一种利用喷墨技术实现增材制造电路板的方法

技术领域

本发明涉及柔性电路制造、光伏板制造、屏幕制造技术领域，具体为一种利用喷墨技术实现增材制造电路板的方法。

背景技术

在工业领域，数字化和物联网的发展尤为重要，这也使印刷电子的市场需求越来越大，许多的产品都可以通过印刷电子的引入来优化功能，特别对于有大面积电路，柔性电路，轻薄电子和可拉伸电子需求的应用来说，传统的电子器件由于制造工艺受限，难以满足这些方面的需求，大部分应用在图形产业里的工艺都可以用于打印功能性材料，如丝网印刷、柔性印刷和喷墨打印，根据应用的不同可以选择不一样的工艺，如今大面积传感器，电子元器件，在柔性、一次性使用、可拉伸材料上的应用，以及成本效益高的传感器是世界工业市场上热议的话题；

压电喷墨技术在印刷、打印领域已经得到广泛应用，在如今市场上，此技术多用于广告业、装饰业、服装业、包装业等需要量产图案设计、个性化设计的行业，用户利用此技术可实现由PC端直接到产品端的生产方式，利用其快速、易操作、限制少的特点，通过压电喷头、墨水、基材与设备四者的结合实现稳定的量产，但是，如今电路板制造方式较为单一，在基材、材料、幅面等方面受限，而且许多电子器件的制造方式会导致产生的废料、污染较大，此外电子器件的传统制造方式在用户使用的自由度方面也较为欠缺，在材料方面，针对喷墨技术的功能性材料研发较为欠缺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用喷墨技术实现增材制造电路板的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用喷墨技术实现增材制造电路板的方法，包括以下步骤：

S1、喷墨打印准备：根据图片和电路图获取需打印材料的位置信息确定在基板上打印时的尺寸与位置；

S2、对图像进行处理与转换：通过图像处理软件将图片栅格化、分割，最终转化为运动信号和喷墨控制信号；

S3、控制喷头在基材上喷墨：通过喷头控制软件控制喷头以特定波形在基材上喷墨；

S4、判断喷墨质量是否达标：通过喷墨监测摄像头判断喷墨质量是否达标；

S5、固化处理：完成一层喷墨后进行固化处理；

S6、判断每一层打印是否完成：通过打印监测摄像头判断每一层打印是否完成；

S7、重复进行每一层打印：根据每一层打印目标进行多层打印，直到完成增材制造电路板。

优选的，所述步骤S1中，通过图片和电路图获得待打印电路板的设计尺寸，根据获得的尺寸，准备尺寸相同的基板，放置在喷墨打印机中，根据需要打印的位置，将基板在喷墨打印机中的位置进行调整。

优选的，所述步骤S2中，在步骤S1准备好基板后，通过图像处理软件对电路图图片中的电路信息进行提取，首先对图片进行栅格化处理，将图像转换为由像素组成的网格图像，使相邻像素之间的距离相等，储存每个像素的颜色值，然后进行图像分割处理，通过设置阈值，然后进行图像灰度处理，通过图像滤波算法对图像去噪后，将图像分成不同灰度的区域，然后将存储电路图像的像素点进行分割提取，然后根据提取的电路信号转换为喷墨打印机中喷头的运动信号与喷嘴的喷墨控制信号，图像滤波算法包括Wiener滤波算法；

Wiener滤波算法具体如下：

在上式中，μ是像素的局部矩阵均值，σ

ν

优选的，所述步骤S3中，根据步骤S2中获取的喷头运动信号与喷墨控制信号，通过喷头控制软件控制喷头的运动与喷嘴的喷墨量，通过喷头控制软件控制喷嘴在基材上以呈特定波形的移动方向进行移动，特定波形由步骤S2中电路信号转化为运动信号生成，配合不同的喷墨量进行均匀地电路板喷墨打印。

优选的，所述步骤S4中，对步骤S3中喷墨打印完的一层进行喷墨质量检测，当检测出虚喷、断喷和漏喷时，进行标记并向步骤S3中返回检测结果，所述步骤S3接收到步骤S4中检测出的虚喷、断喷和漏喷位置后，调整喷墨打印的波形再次进行喷墨打印，然后再次通过步骤S3进行喷墨质量的检测，直到喷墨打印质量达标。

