气溶胶直写打印设备及其采样聚焦复合喷头装置的制作方法

本发明涉及气溶胶直写打印技术领域，特别涉及一种采样聚焦复合喷头装置。本发明还涉及一种具有上述采样聚焦复合喷头装置的气溶胶直写打印设备。

背景技术：

气溶胶(aerosol)由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。

其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。液体气溶胶通常称为雾，固体气溶胶通常称为雾烟。气溶胶直写打印工艺是将气溶胶以直写的形式有序地沉积在基底上，如图1所示在工艺过程中涉及到了三个基本步骤：雾化器01雾化产生气溶胶流；虚拟碰撞采样器02对气溶胶流进行采样；在喷头处被鞘气流聚焦成细直线。

首先往雾化器01中通入高压气流，将雾化器01中的液态物质雾化成许多直径为2～5微米的小液滴，形成了气溶胶态的混合气流；然后该气溶胶流进入到虚拟碰撞采样器02中，同时在碰撞采样器02的两端进行低压抽气，利用不同分子间的惯性差异，把其中惯性比较小的气体分子抽离出来，大多数分散的小液滴因惯性大而直接进入到碰撞采样器02的输出端，从而被筛选出来，这样就可以得到更加黏稠的气溶胶流体，这一步骤的目的就是为了提高气溶胶流的密度和浓度；最后该流体通向喷头，被环绕在四周的辅助气流冲击之后，汇聚成了一条细流束，达到了聚焦的效果，可以直接打印在基底上。同时，辅助气流的聚焦功能也起到了防止喷头被堵塞的作用。一般距离基底的打印高度范围是2～5毫米，最高打印精度可达10微米。

气溶胶直写打印工艺常常被应用于制备平板显示屏、燃料电池以及微纳传感器等电子设备，其优点是：步骤简单；占地面积小；低成本；无污染；可制备刚/柔性件。不过气溶胶在管道运输的过程中会粘附在管壁上，造成了沿程损失，尤其是碰撞采样器02到喷头的这一段运输，因为气溶胶的密度和浓度都变大，粘性变强，在管道运输的过程中会有更多的液滴颗粒团聚在一起，黏附在管壁上。这样的现象不仅降低了材料的利用率，造成浪费，更是很有可能会堵塞管道，阻碍气溶胶流的流通。所以为了降低成本，避免出现浪费和故障等现象。

因此，如何解决气溶胶直写打印设备的碰撞采样器02到喷头之间的堵塞问题，成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采样聚焦复合喷头装置，上述装置能够有效解决碰撞采样器到喷头之间的堵塞问题。本发明的另一目的是提供一种具有上述采样聚焦复合喷头装置的气溶胶直写打印设备。

为实现上述目的，本发明提供一种采样聚焦复合喷头装置，用于气溶胶直写打印设备，包括用以供气溶胶流体流入的上端盖、与所述上端盖贴合用以加速气溶胶流体的加速喷嘴组件、与所述加速喷嘴组件配合连接的收口喷嘴组件和连接所述收口喷嘴组件且用以将气溶胶流体喷出的喷嘴底座；

所述上端盖开设有入口通道；

所述加速喷嘴组件与所述收口喷嘴组件之间配合形成用以采样的第一腔体，所述第一腔体的侧壁设有采样孔；

所述喷嘴底座设有用以将气溶胶流体喷出的出口通道，所述收口喷嘴组件与所述喷嘴底座之间形成用以将气溶胶流体聚集至所述出口通道的进气通道。

可选地，还包括设于所述入口通道的第一快插接头和设于所述采样孔的第二快插接头。

可选地，所述加速喷嘴组件设有连接所述入口通道的加速喷嘴和固定所述加速喷嘴的第一固定盘。

可选地，所述加速喷嘴包括连接所述入口通道的渐缩段和连接所述渐缩段的等径段；

所述渐缩段的始端的直径不小于所述入口通道的直径，所述等径段的直径等于所述渐缩段的末端的直径。

可选地，所述收口喷嘴组件包括设于外周的套筒部和设于所述套筒部的中段的收口喷嘴，所述收口喷嘴通过第二固定盘内接于所述套筒部且所述第二固定盘将所述套筒部分割为上下两个无盖空腔。

