一种电流体连续微点阵气电协同控制方法及系统与流程

本技术涉及电流体喷射打印控制，具体而言，涉及一种电流体连续微点阵气电协同控制方法及系统。

背景技术：

1、电流体喷射技术依靠高压电场诱导流体形成微尺度射流或液滴，可实现微米级精密沉积，是面向新材料、先进电子器件及高端精密制造等战略性新兴产业开展微纳图案与功能阵列制备的一类重要加工技术，可用于功能性浆料、导电银浆、uv胶、绝缘浆料、高分子溶液等多种材料的精密沉积。随着相关产业对功能结构微型化、阵列化以及批量制造一致性的要求不断提高，如何在保持连续加工效率的同时提高微点阵沉积的位置精度和成型一致性，成为电流体喷射装备进一步应用于精密制造场景时需要解决的问题。

2、在微点阵阵列制备场景中，喷头通常设置于多轴运动平台，并沿预定运动轨迹连续行进，依次经过轨迹上预先划定的多个喷射点位，需要在喷头不启停的条件下完成逐点喷射。相较于喷头逐点停驻后执行喷射的方式，连续运动能够提高阵列加工效率，但喷头位置持续变化，使喷射动作需要在有限的空间窗口内完成，对喷射时机与喷头实际位置之间的对应精度提出了较高要求。

3、现有电流体阵列打印中，已经存在喷头连续移动配合位置编码器触发喷射的控制架构，通过识别喷头移动距离输出喷射脉冲实现点阵排布；同时，也存在背压供液、负压液面调节、高压脉冲控滴等气路和电场的单元控制手段。在较接近的现有方案中，电流体喷印装置的主控软件分别与高压供给单元、气路控制单元电连接，由主控软件分别形成高压控制指令和气路控制指令，高压电场与气路压力因而沿各自的控制链路形成相应执行状态。

4、具体而言，喷头沿运动轨迹连续移动时，轨迹上依次存在预定喷射点位以及相邻喷射点位之间的过渡区域。现有控制方式中，位置编码器信号主要作为喷射触发信息使用，而喷射许可、高压电场状态和气路压力状态分别经过相应控制环节形成，喷头空间位置并未首先转化为用于表征其当前所处喷射阶段的位置区间状态，也未进一步基于该位置区间状态形成统一的气电状态组合。由此，同一位置区间在不同喷射周期中可能对应不同的高压电场状态与气路压力状态组合，使喷射位置边界与实际气电状态转换边界难以稳定对应。

5、同时，高压控制链路与气路控制链路具有不同的信号处理过程和执行响应特性。当高压电场状态与气路压力状态分别依据各自的控制过程变化，而缺少共同的位置区间状态作为组合状态的确定依据时，即使两条控制链路本身能够分别完成动作，同一空间区间内的气电配合关系仍可能发生变化，进而造成误喷、喷射窗口错位、点位偏移或者点形不一致。对于面向功能材料阵列、精密电子结构等批量制备的应用场景，上述差异还可能在连续加工过程中累积，影响阵列整体的一致性和加工稳定性。

6、针对上述问题，现有技术亟需改进。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种电流体连续微点阵气电协同控制方法及系统，使喷头连续运动中的位置关系先被确定为位置区间状态，再由位置区间状态确定气电联合执行状态，并由该气电联合执行状态统一表征高压电场状态与气路压力状态的组合关系，从而提高喷射位置边界与气电执行状态转换之间的对应稳定性。

2、本技术提供了一种电流体连续微点阵气电协同控制方法，技术方案如下：

3、根据喷头位置与预设喷射区域之间的位置关系确定位置区间状态；根据所述位置区间状态确定气电联合执行状态，所述气电联合执行状态由高压电场状态与气路压力状态的组合构成；按照所述气电联合执行状态分别控制高压电场与作用于喷嘴的气路压力，使有效喷射区间状态对应允许喷射的气电联合执行状态，非喷射区间状态对应停止喷射并维持喷嘴液面状态的气电联合执行状态。

