進液筒1、氣罩2、金屬針頭3、導電線4、對中機構5、橡膠墊片6、玻璃罩7、電極罩8及環形電極9，所述氣罩2的兩端分別連接於所述進液筒1及所述電極罩8，所述進液筒1的中心軸、所述氣罩2的中心軸及所述電極罩8的中心軸重合。所述對中機構5連接於所述進液筒1收容於所述氣罩2內的一端，其兩端分別收容於所述氣罩2及所述電極罩8內。所述玻璃罩7收容於所述電極罩8內，其與所述環形電極9相對設置，所述環形電極9收容於所述電極罩8遠離所述進液筒1的一端內。所述金屬針頭3的一端連接於所述進液筒1，另一端穿過所述對中機構5後收容於所述玻璃罩7內。所述導電線4的一端伸入所述進液筒1且與所述金屬針頭3電性連接。

請參閱圖3及圖4，所述進液筒1分別連接於氣流接頭及溶液接頭，其基本呈階梯狀的圓柱體。所述進液筒1包括凸出體11、連接體12及底盤13，所述連接體12的兩端分別連接於所述凸出體11及所述底盤13。

所述凸出體11連接於所述金屬針頭3及所述對中機構5，其遠離所述底盤13的一側開設有第一凹槽111，所述第一凹槽111用於收容所述金屬針頭3。所述凸出體11還開設有多個間隔設置的第二通孔112，多個所述第二通孔112圍繞所述凸出體11的中心軸均勻排布，使得流經多個所述第二通孔112的氣流相對於所述凸出體11的中心軸均勻排布。所述第二通孔112為氣流的流通提供流道。本實施方式中，所述第二通孔112的數量為六個；可以理解，在其他實施方式中，所述第二通孔12的數量可以根據實際需要增加或者減少；所述凸出體11呈階梯狀的圓柱體。

所述連接體12呈圓柱狀，其開設有與所述第二通孔112相連通的環形槽121，所述環形槽121與所述氣罩2相配合形成用於緩衝氣流的緩衝室。所述連接體12的外周面形成有連接螺紋122，所述連接螺紋122與所述氣罩2形成螺紋連接，使所述進液筒1與所述氣罩2相連接。

所述底盤13連接於所述氣流接頭及所述溶液接頭。所述底盤13開設有第一螺紋孔132，所述第一螺紋孔132用於連接所述溶液接頭。本實施方式中，所述第一螺紋孔132的中心軸與所述底盤13的中心軸重合。所述底盤13與所述連接體12共同開設有第三螺紋孔133，所述第三螺紋孔133貫穿所述底盤13且與所述環形槽121相連通。所述第三螺紋孔133用於連接所述氣流接頭。本實施方式中，所述第三螺紋孔133的中心軸與所述第一螺紋孔132的中心軸之間設置有預定距離。

所述進液筒1開設有貫所述第一凹槽111的底面且與所述第一螺紋孔132相連通的第二螺紋孔113。所述第二螺紋孔113與所述金屬針頭3形成螺紋連接，以使所述進液筒1與所述金屬針頭3相連接。本實施方式中，所述第二螺紋孔113的中心軸與所述第一螺紋孔132的中心軸重合。所述進液筒1還開設有與所述第一凹槽111相連通的第一通孔131，所述第一通孔131貫穿所述底盤13、所述連接體12及所述凸出體11，其用於供所述導電線4穿過。本實施方式中，所述第一通孔131與所述第三螺紋孔133分別位於所述第一螺紋孔132的兩側；所述導電線4的一端穿過所述第一通孔131後電性連接於所述金屬針頭3，另一端連接於高壓電源，所述導電線4將其接通的高壓電導通到所述金屬針頭3上。

所述氣罩2基本呈錐形，其包括連接於所述進液筒1的第一圓柱段、第一錐形段及連接於所述第一錐形段及所述電極罩8的凸出段，所述第一錐形段連接所述凸出段及所述第一圓柱段。所述第一圓柱段開設有第一階梯槽，所述第一階梯槽形成有第一階梯面，所述連接體12抵靠在所述第一階梯面上。所述第一階梯槽的內壁面上形成有第一內螺紋，所述第一內螺紋與所述連接螺紋122形成螺紋連接，使所述進液筒1連接於所述氣罩2。所述連接體12及所述凸出體11收容於所述第一階梯槽內，所述環形槽121與所述第一階梯槽的內壁形成所述緩衝室，所述緩衝室對自所述第三螺紋孔133進入的氣體起緩衝作用。

所述第一錐形段開設有與所述第一階梯槽相連通的第一錐形腔，所述第一錐形腔用於收容部分所述對中機構5及所述金屬針頭3。所述凸出段開設有與所述第一錐形腔相連通的收容孔，所述收容孔用於收容所述橡膠墊片6，所述橡膠墊片6抵靠在所述收容孔的底面。本實施方式中，所述凸出段的外周面形成有第一外螺紋，所述第一外螺紋與所述電極罩8形成螺紋連接，使所述氣罩2與所述電極罩8相連接。

所述金屬針頭3包括連接於所述進液筒1的針頭底座31及所述連接於所述針頭底座31的針管32，所述金屬針頭3開設有貫穿所述針頭底座31及所述針管32的針孔，所述針孔與所述第二螺紋孔113相連通。所述針頭底座31的外周形成有第二外螺紋，所述第二外螺紋與所述第二螺紋孔113形成螺紋連接，使所述金屬針頭3與所述進液筒1相連接。所述針管32遠離所述針頭底座31的一端穿過所述對中機構5後收容於所述玻璃罩7內。

