一种3D导电书写笔及其书写方法技术

本发明专利技术涉及液态金属制造领域，尤其涉及一种3D导电书写笔及其书写方法，具体涉及到一种可实现多种类墨水同时进料的3D导电书写笔及其书写方法。该3D导电书写笔通过在笔筒内部设有送料滚筒、塑料线材和用于输送金属墨水的通道，实现了塑料和金属等多种类墨水的同时进料功能，从而书写出的3D结构既具有塑料的柔韧性和轻便性，又具备金属的导电性，另外在金属墨水中添加纳米金属颗粒，可改变书写线条的导电性能，本发明专利技术的书写笔可以直接用于当前盛行的普通塑料或聚合物线材的3D打印机，因而显著扩展了现有装备的用途，同时也适用于教学、野外生存和军事行动领域，拓展了常规导电书写笔的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液态金属制造领域，尤其涉及一种3D导电书写笔及其书写方法，具体涉及到一种可实现多种类墨水同时进料的3D导电书写笔及其书写方法。
技术介绍
3D(三维结构)书写笔是伴随着3D打印技术的快速发展而产生的一种便携式的勾画三维结构的书写笔。目前，市面上出现的3D书写笔采用的原料是热塑性塑料线材，当热塑性塑料线材被挤出笔筒几秒钟后，会发生迅速凝固现象，从而可以直接书写出3D结构，当前这种3D书写笔多应用在教学和玩具领域，主要作为教具和玩具来使用。这种3D书写笔的缺点是描绘出的线条不具有导电性，因而极大程度上限制了它的使用范围。显然，如果3D书写笔能实现描绘出的线条具有导电功能，将会大大拓展3D书写笔的用途，例如在野外生存或执行军事任务时，可用这种3D书写笔来制作、修复电路，或破坏敌人的电路设备等。同时，该技术还可以应用在水面、沙地或者空中实现勾画3D电路图，具有极强的实际应用意义。随着从基础研究到应用层面的持续推进，印刷电子学业界逐渐提出了直接利用液态金属打印电路的方法和装置，此方法可快速形成电路。但是，这种方法也存在一定的不足，比如由于液态金属表面张力过高，因而使得喷涂机构和墨水处理相对复杂。特别的，当前几乎所有的3D打印笔在工作过程中均只针对单一墨水，即要么导电，要么是绝缘材料，只能实现单一的功能。若能将液态金属与传统的塑料或聚合物结合起来实现同时打印，则生成物一方面具备较好的强度(由塑料或聚合物凝固后保障)，另一方面又具备导电特性(由液态金属墨水保障)，则将显著扩展现有3D打印技术的应用范畴。因此，针对以上不足，本专利技术提供了一种3D导电书写笔及其书写方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有3D导电书写笔由于使用的液态金属表面张力过高而导致喷涂机构和墨水处理相对复杂，且现有3D导电书写笔只能实现单一墨水作业，即只能采用导电材质或者绝缘材质的功能，不利于拓展实际应用范畴的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种3D导电书写笔，该3D导电书写笔包括外壳和分别设在所述外壳内部的进料装置及加热装置，所述外壳包括笔筒及连接于所述笔筒下端的笔头，所述进料装置包括送料滚筒、塑料线材和用于输送金属墨水的通道；所述加热装置固定设置在所述笔筒的底部，且所述加热装置用于加热所述金属墨水和塑料线材，所述送料滚筒用于推动所述塑料线材向所述笔头方向移动，所述用于输送金属墨水通道的一端依次穿过所述笔筒、加热装置且延伸至所述笔头的端部。其中，所述送料滚筒位于所述塑料线材的两侧，且与塑料线材的外壁相切；所述送料滚筒的送料速度为0.5mm/min-300mm/min。其中，所述塑料线材位于笔筒的中间，所述用于输送金属墨水通道的数量为多条，多条通道位于所述塑料线材与笔筒之间。其中，所述金属墨水为熔点小于300℃的低熔点金属，且在所述金属墨水中添加纳米金属颗粒。其中，所述加热装置设为一个或者多个，所述加热装置的加热功率为5W-200W，且所述加热装置围绕设置在所述金属墨水和塑料线材的外圈。其中，所述塑料线材的线径为0.1mm-20mm，且所述塑料线材为热塑性塑料。本专利技术还提供了一种3D导电书写笔的书写方法，如下步骤：S1、启动所述加热装置，加热所述进料装置，使得位于所述金属墨水和塑料线材达到熔点；S2、启动所述送料滚筒，推动熔化后的所述塑料线材向所述笔头方向移动，将熔化后的塑料线材挤出笔头，迅速凝固；S3、所述金属墨水经雾化处理后会形成小颗粒，经由所述笔头喷覆在挤出过的塑料线材表面，从而在塑料表面形成金属层，进而书写出导电的3D结构。其中，在步骤S3中，所述金属墨水的雾化处理方法为超声雾化或气流雾化。其中，在步骤S3中，所述金属墨水雾化后的雾滴直径为0.01μm-200μm。其中，在步骤S3中，所述金属层的厚度为0.0001mm-5mm。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术3D导电书写笔通过在笔筒内部设有送料滚筒、塑料线材和用于输送金属墨水的通道，实现了塑料和金属等多种类墨水的同时进料功能，从而书写出的3D结构既具有塑料的柔韧性和轻便性，又具备金属的导电性，适用于教学、野外生存和军事行动领域，拓展了常规导电书写笔的应用范围。