纳米材料微结构2D/3D打印装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节功能的三轴装置；三轴装置中的高精度激光微距测量头装在打印头固定器侧面，可控温加热板安装在打印头固定器下面。有益效果是该装置利用微距自调节方式，在整个打印过程中自动识别精度达到1微米，确保与底板的无缝接触以及层与层之间的无缝连接。微量可控供墨装置出墨量控制在0.001‑0.1毫升之间。双打印头在10微米‑5厘米范围内调节，结合精控双供墨装置，能够实现双打印头和单个打印头交替使用，打印出不同的微结构，再结合超声管能够将不同纳米墨水均匀混合，提高微2D/3D打印质量。

【技术实现步骤摘要】
纳米材料微结构2D/3D打印装置
本技术涉及一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，尤其涉及到精控供墨系统和高精度打印头高度即时自调节装置。
技术介绍
纳米技术和2D/3D打印技术的结合为材料微结构的设计提供了一种新思路，在复杂微器件的制造方面展现出独到的优势。目前就2D/3D打印微结构而言，还存在多方面的问题。研究的微2D/3D打印技术，打印质量的影响参数有很多，比如墨水黏度，剪切速率，打印头尺寸，打印速度，打印头高度，供墨速度以及出墨速度与打印速度的协调性等。对于微3D打印而言，控制打印头出墨均匀性和打印头合适的高度是至关重要的，特别是打印开始和结束时墨滴滞后以及打印头高度不合适的问题严重影响了打印质量。目前微2D/3D打印机供墨装置大多是用气压控制系统，包括蠕动泵系统。但是气压式挤出具有以下不足之处：(1)对气动装置的精密度要求较高，包括高精度的气压开关控制器和气压调节阀等，费用较高；(2)由于空气可压缩性，即使在打印停止时关闭气压也会使打印头继续出墨，在打印头处形成较大液滴，影响下一步打印的质量；(3)再加上微打印使用的打印头尺寸多在微米量级，输气管中即使少量的残留气压就会造成液滴挤出。另一方面，目前普通的3D打印装置要求打印头高度约为90微米，这样一个厚度事实上是比较难调节的，势必会影响打印机打印质量。特别是对于微2D/3D打印技术，打印头高度的控制显得极其重要，因为所使用的微米级打印头，调节到最合适的高度具有一定的挑战性，所以这个重要的参数极大地影响了微2D/3D打印质量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，能够精控供墨系统和打印头高度即时自调节装置，本技术的精控供墨系统带有手动调节开关和回抽功能，可以精确的控制出墨的均匀性。此外本专利技术使用不同尺寸的低价打印头，可以方便快捷的更换，能够实现不同尺寸高分辨的微2D/3D结构。另一方面，本技术具有高精度微距自调节功能，随着打印进行打印头的高度能够根据底板的平整度自调节，极大的提高了微2D/3D打印的质量。本技术所述的装置可以应用于微纳2D/3D打印装置，同时也适用于普通2D/3D打印设备。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是提供一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，其中：该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节的三轴装置；所述供墨系统包括步进电机Ⅰ、手动调节旋钮、精密丝杠、精密滑块Ⅰ、金属滑杆、供墨桶、锁紧装置和精密推杆，精密丝杠两头分别与步进电机Ⅰ和精密滑块Ⅰ连接，手动调节旋钮底部通过转换齿轮与精密丝杠连接，控制精密丝杠的转动，所述精密滑块Ⅰ通过金属滑杆滑动，精密推杆顶部与滑块Ⅰ固定，供墨桶与底板连接并通过锁紧装置固定；所述超声三通混合管包括进墨口，振子超声器，外