4、进一步地，本技术还提出了，所述位置区间状态可通过将采集的喷头位移与预存的喷射起始坐标、喷射结束坐标经硬件电路比对得到；根据所述气电联合执行状态生成分别用于控制高压电场状态和气路压力状态的控制信号，并使两路控制信号分别经相互独立的通道接入执行端。该实施方式将位置区间状态的确定、气电联合执行状态的展开及两类执行状态的传输进一步落实到硬件控制链路，有助于降低软件调度及支路串扰对状态转换边界的影响。

5、进一步地，本技术还提出了，控制高压电场状态的控制信号经高压支路电平转换与电气隔离模块接入高压开关环节，高压开关环节用于接通或断开高压发生单元向喷头施加高压的通路；电平转换与电气隔离模块包括依次设置的数字隔离器、整形去抖环节和栅极驱动环节，高压开关环节串接于高压发生单元的高压输出端与喷头之间，并配置有浪涌保护环节，具有提升高压触发信号质量与高压侧工作安全性的优点。

6、进一步地，本技术还提出了，控制气路压力状态的控制信号经独立的电磁阀驱动隔离电路接入气路执行单元，电磁阀驱动隔离电路通过光耦隔离驱动气路执行单元；气路执行单元包括由背压阀、泄压阀和负压阀构成的阀组，阀组能够实现关闭气路、通入预设背压、泄压以及通入预设负压四种气路压力状态的切换。

7、进一步地，本技术还提出了，预先设置第一预设粘度、第二预设粘度和第三预设粘度，第一预设粘度小于第二预设粘度，第二预设粘度小于第三预设粘度；对于粘度小于第三预设粘度的流体，按流体粘度所属区间预先配置断胶时背压阀、泄压阀和负压阀的通断组合，使不同粘度范围对应不同的断胶收尾状态。

8、进一步地，本技术还提出了，预先配置多种气电协同时序模式，根据流体粘度与打印需求选择当前气电协同时序模式；每种气电协同时序模式分别定义各位置区间状态对应的气电联合执行状态以及相邻气电联合执行状态之间的切换顺序，并根据当前模式和位置区间状态确定对应的气电联合执行状态。由此，在不改变位置区间状态确定气电联合执行状态这一基本控制关系的情况下，可以针对不同流体和打印需求配置不同的具体状态内容。

9、进一步地，本技术还提出了气电同步启闭模式，在该模式下，根据电磁阀机械延时与高压响应延时对两类控制信号的输出时刻进行预设时序补偿，使气电联合执行状态中高压电场状态与气路压力状态的实际转换时刻对应于位置区间状态的转换边界。

10、进一步地，本技术还提出了区间背压喷射加移动区间负压回缩模式；喷头处于有效喷射区间内时，对应的气电联合执行状态为高压电场输出高压脉冲且气路通入预设背压；喷头退出有效喷射区间后，对应的气电联合执行状态切换为高压电场关断且气路通入预设负压，对喷嘴液面进行回缩收尾。

11、进一步地，本技术还提出了全程负压防干涸待机模式；非喷射区间状态对应高压关断且气路通入预设待机负压的气电联合执行状态；进入有效喷射区间时关闭待机负压并使高压电场进入喷射状态；退出有效喷射区间后恢复非喷射区间对应的气电联合执行状态。

12、进一步地，本技术还提出了一种电流体连续微点阵气电协同控制系统，包括位置信息获取模块、喷射区域存储模块、区间状态确定模块、气电协同控制模块、高压执行单元和气路执行单元；区间状态确定模块确定位置区间状态，气电协同控制模块根据位置区间状态确定气电联合执行状态，并由对应执行单元分别执行其中的高压电场状态与气路压力状态。

13、由上可知，本技术首先根据喷头位置与预设喷射区域之间的位置关系确定位置区间状态，再由所述位置区间状态确定对应的气电联合执行状态，并将该气电联合执行状态展开为高压电场状态与气路压力状态分别执行，使有效喷射区间对应允许喷射的气电联合执行状态，非喷射区间对应停止喷射并维持喷嘴液面状态的气电联合执行状态。由此，喷头连续运动中的空间位置不再仅作为单一触发信息，而被转化为确定气电联合执行状态的区间依据，有助于减少高压与气路分别决策造成的喷射窗口错位，并使点位间移动阶段保持受控的喷嘴液面状态，提高连续微点阵打印的点位精度与成型一致性。