基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头及打印方法

摘要

本发明提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头及打印方法，包括：针体，所述针体内设有浆料输送管道；所述浆料输送管道包括连接于针筒的主管道和与所述主管道连通的分流管道；针头，所述针头包括形成于所述针体前端的连接板和多个形成于所述连接板底端并相对于所述连接板向前伸出的针头本体；多个所述针头本体分别与所述分流管道的各个底端分支相连通，且各个所述针头本体的出料口与所述针体的底面呈水平布置。用以解决现有技术中采用直写打印技术打印栅极线时效率低下、栅极线高宽比较低的缺陷，实现高高宽比、40um以下线宽的太阳能电池基板栅极线的高效打印。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能面板的栅极线打印技术领域，尤其涉及一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头及打印方法。

背景技术

目前，太阳能面板已经可以通过丝网印刷进行商业化生产，但丝网印刷存在较多的材料浪费，且无法完成线宽40μm以下的栅极线印刷，且由于丝网印刷工艺自身局限性，导致太阳能栅极线高宽比较低，太阳能电池受光面积较小，其效率无法进一步提升。同时，太阳能电池硅基呈减薄趋势，丝网印刷工艺需要和太阳能板接触，易造成基板变形和破裂，进而造成产能损失。

直写打印方法较之丝网印刷有着较大的优势，比如，避免了材料浪费，对基板无挤压，不会造成基板变形或破裂，等。但是，太阳能电池板硅片不平整度一般大于20um，使用传统的直写打印方法进行大面积打印，无法保证浆料和基板紧密接触，因而会出现栅极线和基板黏附不牢现象，栅极线固化后易脱落；同时，现有的直写打印效率较低，单针5mm/s打印速度打印156mm*156mm太阳能电池板打印需求时间接近4h，远无法满足实际量产需求。

发明内容

本发明提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头及打印方法，用以解决现有技术中采用直写打印技术打印栅极线时效率低下、高宽比较低的缺陷，实现高高宽比、40um以下线宽的太阳能电池基板栅极线的高效打印。

本发明提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，包括：

针体，所述针体内设有浆料输送管道；所述浆料输送管道包括连接于针筒的主管道和与所述主管道连通的分流管道；

针头，所述针头包括形成于所述针体前端的连接板和多个形成于所述连接板底端并相对于所述连接板向前伸出的针头本体；多个所述针头本体分别与所述分流管道的各个底端分支相连通，且各个所述针头本体的出料口与所述针体的底面呈水平布置。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，所述连接板和针头本体为根据需要打印的栅极线的高宽比确定针头高宽比参数后，按照所述针头高宽比参数一体成型的陶瓷多针结构；所述针头本体的出料口孔径小于40um。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，所述分流管道包括与所述主管道连通的集成端，和与所述集成端分别连通且间隔均匀布置的多个底端分支。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，

所述集成端和每个所述底端分支以及针头本体的连接均构成一条浆料流道，所述浆料流道的各个拐角均设置为倒角。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，所述针体内还设有气浮装置，所述气浮装置包括：

进气管道，所述进气管道外接气泵；

分气管道，布置于所述针体内底面，并与所述进气管道气路连接；所述分气管道的各个出气口分别贯穿所述针体的底面，形成由所述针体底面向外吹气的多个出气点。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，多个所述出气点在所述针体底面上均匀布置。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头，所述针体顶部还设有弹性连接装置；所述弹性连接装置用于所述针体与外部设备的连接，并在所述出气点的气流影响下，调整所述针体底面与太阳能基板间的距离。

本发明还提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头组件，包括多个彼此并排设置的根据权利要求1-7中任一项所述的栅极线打印针头。

本发明还提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法，所述栅极线打印方法通过如前所述的栅极线打印针头或栅极线打印针头组件执行，所述栅极线打印方法包括：

将所述栅极线打印针头安装在打印机上后，在料筒中灌入浆料后安装在螺杆阀或气动点胶机上与所述栅极线打印针头的主管道相连接；

启动螺杆阀或气动点胶机至每个针头本体均开始稳定出料后，控制针头本体至打印起始点，根据打印需要调整针头本体和太阳能基板间的距离；

控制各个螺杆阀按照统一转速或气动点胶机按照统一气压再次开启，在匀速下移动所述栅极线打印针头，完成所述太阳能基板的栅极线打印。

根据本发明提供的一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法，根据打印需要调整针头本体和太阳能基板间的距离，包括：

依据计算机视觉方法调整针头本体和太阳能基板接触；并根据打印需要调整气浮装置的气体流量至固定流量。

本发明提供的基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头及打印方法，通过直写3D打印工艺进行栅极线打印，利用由连接板和多个形成于所述连接板底端并相对于所述连接板向前伸出的针头本体组成的针头，能够在针头出料口孔径和针头高宽比的调整下，实现40um以下，甚至达到20um线宽的栅极线的打印，使得栅极线的高宽比得以提高；通过多个针头本体和分流管道的分别连接，且针头本体相对于连接板向前伸出，使得各个针头本体的出料口与针体底面呈水平布置，形成多z轴控制的多头同步打印，实现了太阳能电池基板栅极线的高效打印。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头的结构示意图；

