具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明公开了一种电流体动力学喷印包裹微结构的设备，其包括控制器、工业相机和底座1，设置在底座上的基板2，所述底座上设有XY移动平台，所述XY移动平台上设有可Z向滑移的同轴喷头3，所述同轴喷头周向设有环形激光器7，所述环形激光器由若干个激光头环形紧密均布，所述环形激光器由激光控制器控制每个激光头的开/关、功率大小和脉冲频率大小。

在同轴喷头末端周向设置环形激光器，对电流体动力学同轴喷印包裹微结构过程中，通过环形激光器对喷印路径进行激光局部熔融衬底，致使衬底形成熔融状态的微结构，从而使电流体动力学同轴喷印包裹微结构更好的附着在衬底上，增加了衬底的粘附力。另外，采用电流体动力学喷印包裹微结构的控制方法，通过包裹射流直径图像检测和包裹射流直径动态控制，提高了电流体动力学同轴喷印包裹微结构的制备质量。

所述XY移动平台包括Y向滑移机构4、设置在Y向滑移机构上的X向滑移机构5，且所述X向滑移机构与所述Y向滑移机构构成滑移配合。

其中Y向滑移机构包括电机与Y向导轨，所述X向滑移机构的导轨则可通过固定架可滑移设置在Y向导轨上，通过设置XY移动平台实现同轴喷头的XY轴运动。

所述同轴喷头3通过Z向滑移机构6可滑移设置在所述X向滑移机构上，利用Z向滑移机构来实现同轴喷头的上下移动，进而实现XYZ三轴运动。

所述Z向滑移机构上设有固定夹，所述同轴喷头可拆卸设置在所述固定夹上。所述同轴喷头可拆卸设计，以便于后期更换或维修。

所述同轴喷头包括内喷腔32及外喷腔31，所述内喷腔32与内喷嘴34连通设置，所述外喷腔31与外喷嘴33连通设置，且所述内喷嘴设置在外喷嘴内侧，且与外喷嘴同轴设置。内容腔与外容腔可以填充两种不同的溶液，外喷嘴下端延伸形成针管，所述激光器套设在所述针管35上。

所述内喷腔的上端与注射泵通过管路相连，所述外喷腔的上端与气泵通过管路相连。

所述环形激光器套装在所述外喷嘴上。

将高压电源的正极接在所述同轴喷头上，负极接在所述基板上。

所述同轴喷头的外侧设有加热器，另外在同轴喷头的外侧还可以设置加热器8，所述加热器呈环状，套设在同轴喷头的周围，起到加热的作用，当材料是颗粒时，使材料处于熔融状态。

所述控制器通过控制信号线分别与XY移动平台、Z向滑移机构、注射泵、气泵、加热器、环形激光器、工业相机相连。

一种电流体动力学喷印包裹微结构的控制方法，包括如下步骤：

(1)电流体动力学喷印包裹微结构设备的初始化设置。将待喷印的包裹材料固体颗粒或粉末和喷印溶液分别装入外喷腔和内喷腔内，根据待喷印的固体颗粒或粉末材料的熔点和喷印溶液的黏度设备喷印参数，分别设置加热器温度、注射泵流量、气泵压力、高压电源电压、喷印高度和基板移动速度，另外衬底材料类型通过激光控制器设置每个激光头的功率大小和脉冲频率大小。

(2)环形激光器前瞻处理。根据基板的移动方向，开启靠近基板移动方向一侧的若干个激光头，关闭其余的激光头。

(3)包裹射流直径图像检测。为了检测电流体动力学喷印包裹射流的实际直径，采用机器视觉方法进行原位在线检测，其具体实现过程如下：

(a)包裹射流图像滤波处理，将工业相机采集的原始包裹射流图案经过灰度处理后，然后采用滤波算法对所采集的图案图像进行滤波处理，滤波算法处理后的图像再经过二值化处理，二值化处理容易使图像产生孔洞，对二值化处理的图像进行填充处理；

(b)包裹射流图像边缘检测，将包裹射流图像的二值化填充图像与二维高斯图像做卷积运算，以进行平滑滤波，从而减少或消除图像中的噪声干扰，其表达式为

g(x,y)＝G(x,y,σ)*f(x,y) (1)

式中，G(x,y,σ)为高斯函数，满足f(x,y)为包裹射流图案的二值化填充图像，g(x,y)为平滑滤波处理后的图像，然后对平滑滤波后的数据阵列进行梯度幅值和方位角的计算，梯度计算在矩阵模板的一阶有限差分近似计算和方向的偏导数，接着对梯度幅值采用非极大值抑制的方法进行细化，最后采用双阂值递归算法检测图像边缘点并连接边缘，从而输出包裹射流边缘图像；

(c)包裹射流图案宽度测量，对裹射流边缘图像轮廓进行曲线拟合，在X内沿着运动平台运动方向的垂直方向计算轮廓曲线之间的距离，沿着运动平台的运动方向将裹射流边缘图像轮廓分成若干段，分别计算每段轮廓曲线之间的宽度，再进行均值化处理，得到裹射流边缘图像轮廓的像素距离，根据图像检测系统的标定系数，得到包裹射流图案实际宽度为

l_p＝kl_a (2)

式中，l_p为包裹射流图案的实际宽度，l_a为裹射流边缘图像轮廓的像素距离，k为图像检测系统的标定系数。

(4)包裹射流直径动态控制。为了保证电流体动力学喷印包裹材料微结构的同轴射流内外层直径尺寸满足实际需求，对电流体动力学喷印包裹材料微结构的同轴射流内外层直径尺寸进行自适应控制，其具体实现过程如下：

(a)根据同轴射流内外层预期直径和包裹射流直径图像检测的实际直径，得到同轴射流内外层预期直径和实际直径之间的偏差为

式中，Δd_ok为第k时刻的同轴射流外层预期直径和外层实际直径之间的偏差，d_oe为同轴射流外层预期直径，d_ok为第k时刻的同轴射流外层图像检测的实际直径，Δd_ik为第k时刻的同轴射流内层预期直径和内层实际直径之间的偏差，d_ie为同轴射流内层预期直径，d_ik为第k时刻的同轴射流内层图像检测的实际直径；

(b)根据同轴射流内外层预期直径和实际直径之间的偏差，分别动态调控与外喷腔相连气泵的压力和与内喷腔相连注射泵的流量，气泵压力和注射泵流量分别为

式中，p_k为第k时刻的气泵压力，p_k-1为第k-1时刻的气泵压力，f_k为第k时刻的注射泵流量，f_k-1为第k-1时刻的注射泵流量，Δp_k为第k时刻的气泵压力的补偿量，满足Δp_k＝k_oΔd_ok/Δd_oe，k_o为气泵压力的增益系数，且k_o>0，Δf_k为第k时刻的注射泵流量的补偿量，满足Δf_k＝k_iΔd_ik/Δd_ie，k_i为注射泵流量的增益系数，且k_i>0；

(c)分别对第k时刻的气泵压力p_k和注射泵流量f_k进行平滑处理，得到气泵的调整压力和注射泵的调整流量为

式中，p_rk为第k时刻的气泵压力，f_rk为第k时刻的注射泵流量，α为气泵压力的平滑因子，取值范围为[0,1)，β为注射泵流量的平滑因子，取值范围为[0,1)。

(d)控制器通过控制信号线分别将气泵压力调整为第k时刻的气泵压力和注射泵的流量调整为第k时刻的注射泵流量。

(5)根据第k时刻的调整参数进行电流体动力学包裹微结构喷印，如果结构喷印完成，结束喷印，否则，跳入步骤(2)，继续循环喷印。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。