一种具有除湿功能的打印装置

1.本发明属于先进制造技术领域，提供一种具有除湿功能的打印装置。


背景技术：

2.微纳打印是目前全球先进制造领域之一。复杂三维微纳结构在微纳机电系统、精密光学、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求。在微纳打印过程中，有较多因素会对纳米结构的质量造成影响，其中湿度会产生较大影响，其中，在射流过程中，较高的湿度会导致射流过程中出现部分电喷雾的现象从而产生了一些微小的液滴，溶液中的水在潮湿的环境下不易蒸发形成最终的纳米结构；同时如果湿度太高也会使空气中的水蒸气进入到射流中，形成孔状结构，导致最终所得到的纳米结构有瑕疵，打印所获得结构不稳定。


技术实现要素：

3.本发明属于先进制造技术领域，提供一种具有除湿功能的打印装置，本发明首先利用相机识别喷头及衬底间的空气湿度，然后将所测的信息传输给电脑，电脑根据不同的情况来确定吸湿模块的运行参数，通过风扇的反转产生吸力让空气进入吸湿箱，通过吸湿箱体的均匀分布减少对射流的影响，通过箱子里的高吸水材料得到干燥的空气，实现气体交换；接着利用注射器对溶液施加流体压力，使之流出，加以一个流速控制装置控制流速进而控制打印时的直径，衬底和喷头之间施加高电场，喷孔处溶液在电场力作用下形成射流，经过吸湿模块的吸湿，得到稳定的纳米结构，实现纳米结构的稳定打印。所获得的纳米结构无小液滴的干扰，减少了孔状结构，所得的结构更加稳定。
4.本发明采取的技术方案是：
5.一种具有除湿功能的打印装置，该装置利用潮湿的空气与吸水材料在一起吸水材料会吸走潮湿空气中的水分获得干燥的空气，借助交流电机控制风扇反转、抽气泵的吸力，通过风扇反转产生的吸力与抽气泵的吸力制备出一个简易的吸湿装置，利用可调挡板调节风向的位置制造出局部空气交换的环境，首先利用电流体动力效应形成射流，在干燥的打印环境下，射流过程中减少了正常打印时的微小液滴，射流落到衬底上形成了稳定的纳米结构。
6.所述的一种具有除湿功能的打印装置，包括电射流打印模块和吸湿模块，其特征在于：所述的电射流打印模块包括x-y运动平台、衬底、射流、z运动轴、喷针、喷针夹具、流速控制器、精密注射泵、精密注射器、溶液、连接导管、流速阀、高压电源、电脑；所述的衬底固定在x-y运动平台上；所述的z运动轴垂直固定的水平面上；所述的喷针固定在喷针夹具上，喷针夹具安装在z运动轴；所述的精密注射器放置在精密注射泵上方，精密注射器吸取一定体积的溶液并输送至连接管路内，通过流速控制器控制溶液的流速将其输送至喷针内；所述的流速控制器固定在连接导管中心，流速阀安装在流速控制器上；所述的高压电源通过
喷针夹具向喷针施加高电压，此时喷针与衬底之间形成电场力，溶液在喷针的出口处形成射流；所述的电脑安装控制系统，以控制x-y运动平台运动；
7.所述的吸湿模块包括可调挡板、吹出的干燥空气、吸湿箱体、相机、吸入的潮湿空气、底座控制运动系统、吸湿运动平台、电脑、吸风口滤网、风扇、交流电机、吸风空气罩、出风空气罩、出风口滤网、传输管道、抽气泵、吸湿箱、固态氯化钙、水箱；所述的四个相同的吸湿箱体均匀圆周分布在吸湿运动平台上；所述的底座控制运动系统控制吸湿运动平台的运动；所述的相机观测射流周边的空气，把所观测到的数据传输到电脑的观测系统；所述的吸风口滤网、出风口滤网、可调挡板安装在吸湿箱体上；所述的风扇安装在吸风口滤网后方，交流电机固定在风扇上，吸风空气罩和出风空气罩分别包裹在吸风口滤网和出风口滤网后方；所述的出风空气罩与抽气泵、抽气泵与吸湿箱、吸湿箱与吸风空气罩、吸湿箱与水箱分别通过传输管道相连；所述的固态氯化钙在吸湿箱中存放，吸入的潮湿空气从吸风口滤网进入，经传输管道到吸湿箱中变为吹出的干燥空气，吹出的干燥空气经过传输管道从出风口滤网吹出，通过可调挡板控制所吹出的空气的方向，控制空气流动；
8.进一步，所述的高压电源在打印过程中调节溶液的打印电压；
