一種液態金屬噴墨閥的制作方法

本發明涉及噴墨打印裝置領域，特別是涉及一種液態金屬噴墨閥

背景技術：

印刷電子已經成為電子制造技術的重要組成部分，而液態金屬以其高電導率，制取簡單，無需后處理的優點在印刷電子中占有了重要的地位。

現有的印刷液態金屬的方法主要有接觸式打印法和霧化噴涂法；接觸式打印法出墨速度相對緩慢，只適合于打印小批量、精細化的電路；霧化噴涂法需要預先制作掩膜，較為不便。使用無接觸式的噴墨方法可以有效提升出墨速度，更快速地制造電子線路，且無需使用模板，然而液態金屬與傳統墨水性質有很大的差異，普通的噴墨閥或噴墨打印頭難以滿足液態金屬噴墨的需求。液態金屬的粘度很低，表面張力大，密度大，導電性優秀，與多種材料潤濕性差，部分熔點高于室溫的金屬合金還需加熱，且容易產生氧化物雜質影響噴墨質量。因此要使用噴墨方法印刷液態金屬，需要針對這些問題設計新結構的噴墨閥或噴墨裝置。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種液態金屬噴墨閥，因液態金屬粘度很低，表面張力大，密度大，導電性優秀等特性，克服了液態金屬在噴墨打印過程中存在的缺陷，實現液態金屬連續、快速和穩定噴墨。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種液態金屬噴墨閥，包括：

加熱腔體，所述加熱腔體具有加熱腔室；所述加熱腔室的上端設有金屬粉末進口；所述加熱腔室中設有電磁驅動裝置和加熱裝置，所述加熱裝置用于加熱金屬粉末，使其融化為液態金屬墨水，所述電磁驅動裝置用于驅動所述液態金屬墨水運動；

液態金屬腔體，所述液態金屬腔體設有液態金屬腔室和設于所述液態金屬腔室的噴嘴；以及

絕緣推進桿和反饋控制裝置，所述絕緣推進桿的一端伸入所述液態金屬腔室內，另一端與往復步進裝置連接，所述反饋控制裝置檢測液態金屬在所述液態金屬腔室中的位置，并根據其位置控制往復步進裝置的運動；

其中，所述液態金屬腔室與所述加熱腔室連通。

其中，所述加熱裝置為若干金屬圓柱和絕緣網板共同構成。

其中，所述加熱腔體的外側的保溫裝置。

其中，還包括在所述加熱腔室下端的過濾裝置。

其中，在所述加熱腔室內還包括液位監測與壓力控制裝置，用于監測所述加熱腔室內的液態金屬墨水液位高度并控制所述加熱腔室內部壓力大小。

其中，所述加熱腔室和所述液態金屬腔室連接通道上還設有帶負壓裝置的氣泡去除腔室，所述氣泡去除腔室與液態金屬腔室為一體或分體設置。

其中，所述液態金屬腔內涂有鍍層。

其中，所述液態金屬腔體還設有液態金屬回收與清潔室，所述液態金屬回收與清潔室中設有驅動裝置和控制閥塊，所述液態金屬回收與清潔室內分別與所述氣泡去除腔室和所述液態金屬腔連接，所述控制閥塊設于液態金屬腔室內，所述驅動裝置用于驅動所述液態金屬回收與清潔室內的液態金屬墨水。

其中，所述往復步進裝置為凸輪連桿機構、氣動活塞連桿機構或電磁鐵推動機構。

其中，所述反饋控制裝置為電阻檢測裝置或電流檢測裝置，所述反饋控制裝置環繞所述絕緣推進桿，一組傳感器設置在絕緣推進桿處，可在噴嘴處或其他位置增設數組傳感器。

(三)有益效果

本發明提供的一種液態金屬噴墨閥，利用加熱裝置加熱并融化液態金屬，電測驅動裝置驅動液態金屬，絕緣推進桿給予液態金屬動能并推出，克服了液態金屬在噴墨打印過程中存在的缺陷，實現液態金屬連續、快速和穩定噴墨。

附圖說明

圖1為本發明一種液態金屬噴墨閥實施例1的示意圖；

圖2為本發明一種液態金屬噴墨閥實施例2的示意圖；

圖3為本發明一種液態金屬噴墨閥實施例3的示意圖。

圖中，1、加熱腔體；2、絕緣推進桿；3、往復步進裝置；4、噴嘴；5、反饋控制裝置；6、液態金屬回收與清潔室；7、控制閥塊；8、液態金屬腔室；9、加熱腔室；10、電磁驅動裝置；11、加熱裝置；12、過濾裝置；13、保溫裝置；14、液位檢測和壓力控制裝置；15、氣泡去除腔室；16、永磁體；17、電磁鐵；18、進氣口；19、活塞；20、復位彈簧；21、凸輪連桿機構。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例1：