附图说明图1是本专利技术实施例3D导电书写笔的结构示意图；图2是本专利技术实施例3D导电书写笔书写线条的截面示意图。图中：1：金属墨水；2：塑料线材；3：送料滚筒；4：外壳；5：加热装置；6：金属层7：笔筒；8：笔头。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-图2所示，本专利技术实施例提供的一种3D导电书写笔，该3D导电书写笔包括外壳4和分别设在外壳4内部的进料装置及加热装置5，外壳4包括笔筒7及连接于笔筒7下端的笔头8，笔筒7和笔头8固定连接，进料装置包括送料滚筒3、塑料线材2和用于输送金属墨水1的通道；加热装置5固定设置在笔筒7的底部，且加热装置5用于加热金属墨水1和塑料线材2，使得金属墨水1和塑料线材2快速达到其相应的熔点，送料滚筒3用于推动塑料线材2向笔头8方向移动，用于输送金属墨水1通道的一端依次穿过笔筒7、加热装置5且延伸至笔头8的端部。通过启动加热装置5，使得金属墨水1和塑料线材2达到熔点，送料滚筒3推动塑料线材2向笔头8方向移动直至挤出笔头8，挤出后的塑料线材2迅速凝固，金属墨水1经加热后雾化处理为小颗粒，喷覆在凝固的塑料表面，由此书写出导电的3D结构。送料滚筒3位于塑料线材2的两侧，即两个送料滚筒3分别设在紧贴塑料线材2的外壁上，且与塑料线材2的外壁相切；送料滚筒3的送料速度为0.5mm/min-300mm/min。塑料线材2位于笔筒7的中间，即塑料线材2设置在笔筒7和笔头8的正中心，方便书写3D结构，用于输送金属墨水1通道的数量为多条，多条通道位于所述塑料线材2与笔筒7之间，多条通道能实现多种类墨水同时进料的功能。金属墨水1为熔点小于300℃的低熔点金属，为镓、镓基合金、铟基合金、铋基合金中的一种或多种，且在所述金属墨水1中添加纳米金属颗粒，能改变书写线条的导电性能。加热装置5设为一个或者多个，能根据加工工艺改变加热装置5的数量，加热装置5的加热功率为5W-200W，且加热装置5围绕设置在金属墨水1和塑料线材2的外圈，以能使得金属墨水1和塑料线材2快速达到其相应的熔点。塑料线材2的线径为0.1mm-20mm，且塑料线材2为热塑性塑料，具有加热软化、冷却硬化的物理特性。本专利技术还提供了一种3D导电书写笔的书写方法，如下步骤：S1、启动加热装置5，加热进料装置中的金属墨水1和塑料线材2，使得位于笔头处的金属墨水1和塑料线材2达到熔点，为下一步的书写作业做准备；S2、启动送料滚筒3，推动熔化后的塑料线材2向笔头8方向移动，并将熔化后的塑料线材2挤出笔头8，使得挤出的塑料线材2经冷却后迅速凝固；S3、金属墨水1经雾化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D导电书写笔，其特征在于：包括外壳(4)和分别设在所述外壳(4)内部的进料装置及加热装置(5)，所述外壳(4)包括笔筒(7)及连接于所述笔筒(7)下端的笔头(8)，所述进料装置包括送料滚筒(3)、塑料线材(2)和用于输送金属墨水(1)的通道；所述加热装置(5)固定设置在所述笔筒(7)的底部，且所述加热装置(5)用于加热所述金属墨水(1)和塑料线材(2)，所述送料滚筒(3)用于推动所述塑料线材(2)向所述笔头(8)方向移动，所述用于输送金属墨水(1)通道的一端依次穿过所述笔筒(7)、加热装置(5)且延伸至所述笔头(8)的端部。

【技术特征摘要】
1.一种3D导电书写笔，其特征在于：包括外壳(4)和分别设在所述外壳(4)内部的进料装置及加热装置(5)，所述外壳(4)包括笔筒(7)及连接于所述笔筒(7)下端的笔头(8)，所述进料装置包括送料滚筒(3)、塑料线材(2)和用于输送金属墨水(1)的通道；所述加热装置(5)固定设置在所述笔筒(7)的底部，且所述加热装置(5)用于加热所述金属墨水(1)和塑料线材(2)，所述送料滚筒(3)用于推动所述塑料线材(2)向所述笔头(8)方向移动，所述用于输送金属墨水(1)通道的一端依次穿过所述笔筒(7)、加热装置(5)且延伸至所述笔头(8)的端部。2.根据权利要求1所述的3D导电书写笔，其特征在于：所述送料滚筒(3)位于所述塑料线材(2)的两侧，且与塑料线材(2)的外壁相切；所述送料滚筒(3)的送料速度为0.5mm/min-300mm/min。3.根据权利要求1所述的3D导电书写笔，其特征在于：所述塑料线材(2)位于笔筒(7)的中间，所述用于输送金属墨水(1)通道的数量为多条，多条通道位于所述塑料线材(2)与笔筒(7)之间。4.根据权利要求1所述的3D导电书写笔，其特征在于：所述金属墨水(1)为熔点小于300℃的低熔点金属，且在所述金属墨水(1)中添加纳米金属颗粒。5.根据权利要求1所述的3D导电书写笔，其特征在于：所述加热装置(5)设为一个或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11