9.进一步，所述的流速控制器通过流速阀的旋转在打印过程中根据观测结果调节溶液输送到喷针的流速，根据所需纳米结构的尺寸要求、形貌结构特征来选择合适的流速；所述的吸湿箱体通过不同的液体流速来控制距离射流中心的距离，根据不同的液体流速进行调节，四个吸湿箱体通过均匀的圆周分布，形成稳定的风力，以防对射流打印过程中造成影响；
10.进一步，所述的x-y运动平台、z运动轴根据打印结构特征调节运动参数；
11.进一步，所述的吸湿模块通过相机所检测到的结果来确定运行的参数来控制空气的流速；所述的可调挡板根据相机所检测到的结果调节角度，使吹出的干燥空气的风向回到射流上。
12.采用上述的一种具有除湿功能的打印装置进行实施，其方法步骤具体如下：
13.第一步，调节打印环境
14.首先，开启相机，把相机与电脑的观测系统相连接，检测目前的空气中的湿度来确定功率，把四个吸湿箱体均匀固定到吸湿运动平台上，开启底座控制运动系统来控制吸湿运动平台上吸湿箱体的运动，交流电机控制其上的风扇反转形成吸力，吸力通过吸风口滤网削减了风力，以防对射流造成影响，同时吸入的潮湿空气经过吸风口滤网时减少了额外的粉尘，吸入的潮湿空气通过吸力进入到吸风空气罩中，吸入的潮湿空气通过传输管道进入到吸湿箱中，吸入的潮湿空气与吸湿箱中的固态氯化钙进行混合，吸入的潮湿空气中的水分子与固态氯化钙进行反应，逐渐生成液体，产生的液体在重力作用下通过传输管道进入到水箱中，吸湿箱气体由吸入的潮湿空气变为吹出的干燥空气，吹出的干燥空气通过抽气泵的运转向上流动，通过传输管道进入到出风空气罩内进而通过出风口滤网，出风口滤网的作用与吸风口滤网的作用相同，吹出的干燥空气在通过出风口滤网后会撞到可调挡板上，通过控制可调挡板的不同位置可以改变吹出的干燥空气的风向，调节风向至吸入的潮湿空气所被吸入的方向实现气体的交换，四个吸湿箱体以相同的功率一起运转，减少了空气流速对射流产生的影响，最终形成干燥的环境；
15.第二步，打印制备结构
16.首先将衬底固定到x-y运动平台上，精密注射器放置在精密注射泵上方，精密注射器吸取一定体积的溶液，精密注射器通过连接管路使溶液输送至喷针内，流速控制器固定在连接导管中心，流速阀安装在流速控制器上，通过转动流速阀来使流速控制器发挥作用，通过控制液体流速来控制射流的直径，喷针固定在喷针夹具上，喷针夹具安装在z运动轴；所述的高压电源通过喷针夹具向喷针施加适量高电压，此时在衬底和喷针间形成了射流打印的强电场，被输送到喷针内的溶液在喷孔处形成射流；射流打印的过程中受湿度影响很大，通过相机实时观测形成射流附近的空气湿度，通过观测的数据来确定吸湿模块的运行参数、流速阀所控制的溶液的流速，以保证射流打印过程的稳定，减小了微小液滴的出现并且获得了稳定的射流，稳定的射流落到衬底上形成了稳定的纳米结构。
17.本发明的有益效果为：利用相机识别喷头及衬底间的空气湿度来确定吸湿模块的运行参数，通过风扇的反转产生吸力让空气进入吸湿箱，通过箱子里的高吸水材料得到干燥的空气，实现气体交换；接着利用注射器对溶液施加流体压力，使之流出，加以一个流速控制装置控制流速进而控制打印时的直径，衬底和喷头之间施加高电场，喷孔处溶液在电场力作用下形成射流，经过吸湿模块的吸湿，得到稳定的射流，实现稳定制造纳米结构。所获得的纳米结构无小液滴的干扰，所得的结构更加稳定，减少了孔状结构。此打印装置具有工艺简单，打印稳定等优点。
附图说明：
18.图1是本发明中一种具有除湿功能的打印装置示意图。
19.图2是本发明中吸湿模块的装置原理示意图。
20.图3是本发明中打印出的稳定的纳米结构示意图。
21.图中：x-y运动平台1、衬底2、射流3、z运动轴4、喷针5、喷针夹具6、流速控制器7、精密注射泵8、精密注射器9、溶液10、连接导管11、流速阀12、高压电源13、可调挡板14、吹出的干燥空气15、吸湿箱体16、相机17、吸入的潮湿空气18、底座控制运动系统19、吸湿运动平台20、电脑21、纳米结构22、吸风口滤网23、风扇24、交流电机25、吸风空气罩26、出风空气罩27、出风口滤网28、传输管道29、抽气泵30、吸湿箱31、固态氯化钙32、水箱33。
具体实施方式
