本發(fā)明涉及印刷電路及印刷電子器件制造領域，具體地，涉及一種液態(tài)金屬打印設備。

背景技術：
制約印刷電子技術發(fā)展的一個關鍵因素在于印刷電子材料的發(fā)展，傳統(tǒng)的導電墨水有碳系導電材料、導電高分子和金屬納米材料。液態(tài)金屬兼具金屬性質與流體性質熔點。低于300℃的低熔點合金均可以配置成為電子墨水。與其他導電墨水相比，液態(tài)金屬墨水的成本較低，物理化學性質穩(wěn)定，導電率相對較高，且導電線路的成型無需后處理。有別于傳統(tǒng)印制電路所采取蝕刻加工方法，液態(tài)金屬墨水可以通過微流道法、掩膜法、印記法、微接觸打印法、直寫法、3D打印法等方式直接快速制作電路。但是，由于液態(tài)金屬墨水是一種低粘度、高表面張力的流體，因此，現(xiàn)有的方法無論哪種都會在打印精度、液態(tài)金屬與基底潤濕性等方面存在一定的問題。例如，微流道法不適用于復雜的電路，而且由于表面張力大，向微流道注射液態(tài)金屬時需要施加很大的注射壓力，因而決定了微流道法印制的電路精度有限；掩膜法同微流道法一樣需要制作模具，費時費力，且制作的圖案經常出現(xiàn)邊緣模糊、線路斷開等問題；印記法制作的圖案精度有限，且線高度不均勻；微接觸打印法速度很慢，且同樣存在圖案精度有限的問題；現(xiàn)有的液態(tài)金屬3D打印法采用微球沉積法，速度很慢，且所形成的圖案精度非常低；直寫法不需要制作模板，CN104118222A提出一種液態(tài)金屬針式打印設備及打印方法，通過直寫方式實現(xiàn)電路快捷打印，但是由于打印的液態(tài)金屬墨水的表面張力改變不大，因此電路精度有限，當針孔孔徑減小時，液態(tài)金屬墨水容易堵塞筆頭，無法打印亞微米尺寸圖案，而且該設備不適用于打印3D圖案。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)金屬打印設備。所述設備針對低粘度、高表面張力的液態(tài)金屬墨水，不僅提高了液態(tài)金屬圖案的打印精度和液態(tài)金屬與基底之間的潤濕性，而且還可以實現(xiàn)平面打印和空間3D打印。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬打印設備。所述設備包括：液態(tài)金屬打印機構、基板運動機構、電壓脈沖調控機構以及控制裝置，所述液態(tài)金屬打印機構，用于將液態(tài)金屬墨水射流在打印基底上進行打?。凰龌暹\動機構，與所述液態(tài)金屬打印機構連接，用于承載所述打印基底，并根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第一控制指令做出相應的運動，以調整所述打印基底的空間位置；所述電壓脈沖調控機構，與所述液態(tài)金屬打印機構和所述基板運動機構連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第二控制指令為所述液態(tài)金屬打印機構和所述基板運動機構提供所需的電壓脈沖；所述控制裝置，與所述液態(tài)金屬打印機構、所述基板運動機構，及所述電壓脈沖調控機構連接，用于根據(jù)輸入的信息控制所述液態(tài)金屬打印機構、所述基板運動機構，及所述電壓脈沖調控機構?？蛇x地，所述液態(tài)金屬打印機構包括：液態(tài)金屬墨盒，用于存儲所述液態(tài)金屬墨水；打印頭，與所述液態(tài)金屬墨盒的底部出口連接；電極裝置，與所述電壓脈沖調控機構的正極連接，用于使得所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水帶上正電荷；加壓裝置，設置于所述液態(tài)金屬墨盒上，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第三控制指令提供壓力，使得所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水向下運動，并從所述打印頭射流至所述打印基底上?？蛇x地，所述液態(tài)金屬打印機構還包括：保溫層，設置于所述液態(tài)金屬墨盒的外表面上，用于保持所述液態(tài)金屬墨盒內的溫度。其中，所述液態(tài)金屬打印機構還包括：加熱件，設置于所述液態(tài)金屬墨盒上；溫度傳感器，設置于所述液態(tài)金屬墨盒內，用于測量所述液態(tài)金屬墨水的溫度值；控制器，與所述加熱件和所述控制裝置連接，用于根據(jù)所述控制裝置根據(jù)所述液態(tài)金屬墨水的溫度值產生的第四控制指令控制所述加熱件對所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水進行加熱，使得所述液態(tài)金屬墨水的溫度達到預設溫度?？