如圖1所示，本發明公開一種液態金屬噴墨閥，包括：加熱腔體1，所述加熱腔體1具有加熱腔室9；所述加熱腔室9的上端設有金屬粉末進口；所述加熱腔室9中設有電磁驅動裝置10和加熱裝置11，所述加熱裝置11用于加熱金屬粉末，使其融化為液態金屬墨水，所述電磁驅動裝置10用于驅動所述液態金屬墨水運動；

液態金屬腔體，所述液態金屬腔體設有液態金屬腔室8和設于所述液態金屬腔室8的噴嘴4；以及

絕緣推進桿2和反饋控制裝置5，所述絕緣推進桿2的一端伸入所述液態金屬腔室8內，另一端與往復步進裝置3連接，所述反饋控制裝置5檢測液態金屬在所述液態金屬腔室9中的位置，并根據其位置控制往復步進裝置2的運動；

其中，所述液態金屬腔室8與所述加熱腔室9連通。

具體的，液態金屬腔體和加熱腔體可以為一體結構，也可以為分體結構，利用管道密封連接。本發明采用的液態金屬可以是熔點在400℃以下的低熔點金屬單質或金屬合金，或者是所述金屬單質或金屬合金分別與具有導電作用的納米或微米顆粒的混合物。根據液態金屬的粘度很低，表面張力大，密度大和導電性優秀的特性，液態金屬粉末由加熱腔室9上端的金屬粉末進口進入，經加熱裝置11加熱并融化成液態金屬墨水，并由電磁驅動裝置10使液態金屬墨水由加熱腔室9定向移動至液態金屬腔室，往復步進裝置3驅動絕緣推進桿2往復運動，給予液態金屬腔室8內的液態金屬墨水動能，并推出噴嘴4。本實施例的往復步進裝置3采用凸輪連桿機構21，采用步進電機驅動，保證凸輪每次轉動角度恒定，進而保證推進桿行程恒定。因為液態金屬墨水具有很大的表面張力，僅靠重力作用難以在管道中流動，但是液態金屬墨水也具有良好的導電性，而導電流體在磁場中會受力運動，故通過電磁驅動裝置10施加適當的電磁場可以有效推動液態金屬墨水流向噴嘴。反饋控制裝置5的作用為檢測液態金屬在液態金屬腔室9中的位置，并以金屬位置為依據控制往復步進裝置2的運動，進而控制絕緣控制桿2的移動。為避免影響反饋檢測，推進桿及噴嘴的材質應當是絕緣的，一般可使用陶瓷材質。

本發明提供的一種液態金屬噴墨閥，根據液態金屬的熔點低、表面張力大和導電性優良的特性，利用加熱裝置加熱并融化液態金屬，電測驅動裝置驅動液態金屬，絕緣推進桿給予液態金屬動能并推出，克服了液態金屬在噴墨打印過程中存在的缺陷，實現液態金屬連續、快速和穩定噴墨。

其中，所述加熱裝置11為若干金屬圓柱和絕緣網板共同構成。這樣的自反饋式加熱裝置，當絕緣網板間隙中為空氣時，整個加熱裝置11不導電；當金屬粉末填充絕緣網板間隙時，加熱裝置11導電，在金屬粉末間產生電流并使得金屬粉末自加熱并融化得到液態金屬墨水，該方法與電熱片加熱相比提高了加熱效率，降低了設備總功耗。具體的，加熱裝置11在電磁驅動裝置10的上方，融化的液態金屬墨水經電磁驅動裝置10定向運動。

其中，加熱腔體1的外側的保溫裝置13，保證噴墨過程中加熱后的金屬保持液態。

其中，還包括在所述加熱腔室9下端的過濾裝置12，過濾裝置12是與液態金屬墨水潤濕性良好且具有多孔結構的網板，例如多孔陶瓷、多孔納米材料、醋酸纖維膜或聚酰胺膜等，不應使用織物介質；由金屬粉末融化得到的液態金屬墨水可能含有對應的金屬氧化物或其他雜質，可通過過濾裝置去除；過濾裝置12可取出以便更換。

其中，在所述加熱腔室9內還包括液位監測與壓力控制裝置14，用于監測所述加熱腔室9內的液態金屬墨水液位高度并控制所述加熱腔室9內部壓力大小。具體的，因為在密閉的加熱腔室9內，金屬粉末由固態融化為液態，會導致加熱腔室9內的壓力變化，所以需要通過監測液位高度，調整內部壓力值，以防止壓力值過大，將液態金屬墨水擠出噴嘴4，這樣可以實現液態金屬墨水由電磁驅動裝置10驅動并穩定補充道噴嘴4中而不會直接流出。液位監測與壓力控制裝置14設于加熱腔室9的頂端，方便釋放加熱腔室9內的壓力。