22.以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
23.参见图1至图3。
24.本实施例公开了一种具有除湿功能的打印装置，该装置包括电射流打印模块和吸湿模块。利用吸水材料会吸走潮湿空气中的水分获得干燥的空气，借助交流电机控制风扇反转，通过风扇反转产生的吸力与抽气泵的吸力制备出一个简易的吸湿装置，利用可调挡板调节风向的位置制造出局部空气交换的环境，首先利用电流体动力效应形成射流，在干燥的打印环境下，打印过程中减少了正常打印时的微小液滴，射流落到衬底上形成了稳定的纳米结构。
25.具体地讲，在本实施例中，所述的电射流打印模块包括x-y运动平台1、衬底2、射流3、z运动轴4、喷针5、喷针夹具6、流速控制器7、精密注射泵8、精密注射器9、溶液10、连接导管11、流速阀12、高压电源13、电脑21；所述的衬底2固定在x-y运动平台1上；所述的z运动轴
4垂直固定的水平面上；所述的喷针5固定在喷针夹具6上，喷针夹具6安装在z运动轴4；所述的精密注射器9放置在精密注射泵8上方，精密注射器9吸取一定体积的溶液10并输送至连接管路11内，通过流速控制器7控制溶液10的流速将其输送至喷针5内；所述的流速控制器7固定在连接导管11中心，流速阀12安装在流速控制器7上；所述的高压电源13通过喷针夹具6向喷针5施加高电压，此时喷针5与衬底2之间形成电场力，溶液10在喷针5的出口处形成射流3；所述的电脑21有控制系统，以控制x-y运动平台1运动；
26.所述的吸湿模块包括可调挡板14、吹出的干燥空气15、吸湿箱体16、相机17、吸入的潮湿空气18、底座控制运动系统19、吸湿运动平台20、电脑21、吸风口滤网23、风扇24、交流电机25、吸风空气罩26、出风空气罩27、出风口滤网28、传输管道29、抽气泵30、吸湿箱31、固态氯化钙32、水箱33；所述的四个相同的吸湿箱体16均匀圆周分布在吸湿运动平台20上；所述的底座控制运动系统19控制吸湿运动平台20的运动；所述的相机17观测射流周边的空气，把所观测到的数据传输到电脑21的观测系统；所述的吸风口滤网23、出风口滤网28、可调挡板14安装在吸湿箱体16上；所述的风扇24安装在吸风口滤网23后方，交流电机25固定在风扇24上，吸风空气罩26和出风空气罩27分别包裹在吸风口滤网23和出风口滤网28后方；所述的出风空气罩27与抽气泵30、抽气泵30与吸湿箱31、吸湿箱31与吸风空气罩26、吸湿箱31与水箱33分别通过传输管道29相连；所述的固态氯化钙32在吸湿箱31中存放，吸入的潮湿空气18从吸风口滤网23进入，经传输管道29到吸湿箱31中变为吹出的干燥空气15，吹出的干燥空气15经过传输管道29从出风口滤网28吹出，通过可调挡板14控制所吹出的空气的方向，控制空气流动；
27.具体地讲，所述的高压电源13在打印过程中调节溶液10的打印电压；
28.具体地讲，所述的流速控制器7通过流速阀12的旋转在打印过程中根据观测结果调节溶液10输送到喷针5的流速，根据所需纳米结构的尺寸要求、形貌结构特征来选择合适的流速；所述的吸湿箱体16通过不同的液体流速来控制距离射流3中心的距离，根据不同的液体流速进行调节，四个吸湿箱体16通过均匀的圆周分布，形成稳定的风力，以防对射流3打印过程中造成影响；
29.具体地讲，所述的x-y运动平台1、z运动轴4根据打印结构特征调节运动参数；
30.具体地讲，所述的吸湿模块通过相机17所检测到的结果来确定运行的参数来控制空气的流速；所述的可调挡板14根据相机17所检测到的结果调节角度，使吹出的干燥空气的风向回到射流3上。
31.本实施例中，公开了采用上述的一种具有除湿功能的打印装置进行打印制造，其具体步骤如下：
32.第一步，调节干燥的环境
33.首先，开启相机17，把相机17与控制电脑21的观测系统相连接，检测目前的空气中的湿度大于3％rh，把四个吸湿箱体16以90
°