可选地，位于所述第二固定盘上方的所述无盖空腔与所述第一固定盘配合形成所述第一空腔，所述采样孔设于所述套筒部的侧壁。

可选地，所述入口通道、所述加速喷嘴、所述收口喷嘴和所述出口通道的轴线重合。

可选地，所述上端盖、所述第一固定盘和所述第二固定盘均为相互配合的圆盘状。

可选地，所述收口喷嘴的下部呈自所述第二固定盘至所述收口喷嘴的末端延伸的倒锥型；

所述喷嘴底座包括用以伸入位于所述第二固定盘下方的所述无盖空腔的凸台，所述凸台开设与所述收口喷嘴配合的倒锥型槽，所述倒锥型槽与所述收口喷嘴的下部形成所述进气通道；

所述套筒部的侧壁开设连接所述进气通道的进气孔，所述进气孔设有第三快插接头。

本发明还提供一种气溶胶直写打印设备，包括上述任一项所述的采样聚焦复合喷头装置，还包括连接所述入口通道、用以向所述入口通道提供气溶胶流体的雾化器。

相对于上述背景技术，本发明所提供的采样聚焦复合装置包括上端盖、加速喷嘴组件、收口喷嘴组件和喷嘴底座。上端盖开设入口通道供气溶胶进入，加速喷嘴组件和收口喷嘴组件形成第一腔体，在第一腔体的侧壁开设采样孔进行抽气采样，加速喷嘴组件一方面起到对气溶胶的加速作用，另一方面和收口喷嘴组件配合替代碰撞采样器实现采样功能；喷嘴底座设有出口通道，收口喷嘴组件和喷嘴底座之间形成进气通道，通过向进气通道泵入空气实现将气溶胶聚集至出口通道替代聚焦喷嘴实现将气溶胶聚集的功能。

上述采样聚焦复合喷头装置将采样功能和聚集功能的部件集成为一体，省略了采样部件到聚集部件之间的管道运输，有效缩短了气溶胶流体的运输路径，极大减少了沿程损失，避免出现材料浪费和管道堵塞的问题，提供了气溶胶直写打印设备的工作效率。且上述集成化的设计节约了整体占用空间，提高了空间利用率且有助于缩小气溶胶直写打印设备的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中气溶胶直写打印设备的工作原理图；

图2为本发明实施例所提供的采样聚焦复合喷头装置的设计原理图；

图3为本发明实施例所提供的采样聚焦复合喷头装置的直观图；

图4为图3的正视图；

图5为图4的剖视图；

图6为图5中上端盖的直观图；

图7为图6的剖视图；

图8为图5中加速喷嘴组件的直观图；

图9为图8的剖视图；

图10为图5中收口喷嘴组件的直观图；

图11为图10的剖视图；

图12为图5中喷嘴底座的直观图；

图13为图12的剖视图。

其中：

01-雾化器、02-碰撞采样器、03-聚焦喷头、1-上端盖、2-加速喷嘴组件、21-加速喷嘴、22-第一固定盘、3-收口喷嘴组件、31-套筒部、32-第二固定盘、33-收口喷嘴、4-喷嘴底座、41-凸台、5-入口通道、6-出口通道、7-采样孔、8-进气通道、9-进气孔、10-第一快插接头、11-第二快插接头、12-第三快插接头。

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做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。

本发明的核心在于将实现采样功能的部件和实现将气溶胶聚集喷出功能的部件集成为一体，取代传统的碰撞采样器02和聚焦喷头03，省去了碰撞采样器02和聚焦喷头03之间的连接管道，减少了沿程损失，避免发生堵塞问题，从而提高了气溶胶直写打印设备工作效率，另一方面节约空间，有利于缩小气溶胶直写打印设备的体积。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2至图13，图2为本发明实施例所提供的采样聚焦复合喷头装置的设计原理图，图3为本发明实施例所提供的采样聚焦复合喷头装置的直观图，图4为图3的正视图，图5为图4的剖视图，图6为图5中上端盖的直观图，图7为图6的剖视图，图8为图5中加速喷嘴组件的直观图，图9为图8的剖视图，图10为图5中收口喷嘴组件的直观图，图11为图10的剖视图，图12为图5中喷嘴底座的直观图，图13为图12的剖视图。图中箭头方向表示气溶胶流体或空气的流动方向。