接导线Ⅰ和出墨口，进墨口通过弯曲管与出墨口连接，振子超声器嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机Ⅱ、精密滑轨导轨Ⅰ和精密滑轨导轨Ⅱ、可控温加热板、高精度激光微距测量头、外接导线Ⅱ、打印头固定器、打印头插孔、千分微调螺母、精密滑块Ⅱ、高精度丝杠和步进电机Ⅲ，所述步进电机Ⅱ通过丝杠与滑轨连接，高精度激光微距测量头装在打印头固定器侧面，两个固定器通过千分微调螺母调节间距，打印头固定器安装在精密滑块Ⅱ上，高精度丝杠两端分别与步进电机Ⅲ和精密滑块Ⅱ连接，可控温加热板安装在打印头固定器下面。本技术的效果是该纳米材料微结构2D/3D打印装置中的微量可控供墨装置出墨量可以控制在0.001-0.1毫升之间。双打印头可以10微米-5厘米范围内调节，打开控制电机，推动精密滑块前进，滑杆会推动供墨桶中的墨水挤出，结合可调间距双打印头装置，可以实现双打印头打印，单个打印头打印；通过超声混合管装置，能够将不同种类墨水均匀混合，实现不同种类墨水微结构打印。该装置利用微距自调节方式更有效，打开步进电机，推动精密滑块带动打印头趋近打印基板，在打印头针尖处的液滴底部恰好与基板接触时，高精度激光微距测量头传输停止信号，即刻停止趋近，开始打印。在整个打印过程中自动识别打印头高度，精度达到1微米，确保墨滴与底板的无缝接触以及层与层之间的无缝连接。附图说明图1为本技术的精控供墨装置；图2为本技术的带有振子超声的混合三通管；图3为本技术的带有精密打印头的2D/3D打印装置。具体实施方式结合附图对本技术的纳米材料微结构2D/3D打印装置结构加以说明。本技术的纳米材料微结构2D/3D打印装置的结构是，该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节的三轴装置；所述供墨系统包括步进电机Ⅰ1、手动调节旋钮2、精密丝杠3、精密滑块Ⅰ4、金属滑杆5、供墨桶6、锁紧装置8和精密推杆9，精密丝杠3两头分别与步进电机Ⅰ1和精密滑块Ⅰ4连接，手动调节旋钮2底部通过转换齿轮与精密丝杠3连接，控制精密丝杠3的转动，所述精密滑块Ⅰ4通过金属滑杆5滑动，精密推杆9顶部与滑块Ⅰ4固定，供墨桶6与底板连接并通过锁紧装置8固定。所述超声三通混合管包括进墨口10，振子超声器11，外接导线Ⅰ13和出墨口14，进墨口10通过弯曲管与出墨口14连接，振子超声器11嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机Ⅱ16、精密滑轨导轨Ⅰ15和精密滑轨导轨Ⅱ26、可控温加热板21、高精度激光微距测量头18、外接导线Ⅱ17、打印头固定器19、打印头插孔20、千分微调螺母22、精密滑块Ⅱ23、高精度丝杠24和步进电机Ⅲ25，所述步进电机Ⅱ16通过丝杠与滑轨连接，高精度激光微距测量头18装在打印头固定器19侧面，两个固定器19通过千分微调螺母22调节间距，打印头固定器19安装在精密滑块Ⅱ23上，高精度丝杠24两端分别与步进电机Ⅲ25和精密滑块Ⅱ23连接，可控温加热板21安装在打印头固定器19下面。所述供墨桶6直径为1-10毫米，输墨管直径为0.5-3毫米，出墨量能够控制在0.001-0.1毫升之间。所用打印头尺寸在10-1000微米范围，两个打印头间距能够控制在10微米-5厘米之间，双打印头结合精控双供墨装置同步打印两种墨水，通过控制两打印头间距，打印出不同的微结构，能够控制单个供墨装置实现单打印头打印。高精度激光微距测量头18根据打印目标基板的高低自动调节打印头高度，调节精度为1微米。本技术的纳米材料微结构2D/3D打印装置使用时需做到：1.打印前准备工作第一步，所述供墨系统的供墨桶6装满纳米墨水，排净其中气泡，安装在微控推动装置上；将输墨管安装在供墨桶6或者出墨口14，另一端插上所需的打印头，安装在打印头固定器19上面。