优选的，所述步骤S5中，对经过步骤S4检测达标的一层墨水进行UV固化处理，在进行墨水固化的过程中，为避免空气中的氧气会影响每一层的固化质量而引起的层与层之间无法很好的粘连，通过在喷墨环境中注入氮气，通过用非反应性气体淹没表面来消除化学上的氧化，通过在墨水或材料中提高粘度和增大厚度以减少氧气的扩散，或者增加光引发剂以增加自由基的产生，通过在设备中增加光的辐照度和能量密度以增加自由基的产生，或者增加UVC以增加涂层表面自由基的产生，使得每一层固化后的堆叠效果得以提升，其中，可以通过减少光源与基材的距离来增加光的辐照度，辐照度与发射源距离的平方成反比。当紫外线离其有效来源更远时，它们会相互扩散或偏离，从而导致在更远的距离上，在一个确定的区域内的浓度降低。

优选的，所述步骤S6中，通过打印监测摄像头判断每一层的打印是否完成，当检测到打印过程中出现打印质量不达标时，根据检测结果向步骤S3中返回调整结果，然后重新从步骤S3开始进行喷墨打印，直到步骤S6中判断该层打印合格。

优选的，所述步骤S7中，重复进行每一层的电路板打印，根据步骤S2中转换的电路信息，进行导电层、通孔层、绝缘层以及字符层的打印，对每一层喷墨打印后进行固化，然后进行对堆叠增材，直到完成电路板的打印。

优选的，在步骤S3中，在打印时有单喷头模式、双喷头模式和三喷头模式，其中，单喷头模式中的打印原材料为导电墨水，通过单种或多色材料的多层堆叠，实现特殊形状、特殊材料的个性化制造，并且根据喷头的不同可选择单色、双色或者多色的喷头，在双喷头模式中，打印原材料为导电墨水的喷头进行功能性材料的打印，打印原材料为绝缘材料的喷头进行支撑材料的打印，通过双喷头进行打印实现功能性材料和支撑材料的多层堆叠，其中支撑材料为水溶性或易降解性材料以方便去除，以此实现导电电路板的打印，最终组成柔性电路板，还可进行微型管道打印，在三喷头模式中，三个喷头分别采用支撑材料、导电材料和功能性材料为原材料进行打印。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过喷墨技术和特定的固化技术，对材料在特定的位置进行堆叠实现增材制造，配合使用功能性材料，为特定基材或产品提供附加功能和附加价值，通过喷墨技术不仅灵活度高、易于个性化设计，而且打印出的电路精准且高效，通过喷墨后固化，在增材制造电路板的过程中实现了低成本、无废料和无污染，通过多种喷头模式，使得多种材料结合打印，并功能集成打印，提高了打印效率，还使得电路板的打印不受基材和幅面限制。

附图说明

图1为本发明实施例提供步骤示意图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种利用喷墨技术实现增材制造电路板的方法，包括以下步骤：

S1、喷墨打印准备：根据图片和电路图获取需打印材料的位置信息确定在基板上打印时的尺寸与位置；

S2、对图像进行处理与转换：通过图像处理软件将图片栅格化、分割，最终转化为运动信号和喷墨控制信号；

S3、控制喷头在基材上喷墨：通过喷头控制软件控制喷头以特定波形在基材上喷墨；

S4、判断喷墨质量是否达标：通过喷墨监测摄像头判断喷墨质量是否达标；

S5、固化处理：完成一层喷墨后进行固化处理；

S6、判断每一层打印是否完成：通过打印监测摄像头判断每一层打印是否完成；

S7、重复进行每一层打印：根据每一层打印目标进行多层打印，直到完成增材制造电路板。

步骤S1中，通过图片和电路图获得待打印电路板的设计尺寸，根据获得的尺寸，准备尺寸相同的基板，放置在喷墨打印机中，根据需要打印的位置，将基板在喷墨打印机中的位置进行调整；通过图片和电路图获得待打印电路板的设计尺寸，不仅灵活度高而且易于个性化设计；

