申请/专利权人：西安增材制造国家研究院有限公司

申请日：2018-09-03

公开（公告）日：2020-07-17

公开（公告）号：CN109130169B

主分类号：B29C64/112(20170101)

分类号：B29C64/112(20170101);B29C64/209(20170101);B33Y30/00(20150101);B41J2/01(20060101);B41J2/14(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.17#授权;2019.01.29#实质审查的生效;2019.01.04#公开

摘要：本发明涉及一种MEMS打印头封装，为了解决现有打印头封装中，打印头芯片被完全包裹所导致的微驱动单元驱动效果难以评价、喷嘴处墨滴难以擦除及观测的技术问题，本发明的打印头封装包括由下至上依次设置的喷嘴板、振动板、供墨过渡层及印制电路板；喷嘴板下表面完全裸露；印制电路板依靠供墨过渡层悬空设置于振动板的上方，印制电路板与供墨管孔及微驱动单元的对应处设置有开口，使得外部供墨管能够穿过印制电路板与供墨管孔连接，并使微驱动单元裸露。该打印头封装更便于微驱动单元振动过程中，激光测振仪对其振动的测试，而且便于打印头墨滴喷射过程中对喷嘴周围的挂墨、残留墨水进行挂刷擦拭。

主权项：1.一种MEMS打印头封装，包括打印头芯片及印制电路板4，所述打印头芯片包括振动板2、喷嘴板1及微驱动单元5；其特征在于：还包括供墨过渡层3；所述喷嘴板1、振动板2、供墨过渡层3及印制电路板4由下至上依次设置；所述喷嘴板1具有多个喷嘴11，且下表面完全裸露；所述振动板2具有流道结构，所述流道结构的上端入口21进墨，下端出口与喷嘴板1的多个喷嘴11相通；所述微驱动单元5设置在振动板2上，用于驱动流道结构中的墨水通过喷嘴11喷出；所述供墨过渡层3设置在振动板2上且位于微驱动单元5的旁侧，具有与流道结构上端入口21相通的供墨管孔32；所述印制电路板4依靠供墨过渡层3悬空设置于振动板2的上方，且设置有微驱动单元5的转接接口41，所述转接接口41用于引入微驱动单元5的驱动信号；所述印制电路板4与供墨管孔32及微驱动单元5的对应处设置有开口42，使得外部供墨管6能够穿过印制电路板4与供墨管孔32连接，并使微驱动单元5裸露。