的夹角均匀固定到吸湿运动平台20上，开启底座控制运动系统19来控制吸湿运动平台20上吸湿箱体16的运动，吸湿箱体16在吸湿运动平台20的运动速度为0.0001-0.3m/s，一个功率为5-25w的交流电机25控制其上的风扇24反转形成一股吸力，反转速度根据不同功率下可达到180-2000r/min，吸力通过吸风口滤网23削减了风力以防对射流3造成影响，同时吸入的潮湿空气18经过吸风口滤网23时减少了额外的粉尘，吸入的潮湿空气18通过吸力进入到吸风空气罩26中，吸入的潮湿空气18通过传输
管道29以0.2-3m/s的速度进入到吸湿箱31中，吸入的潮湿空气18与吸湿箱31中的固态氯化钙32进行混合，吸入的潮湿空气18中的水分子与固态氯化钙32进行反应，逐渐生成液体，产生的液体在重力作用下通过传输管道29进入到水箱33中，吸湿箱31中气体由吸入的潮湿空气18变为吹出的干燥空气15，吹出的干燥空气15通过一个功率为10-150w的抽气泵30的运转逐渐向上流动，抽气泵所能提供的抽力为0.001-0.5mmhg，以0.2-15m/s的空气流动速度通过传输管道29进入到出风空气罩27内进而通过出风口滤网28，出风口滤网28的作用与吸风口滤网23的作用相同，吹出的干燥空气15以及吸入的潮湿空气18在过程中的产生的压强处于0.7-50pa，不会对射流3的打印造成影响，吹出的干燥空气15在通过出风口滤网28后会撞到可调挡板14上，通过控制可调挡板14的不同位置可以改变吹出的干燥空气15的风向，可调挡板所能控制的角度为10-120
°
，四个吸湿箱体16均以相同的功率共同调节射流中心的风力，吸湿模块的功率控制在10-200w，吸入的潮湿空气18所被吸入的方向实现气体的交换，同时调节吸湿运动平台20的位置来找到最合适的吸湿位置，最终形成干燥的环境；
34.第二步，打印制备结构
35.首先将厚度为0.7-350μm的衬底2固定到x-y运动平台1上，衬底2可以是导体或半导体或绝缘体材料，量程为30-800μl的精密注射器9放置在精密注射泵8上方，精密注射器9吸取一定体积的溶液10，精密注射器9通过连接管路11使溶液10输送至内径为1-800μm的喷针5内，流速控制器7固定在连接导管11中心，流速阀12安装在流速控制器7上，通过转动流速阀12来使流速控制器7发挥作用，通过控制液体流速来控制射流3的直径，可控制流速在0.05-2000μl/min之间，喷针5固定在喷针夹具6上，喷针夹具6安装在z运动轴4，x-y运动平台1和z运动轴4的运动速度范围分别为0.001-100mm/s，加减速度范围在0.01-200mm/s2；所述的高压电源13通过喷针夹具6向喷针5施加一个300-8000v的高电压，此时在衬底2和喷针5间形成了打印的强电场，被输送到喷针5内的溶液10在喷孔处形成直径为0.05-80μm的射流3；射流3打印的过程中受湿度影响很大，通过相机17实时观测形成射流3附近的空气湿度，通过吸湿模块的作用把射流3的局部湿度控制在1％rh，以保证射流3的打印过程的稳定，减小了微小液滴的出现并且减小了水蒸气进入射流导致出现孔状结构，从而获得了稳定的射流3，稳定的射流3落到衬底2上形成了稳定的纳米结构22，综上所述，可以通过吸湿装置来稳定的制造纳米结构。
36.所述的高压电源13在打印过程中调节溶液10的打印电压；所述的流速控制器7通过流速阀12的旋转在打印过程中根据观测结果调节溶液10输送到喷针5的流速，根据所需纳米结构的尺寸要求、形貌结构特征来选择合适的流速；所述的吸湿箱体16通过不同的液体流速来控制距离射流3中心的距离，根据不同的液体流速进行调节，四个吸湿箱体16通过均匀的圆周分布，形成稳定的风力，以防对射流3打印过程中造成影响；所述的x-y运动平台1、z运动轴4根据打印结构特征调节运动参数；所述的吸湿模块通过相机17所检测到的结果来确定运行的参数来控制空气的流速；所述的可调挡板14根据相机17所检测到的结果调节角度，使吹出的干燥空气的风向回到射流3上。所述的吸湿模块还可以采用给制冷冷凝除湿方法、压缩空气冷却方法的原理来进行吸湿；所述的固态氯化钙32可以替换为生石灰、烧碱、浓硫酸、碱石灰高吸水性材料；所述的风扇24可以用抽气泵30来替换。