一种基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置及方法

本发明属于曲面电子维纳制造相关，更具体地，涉及一种基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置及方法。

背景技术：

1、曲面电子具有大比表面积、大接触面积、高空间适应度、高稳定性等特点，在航空航天、柔性显示、柔性传感和柔性能源等领域有着广泛的应用。因非平面、形状复杂，曲面电子不兼容传统平面电子光刻工艺。电流体喷印是利用高压波形在喷嘴和基板间构建强电场，使喷嘴前端的弯液面上形成感应电荷，从而在电场力、表面张力及重力的作用下形成液滴喷射。电流体喷印具备高分辨率、打印材料范围广、非接触式打印的优势，很好地适应于曲面制造。

2、但针对介电常数高、曲率或幅面较大、厚度较大的绝缘构件打印，电流体喷印工艺存在以下不足：1)电流体喷印中稳定锥射流的形成须达到临界场强阈值，但大型绝缘基板剖面较高，通常难以构建足够的电场强度；2)喷嘴产生的尖端放电会造成基板表面电荷聚集，已打印结构也存在残余电荷，都会造成空间电场畸变，影响电喷印成型。

3、目前，已经提出有等离子体表面预处理辅助绝缘表面电喷印的新型原理及方法，该新型原理能够抑制绝缘表面电荷积累、加速绝缘电荷耗散，进而消除电场畸变并增强电场，但等离子体表面处理具备时效性，并且分步式的工艺步骤针对大尺寸、大曲率的工件存在成本高、均匀性难以保证以及效率低下的问题，因此，本领域亟待提出将等离子体表面处理与电流体喷印同步工作的打印方法，并开发等离子体及电流体喷印功能集成的打印装置，以适应大面积、大曲率绝缘构件表面结构的高效稳定制造。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置及方法，其将等离子体处理与电流体喷印同步进行，使得沉积墨液的残余电荷与绝缘表面的极化电荷能够迅速中和以实现绝缘表面的墨水射流/墨滴稳定喷射沉积，解决了绝缘基板复杂微结构的打印成型难题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置，所述装置包括电喷印组件及等离子体组件，所述电喷印组件与所述等离子体组件同步工作；所述电喷印组件用于将墨水输送到喷嘴处进而形成喷射射流；所述等离子体组件用于采用环形等离子体束处理绝缘表面以在绝缘表面注入极化基团，极化基团在电喷印电场的作用下产生负极性电荷，同时沉积墨液的残余电荷与绝缘表面的极化电荷中和以实现绝缘表面的墨水射流/墨滴稳定喷射沉积。

3、进一步地，所述电喷印组件包括卡槽底座、压扣、供墨夹头、注射筒、针栓、玻璃喷嘴及电喷印电极，所述压扣连接于所述卡槽底座上；所述供墨夹头设置在所述卡槽底座的一端上，其夹持于所述注射筒的一端；所述注射筒位于所述压扣与所述卡槽底座之间；所述针栓相背的两端分别连接于所述注射筒及所述玻璃喷嘴，且所述针栓内设有通孔以将所述注射筒与所述玻璃喷嘴相连通；所述电喷印电极设置在所述玻璃喷嘴内，其用于施加电压进而构建电喷印电场。

4、进一步地，所述等离子体组件与所述卡槽底座相连接，所述玻璃喷嘴位于所述等离子体组件内。

5、进一步地，所述等离子体组件还包括宝塔接头、盖板、上主体、下主体、内介质管、外介质管及保护外壳，所述宝塔接头设置在所述盖板上，所述上主体连接所述盖板及所述下主体，所述下主体连接于所述保护外壳；所述内介质管螺纹连接于所述上主体，所述外介质管螺纹连接于所述下主体，所述内介质管套设在所述外介质管内。

6、进一步地，所述等离子体组件通过所述盖板连接于所述卡槽底座，所述盖板上开设有第一螺纹孔及第一通孔，所述第一通孔及所述第一螺纹孔均贯穿所述盖板，所述宝塔接头与所述第一螺纹孔之间形成螺纹连接，使得所述宝塔接头与所述盖板之间形成螺纹连接；所述第一通孔用于收容部分所述注射筒及所述针栓。