蛇x地，所述加熱件為電阻加熱絲或電磁線圈，所述電阻加熱絲設置于所述液態(tài)金屬墨盒及所述打印頭內部，由所述液態(tài)金屬墨盒的頂部延伸至所述打印頭的底部；所述電磁線圈纏繞在所述液態(tài)金屬墨盒及所述打印頭的外表面，由所述液態(tài)金屬墨盒的頂部延伸至所述打印頭的底部?？蛇x地，所述電極裝置為電極探針或金屬電極環(huán)，所述電極探針設置于所述液態(tài)金屬墨盒內；所述金屬電極環(huán)設置于所述打印頭的側壁上?？蛇x地，所述基板運動機構包括：金屬板，與所述電壓脈沖調控機構的負極連接，用于固定所述打印基底；載物臺，用于承載所述金屬板；三軸運動機構，與所述控制裝置連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第一控制指令在X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向移動所述載物臺，從而調整所述打印基底與所述液態(tài)金屬打印機構中打印頭的空間相對位置。可選地，所述電壓脈沖調控機構包括：電壓源，用于提供所述液態(tài)金屬打印設備所需的電壓；電壓調控裝置，與所述電壓源連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第二控制指令調整輸出的電壓脈沖；其中，所述電壓調控裝置的正極與所述液態(tài)金屬打印機構中的電極裝置連接，所述電壓調控裝置的負極與所述基板運動機構中的金屬板連接?？蛇x地，所述液態(tài)金屬墨水為以下中的至少一種：鎵、銦、錫、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵錫合金、鎵鋅合金、鎵銦鋅合金、鎵錫鋅合金、鎵銦錫鋅合金、鎵錫鎘合金、鎵鋅鎘合金、鉍銦合金、鉍錫合金、鉍銦錫合金、鉍銦鋅合金、鉍錫鋅合金、鉍銦錫鋅合金、錫鉛合金、錫銅合金、錫鋅銅合金、錫銀銅合金、鉍鉛錫合金,以及金屬或合金與各類導電納米或微米顆粒的混合物?？蛇x地，所述打印基底的材料包括以下中的至少一者：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、硅膠、橡膠、紙張、玻璃、陶瓷、布料、木材、固體金屬以及合金。可選地，所述液態(tài)金屬打印設備的打印方式包括以下中的至少一種：平面打印、不規(guī)則基底打印以及空間3D打印。通過上述技術方案，在液態(tài)金屬墨水和打印基底下方的金屬板之間施加電壓脈沖，使得液態(tài)金屬墨水在電場力的作用下減小表面張力，從打印頭中以帶電射流的方式流出，并在打印基底上形成圖案。打印頭內徑越小，流出的液態(tài)金屬墨水射流也會越細，可以實現(xiàn)亞微米級別的打印精度，從而解決了低粘度、高表面張力的液態(tài)金屬墨水無法從小孔徑打印頭噴出的問題，提高液態(tài)金屬圖案的打印精度。另外，由于液態(tài)金屬墨水和金屬板帶有靜電荷，當液態(tài)金屬墨水射流在打印基底時，由于靜電荷的存在，提高了液態(tài)金屬墨水與打印基底之間的潤濕性。此外，通過調整輸出的電壓脈沖的大小，來彌補打印頭與打印基底垂直距離改變所帶來的變化，可以實現(xiàn)空間3D打印。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的結構示意圖；圖2是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的液態(tài)金屬打印機構的結構示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的液態(tài)金屬打印機構的結構示意圖；圖4是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的打印過程示意圖。附圖標記說明1液態(tài)金屬打印機構2基板運動機構3電壓脈沖調控機構4控制裝置21金屬板22載物臺23連接機構24三軸運動機構11液態(tài)金屬墨盒12保溫層13打印頭141電磁線圈142電磁控制器15溫度傳感器16加壓裝置17電極探針18金屬電極環(huán)具體實施方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備包括：液態(tài)金屬打印機構1、基板運動機構2、電壓脈沖調控機構3以及控制裝置4，所述液態(tài)金屬打印機構1，用于將液態(tài)金屬墨水射流在打印基底上進行打?。凰龌暹\動機構2，與所述液態(tài)金屬打印機構1連接，用于承載所述打印基底，并根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第一控制指令做出相應的運動，以調整所述打印基底的空間位置；所述電壓脈沖調控機構3，與所述液態(tài)金屬打印機構1和所述基板運動機構2連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第二控制指令為所述液態(tài)金屬打印機構和所述基板運動機構提供所需的電壓脈沖；所述控制裝置4，與所述液態(tài)金屬打印機構1、所述基板運動機構2，及所述電壓脈沖調控機構3連接，用于根據(jù)輸入的信息控制所述液態(tài)金屬打印機構、所述基板運動機構，及所述電壓脈沖調控機構。