本實施方式中，所述金屬針頭3設有一組具有不同直徑的可替換針頭，對於不同外徑規格的所述金屬針頭3配備有與之對應的不同內徑規格的所述對中機構5的對中針頭52。所述金屬針頭3可以方便拆裝和清洗，並且可以更換不同內徑的不鏽鋼針頭作為噴嘴，實現噴嘴的內徑的快速調節以方便進行實驗或者其他用途，提高了靈活性。

所述導電線4兩端分別連接高壓電源及所述金屬針頭3，其收容於所述第一通孔131內。所述對中機構5包括連接於所述進液筒1的對中座51及與所述對中座51形成螺紋連接的所述對中針頭52。所述對中座51基本呈錐形，其開設有第一階梯孔，所述第一階梯孔鄰近所述進液筒1的一端的內壁形成的內螺紋與所述進液筒1的凸出體11外周的外螺紋形成螺紋連接，使所述對中機構5與所述進液筒1相連接。所述對中針頭52的外周上形成的外螺紋與所述第一階梯孔朝向所述玻璃罩7的一端的內壁上的內螺紋形成螺紋連接，使所述對中針頭52與所述對中座51相連接。所述對中針頭52開設有與所述第一階梯孔相連通的對中針孔，所述針管32穿過所述第一階梯孔及所述對中針孔，且所述針管32與所述第一階梯孔及所述對中針孔之間均為間隙配合，以保證所述金屬針頭3的對中精度，提高氣流的穩定性。

所述玻璃罩7基本呈漏鬥狀，其臺階部抵緊所述橡膠墊片6。所述玻璃罩7用於約束氣流。本實施方式中，所述玻璃罩7是由透明的玻璃材料製成的，其便於觀察列印過程中的泰勒錐。所述玻璃罩7開設有與所述第一錐形腔相連通的第二錐形腔，所述第二錐形腔用於供氣體流動。所述氣罩2、所述對中機構5、所述橡膠墊片6及所述玻璃罩7之間形成錐形氣流通道，所述錐形氣流通道對自所述第二通孔112流入的氣體進行有效的聚焦。

本實施方式中，氣體經所述第三螺紋孔133流入所述緩衝室以進行緩衝，緩衝後的氣體經多個所述第二通孔112流入所述錐形氣流通道，並經所述錐形氣流通道聚焦到所述金屬針頭3的尖端部分，以作用於所述金屬針頭3列印的溶液，提高溶液的列印精度。所述錐形氣流通道的過渡表面均為光滑圓弧過渡面，可保證氣流順利流動，避免氣流渦流的產生，降低氣流的幹擾，有利於提高氣流的約束作用及增強列印溶液射流的穩定性。

所述電極罩8基本呈錐形，其朝向所述氣罩2的一端開設有第二階梯槽，所述第二階梯槽用於收容所述凸出段。所述第二階梯槽的內壁形成有第二內螺紋，所述第二內螺紋與所述第二階梯槽的第一外螺紋形成螺紋連接，使所述電極罩8與所述氣罩2相連接。所述玻璃罩7的臺階部設置在所述第二階梯槽的底面上，通過旋緊所述電極罩8及所述氣罩2，使所述玻璃罩7與所述橡膠墊片6緊密貼合，保證氣流通道的氣密性。

所述電極罩8還開設有與所述第二階梯槽相連通的貫穿孔，所述貫穿孔用於供部分所述玻璃罩7穿過。所述玻璃罩7與所述貫穿孔之間為過盈配合。所述電極罩8還開設有與所述貫穿孔相連通的錐形孔，所述錐形孔的底面開設有貫穿所述電極罩8遠離所述進液筒1的表面的第二階梯孔，所述環形電極9嵌設於所述第二階梯孔內，其抵靠在所述第二階梯孔的階梯面上，同時，所述環形電極9還外套在所述玻璃罩7的底端。

所述電極罩8還開設有觀測孔，所述觀測孔沿垂直於所述電極罩8的中心軸的方向貫穿所述電極罩8。所述觀測孔與所述錐形孔及所述第二階梯孔均相連通。所述觀測孔與透明的所述玻璃罩7相配合來約束氣流，同時又能夠保證對列印過程中的泰勒錐的觀測，有助於更好的調節工藝參數來保證列印的穩定性。

所述環形電極9是由金屬材料製成的，其厚度為0.5mm～2.5mm，通過安裝不同厚度的所述環形電極9來調節所述金屬針頭3與所述環形電極9之間的軸向距離(即沿所述氣流輔助電噴印噴頭的中心軸的距離)，其軸向距離的可調節範圍為0mm～2mm。所述環形電極9接地時，則將接地電極集成到所述氣流輔助電噴印噴頭中，收集基板不用接地，同時收集基板可以為絕緣材料製成的任意曲面基板或者非曲面板；當所述環形電極9帶有低的正電壓時，收集基板為平面基板且接地，所述環形電極9帶有的低正電壓可以對列印出來的帶電液滴起約束作用，提高列印精度。本實施方式中，進液筒1、所述氣罩2及所述電極罩8是由絕緣材料製成的；所述環形電極9及所述金屬針頭3是由導電金屬材料製成的。

本發明提供的集成有接地電極的氣流輔助電噴印噴頭，其通過內設環形電極以將接地電極集成在所述氣流輔助電噴印噴頭內，擴大了收集基板的選擇範圍，提高了應用範圍及靈活性；通過安裝不同厚度的環形電極即可來調節環形電極與金屬針頭之間的距離，操作方便；採用對中機構來提高金屬針頭相對氣流以及環形電極的對中精度，提高氣流的穩定性；通過形成的緩衝室及錐形氣流通道來實現對氣流的緩衝及聚焦，提高了列印質量。此外，透明的玻璃罩與開設於電極罩的觀測孔相配合既可以約束氣流，又可以保證對列印過程中的泰勒錐的實時觀測。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。