步骤S2中，在步骤S1准备好基板后，通过图像处理软件对电路图图片中的电路信息进行提取，首先对图片进行栅格化处理，将图像转换为由像素组成的网格图像，使相邻像素之间的距离相等，储存每个像素的颜色值，然后进行图像分割处理，通过设置阈值，然后进行图像灰度处理，通过图像滤波算法对图像去噪后，将图像分成不同灰度的区域，然后将存储电路图像的像素点进行分割提取，然后根据提取的电路信号转换为喷墨打印机中喷头的运动信号与喷嘴的喷墨控制信号，图像滤波算法包括Wiener滤波算法；Wiener滤波算法具体如下：

在上式中，μ是像素的局部矩阵均值，σ

ν

步骤S3中，根据步骤S2中获取的喷头运动信号与喷墨控制信号，通过喷头控制软件控制喷头的运动与喷嘴的喷墨量，通过喷头控制软件控制喷嘴在基材上以呈特定波形的移动方向进行移动，特定波形由步骤S2中电路信号转化为运动信号生成，配合不同的喷墨量进行均匀地电路板喷墨打印；通过控制喷头进行特定波形式移动，进行喷墨打印，可以实现稳定的增材制造；

步骤S4中，对步骤S3中喷墨打印完的一层进行喷墨质量检测，当检测出虚喷、断喷和漏喷时，进行标记并向步骤S3中返回检测结果，步骤S3接收到步骤S4中检测出的虚喷、断喷和漏喷位置后，调整喷墨打印的波形再次进行喷墨打印，然后再次通过步骤S3进行喷墨质量的检测，直到喷墨打印质量达标；通过对喷墨质量进行检测，提高生产质量；

步骤S5中，对经过步骤S4检测达标的一层墨水进行UV固化处理，在进行墨水固化的过程中，为避免空气中的氧气会影响每一层的固化质量而引起的层与层之间无法很好的粘连，通过在喷墨环境中注入氮气，通过用非反应性气体淹没表面来消除化学上的氧化，通过在墨水或材料中提高粘度和增大厚度以减少氧气的扩散，或者增加光引发剂以增加自由基的产生，通过在设备中增加光的辐照度和能量密度以增加自由基的产生，或者增加UVC以增加涂层表面自由基的产生，使得每一层固化后的堆叠效果得以提升，其中，可以通过减少光源与基材的距离来增加光的辐照度，辐照度与发射源距离的平方成反比。当紫外线离其有效来源更远时，它们会相互扩散或偏离，从而导致在更远的距离上，在一个确定的区域内的浓度降低；通过调整墨水或材料、设备、打印环境，使得固化效果得以提升；

步骤S6中，通过打印监测摄像头判断每一层的打印是否完成，当检测到打印过程中出现打印质量不达标时，根据检测结果向步骤S3中返回调整结果，然后重新从步骤S3开始进行喷墨打印，直到步骤S6中判断该层打印合格；通过打印质量的判断，提高生产质量；

步骤S7中，重复进行每一层的电路板打印，根据步骤S2中转换的电路信息，进行导电层、通孔层、绝缘层以及字符层的打印，对每一层喷墨打印后进行固化，然后进行对堆叠增材，直到完成电路板的打印；通过多层堆叠打印，实现增材制造；

在步骤S3中，在打印时有单喷头模式、双喷头模式和三喷头模式，其中，单喷头模式中的打印原材料为导电墨水，通过单种或多色材料的多层堆叠，实现特殊形状、特殊材料的个性化制造，并且根据喷头的不同可选择单色、双色或者多色的喷头，在双喷头模式中，打印原材料为导电墨水的喷头进行功能性材料的打印，打印原材料为绝缘材料的喷头进行支撑材料的打印，通过双喷头进行打印实现功能性材料和支撑材料的多层堆叠，其中支撑材料为水溶性或易降解性材料以方便去除，以此实现导电电路板的打印，最终组成柔性电路板，还可进行微型管道打印，在三喷头模式中，三个喷头分别采用支撑材料、导电材料和功能性材料为原材料进行打印；通过多喷头打印，实现多种材料结合、功能集成。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。