在具體的實施方式中，所述液態(tài)金屬機構1包括：液態(tài)金屬墨盒，用于存儲所述液態(tài)金屬墨水；打印頭，與所述液態(tài)金屬墨盒的底部出口連接；電極裝置，與所述電壓脈沖調控機構的正極連接，用于使得所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水帶上正電荷；加壓裝置，設置于所述液態(tài)金屬墨盒上，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第三控制指令提供壓力，使得所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水向下運動，并從所述打印頭射流至所述打印基底上。其中，所述電極裝置為電極探針或金屬電極環(huán)。在所述電極裝置為所述電極探針的情況下，所述電極探針設置于所述液態(tài)金屬墨盒內。在所述電極裝置為所述金屬電極環(huán)的情況下，所述金屬電極環(huán)設置于所述打印頭的側壁上。優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬打印機構1還包括：保溫層，設置于所述液態(tài)金屬墨盒的外表面上，用于保持所述液態(tài)金屬墨盒內的溫度。藉此，能夠減緩液態(tài)金屬盒內溫度下降的速度。優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬打印機構1還包括：加熱件，設置于所述液態(tài)金屬墨盒上；溫度傳感器，設置于所述液態(tài)金屬墨盒內，用于測量所述液態(tài)金屬墨水的溫度值；控制器，與所述加熱件和所述控制裝置連接，用于根據(jù)所述控制裝置根據(jù)所述液態(tài)金屬墨水的溫度值產生的第四控制指令控制所述加熱件對所述液態(tài)金屬墨盒中的液態(tài)金屬墨水進行加熱，使得所述液態(tài)金屬墨水的溫度達到預設溫度。藉此，能夠確保液態(tài)金屬墨水在打印過程中始終處于液態(tài)且溫度恒定。其中，所述加熱件為電阻加熱絲或電磁線圈。在所述加熱件為電阻加熱絲的情況下，所述電阻加熱絲設置于所述液態(tài)金屬墨盒及所述打印頭內部，由所述液態(tài)金屬墨盒的頂部延伸至所述打印頭的底部。在所述加熱件為電磁線圈的情況下，所述電磁線圈纏繞在所述液態(tài)金屬墨盒及所述打印頭的外表面，由所述液態(tài)金屬墨盒的頂部延伸至所述打印頭的底部。在具體的實施方式中，所述基板運動機構2包括：金屬板21，與所述電壓脈沖調控機構3的負極連接，用于固定所述打印基底；載物臺22，用于承載所述金屬板；三軸運動機構24，與所述控制裝置4連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第一控制指令在X軸方向、Y軸方向以及Z軸方向移動所述載物臺，從而調整所述打印基底與所述液態(tài)金屬打印機構中打印頭的空間相對位置。其中，所述設備還包括：連接機構23，用于連接所述液態(tài)金屬打印機構1和所述基板運動機構2。在具體的應用中，所述電壓脈沖調控機構3包括：電壓源，用于提供所述液態(tài)金屬打印設備所需的電壓；電壓調控裝置，與所述電壓源連接，用于根據(jù)所述控制裝置發(fā)送的第二控制指令調整輸出的電壓脈沖；其中，所述電壓調控裝置的正極與所述液態(tài)金屬打印機構中的電極裝置連接，所述電壓調控裝置的負極與所述基板運動機構中的金屬板連接。優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬打印設備的打印方式包括以下中的至少一種：平面打印、不規(guī)則基底打印以及空間3D打印。在進行空間3D打印時，通過調整輸出的電壓脈沖的大小，來彌補打印頭與打印基底垂直距離改變所帶來的變化。其中，所述液態(tài)金屬墨水為熔點在300攝氏度以下的低熔點金屬或合金，如鎵、銦、錫、鉍、鉛、鎘等低熔點金屬元素組成的低熔點金屬或合金，如鎵、銦、錫、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵錫合金、鎵鋅合金、鎵銦鋅合金、鎵錫鋅合金、鎵銦錫鋅合金、鎵錫鎘合金、鎵鋅鎘合金、鉍銦合金、鉍錫合金、鉍銦錫合金、鉍銦鋅合金、鉍錫鋅合金、鉍銦錫鋅合金、錫鉛合金、錫銅合金、錫鋅銅合金、錫銀銅合金、鉍鉛錫合金等，還包括這些金屬或合金與各類導電納米或微米顆粒的混合物中的一種或幾種。其中，打印基底的材料包括高分子聚合物，如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚酰亞胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、環(huán)氧樹脂(EP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及各類硅膠、橡膠等，也包括紙張、玻璃、陶瓷、布料、木材或固體金屬與合金等。