一体化喷雾式打印喷头

摘要

本发明公开了一体化喷雾式打印喷头，包括有雾化模块、匀化模块和喷射模块，匀化模块包括一级匀化腔和二级匀化腔，两腔由多孔隔板所间隔。一级匀化腔和二级匀化腔采用左右结构或上下结构。一级匀化腔的腔壁接载气入口，物料入口，和物料出口。二级匀化腔的腔壁接聚焦气体入口。二级匀化腔的腔壁安装雾滴浓度探测器。雾化模块包括换能器和物料，位于一级匀化腔的腔壁。换能器由电源控制。物料由输送泵控制。上述结构可以精确控制雾化速率和雾滴浓度、系统尺寸小、易于控制、工作稳定高、材料浪费少。本发明结构简单、体积小、结构紧凑，雾化速度稳定、易控、均匀。雾滴浓度稳定、易控、均匀，节省物料、浪费少。

权利要求

1.一体化喷雾式打印喷头，其特征在于：包括有雾化模块、匀化模块和喷射模块，所述的匀化模块包括一级匀化腔（2）和二级匀化腔（3），一级匀化腔（2）和二级匀化腔（3）采用左右结构或上下结构，一级匀化腔（2）和二级匀化腔（3）之间由多孔隔板（4）间隔，一级匀化腔（2）的腔壁接载气入口（12）、物料入口（10）和物料出口（11），二级匀化腔（3）的腔壁接二级聚焦气体入口（8）；所述的雾化模块包括雾化换能器（1）和物料（20）， 位于一级匀化腔（2）的腔壁上，雾化换能器（1）由换能器电源（30）控制，通过换能器导线（31）连接；物料（20）由输送泵（29）控制，通过输送物料管路（27）输入；喷射模块包括喷嘴入口（5）、喷嘴出口（6）、喷嘴通道（7），位于二级匀化腔腔壁，喷嘴通道（7）由喷嘴入口（5）到喷嘴出口（6）尺寸逐渐缩小；

喷射模块还包括有二级聚焦气体装置，所述的二级聚焦气体装置由二级聚焦气入口（8）、二级聚焦气出口（9）、聚焦气钢瓶或泵（21）、聚焦气调节阀（22）、聚焦气管路组成，聚焦气体由聚焦气钢瓶或泵（21）产生，通过聚焦气调节阀（22）调节压力和流量，经聚焦气管路输入二级聚焦气入口（8），二级聚焦气出口（9）位于喷嘴入口（5）至喷嘴出口（6）之间的任一点，联通聚焦气体与喷嘴通道（7）；

喷射模块还包括有三级聚焦气体装置，所述的三级聚焦气体装置由三级聚焦气入口（81）、三级聚焦气出口组成（91），三级聚焦气体由三级聚焦气入口（81）输入，三级聚焦气出口（91）通入喷嘴通道（7）。

2.根据权利要求1所述的一体化喷雾式打印喷头，其特征在于：所述的二级匀化腔的腔壁安装雾滴浓度探测器（19）。

3.根据权利要求1所述的一体化喷雾式打印喷头，其特征在于：所述的输送物料管路是由物料入口（10）、物料出口（11）、物料瓶（28）和物料管路（27）组成。

4.根据权利要求1所述的一体化喷雾式打印喷头，其特征在于：所述雾化模块的雾化方式采用压电雾化换能器（1）厚度模态表面波雾化方式，通过输送泵（29）与电信号控制雾化速率与雾滴浓度。

说明书

一体化喷雾式打印喷头

技术领域

[0001] 本发明涉及一种打印喷头设备，尤其是涉及一种一体化喷雾式打印喷头。

背景技术

[0002] 功能薄膜在现代科学技术和国民生产的各个领域有广泛的应用以及重要的地位。目前，薄膜制备有多种方法，例如，丝网印刷，喷涂，气相沉积，浸渍等等。打印法是近年来兴起的一种新型的薄膜制备方法，具有尺寸精度高，快速成型等能力。打印是一种基于微液滴沉积的薄膜制备方法。微液滴常用微孔法和雾化法产生，然后由设备把产生的微液滴喷射到欲打印的基板上。常见的喷墨打印采用微孔法，对于功能薄膜制备，该方法的缺点是微孔易堵塞。雾化法不存在堵塞问题，而且对比喷墨法，可以产生尺寸更小的液滴，因而更适合精细结构薄膜制备。

