阅读说明：本技术 一种立体电路打印装置 (Three-dimensional circuit printing device ) 是由 谢小柱 申超 王子杰 龙江游 张炜 张家发 张宇梁 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电子电路的技术领域,更具体地,涉及一种立体电路打印装置,包括打印喷头、用于挤出导电油墨的挤出组件以及环绕于打印喷头外周的加热组件,所述打印喷头内设有与导电油墨挤出组件连通的导管以及环绕于导管外周的冷却组件。本发明挤出组件挤出导电油墨经打印喷头内的导管流出,同时加热组件工作加热温度至导电油墨的固化温度使得导电油墨固化；导管外周设置冷却组件隔绝加热组件产生的热量,避免在打印过程中加热组件产生的高温对打印喷头产生热影响；本发明工序简单、成本低廉,可适用于大多金属油墨浆料的挤出打印,且可制备得到分辨率高的立体电路。(The invention relates to the technical field of electronic circuits, in particular to a three-dimensional circuit printing device which comprises a printing nozzle, an extrusion assembly and a heating assembly, wherein the extrusion assembly is used for extruding conductive ink, the heating assembly surrounds the periphery of the printing nozzle, and a guide pipe communicated with the conductive ink extrusion assembly and a cooling assembly surround the periphery of the guide pipe are arranged in the printing nozzle. The extrusion assembly extrudes conductive ink to flow out through a guide pipe in the printing nozzle, and simultaneously, the heating assembly is heated to the curing temperature of the conductive ink so that the conductive ink is cured; the periphery of the guide pipe is provided with the cooling assembly to isolate heat generated by the heating assembly, so that the heat influence of high temperature generated by the heating assembly on a printing nozzle in the printing process is avoided; the method has simple process and low cost, is suitable for extrusion printing of most metal ink paste, and can prepare the three-dimensional circuit with high resolution.)

一种立体电路打印装置

技术领域

本发明涉及电子电路的技术领域，更具体地，涉及一种立体电路打印装置。

背景技术

日常使用的电子产品不断朝着小型集成化方向发展，传统的二维电路对空间的利用率不高，难以适应更高集成度和复杂度的电子电路发展需求。立体电路与常规二维电路相比空间利用率更高，可设计性更强，在集成电子，柔性可穿戴电子以及传感器领域有着广阔的应用前景。目前制造立体电路的材料主要以油墨浆料为主，如导电银浆、导电铜浆、液态金属或者金属化合物浆料。再利用激光直写、油墨直写、弯月面电沉积等等技术方法来制备，其中油墨直写的方法因简单可靠、成本低廉、可在空间对电路进行任意构型而得到广泛应用。然而，油墨浆料一般是利用油墨自身特性或者外界环境辅助来固化，一方面油墨自身特性能够自我固化的要求很高，另一方面外界辅助油墨浆料固化成型一般工艺比较繁琐，或者成本高昂。现阶段对于立体电路的制备技术很少有从打印头的角度去考虑，改进立体电路的制备工序以及保型困难等问题。提高立体电路的制备效率、成型质量以及完善立体电路的制备方法是一个值得不断深究的领域。

中国专利CN110901067A公开了一种同轴式3D打印挤出装置及空间立体电路成形方法，分别使用内外层两个挤出机构，同时挤出两种不同的材料，使用内部挤出机构将导电的材料挤出，外部挤出机构通过加热熔融挤出绝缘的材料，将导电材料包裹在内部，随之外部的热塑性材料经过冷却固化形成空间立体电路。上述方法虽能快速制造立体电路，但是该方法直接将导电材料直接封装在绝缘体内部，这要求导电材料必须能够直接导电的，如液态金属油墨，而这类导电材料一般较为昂贵；另外，这种包裹的装置及方法所制备的立体电路分辨率比较差，立体电路的横截面比较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种立体电路打印装置，工序简单、成本低廉，可适用于大多金属油墨浆料的挤出打印，且可制备得到分辨率高的立体电路。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种立体电路打印装置，包括打印喷头、用于挤出导电油墨的挤出组件以及环绕于打印喷头外周的加热组件，所述打印喷头内设有与导电油墨挤出组件连通的导管以及环绕于导管外周的冷却组件。