7、进一步地，所述上主体为阶梯状，其一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽的底面开设有第二凹槽，所述第二凹槽的底面开设有第二通孔；所述上主体的另一端开设有第三通孔、第四通孔、弧形槽、横槽及竖槽，所述第三通孔及所述第四通孔均贯穿所述上主体，且所述第三通孔与所述第四通孔分别贯穿所述弧形槽相背的两端的底面，以与所述弧形槽相连通；所述弧形槽与所述宝塔接头相连通；所述竖槽贯穿所述上主体，且其与所述横槽的一端相交且相连通。

8、进一步地，所述内介质管呈阶梯状，其一端与所述上主体形成螺纹连接；所述内介质管的台阶与所述第一凹槽的底面之间形成第一环形腔，第一高压导电环及第二高压导电环设置在所述第一环形腔内，所述第一环形腔与所述竖槽相连通；所述内介质管的台阶处开设有第一连接孔，所述第一连接孔贯穿所述内介质管的外周面，且其与所述第一环形腔相连通；同时，所述内介质管套设在所述外介质管内，所述玻璃喷嘴穿过所述内介质管；所述内介质管的外周上设置有圆周阵列突起，所述圆周阵列突起的外径与所述外介质管的内径相等，所述圆周阵列突起用于保证所述内介质管与所述外介质管的同轴度。

9、进一步地，所述下主体包括相连接的第一圆柱段、锥形段与第二圆柱段，所述第一圆柱段的直径大于所述第二圆柱段的直径；所述下主体的一端开设有第三凹槽，所述第三凹槽的底面开设有第四凹槽，另一端开设有第五凹槽，所述第五凹槽的底面开设有第六凹槽，所述第六凹槽的底面开设有第五通孔，所述第五通孔贯穿所述第四凹槽的底面；所述第五凹槽的槽壁上开设有径向的第二线孔；所述上主体的小端收容于所述第三凹槽内，且其抵靠在所述第三凹槽的底面上；所述第三通孔与所述第四通孔分别与所述第四凹槽相连通；所述外介质管的一端位于所述第五凹槽与所述第六凹槽内；所述外介质管的外周上设置有环形凸台，所述环形凸台与所述第五凹槽的底面之间形成第二环形腔，所述第二环形腔用于收容第一接地导电环及第二接地导电环；所述第二线孔与所述第二环形腔相连通；所述环形凸台还开设有第二连接孔，所述第二连接孔与所述第二环形腔相连通。

10、进一步地，所述保护外壳的一端形成有锥形槽，另一端形成有通槽，所述通槽与所述锥形槽相连通；所述锥形槽用于收容所述锥形段；所述通槽与所述第二连接孔相连通；所述保护外壳还形成有径向设置的第一线孔，所述第一线孔与所述第二线孔相连通；所述内介质管与所述外介质管之间形成环形流道，所述环形流道整体呈喇叭形；高压电极设置在所述内介质管的外周面上且邻近所述环形流道的出口设置；接地电极设置在所述外介质管的外壁上，且所述接地电极与所述高压电极位于同一个高度；第一高压引线的一端依次穿过所述横槽、所述竖槽后进入所述第一环形腔内与所述第一高压导电环相连接；第二高压导线的一端依次穿过所述环形流道、所述第四凹槽及所述第一连接孔后进入所述第一环形腔与所述第二高压导电环相连接；第一接地引线的一端依次穿过所述第一线孔、所述第二线孔后进入所述第二环形腔与所述第一接地导电环相连接；第二接地引线的一端依次穿过所述通槽、所述第五凹槽及所述第二连接孔后进入所述第二环形腔与所述第二接地导电环相连接。

11、本发明还提供了一种基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印方法，所述打印方法采用如上所述的基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置进行打印。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于实时等离子体处理的绝缘表面电喷印装置及方法主要具有以下有益效果：

13、1.本发明所提供的装置生成了环形等离子体射流并保证了其均匀性，实现大口径的等离子体表面处理，使用等离子体为绝缘表面注入极性基团，有效利用极化基团的时效性，使用电喷电场极化基团加强电场，同步沉积墨液残余电荷与绝缘表面极化电荷迅速中和来消除电场畸变，实现绝缘表面的墨水射流/墨滴稳定喷射沉积。

14、2.本发明利用极性基团极化产生的负极性电荷作为辅助电极，在无接地电极下实现电液流变并发生稳定喷射，实现高介电厚绝缘基板电流体喷印导电支撑从无到有的突破。

15、3.本发明实现绝缘表面等离子体处理与电流体喷印同步进行，将工序融合，大幅地提高了大面积表面的打印效率。