[0003] 然而雾化法的缺点是雾化量难以控制，系统的稳定性差。目前常用气动法和超声喷泉雾化法来产生液滴。两种方法都无法精确控制液滴的产生速率与浓度。往往得采用旁支分路以及加热的方法把多余的雾滴除去，造成系统过于庞大，复杂，控制困难，物料浪费严重。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种一体化喷雾式打印喷头，该喷头采用一体化设计，包括雾化模块，匀化模块，和喷射模块。结构简单紧凑，可以精确控制雾化速率和雾滴浓度，打印喷头易于控制、工作稳定性高、可重复性好。

[0005] 为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

[0006] 一体化喷雾式打印喷头，包括有雾化模块、匀化模块和喷射模块，所述的匀化模块包括一级匀化腔和二级匀化腔，一级匀化腔和二级匀化腔采用左右结构或上下结构，一级匀化腔和二级匀化腔之间由多孔隔板间隔，一级匀化腔的腔壁接载气入口、物料入口和物料出口，二级匀化腔的腔壁接二级聚焦气体入口；

[0007] 所述的雾化模块包括雾化换能器和物料， 位于一级匀化腔的腔壁上，雾化换能器由换能器电源控制，通过换能器导线连接；物料由输送泵控制，通过输送管路输入；

[0008] 喷射模块包括喷嘴入口、喷嘴出口、喷嘴通道，位于二级匀化腔腔壁，喷嘴通道由喷嘴入口到喷嘴出口尺寸逐渐缩小。

[0009] 所述的喷射模块包括有二级聚焦气体装置，所述的二级聚集气体装置由二级聚焦气入口、二级聚焦气出口、载气钢瓶或泵、聚焦气调节阀、聚焦气管路组成，聚焦气体由载气钢瓶或泵产生，通过聚焦气调节阀调节压力和流量，经聚焦气管路输入二级聚焦气入口，二级聚焦气出口位于喷嘴入口至喷嘴出口之间的任一点，联通聚焦气体与喷嘴通道。

[0010] 所述的喷射模块包括有三级聚焦气体装置，所述的三级聚集气体装置由三级聚焦气入口、三级聚焦气出口组成，三级聚焦气体由三级聚焦气入口输入，三级聚焦气出口通入喷嘴通道。

[0011] 所述的二级匀化腔的腔壁安装雾滴浓度探测器。

[0012] 所述的输送管路是由物料入口、物料出口、物料瓶和物料管路组成。

[0013] 所述雾化模块的雾化方式采用压电雾化换能器厚度模态表面波雾化方式，通过输送泵与电信号控制雾化速率与雾滴浓度。

[0014] 本发明与现有技术相比，其有益效果是：

[0015] 本发明一体化喷雾式打印喷头由于具有雾化、匀化和喷射三个模块，匀化模块包括一级匀化腔和二级匀化腔，两腔由多孔隔板所间隔。一级匀化腔和二级匀化腔采用左右结构或上下结构。一级匀化腔的腔壁接载气入口，物料入口，和物料出口。二级匀化腔的腔壁接聚焦气体入口。二级匀化腔的腔壁安装雾滴浓度探测器。雾化模块包括雾化换能器和物料， 位于一级匀化腔的腔壁。雾化换能器由换能器电源控制。物料由输送泵控制。雾化方式采用压电雾化换能器厚度模态表面波雾化方式，通过输送泵与电信号控制雾化速率与雾滴浓度。喷射模块主要包括喷嘴，位于二级匀化腔腔壁。喷嘴通道由喷嘴入口到喷嘴出口，尺寸逐渐缩小，起一级聚焦作用。采用二级或三级以上聚焦增强了聚焦效果。上述结构可以精确控制雾化速率和雾滴浓度、系统尺寸小、易于控制、工作稳定高、材料浪费少。本发明结构简单、体积小、结构紧凑。雾化速度稳定、易控、均匀。雾滴浓度稳定、易控、均匀。节省物料、浪费少。打印效果稳定、可重复性好。喷口无堵塞。