全文数据：一种MEMS打印头封装技术领域本发明涉及一种打印头封装，特别涉及一种MEMS打印头封装。背景技术3D打印技术又称为增材制造技术、快速成型制造技术，通过CAD设计数据并采用材料逐层累加的方法制造实体零件。相对于传统的制造方法，可以在一台设备上快速精确的制造出任意复杂形状的零件。3D打印技术根据原理又可以分为光固化成型、激光选区烧结、激光选区熔化、电子束熔化及立体喷印等技术。无论是面向二维打印的喷墨打印头还是面向3D打印应用的喷墨打印头，其打印头原理基本一致，分为热驱动型喷墨打印头及压电式喷墨打印头。通常采用微纳纳米制造技术MEMS制造出喷墨打印头的打印头芯片，打印头芯片进行精密封装后安装于立体喷印打印机中。用于二维打印的打印头芯片仅能提供较小的驱动力，可驱动较低粘度的喷墨材料。而面向3D打印的喷墨打印头，需要较大的驱动力，采用图案化块材压电驱动的微驱动单元，并将微驱动单元封装于通过微纳加工制备的振动板之上，从而形成打印头芯片。在打印头的制备过程中，二维打印和三维打印都需要对打印头芯片封装后的驱动性能进行实时评价，以便于对打印头的结构及封装工艺进行优化。在现有喷墨打印头芯片封装过程中，无论对于二维喷墨打印还是三维喷墨打印，打印头封装均采用外壳完全包裹打印头芯片的结构形式，只能通过墨滴观测系统进行喷射墨滴参数检测来间接评价振动板、喷嘴板及微驱动单元的性能，此种封装结构在打印头研发前期过程中无法与前期模拟仿真结果进行直接对比，更不便于对打印头芯片性能的快速评价与改进。另外，在传统的喷墨打印头封装中，喷墨打印头芯片与微驱动单元通过环氧树脂胶粘接后，喷射墨滴留在喷嘴板处或者墨水在喷嘴处形成挂墨，会影响墨滴喷射的速度、体积以及线性度等参数，从而导致打印质量下降，因此需要利用擦拭刮板进行喷嘴板下表面的擦拭，这就需要喷嘴板下表面平整的裸露在外面，但是传统的喷墨打印头封装在喷嘴板下表面四周由打印头框架下方头盖覆盖，难以完全将残留的墨水擦除干净。发明内容为了解决现有打印头封装中打印头芯片被完全包裹所导致的对微驱动单元驱动效果难以评价、喷嘴处墨滴难以擦除及观测的技术问题，本发明提供一种MEMS打印头封装。本发明的技术解决方案如下：一种MEMS打印头封装，包括打印头芯片及印制电路板，所述打印头芯片包括振动板、喷嘴板及微驱动单元；其特殊之处在于：还包括供墨过渡层；所述喷嘴板、振动板、供墨过渡层及印制电路板由下至上依次设置；所述喷嘴板具有多个喷嘴，且下表面完全裸露；所述振动板具有流道结构，所述流道结构的上端入口进墨，下端出口与喷嘴板的多个喷嘴相通；所述微驱动单元设置在振动板上，用于驱动流道结构中的墨水通过喷嘴喷出；所述供墨过渡层设置在振动板上且位于微驱动单元的旁侧，具有与流道结构上端入口相通的供墨管安装孔；所述印制电路板依靠供墨过渡层悬空设置于振动板的上方，且设置有微驱动单元的转接接口，所述转接接口用于引入微驱动单元的驱动信号；所述印制电路板与供墨管安装孔及微驱动单元的对应处设置有开口，使得外部供墨管能够穿过印制电路板与供墨管安装孔连接，并使微驱动单元裸露。进一步地，为了便于和观墨测试系统进行连接，所述印制电路板上还设置有安装孔。进一步地，为了更好的进行循环供墨，所述供墨过渡层包括两个供墨块，两个供墨块分别设置在微驱动单元的两侧，两个供墨块均设置有供墨管孔。进一步地，为了便于供墨软管和供墨管孔的连接，所述供墨管孔的形状为上大下小的圆台型。进一步地，所述供墨块为上小下大的凸字型结构，上部与下部形成定位台阶；所述供墨块的上端嵌入印制电路板，并通过定位台阶对印制电路板进行定位。进一步地，所述供墨过渡层与振动板通过粘合剂粘结。进一步地，所述微驱动单元与振动板通过粘合剂粘结。进一步地，所述粘结剂为环氧树脂胶。进一步地，为了提高较大的驱动力，所述微驱动单元为图形化块材压电驱动器。本发明与现有技术相比，有益效果是：1、本发明用于3D打印的MEMS打印头封装，通过整体结构设计使得微驱动单元及喷嘴板下表面裸露。相比于传统的完全密闭的打印头封装结构，微驱动单元裸露更便于微驱动单元振动过程中，激光测振仪对其振动的测试，有助于对打印头芯片的性能进行快速评价。另外，喷嘴板下表面完全裸露，便于打印头墨滴喷射过程中对喷嘴周围的挂墨、残留墨水进行挂刷擦拭；而且可以保证墨滴观测过程中，CCD可以准确的抓取墨滴在喷嘴处图像，从而得出喷射各项参数，方便对打印头芯片结构的进一步优化。2、本发明用于3D打印的MEMS打印头封装，通过供墨过渡层及印制电路板的结构设计及布局，使得印刷线路板悬空于供墨过渡层之上，该结构一方面能够避免因印刷线路板与微驱动单元的直接接触从而影响微驱动单元振动性能的问题；另一方面，由于振动板及喷嘴板一般采用硅材料，韧性较小且易碎，因此，在墨滴观测过程中，打印头封装可通过印制电路板上设置的固定孔与观墨测试系统连接，从而起到对打印头芯片的机械保护作用。3、本发明的MEMS打印头封装即能用于2D打印也能用于3D打印。附图说明图1为本发明实施例一种MEMS打印头封装的结构爆炸图；图2为本发明实施例一种MEMS打印头封装的结构组装图；图3为图2的俯视图；图4为图2的仰视图；图5为图2中带有微驱动单元的振动板俯视图；图6为图2中供墨过度层的结构图。其中附图标记为：1-喷嘴板、11-喷嘴、2-振动板、21-上端入口、3-供墨过渡层、31-供墨块、32-供墨管孔、33-定位台阶、4-印制电路板、41-转接接口、42-开口、43-安装孔、44-电连接线、5-微驱动单元、6-供墨管。具体实施方式本发明中的MEMS打印头封装为立体喷印技术中的核心元器件，以下结合附图对本发明进行详细说明。如图1-6所示，本发明用于3D打印的MEMS打印头封装，包括打印头芯片、供墨过渡层3及印制电路板4，其中的打印头芯片包括振动板2、喷嘴板1及微驱动单元5。喷嘴板1、振动板2、供墨过渡层3及印制电路板4由下至上依次设置。其中喷嘴板1具有多个喷嘴11，且下表面完全裸露；振动板2具有流道结构，流道结构的上端具有两个微供墨口，下端出口与喷嘴板1的多个喷嘴11相通；微驱动单元5设置在振动板2上，用于驱动流道结构中的墨水通过喷嘴11喷出；供墨过渡层3设置在振动板2上且位于微驱动单元5的旁侧，具有与流道结构上端入口21相通的供墨管孔32；印制电路板4依靠供墨过渡层3悬空设置于振动板2的上方，且设置有微驱动单元5的转接接口41，转接接口41用于引入微驱动单元5的驱动信号；印制电路板4与供墨管孔32及微驱动单元5的对应处设置有开口42，使得外部供墨管6能够穿过印制电路板4与供墨管孔32连接，并使微驱动单元5裸露。在本实施例中，供墨过渡层3包括两个供墨块31，两个供墨块31分别设置在微驱动单元5的两侧，两个供墨块31均设置有供墨管孔32。在使用时，供墨管6插入供墨管孔32中，墨水从其中的供墨管6进入，并通过振动板2上的一个上端入口21进入流道结构，并在微驱动单元5的驱动下通过喷嘴11喷出；另一个供墨管6通过振动板2上的另一个上端入口21与流道结构相通，起到供墨过程中的排气作用。本发明实施例的供墨块31呈上小下大的凸字型结构，上部与下部形成定位台阶33。印制电路板4悬空设置于振动板2的上方，依靠供墨过渡层3的定位台阶33固定。印制电路板4与微驱动单元5的对应处设置有开口42，使微驱动单元5裸露，便于测试。印制电路板4上的转接接口41和微驱动单元5之间通过电连接线44连接。本实施例中的供墨管孔32的形状为上大下小的圆台型，该形状的供墨管孔32对密封胶体具有导胶作用，保证供墨管6处密封胶固化形状规则，确保供墨口处较强的密封性以及美化供墨口外观。在使用时，供墨管6插入该供墨管孔32中，采用粘合剂沿锥形周边进行胶体涂覆密封。本实施例中的供墨过渡层3与振动板2通过粘合剂粘结。微驱动单元5与振动板2也通过粘合剂粘结。本实施例中的粘合剂为聚酰亚胺、环氧树脂混合胶，混合均匀后，通过去泡机设备去除掉混合胶中的气泡。本实施例中的微驱动单元5为图形化块材压电驱动器，相比于传统打印头薄膜型压电陶瓷具有更大的驱动力，用于3D打印中高粘度墨水的驱动。通过均匀粘合剂粘接于振动板2上表面，振动板2上表面标有压电驱动粘接定位标记，便于微驱动单元5与流道结构精确对应。