本實施例通過在液態(tài)金屬墨水和打印基底下方的金屬板之間施加電壓脈沖，使得液態(tài)金屬墨水在電場力的作用下減小表面張力，從打印頭中以帶電射流的方式流出，并在打印基底上形成圖案。打印頭內徑越小，流出的液態(tài)金屬墨水射流也會越細，可以實現(xiàn)亞微米級別的打印精度，從而解決了低粘度、高表面張力的液態(tài)金屬墨水無法從小孔徑打印頭噴出的問題，提高液態(tài)金屬圖案的打印精度。另外，由于液態(tài)金屬墨水和金屬板帶有靜電荷，當液態(tài)金屬墨水射流在打印基底時，由于靜電荷的存在，提高了液態(tài)金屬墨水與打印基底之間的潤濕性。此外，通過調整輸出的電壓脈沖的大小，來彌補打印頭與打印基底垂直距離改變所帶來的變化，可以實現(xiàn)空間3D打印。圖2是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的液態(tài)金屬打印機構的結構示意圖。如圖2所示，液態(tài)金屬打印機構1包括液態(tài)金屬墨盒11，用于儲存液態(tài)金屬墨水；保溫層12，包裹在液態(tài)金屬墨盒11的外表面上；打印頭13，用于形成液態(tài)金屬射流，為不銹鋼材質，與所述液態(tài)金屬墨盒11底端出口連接；電磁線圈141和電磁控制器142，其中，電磁線圈141纏繞在保溫層12外，用于加熱液態(tài)金屬墨水，使其保持液態(tài)；溫度傳感器15，置于所述液態(tài)金屬墨盒11內部，用于測量液態(tài)金屬墨水的溫度；加壓裝置16，用于推動液態(tài)金屬墨水向下運動，本實施例中采用電磁泵。另外，連接電壓調控裝置正極的電極探針17置于所述液態(tài)金屬墨盒11中，與液態(tài)金屬墨水接觸。其中，本實施例使用的液態(tài)金屬墨水為熔點在15℃的鎵銦合金，因此，在本實施例中液態(tài)金屬打印機構1的液態(tài)金屬墨盒11不需要加熱。其中，本實施例使用基底材料為聚氯乙烯(PVC)。使用時，選擇平面打印方式，將要打印的圖案生成打印指令，傳輸?shù)娇刂蒲b置4中。然后，將PVC基底固定在金屬板21上，開啟電壓源開關。準備就緒后開始打印，控制裝置4會首先控制加壓裝置16對液態(tài)金屬墨水施加壓力，使得打印頭13有少量液態(tài)金屬墨水流出。當液態(tài)金屬墨水接觸到打印基底時，控制裝置4根據(jù)接收到的指令控制基板運動機構2各部件運動以及電壓脈沖調控機構3輸出的電壓脈沖序列。圖4是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的打印過程示意圖。如圖4所示，在靜電作用下，液態(tài)金屬墨水從打印頭13中流出，從而在打印基底上打印出液態(tài)金屬線。圖3是本發(fā)明一實施例提供的液態(tài)金屬打印設備的液態(tài)金屬打印機構的結構示意圖。如圖3所示，與圖2不同的是液態(tài)金屬打印機構1的結構。打印頭13側壁為一圈金屬電極環(huán)18，連接電壓調控裝置的正極，因此當液態(tài)金屬墨水在加壓裝置16作用下流進打印頭內時，液態(tài)金屬墨水帶正電荷。當液態(tài)金屬墨水為鉍銦錫合金時，液態(tài)金屬墨盒11需要加熱。打印時，按照控制裝置的指令設定液態(tài)金屬墨水的加熱溫度，通過電磁線圈141對液態(tài)金屬墨盒中11的液態(tài)金屬墨水進行加熱，通過溫度傳感器15監(jiān)測溫度，并反饋溫度信息，從而調控電磁控制器142，確保液態(tài)金屬墨水在打印過程中始終處于液態(tài)且溫度恒定。在加熱件為電阻加熱絲的情況下，電阻加熱絲由液態(tài)金屬墨盒容腔的頂部延伸至液態(tài)金屬墨盒容腔的底部，在延伸過程中，電阻加熱絲可彎曲延伸，以增大與液態(tài)金屬墨水的接觸面積。由此，確保液態(tài)金屬墨水在打印過程中始終處于液態(tài)且溫度恒定。在實際的應用中，還涉及到利用液態(tài)金屬打印設備進行圖案打印的方法，包括以下步驟：(1)選擇打印方式；(2)選擇打印基底的材料；(3)解析打印圖案，生成控制打印設備的指令；控制裝置接收指令，并據(jù)此控制所述液態(tài)金屬打印機構的壓力和溫度、基板運動機構各部件的運動、電壓脈沖調控機構的電壓脈沖序列，實現(xiàn)圖案打印。打印初始時，控制裝置會首先控制加壓裝置對液態(tài)金屬墨水施加壓力，使得打印頭有少量液態(tài)金屬墨水流出，當液態(tài)金屬墨水接觸到打印基底時，在靜電作用下，會隨著基底的運動繪制線條。本發(fā)明不僅僅限制于液態(tài)金屬墨水，對于其它導電流體同樣適用。以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。