本发明的立体电路打印装置，挤出组件挤出导电油墨经打印喷头内的导管流出，同时加热组件工作加热温度至导电油墨的固化温度使得导电油墨固化；导管外周设置冷却组件隔绝加热组件产生的热量，避免在打印过程中加热组件产生的高温对打印喷头产生热影响；本发明工序简单、成本低廉，可适用于大多金属油墨浆料的挤出打印，且可制备得到分辨率高的立体电路。

进一步地，所述加热组件包括加热器及温度探测器，所述加热器环绕于打印喷头下部的外周，所述温度探测器的探测端与加热器接触设置。

进一步地，所述加热器为与打印喷头同轴设置的圆环形结构。

进一步地，所述打印喷头包括壳体，所述壳体内填充有隔热材料，所述导管位于壳体的中心轴线。

进一步地，所述冷却组件包括设于壳体内部的中空隔热层。

进一步地，所述冷却组件还包括设于壳体内部、环绕于导管外周的第一螺旋冷却管，所述第一螺旋冷却管内部流动有冷却液。

进一步地，所述冷却组件还包括设于壳体内部、环绕于导管外周的第二螺旋冷却管，所述第二螺旋冷却管与第一螺旋冷却管连通，所述第二螺旋冷却管设于第一螺旋冷却管和中空隔热层之间。

进一步地，所述第一螺旋冷却管连接有进液口，所述第二螺旋冷却管连接有出液口，所述进液口、出液口均位于打印喷头顶部。

进一步地，所述打印喷头连接有隔热罩，所述隔热罩与打印喷头同轴设置。

进一步地，所述隔热罩设有用于接入保护气体的气体入口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在打印导电油墨的同时可实现导电油墨的固化，且能够有效避免固化热量对导管内导电油墨产生的热影响；本发明工序简单、成本低廉，可适用的导电油墨种类众多，且可制备得到分辨率高的立体电路。

附图说明

图1为本发明的立体电路打印装置的结构示意图；

图2为立体电路打印装置的打印喷头的结构示意图；

附图中：1-打印喷头；11-导管；12-安装部；13-连接部；14-挤出部；2-挤出组件；3-加热组件；31-加热器；32-温度探测器；4-冷却组件；41-中空隔热层；42-第一螺旋冷却管；43-第二螺旋冷却管；44-进液口；45-出液口；5-安装板；6-隔热罩；61-螺栓；62-气体入口；7-工作平台；8-导电油墨。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

实施例

如图1至图2所示为本发明的立体电路打印装置的实施例，包括打印喷头1、用于挤出导电油墨的挤出组件2以及环绕于打印喷头1外周的加热组件3，打印喷头1内设有与导电油墨挤出组件2连通的导管11以及环绕于导管11外周的冷却组件4。

本发明在实施时，挤出组件2挤出导电油墨经打印喷头1内的导管11流出，同时加热组件3工作加热温度至导电油墨的固化温度使得导电油墨固化；导管11外周设置冷却组件4隔绝加热组件3产生的热量，避免在打印过程中加热组件3产生的高温对打印喷头1产生热影响；本发明工序简单、成本低廉，可适用于大多金属油墨浆料的挤出打印，且可制备得到分辨率高的立体电路。

在其中一个实施例中，在打印喷头1的顶部固定连接有安装板5，安装板5固定在可移动三轴或多轴平台上，进行油墨打印制造立体电路。挤出组件2固定在打印喷头1的顶部且挤出组件2与导管11连通，打印过程中，挤出组件2跟随打印喷头1一起移动。

在其中一个实施例中，打印喷头1包括自上而下顺次连接的安装部12、连接部13以及挤出部14，挤出组件2、安装板5均安装于安装部12，连接部13呈柱形结构，挤出部14呈底面与的连接部13底面重合的圆锥结构，如图2所示。挤出喷头底部圆锥结构的设置是为了便于控制导电油墨挤出方向而做出的优选，并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，加热组件3包括加热器31及温度探测器32，加热器31环绕于打印喷头1下部的外周，温度探测器32的探测端与加热器31接触设置。本实施例在实施时，温度探测器32实时探测加热器31的温度，探测端与加热器31接触设置可保证测温准确，实现对立体电路固化成型温度的精确控制。另外，需要说明的是，本实施例中加热器31的工作温度可根据导电油墨的不同进行调整。