权利要求：1.一种MEMS打印头封装，包括打印头芯片及印制电路板4，所述打印头芯片包括振动板2、喷嘴板1及微驱动单元5；其特征在于：还包括供墨过渡层3；所述喷嘴板1、振动板2、供墨过渡层3及印制电路板4由下至上依次设置；所述喷嘴板1具有多个喷嘴11，且下表面完全裸露；所述振动板2具有流道结构，所述流道结构的上端入口21进墨，下端出口与喷嘴板1的多个喷嘴11相通；所述微驱动单元5设置在振动板2上，用于驱动流道结构中的墨水通过喷嘴11喷出；所述供墨过渡层3设置在振动板2上且位于微驱动单元5的旁侧，具有与流道结构上端入口21相通的供墨管孔32；所述印制电路板4依靠供墨过渡层3悬空设置于振动板2的上方，且设置有微驱动单元5的转接接口41，所述转接接口41用于引入微驱动单元5的驱动信号；所述印制电路板4与供墨管孔32及微驱动单元5的对应处设置有开口42，使得外部供墨管6能够穿过印制电路板4与供墨管孔32连接，并使微驱动单元5裸露。2.根据权利要求1所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述印制电路板4上还设置有安装孔43。3.根据权利要求1或2所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述供墨过渡层3包括两个供墨块31，两个供墨块31分别设置在微驱动单元5的两侧，两个供墨块31均设置有供墨管孔32。4.根据权利要求3所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述供墨管孔32的形状为上大下小的圆台型。5.根据权利要求4所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述供墨块31为上小下大的凸字型结构，上部与下部形成定位台阶33；所述供墨块31的上端嵌入印制电路板4，并通过定位台阶33对印制电路板4进行定位。6.根据权利要求5所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述供墨过渡层3与振动板2通过粘合剂粘结。7.根据权利要求6所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述微驱动单元5与振动板2通过粘合剂粘结。8.根据权利要求7所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述粘结剂为环氧树脂胶。9.根据权利要求1所述的MEMS打印头封装，其特征在于：所述微驱动单元5为图形化块材压电驱动器。

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