基于纸基微流控的3D打印喷头及3D打印设备的生产技术

本技术公开了一种基于纸基微流控的3D打印喷头及打印装置，属于3D打印技术领域，3D打印喷头包括喷嘴和供料系统，供料系统包括输运通道和溶液槽；输送通道为长条形纸张，用于打印溶液的输送；输运通道与喷嘴为一体式设置；输运通道一端插置于溶液槽内，另一端设置有狭窄部，为打印溶液喷出口；输运通道的外侧有保护套，保护套为闭合式结构，一端固定连接于溶液槽底部，另一端延伸至喷嘴；保护套外侧有固定板。本技术采用纸张作为输运通道和喷头，制作材料容易制得、成本低廉，其微纳纤维通道使得打印的微纳结构线宽更小，纸张自带过滤功能，使得溶液输运至喷嘴时，避免了污染及喷嘴堵塞问题，溶液在毛细作用下，将无动力输运至喷嘴。

权利要求书

1.一种基于纸基微流控的3D打印喷头，包括喷嘴和供料系统，其特征在于：所述供料系统包括输运通道和溶液槽；所述输送通道为长条形纸张，用于打印溶液的输送；所述输运通道与所述喷嘴为一体式设置；所述输运通道一端插置于溶液槽内，另一端设置有狭窄部；所述狭窄部为喷嘴，用于打印溶液喷出口；所述溶液槽为液体存放容器，用于存放打印溶液；所述输运通道的外侧设置有保护套，所述保护套一端固定连接于溶液槽底部，另一端延伸至所述喷嘴，用于避免所述输送通道传输的溶液蒸发和受污染；所述保护套外侧设置有固定板，用于固定所述保护套。

2.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于：所述长条形纸张制成筒形或柱形结构，所述喷嘴为锥形结构。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印喷头，其特征在于：所述纸张材料为滤纸、层析纸或硝酸纤维素膜中的一种。

4.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于：所述喷嘴狭窄部结构为尖型或圆弧型。

5.根据权利要求4所述的3D打印喷头，其特征在于：所述喷嘴布置形式为单尖喷嘴、圆弧喷

嘴、多喷嘴或阵列喷嘴。

6.根据权利要求1所述的3D打印喷头，其特征在于：适用打印耗材为PI、PVDF、PCL、PLA、PLGA或PVA中的一种。

7.一种基于纸基微流控的静电3D打印装置，其特征在于：包括权利要求1至6任一项所述的3D打印喷头。

技术说明书

一种基于纸基微流控的3D打印喷头及3D打印装置

技术领域

本技术属于3D打印技术领域，具体涉及一种基于纸基微流控技术的电场驱动3D打印的方法。

背景技术

3D打印技术，又称为“增材制造”，是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过使用3D打印设备将材料进行逐层添加从而制造出三维物体的新型制造技术，具有打印形状复杂、成型速度快、制造成本低、无需掩膜、周期短等优势。

3D打印技术是实现人工设计具有复杂3D结构制造的理想方法，较为成熟的商业化3D打印技术主要有光固化成型（SLA）、分层实体成型（LOM）、熔丝沉积（FDM）及选择性激光烧结（SLS）等工艺原理。鉴于制造精度—效率的调和问题，3D打印技术在复杂三维结构、微纳尺度结构、器件的制造上更具有应用潜力。以光固化喷印为特征的3D打印技术以及实

现了商业化，可以轻易的打印纤维为50微米的结构；FDM技术是由压力挤出高粘度流体，固化形成微米（100微米）线状结构；EHD喷印技术依赖静电拉伸作用，可实现液滴、射流、纳米纤维多模式喷印。这些打印技术受到技术本身的限制，往往高分辨线宽结构和喷头尺寸是相互协调的，而小尺寸喷头与低成本制造又是相互矛盾的。因此，如想获得精细微纳结构，则打印喷头尺寸要尽可能小。目前3D打印机所能实现的分辨率主要取决于喷嘴尺寸，而喷嘴尺寸太小（小于200微米以下），加工成本高，高粘度溶液或因杂质容易使喷嘴堵塞，从而导致打印困难。

因此，急需一种喷嘴尺寸小、加工成本低、能够打印高粘度溶液、不容易堵塞的3D打印喷头。

技术内容

本技术目的在于提供一种喷嘴尺寸小、加工成本低、能够打印高粘度溶液、不容易堵塞的

3D打印喷头，技术的内容如下：

一种基于纸基微流控的3D打印喷头，包括喷嘴和供料系统，所述供料系统包括输运通道和溶液槽；所述输送通道为长条形纸张，用于打印溶液的输送；所述输运通道与所述喷嘴为一体式设置；所述输运通道一端插置于溶液槽内，另一端设置有狭窄部；所述狭窄部为喷嘴，用于打印溶液喷出口；所述溶液槽为液体存放容器，用于存放打印溶液；所述输运通道的外侧设置有保护套，所述保护套一端固定连接于溶液槽底部，另一端延伸至所述喷嘴，用于避免所述输送通道传输的溶液蒸发和受污染；所述保护套外侧设置有固定板，用于固定所述保护套。

进一步地，所述长条形纸张制成筒形或柱形结构，所述喷嘴为锥形结构。

进一步地，所述纸张材料为滤纸、层析纸或硝酸纤维素膜中的一种。

进一步地，所述喷嘴狭窄部结构为尖型或圆弧型。

进一步地，所述喷嘴布置形式为单尖喷嘴、圆弧喷嘴、多喷嘴或阵列喷嘴。

进一步地，适用打印耗材为PI、PVDF、PCL、PLA、PLGA或PVA中的一种。

一种基于纸基微流控的静电3D打印装置，包括上述任一项所述的3D打印喷头。

本技术的有益效果：

本技术的3D打印喷头，其采用纸张作为3D打印喷头的输运通道和喷嘴，制作材料容易制得而且成本低廉，其微纳纤维通道使得打印的微纳结构线宽更小。纸张作为纸基微流控芯片本身自带过滤功能，使得溶液输运至喷嘴时，避免了污染及喷嘴堵塞问题，因此，可以打印高浓度的打印溶液。另外，打印溶液在毛细作用下，将无动力的输运至打印喷嘴，适用于一些资源受限、设备匮乏等场合应用。

附图说明

图1 3D打印喷头结构示意图

图2 喷嘴部分放大示意图

图3 3D打印装置结构示意图

图4 单尖型喷嘴结构

图5 阵列尖型喷嘴结构

图6单圆弧型喷嘴结构

图7 阵列圆弧型喷嘴结构

其中，1- 控制主机，2- 高压直流电源，3- Z轴移动平台，4- 第一溶液槽，5- 第二溶液槽，6-第三溶液槽，7- X轴移动平台，8- 保护套，9- 固定板，10- 线圈，11- 第一芯片喷嘴，12- 第