在其中一个实施例中，加热器31为与打印喷头1同轴设置的圆环形结构。如此设置，加热器31可在每个方位均对工作平台上的导电油墨均带来均匀的热量，可有效保证立体电路的均匀固化，但加热器31的形状设置并不作为本发明的限制性规定，其他环形阵列排布的加热器31也可适用于本发明。

在其中一个实施例中，打印喷头1包括壳体，壳体内填充有隔热材料，导管11位于壳体的中心轴线。为避免加热器31产生的热量导致导管11内导电油墨提前固化，本实施例的壳体可采用隔热原材料成型得到；本实施例壳体内可选用隔热棉作为隔热材料，隔热效果好且原料价格低廉。

在其中一个实施例中，冷却组件包括设于壳体内部的中空隔热层41，中空隔热层41近内壁布置，中空隔热层41的形状与打印喷头1的形状相似，如图2所示。其所起的作用也是隔绝热量、避免加热器31产生的热量导致导管11内导电油墨提前固化。

在其中一个实施例中，冷却组件4还包括设于壳体内部、环绕于导管11外周的第一螺旋冷却管42，第一螺旋冷却管42内部流动有冷却液，如图2所示。冷却液在第一螺旋冷却管42内循环流动，带走热量，使得导管11内部导电油墨受温度影响最小。

在其中一个实施例中，冷却组件4还包括设于壳体内部、环绕于导管11外周的第二螺旋冷却管43，第二螺旋冷却管43与第一螺旋冷却管42连通，第二螺旋冷却管43设于第一螺旋冷却管42和中空隔热层41之间，如图2所示。为了更好地带走热量、进一步减小加热组件3产生热量对导管11内导电油墨的影响，本实施例还设置了第二螺旋冷却管43，在第二螺旋管内流动有冷却液。当然，本实施例还可设置第三螺旋冷却管形成三层螺旋冷却结构，也可自内而外设置三层以上螺旋冷却管以获得预期的热量阻隔效果。其中，多层螺旋冷却管可设置各自的进液口44和出液口45，相互独立；多层螺旋冷却管也可顺次连通、共用一个进液口44和一个出液口45，进液口44与最内层的螺旋冷却管连通，出液口45与最外层的螺旋冷却管连通，冷却液自最内层的螺旋冷却管进入向外循环由最外层的螺旋冷却管流出，保证打印喷头1由外表面到内部中心温度层逐渐降低的渐变过程，结构简单，也可获得很好隔热效果，可将加热器31对导管11内油墨的热影响减小到忽略不计。

在其中一个实施例中，采用两层螺旋冷却管的结构且两层螺旋冷却管的结构连通，第一螺旋冷却管42连接有进液口44，第二螺旋冷却管43连接有出液口45，进液口44、出液口45均位于打印喷头1顶部，如图2所示。实施时，冷却液由进液口44进入第一螺旋冷却管42，在流动至第二螺旋冷却管43，最后从出液口45流出，可很好地带走热量，减小导管11内部的油墨所受影响。

在其中一个实施例中，打印喷头1连接有隔热罩6，隔热罩6与打印喷头1同轴设置，如图1所示。本实施例的隔热罩6可采用耐热玻璃罩，其固定在打印喷头1的安装部12，跟随打印喷头1一起移动。隔热罩6的设置：一方面提供一个稳定的局部均匀热环境，利于导电油墨的固化；一方面，采用隔热罩6将整个打印环境隔离起来，防止在打印加热过程中，高温对打印机运动机构及其他部件产生影响。具体地，本实施例的耐热玻璃罩由多个螺栓61固定在安装部12，如此设置可方便地调节隔热罩6的安装高度。在不通入保护气体情况下，隔热罩6下端与打印机器底部平台留有一定距离，防止两者摩擦导致器件损坏。由于打印立体电路的分辨率通常情况下应是微米级别，因此打印喷头1可移动范围比较小，工作平台面积较小，一般为微精密移动平台。在打印过程中不会造成与隔热罩6碰撞的情况。

在其中一个实施例中，隔热罩6设有用于接入保护气体的气体入口62。当打印易受氧化的导电油墨时，比如打印铜油墨时，大气环境下，打印出来的铜油墨非常容易被氧化，导致该类易受氧化的油墨很难制备出良好的立体电路。而本实施例中，通过气体入口62向隔热罩6内部通入保护气体，保护导电油墨不被氧化，从而保证立体电路的顺利打印以及立体电路的良好性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。