附图说明

[0016] 下面结合附图对本发明作进一步详述：

[0017] 图1是本发明实施例4的结构示意图；

[0018] 图2 是本发明实施例1的示意图；

[0019] 图3是本发明实施例2的示意图；

[0020] 图4是本发明实施例3的示意图；

[0021] 图5是本发明实施例4的立体结构示意图；

[0022] 图6是本发明实施例4中的探测器工作原理图。

[0023] 图中：1、雾化换能器，2、一级匀化腔，3、二级匀化腔，4、多孔隔板，5、喷嘴入口，6、喷嘴出口，7、喷嘴通道，8、二级聚焦气体入口，９、二级聚焦气出口，10、物料入口，11、物料出口，12、载气入口，13、一级匀化腔侧壁，14、一级匀化腔底面，15、一级匀化腔顶面，16、二级匀化腔顶面，17、二级匀化腔侧壁，18、二级匀化腔底面，19、雾滴浓度探测器，20、物料21、聚焦气钢瓶或泵，22、聚焦气调节阀，23、聚焦气管路，24、载气钢瓶或泵，25、载气调节阀，26、载气管路， 27、物料管路，28、物料瓶，29、输送泵，30、换能器电源、31，换能器导线、32，雾滴，33、基板 ，81、三级聚焦气入口，91、三级聚焦气出口。

具体实施方式

[0024] 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

[0025] 为使本发明的内容更加明显易懂，将集合图1至图5和具体实施方式做进一步描述。

[0026] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，将结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0027] 实施例1：

[0028] 如图2所示，本实施例一体化喷雾式打印喷头包括雾化模块，匀化模块和喷射模块三个部分。

[0029] 匀化模块对于整个系统是支撑结构。匀化模块为两腔结构包括一级匀化腔2和二级匀化腔3，匀化腔为中空结构，由一级匀化腔底面14，一级匀化腔侧壁13，一级匀化腔顶面15， 和二级匀化腔底面18，二级匀化腔侧壁17,二级匀化腔顶面16所包围。一级匀化腔2和二级匀化腔3由多孔隔板4所分离。一级匀化腔2和二级匀化腔3采用左右结构。一级匀化腔2位于二级匀化腔3右侧。

[0030] 雾化模块包括雾化换能器1、物料20、物料入口10、物料出口11、物料管路27、物料瓶28、输送泵29、换能器电源30、换能器导线31。雾化换能器1和物料20位于一级匀化腔2的一级匀化腔底面14上，雾化换能器1通过换能器导线31和外部驱动换能器电源30连接。雾化换能器1采用压电材料制作，直径1mm至50mm之间，采用厚度振动模式，工作频率介于0.5MHz20MHz。雾化换能器1由数字电源控制，可以方便调节工作信号，包括频率，幅值等。物料20~
位于雾化换能器1表面，物料流量由输送泵29控制。输送泵29把置于物料瓶28中的物料，通过物料管路27，输送到雾化换能器1的表面。雾化采用表面波雾化方式，通过电信号和物料泵29，雾化速率、雾滴浓度可以精确控制。

[0031] 喷射模块位于二级匀化腔底面18，包括喷嘴入口5、喷嘴出口6、喷嘴通道7、二级聚焦器入口8、二级聚焦器出口9、聚焦气钢瓶或泵21、聚焦气调节阀22、聚焦气管路23。喷嘴通道7由喷嘴入口5到喷嘴出口6，尺寸逐渐缩小，起一级聚焦作用。为进一步聚焦，采用二级聚焦气体，由二级聚焦气入口8、二级聚焦气出口9、聚焦气钢瓶或泵21、聚焦气调节阀22、聚焦气管路23组成。聚焦气体由聚焦气钢瓶或泵21产生，通过聚焦气调节阀22调节压力和流量，经聚焦气管路23输入二级聚焦气入口8。二级聚焦气出口9位于喷嘴入口5至喷嘴出口6之间的任一点，联通聚焦气体与喷嘴通道7。采用二级聚焦方式，聚焦程度可达1-15之间。