本发明所提供的采样聚焦复合喷头装置包括以下四部分：上端盖1、加速喷嘴组件2、收口喷嘴组件3和喷嘴底座4。其中上端盖1开设有入口通道5以供气溶胶流体进入；加速喷嘴组件2连接上端盖1，用来对气溶胶流体加速，以便于得到速度更快的气溶胶流体；收口喷嘴组件3与加速喷嘴组件2连接，二者之间形成供采样用的第一腔体，第一腔体的侧壁开设有采样孔7，对采样孔7进行抽气即可完成对气溶胶流体的采样，进而筛选的到惯性更大的气溶胶液滴，之后进入喷嘴底座4后喷出；喷嘴底座4设有出口通道6，通过出口通道6将气溶胶流体喷出实现直写打印，喷嘴底座4和收口喷嘴组件3之间形成进气通道8，通过向进气通道8泵入空气对气溶胶流体起到汇集加速作用，实现更好的直写打印效果。

上述采样聚焦复合喷头装置通过将采样部件和实现气溶胶聚集的部件集成一体，省去了二者之间的管道连接，减少了沿程损失，避免了采样后惯性更大的气溶胶流体吸附于管道，造成管道堵塞，提高了气溶胶直写打印设备的工作效率。

下面结合附图和具体实施例对本发明所提供的采样聚焦复合喷头装置进行更将详细的介绍。

请参考图2至图5，采样聚焦复合喷头装置包括依次配合连接的上端盖1、加速喷嘴组件2、收口喷嘴组件3和喷嘴底座4。其中，上端盖1、加速喷嘴组件2和收口喷嘴组件3上方的周部设有位置对应的连接孔，三者通过第一连接件连接固定；收口喷嘴组件3的下方的周部和喷嘴底座4的周部的设有位置对应的连接孔，二者通过第二连接件实现连接固定。上述第一连接件和第二连接件可以根据实际需要设置为螺钉、螺栓或者销钉，连接孔保证分别与第一连接件和第二连接件的配合即可。

上端盖1设有入口通道5，气溶胶流体经入口通道5进入首先经过加速喷口组件的加速，之后进入加速喷口组件和收口喷口组件之间的第一腔体内，经采样孔7抽气筛选得到惯性较大的气溶胶液滴，然后向收口喷嘴组件3和底座喷嘴组件之间的进气通道8泵入空气，对气溶胶流体向出口通道6聚集，最后从喷嘴底座4的出口通道6喷出，完成直写打印。

在本发明所提供的在一种具体实施例中，上端盖1、加速喷嘴组件2、出口喷嘴组件和喷嘴底座4的结构可进一步参考图6至图13。

上端盖1优选为圆盘状的，且上端盖1的中央向上凸起，入口通道5开设在上端盖1的中央的凸起部位，且入口通道5通常还设有第一快插接头10，便于快速通过第一快插接头10和管道及雾化器01连接；此外，上端盖1的周向还开设有多个用来连接加速喷口组件的连接孔，多个连接孔沿上端盖1的周向均匀设置。

加速喷嘴组件2为与上端盖1配合的圆盘状，包括设于中央的加速喷嘴21和用来固定加速喷嘴21的第一固定盘22，第一固定盘22和圆盘状的上端盖1相互贴合，从而保证加速喷嘴21接收来自入口通道5气溶胶流体。加速喷嘴21具体可以包括两部分，包括连接入口通道5的渐缩段和连接渐缩段的等径段，为了保证来自入口通道5的气溶胶流体能够进入加速喷嘴21进行加速，渐缩段的直径一般大于等于入口通道5的直径且渐缩段的末端的直径等于等径段的直径，等径段和渐缩段通常一体成型，等径段的设置则有利于更好的均匀气溶胶流体的颗粒及流速。加速喷嘴21还可以采用诸如渐缩喷嘴之类的结构，第一固定盘22的周向开设有与上端盖1位置及数目相同的连接孔，从而便于通过第一连接件实现固定。