其中，所述加熱腔室9和所述液態金屬腔室8連接通道上還設有帶負壓裝置的氣泡去除腔室15，所述氣泡去除腔室15與液態金屬腔室8為一體或分體設置。具體的，氣泡去除腔室15中帶有一定的負壓，可在液態金屬墨水通過時使其中的氣泡破裂從而消除氣泡以免影響噴墨效果。

其中，所述液態金屬腔室8內涂有鍍層，鍍層可以改善液態金屬墨水與液態金屬腔室8之間的潤濕性，使液態金屬墨水更易流動，如納米金屬材料等，也可使用微槽道等結構改善液態金屬流動性，一般情況下液態金屬墨水為鎵或鎵基合金，此時鍍層可使用氧化鎵，以減少金屬墨水對其他部件的腐蝕、磨損，提高設備壽命。

其中，所述液態金屬腔體還設有液態金屬回收與清潔室6，所述液態金屬回收與清潔室6中設有驅動裝置和控制閥塊7，所述液態金屬回收與清潔室6內分別與所述氣泡去除腔室15和所述液態金屬腔室8連接，所述控制閥塊7設于液態金屬腔室8內，所述驅動裝置用于驅動所述液態金屬回收與清潔室6內的液態金屬墨水。如圖1所示，當噴墨閥正常工作時，右邊的控制閥塊7關閉，左邊的控制閥塊7開啟，使液態金屬腔室8只與氣泡去除腔室15連接；當需要清潔噴嘴4時，右邊的控制閥塊7開啟，左邊的控制閥塊7關閉，利用驅動裝置將噴嘴4和兩個控制閥塊7之間的液態金屬墨水送至氣泡去除腔室15，并可繼續使用，長時間不使用噴墨閥時可利用氣流對噴嘴4進行清潔，去除殘留的金屬墨水。驅動裝置可以是小型液泵、電磁驅動裝置或其他驅動裝置。亦可以使用三通閥結構替代上述兩個控制閥門7。

其中，所述反饋控制裝置5為電阻檢測裝置或電流檢測裝置，所述反饋控制裝置環繞所述絕緣推進桿，一組傳感器設置在絕緣推進桿處，可在噴嘴處或其他位置增設數組傳感器，所述反饋控制裝置5同時具有密封功能。采用凸輪連桿機構21的優勢在于反饋控制裝置5檢測到出墨狀況不正常時可以讓凸輪立即停止在當前位置，可靠性更高。

本發明一種液態金屬噴墨閥的工作流程如下：

將金屬粉末加入到加熱裝置11中，加熱裝置11檢測到由金屬粉末后開始加熱并使金屬粉末融化成為液態金屬墨水，電磁驅動裝置10通過外加的電磁場驅動液態金屬墨水定向移動，經過氣泡去除腔室8時，由于負壓的作用，清除液態金屬墨水中的氣泡。當需要噴墨時，打開左側控制閥塊7，關閉右側控制閥塊7；反饋控制裝置5檢測液態金屬的位置并控制步進電機驅動凸輪連桿機構21使絕緣推進桿2下降，給予液態金屬腔室8內的液態金屬墨水動能，使其被推出噴嘴4；當噴墨結束后，關閉左側控制閥塊7，打開右側控制閥塊7，使用驅動裝置將兩個閥塊之間以及噴嘴4內的液態金屬墨水吸入到氣泡去除腔室15中，回收墨水以保證下次使用。

實施例2：

本實施例與實施例1基本相同，為了描述的簡要，在本實施例的描述過程中，不再描述與實施例1相同的技術特征，僅說明本實施例與實施例1不同之處：

如圖2所示，本實施例的往復步進裝置3為電磁鐵17吸附或排斥，在絕緣推進桿2上端設有永磁體16，永磁體16上方有設有電磁鐵17，通過改變繞于鐵芯上導線的電流方向，控制電磁鐵17的磁場方向，進而控制永磁體16與電磁鐵17的吸引和排斥，控制絕緣推進桿2的上升和下降。

實施例3：

本實施例與實施例1基本相同，為了描述的簡要，在本實施例的描述過程中，不再描述與實施例1相同的技術特征，僅說明本實施例與實施例1不同之處：

如圖3所示，本實施例的往復步進裝置3為氣動活塞連桿機構，在絕緣推進桿2上端設有活塞，絕緣推進桿2纏繞著復位彈簧20，活塞19被封裝在一個殼體內，殼體上設有進氣口18，當需要噴墨時，可以通過往進氣口18泵入空氣，使活塞下降，進而控制絕緣推進桿2的下降；當噴墨結束時，進氣口18連通大氣，絕緣推進桿2由于復位彈簧20的作用上升。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。