具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。参见图1至图3。

本实例公开了一种微区同步固化电喷打印装置，该装置包括同步加热固化模块、运动调节模块、电喷打印模块三部分。首先，打印墨水通过注射泵输出，经过连接导管输送到电喷射打印喷头中，同时，电位调节器使打印喷头具有高电位，与运动基底之间形成高电压，当墨水输送到打印喷头的喷口时，在电场力、重力和自身表面张力的作用下形成精细射流，在打印过程中，射流在沉积到打印衬底的同时，加热装置随即进行加热，使其中的有机溶剂快速挥发，从而实现同步固化，且加热装置仅对电射流接触衬底的局部区域进行加热，从而大幅度减小加热对打印衬底带来的热形变。

具体地讲，在本实例中，所述的同步加热固化模块包括活动臂8、加热装置夹具9、热气流喷头10、运动基底11、打印衬底12、衬底夹具13、计算机控制器14、激光发生器16、热照明灯17、活动臂滑块22；所述的热气流喷头10、激光发生器16、热照明灯17均为加热装置，由交流电源供电，均位于打印衬底12上方，用于加热打印衬底12；所述的热气流喷头10、激光发生器16、热照明灯17均由220V交流电源供电，且与计算机控制器14连接，根据不同的材料要求，选取不同的加热装置，调节不同的输出功率，热气流喷头通过加热装置夹具9固定在活动臂8上，活动臂8固定在活动臂滑块22下方，通过调节活动臂8和活动臂滑块22使热量聚焦在指定位置。所述的运动基底11上的安装有热传感器，通讯连接计算机控制器14，以配合热气流喷头10、激光发生器16、热照明灯17对打印衬底12加热，以配合加热装置对打印衬底12加热。

所述的运动调节模块包括交流伺服电机3、电机夹具4、丝杠5、纵向滑块6、纵向支撑梁7、CCD高清相机15、横向承重梁21。所述的交流伺服电机3由220V交流电源供电，通过电机夹具4固定在纵向支撑梁7上。丝杠5呈竖向安装在纵向支撑梁7上，丝杠5的上端与交流伺服电机3连接，纵向滑块6能上下滑动地安装在纵向支撑梁7上，且纵向滑块6与丝杠5螺旋传动连接；横向承重梁21与纵向滑块6固定连接，同步加热固化模块中的活动臂滑块22安装在横向承重梁21上；交流伺服电机3带动丝杠5并驱动纵向滑块6使打印喷头能够在Z轴精确移动；所述的纵向滑块6、纵向支撑梁7、横向承重梁21材质均为20CrMn，具有高强度，高耐磨性等优点，其中纵向支撑梁7、横向承重梁21均为工字形结构，使其具有更高的载荷能力；所述的活动臂8下端通过铰链连接加热装置夹具9，以使加热装置固定，上端通过铰链连接活动臂滑块22，使加热装置能够随活动臂滑块22沿着横向承重梁21横向移动。活动臂8上下两端也通过铰链连接，使加热装置能够纵向移动。所述的三个铰链的配合能够使加热装置调节到合适位置，以获得更好的加热效果；所述的运动基底11由220V交流电源供电，可以实现XY平面移动，使打印衬底12相对于电喷射打印喷头20运动，从而使打印墨水在打印衬底12上能够有预期的打印轨迹。运动基底11中装有热传感器并且与控制计算机14连接，以监控打印衬底12的温度，配合加热装置使加热装置在打印衬底12上输出合适的温度；所述的衬底夹具13能够固定打印衬底12并且调节其在运动基底11上的位置，以配合不同大小的打印衬底；所述的CCD高清相机15与控制计算机14连接，用于观察打印墨水的固化状态和打印效果。

所述的电喷打印模块包括连接导管1、注射泵2、喷头夹具18、电位调节器19、电喷射打印喷头(20)、精细射流23；所述的电位调节器19、注射泵2均由220V交流电源供电。其中电位调节器19与控制计算机14连接能给电喷射打印喷头20提供0～10kV电位，运动基底11接地线，当提供足够高的电位时，电喷射打印喷头20与运动基底11将产生高电压。注射泵2将打印墨水通过连接导管1输入到电喷射打印喷头20中，在流体场、电场和重力场的作用下形成精细射流23，喷射到打印衬底12上。所述的电喷射打印喷头20通过喷头夹具18固定在横向承重梁21左端。所述的注射泵2通过螺丝固定在横向承重梁21右上端。电喷射打印喷头20配合Z轴运动模块和XY轴运动模块在打印衬底12上按照计算机预期轨迹进行打印。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

采用上述装置进行微区同步固化电喷射打印，具体实施步骤如下：

第一步，装置打印前调整

将尺寸不超过60×60cm厚度0.5-300mm的打印衬底12通过衬底夹具13以机械压持的方式固定在运动基底11上，启动控制计算机14和CCD高清相机15，CCD高清相机获取打印衬底的空间形貌，将数据传输到控制计算机14上，使计算机上显示捕获的高清图像，交流伺服电机3与控制计算机14连接，按照计算机预定的参数调节电喷打印喷头20距离打印衬底12的高度，高度的变化范围为0-30cm，选择合适的加热装置使其固定在加热装置夹具9上，所述的激光发生器16输出功率为0-2kW，输出激光直径可通过控制计算机14进行调节，直径范围为10-2000μm，可进行微小范围的局部加热，并且能够在瞬间输出大量的热量，所述的热气流喷头10输出功率为0-800W，可进行4cm2范围的局部加热，并且可根据材料性质输出湿度范围为5-98％的热气流，所述的热照明灯输出功率为0-600W，可进行大范围的缓慢加热，调节活动臂8和活动臂滑块22的位置使加热装置输出的热量聚焦在电喷射打印喷头20的正下方的打印衬底12的表面上，在打印开始前启动加热装置30s左右使加热装置进行预热；

第二步，多复合场条件下电射流形成

注射泵2内装有打印墨水，并且由控制计算机14人为操作控制启动，连接导管1连接注射泵2和电喷射打印喷头20，注射泵2以20kP的压力将打印墨水输出，通过连接导管1输送到电喷射打印喷头20中，电位调节器19与控制计算机14连接，所述的电位调节器19能够输出范围为0-10kV，按照计算机预定参数调节电喷射打印喷头20电位，由于运动基底接地，此时电喷射打印喷头20与运动基底11之间会形成与电位调节器19输出电位相同的电势差，打印墨水在重力场、电场和流体场的作用下，从喷头喷射出直径为0.3-45μm精细射流23；

第三步，微区同步固化成型

在打印过程中，打印墨水通过电喷射打印喷头20形成精细射流23，在沉积到打印衬底12时，由于预先调整的加热装置使热量聚焦到电喷射打印喷头20正下方的打印衬底12表面上的局部区域，打印墨水中的有机溶剂挥发，立即开始固化，打印衬底12固定在运动基底11上沿着XY平面上运动，电喷射打印喷头与打印衬底12相对运动，电喷射打印喷头20和加热装置同时固定在横向承重梁21上，喷头与加热装置相对静止，因此，加热装置跟随着电喷射打印喷头20移动，根据打印衬底材料的固化速率，在控制计算机14上输入固定参数，使电喷打印喷头20按照一定速率，相对于运动基底11运动，打印墨水按照控制计算机14中预定的轨迹进行固化成型，此外，CCD高清相机15实时捕捉打印过程中打印墨水的固化形态，将数据传输到控制计算机14，以方便人为的监控打印状态。