第二步，调节供墨系统的手动调节旋钮2，手动调节旋钮2有粗调、细调，首先进行粗调使得滑块推动推杆向前方运动将供墨桶中的墨水通过输墨管供应到打印头部分，然后细调手动调节旋钮2，使墨水缓慢的流向打印头出口处，在打印头出口刚有小液滴露出时停止调节。2.准备打印该纳米材料微结构2D/3D打印装置打印头高度自调节操作方法包括以下步骤：第一步，高精度激光微距测量头18底部与打印头底部在同一水平线上，根据打印头尺寸，通过软件设定最合适高度，打开步进电机Ⅲ25，精密滑块Ⅱ23会以很慢的速度向下移动，直到打印头高度达到了设定值，步进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节的三轴装置；所述供墨系统包括步进电机Ⅰ(1)、手动调节旋钮(2)、精密丝杠(3)、精密滑块Ⅰ(4)、金属滑杆(5)、供墨桶(6)、锁紧装置(8)和精密推杆(9)，精密丝杠(3)两头分别与步进电机Ⅰ(1)和精密滑块Ⅰ(4)连接，手动调节旋钮(2)底部通过转换齿轮与精密丝杠(3)连接，控制精密丝杠(3)的转动，所述精密滑块Ⅰ(4)通过金属滑杆(5)滑动，精密推杆(9)顶部与滑块Ⅰ(4)固定，供墨桶(6)与底板连接并通过锁紧装置(8)固定；所述超声三通混合管包括进墨口(10)，振子超声器(11)，外接导线Ⅰ(13)和出墨口(14)，进墨口(10)通过弯曲管与出墨口(14)连接，振子超声器(11)嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机Ⅱ(16)、精密滑轨导轨Ⅰ(15)和精密滑轨导轨Ⅱ(26)、可控温加热板(21)、高精度激光微距测量头(18)、外接导线Ⅱ(17)、打印头固定器(19)、打印头插孔(20)、千分微调螺母(22)、精密滑块Ⅱ(23)、高精度丝杠(24)和步进电机Ⅲ(25)，所述步进电机Ⅱ(16)通过丝杠与滑轨连接，高精度激光微距测量头(18)装在打印头固定器(19)侧面，两个固定器(19)通过千分微调螺母(22)调节间距，打印头固定器(19)安装在精密滑块Ⅱ(23)上，高精度丝杠(24)两端分别与步进电机Ⅲ(25)和精密滑块Ⅱ(23)连接，可控温加热板(21)安装在打印头固定器(19)下面。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料微结构2D/3D打印装置，其特征是：该装置包括有供墨系统、超声三通混合管和带有打印头自调节的三轴装置；所述供墨系统包括步进电机Ⅰ(1)、手动调节旋钮(2)、精密丝杠(3)、精密滑块Ⅰ(4)、金属滑杆(5)、供墨桶(6)、锁紧装置(8)和精密推杆(9)，精密丝杠(3)两头分别与步进电机Ⅰ(1)和精密滑块Ⅰ(4)连接，手动调节旋钮(2)底部通过转换齿轮与精密丝杠(3)连接，控制精密丝杠(3)的转动，所述精密滑块Ⅰ(4)通过金属滑杆(5)滑动，精密推杆(9)顶部与滑块Ⅰ(4)固定，供墨桶(6)与底板连接并通过锁紧装置(8)固定；所述超声三通混合管包括进墨口(10)，振子超声器(11)，外接导线Ⅰ(13)和出墨口(14)，进墨口(10)通过弯曲管与出墨口(14)连接，振子超声器(11)嵌套在出墨管上面；所述带有打印头自调节的三轴装置包括步进电机Ⅱ(16)、精密滑轨导轨Ⅰ(15)和精密滑轨导轨Ⅱ(26)、可控温加热板(21)、高精度激光微距测量头(18)、外接导线Ⅱ(17)、打印头固定器(19)、打印头插孔(20)、千分微调螺母(22)、精密滑块Ⅱ(23...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾国治，张延榜，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津,12