为了与加速喷嘴21及上端盖1配合，收口喷嘴组件3整体呈现圆筒状，包括外周的套筒部31，设置在套筒部31中间的收口喷嘴33，收口喷嘴33通过第二固定盘32内接于套筒部31，也即第二固定盘32也为圆盘状。这样一来，第二固定盘32将套筒部31分为上下两个无盖空腔；位于套筒部31上方的无盖空腔和第一固定盘22贴合形成第一腔体，套筒部31上方的空腔的侧壁也即第一腔体的侧壁开设有抽气孔，通过充气孔进行抽气可以将颗粒较小的气溶胶抽吸出去，筛选得到惯性较大的气溶胶液滴。加速喷嘴21和收口喷嘴33没有密封连接，而是留有一定的间隙，从而便于采用孔从该间隙内抽取惯性(质量)较小的气溶胶液滴。

喷嘴底座4为与收口喷嘴组件3相配合的圆盘状，包括用来伸入套筒部31第二固定盘32下方的无盖空腔的凸台41，喷嘴底座4的中央设有贯穿延伸的出口通道6，用来将气溶胶流体喷射出去进行直写打印。

收口喷嘴33位于第二固定盘32下方的无盖空腔内下部为一个倒立的锥形，具体可为自第二固定盘32向收口喷嘴33的周向方向延伸的倒锥，凸台41则开设于该倒锥配合的倒锥型槽，且该倒锥型槽大于倒锥的尺寸，从而在倒锥和倒锥型槽之间也即收口喷嘴组件3和喷嘴底座4之间形成一定的间隙，该间隙即为进气通道8。圆筒部位于第二固定盘32下方的侧壁则开设有连通进气通道8的进气孔9，通过向进气孔9内泵入空气即可对气溶胶流体进行聚集。设置为倒锥型的目的是使进气通道8相对出口通道6倾斜且使进气对气溶胶流体不仅起到聚集作用，同时气道加速作用。收口喷嘴33的下部显然也未和出口通道6密封连接，而是保留一定的间隙，从而使进气通道8的进气能够对气溶胶流体起到汇集作用。

喷嘴底座4的周向和套筒部31的下方的周部设有相互配合的连接孔，以便于通过第二连接件实现连接固定。上述第一连接件和第二连接件可根据需要需用螺钉、螺栓或者销钉，对应的连接孔只需保证分别与第一连接件和第二连接件的配合即可。

当然，进气通道8也可以相对出口通道6垂直设置，这样通过进气孔9泵入的空气只能起到对气溶胶流体的聚集作用而无法对之进行加速。

为优化上述实施例，入口通道5、加速喷嘴21和收口喷嘴33以及出口通道6的轴线相互重合，也即四者位于同一条直线上，从而保证气溶胶流体的顺利喷出，同时减少动能的损失。

为优化上述实施例，采样孔7和进气孔9还分别设有第二快插接头11和第三快插接头12，从而便于采样聚焦复合喷头装置可以通过第二快插接头11快速连接抽气设备，通过第三快插接头12快速连接空气泵或风机设备。第一快插接头10、第二快插接头11和第三快插接头12可分别根据入口通道5、采样孔7和进气孔9的尺寸灵活选用。

需要说明的是，上述上端盖1、第一固定盘22和第二固定盘32部件可以采用相互配合的圆盘状(此时，套筒部31对应为圆筒状，喷嘴底座4也呈圆盘状)；还可以为方形盘状或其他形状，只要保证上端盖1、加速喷嘴组件2、收口喷嘴组件3和喷嘴底座4之间的相互配合即可。

本发明还公开一种气溶胶直写打印设备，包括上述具体实施例所描述采样聚焦复合喷头装置，还包括连接采样聚焦复合喷头装置的入口孔道、向入口通道5提供气溶胶流体的雾化器01。气溶胶直写打印设备的其它部分可参考现有技术，此处不再展开赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的气溶胶直写打印设备及其采样聚焦复合喷头装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。