[0032] 如图2，打印喷头的工作过程是：雾化模块产生浓度与速率可控的雾滴32，一级匀化腔2对雾滴32进行筛选，尺寸过大的雾滴32自由降落。载气通过载气钢瓶或泵24、载气调节阀25、载气管路26以及载气入口12，输出到一级匀化腔2内。载气携带雾滴32通过隔板4进入二级匀化腔3。多孔隔板4通过孔的数量、尺寸以及位置进一步控制雾滴32的浓度。在二级匀化腔3内，载气携带均匀浓度雾滴32进入喷嘴入口5， 经喷嘴通道7的一级聚焦作用和由二级聚焦气出口9出来的聚焦气体的二级聚焦作用，由喷嘴出口6喷射出来，打印到基板33上面。打印精度、打印速度由换能器电源30、输送泵29、载气调节阀25以及聚焦气调节阀22进行控制。

[0033] 实施例2：

[0034] 如图3所示，本实施例一体化喷雾式打印喷头包括雾化模块、匀化模块和喷射模块三个部分。

[0035] 匀化模块对于整个系统是支撑结构。匀化模块为两腔结构包括一级匀化腔2和二级匀化腔3，匀化腔为中空结构，由一级匀化腔底面14、一级匀化腔侧壁13 和二级匀化腔侧壁17、二级匀化腔顶面16所包围。一级匀化腔2和二级匀化腔3由多孔隔板4所分离。一级匀化腔2和二级匀化腔3采用上下结构。一级匀化腔2位于二级匀化腔3下方。

[0036] 喷射模块位于二级匀化腔顶面16上，包括喷嘴入口5、喷嘴出口6、喷嘴通道7、二级聚焦气入口8、二级聚焦气出口9、三级聚焦气入口81、三级聚焦气出口91。喷嘴通道7由喷嘴入口5到喷嘴出口6，尺寸逐渐缩小，起一级聚焦作用。为进一步聚焦，采用二级聚焦气体和三级聚焦气体，二级聚焦气体由二级聚焦气入口8输入，二级聚焦气出口9通入喷嘴通道7。三级聚焦气体由三级聚焦气入口81输入，三级聚焦气出口91通入喷嘴通道7。

[0037] 实施例3：

[0038] 如图4所示，本实施例一体化喷雾式打印喷头，包括雾化模块、匀化模块和喷射模块三个部分。

[0039] 匀化模块对于整个系统是支撑结构。匀化模块为两腔结构包括一级匀化腔2和二级匀化腔3，匀化腔为中空结构，由一级匀化腔底面14，一级匀化腔侧壁13，一级匀化腔顶面15， 和二级匀化腔底面18，二级匀化腔侧壁17,二级匀化腔顶面16所包围。一级匀化腔2和二级匀化腔3由多孔隔板4所分离。一级匀化腔2和二级匀化腔3采用左右结构。一级匀化腔2位于二级匀化腔3右侧。

[0040] 喷射模块位于二级匀化腔底面18，包括喷嘴入口5、喷嘴出口6、喷嘴通道7。喷嘴通道7由喷嘴入口5到喷嘴出口6，尺寸逐渐缩小，起聚焦作用。

[0041] 实施例4：

[0042] 如图1、5、6所示，本实施例一体化喷雾式打印喷头，包括雾化模块、匀化模块和喷射模块三个部分。

[0043] 匀化模块对于整个系统是支撑结构。匀化模块为两腔结构，包括一级匀化腔2和二级匀化腔3。二级匀化腔3的二级匀化腔侧壁17安装雾滴浓度探测器19。探测器向腔内发射信号，信号反射被接收。发射信号和反射信号的差值表示雾滴浓度。根据此实时差值信号，进打印过程行动态调节。

[0044] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。