一種全自動電子打印設備及打印方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電路及電子器件直接打印技術領域，特別涉及一種基于滾珠轉印電子墨水式的全自動電子打印設備及打印方法。
【背景技術】
[0002]傳統的集成電路(IC)制造主要集中于條件優越的大企業，借助特定的高端電子加工設備(如分子束外延技術等)和超凈室，將電子電路所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等電子元件及其之間的連接導線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個管殼內的電子器件內，形成終端產品，這種方法對應的制作工藝一般包括:氧化、光刻、擴散、外延、濺射、真空沉積等環節。發展至今，最為經典的集成電路制造方法主要用于實現大批量生產，產量及規模大時能降低單個器件制作的成本，但其也存在明顯不足，如:制造工藝復雜、能耗高、污染嚴重、成本昂貴、對潔凈度要求極嚴格等，特別是，這類傳統方法在在制造中不可避免的是需要消耗大量的原材料、水資源和能源。由于這些因素，傳統IC很難滿足單件或小批量電子設備的設計和加工之需，更難滿足用戶對千姿百態的個性化制造的需求，不易普及。
[0003]近年來，隨著對個性化電子設計和制造需求的日益增長，催生了印刷電子學技術的誕生和發展。這種有別于傳統IC制造方法的新型電子加工途徑，其核心在于采用添加技術即直接印刷的方式完成器件制作，可實現電子電路的個性化生產制造，從理論上講是一種極為高效、綠色化的電路及電子器件生產模式。研究人員為此提出了一系列用于印刷的電子墨水，如:在有機或聚合物中添加高導電性納米顆粒的可印刷式導電墨水，以及液態金屬電子墨水等，相應突破促成了印刷電子學的大發展。然而，這些電子墨水的提出也隨即引申出了前所未有的技術挑戰。一個關鍵原因在于，現今所發展的電子墨水普遍存在粘度高，表面張力極大的情況，這給輸運和噴射印刷造成較大困難，許多情況下，墨水要么難以噴射出，要么阻塞住打印頭，導致制造失敗。也因如此，科技界雖然提出了相應的電子墨水書寫筆，但能夠實現計算機化的全自動型電子打印的成熟技術始終極為鮮見。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明的目的在于提供一種可將電路及電子器件以直接轉印的方式制造出來的全自動電子打印設備及打印方法，以解決現有電路或電子器件制造程序復雜、材料及能源消耗大、環境污染相對較高的問題，為新興的印刷電子學領域提供一種嶄新工具。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述問題，本發明提供全自動電子打印設備，包括:
[0008]計算機，所述計算機用于生成打印控制指令；
[0009]打印機箱，所述打印機箱中設有走紙機構、滑軌、打印機構、溫度控制裝置及狀態傳感器；
[0010]所述走紙機構包括基底、輸送單元及走紙控制模塊；所述輸送單元安裝在所述基底上，所述輸送單元用于輸送打印載體；所述走紙控制模塊與所述計算機連接，接收打印控制指令，并控制所述走紙機構工作；
[0011]所述滑軌橫跨固定在所述打印機箱內，并位于所述走紙機構的上方位置；
[0012]所述打印機構設置在所述滑軌上，所述打印機構包括滑塊、滾珠式打印頭、夾持機構及打印控制模塊；所述滾珠式打印頭內填充有電子墨水；所述滑塊可滑動地安裝在所述滑軌上；所述夾持機構連接所述滑塊及滾珠式打印頭；所述打印控制模塊與所述計算機連接，所述計算機通過打印控制模塊控制所述滑塊在滑軌上的左右移動，并控制所述滾珠式打印頭工作，調節所述滾珠式打印頭與所述承印載體的距離并操縱打印動作；
[0013]所述溫度控制裝置用于調節打印機箱的內部溫度；
[0014]所述狀態傳感器用于監控打印設備的工作狀態。
[0015]優選的，所述輸送單元固定安裝在所述基底上，所述輸送單元包括兩對間隙設置的輥輪及用于驅動輥輪轉動的輥輪驅動組件，所述兩對輥輪的滾動軸心同軸布置，所述承印載體通過所述輥輪輸送。
[0016]優選的，所述輸送單元通過三維移動單元安裝在所述基底上，所述三維移動單元帶動所述輸送單元三維移動；所述輸送單元包括一個圓筒夾持組件及電機，所述承印載體設置在所述圓筒夾持組件外表面，所述電機與圓筒夾持組件連接，并驅動圓筒夾持組件轉動。
[0017]優選的，所述打印機構還包括:位移傳感器及帶有控制模塊的微位移器，夾持機構通過微位移器安裝在滑塊上；所述位移傳感器與所述微位移器電連接，控制模塊依據位移傳感器測量信息控制微位移器上打印頭的上下位置及與承印載體的距離并操縱打印動作。
[0018]優選的，所述電子墨水包括低熔點液態金屬及其合金、P型半導體墨水、N型半導體墨水及絕緣封裝墨水。
[0019]優選的，所述溫度控制裝置包含電熱絲、風扇、溫度傳感器及控制裝置，確保電子墨水保持應有的熱狀態從而實現流暢打印。
[0020]優選的，所述打印機構是I至4枚。
[0021]優選的，所述承印載體對象包含紙張型的打印紙、透明膠片或復雜三維結構。
[0022]優選的，所述狀態傳感器包括:
[0023]初始位置傳感器，安裝于滑塊內，用于檢測打印盒是否停在默認的原始位置；
[0024]紙盡傳感器，安裝于走紙機構底端，用于檢測所裝的承印載體是否用盡。
[0025]本發明還提供使用全自動電子打印設備的打印方法，包括:
[0026]通過計算機安裝的DIY繪圖程序及結構數據庫，設計出需要打印的電子電路或電子器件的圖案，并生成印刷控制指令，并發送給各控制模塊；
[0027]所述各控制模塊接收所述計算機的印刷控制指令，依據所述狀態傳感器的記錄信息進行工作，并執行所述印刷控制指令控制各構件的運動以實現配合形成所需要的空間軌跡，實現由導電墨水、P型半導體墨水、N型半導體模式印制成的電子電路或器件。
[0028](三)有益效果
[0029]本發明提供的滾珠轉印墨水式全自動電子打印設備，因引入了計算機控制下的輕敲型滾珠式打印頭及其內滾珠的轉動功能，由此實現了高粘度和高表面張力的電子墨水在其表面的不斷黏附及持續的高質量輸運和轉印，不會出現墨水堵頭或中斷的問題，由此確保了電路以及電子器件在紙張或三維物體表面的全自動打印。此電子打印過程在常溫或常規條件下包括普通辦公場所即可完成，無需手動操作，適用于任何形狀的電子圖案打印，其對環境要求不高，能源消耗及材料無效損耗低，可顯著降低傳統電路及電子器件制備工藝的復雜性和成本，大幅度提高其生產效率。該系統可廣泛用于電子工業個性化設計及更多新興領域，其顯著的低成本特點可滿足小批量尤其是單件電子器件的設計和快速打印，這是為傳統電子制造技術無法滿足的，在發展柔性電子功能器件方面有廣泛普及應用價值。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明的實用例I用于打印紙張類承印載體的滾珠轉印墨水式的全自動電子打印設備的結構示意圖；
[0031]圖2是本發明中滾珠式打印頭的示意圖；
[0032]圖3是本發明的實施例2帶有3枚打印機構的結構示意圖；
[0033]圖4是本發明的實施例3用于打印三維物體表面的滾珠轉印墨水式的全自動電子打印設備的結構示意圖；
[0034]圖5是本發明實施例3的機構臂的示意圖；