图2是图1所示A部分的局部放大结构示意图；

图3是本发明提供的连接板和针头本体的结构示意图；

图4是图3所示部分B的局部放大结构示意图；

图5是应用本发明提供的3D打印工艺的栅极线打印针头打印太阳能电池基板的工艺示意图；

图6是本发明提供的基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法的流程示意图之一；

图7是本发明提供的基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法的流程示意图之二；

图8是应用本发明提供的3D打印工艺的栅极线打印方法打印太阳能电池基板的流程示意图。

附图标记：

1：针体； 2：针头； 3：主管道；

4：分流管道； 5：连接板； 6：针头本体；

7：进气管道； 8、分气管道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1-图5描述本发明的基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头。该栅极线打印针头具体包括：

针体1，所述针体1内设有浆料输送管道；所述浆料输送管道包括连接于针筒的主管道3和与所述主管道3连通的分流管道4；

针头2，所述针头2包括形成于所述针体1前端的连接板5和多个形成于所述连接板5底端并相对于所述连接板5向前伸出的针头本体6；多个所述针头本体6分别与所述分流管道4的各个底端分支相连通，且各个所述针头本体6的出料口与所述针体1的底面呈水平布置。

根据以上描述，在本发明提供的栅极线打印针头中，主管道3连接灌注有用于打印的浆料的针筒，其中，浆料不限于常用于打印栅极线的银浆料，也可以采用诸如铜浆料等其他导电率较高的金属浆料。针筒中的浆料经主管道3流入分流管道4内，最后经分流管道4均匀的由多个针头本体6同时流出，从而实现多针同时对太阳能电池基板或者其他任意基板的栅极线进行打印，使得打印的效率大幅提高。同时，通过连接板5将针头本体6和针体1相连接，使得连接更加稳定，针头本体6在连接板5上的伸出设置，又使得针头本体6的出料口和针体1底面呈水平布置，即实现针头本体6出料口和太阳能电池基板的垂直方向布置，形成多z轴控制的多头同步打印，便于浆料稳定高效的流出，进一步实现了太阳能电池基板栅极线的高效打印。

当将针头本体6设置为内径小于40μm的多针打印针头时，将该针头配合高精度运动控制系统，还能满足40μm以下线宽，高宽比较高的打印要求。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述连接板5和针头本体6为根据需要打印的栅极线的高宽比确定针头高宽比参数后，按照所述针头高宽比参数一体成型的陶瓷多针结构；所述针头本体的出料口孔径小于40um；针头出料方向和基板呈水平布置，且针头顶部外壁较底部外壁突出，所以调节针头高宽比即可实现对应高宽比的金属栅极线打印，一体成型的结构避免了连接板5和针头本体6间的连接，减少了浆料在连接处存集的可能，提高了浆料的利用率，避免了浪费；同时，陶瓷多针结构可以将针头加工到很细，使得针头本体的出料口孔径小于40um，从而完成目前采用丝网印刷工艺制成的太阳能栅极线所完全不能达到的40um以下线宽规格，且在配合按照不同针头高宽比参数制成的一体成型陶瓷多针结构，更能实现40um，甚至20um的高高宽比的栅极线打印。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分流管道4包括与所述主管道3连通的集成端，和与所述集成端分别连通且间隔均匀布置的多个底端分支。

更进一步地，所述集成端和每个所述底端分支以及针头本体6的连接均构成一条浆料流道，所述浆料流道的各个拐角均设置为倒角。浆料流道的倒角设计，减小了浆料流动的阻力，使得打印更加顺畅，从而适应多种浆料的应用。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述针体1内还设有气浮装置，所述气浮装置包括：

进气管道7，所述进气管道7外接气泵；

分气管道8，布置于所述针体1内底面，并与所述进气管道7气路连接；所述分气管道8的各个出气口分别贯穿所述针体1的底面，形成由所述针体1底面向外吹气的多个出气点。

在气泵开启后，稳定的气流经进气管道7进入各个分气管道8，再由各个分气管道8到出气点输出至针体1底面的外部，从而在针体1底面和太阳能电池基板间形成稳定的气流压力，且针体1重量固定，因而气流压力能够使得针体1和太阳能电池基板表面不接触，且距离固定不变，进而避免基板和针头本体6间的摩擦，也就避免了基板和针头本体6的损坏，同时规避了因太阳能电池基板平整度差导致的栅极线打印不稳定，易脱落的现象；同时，在面对采用本发明所述陶瓷多针结构打印线宽小于40um的较细的栅极线时，对于打印的稳定性要求随线宽的减小而逐渐升高，通过气浮装置实现对针头本体6和太阳能电池基板间的距离控制，能够显著提高打印的稳定性。

在本发明的一个实施例中，多个所述出气点在所述针体1底面上均匀布置。

出气点在针体1底面的均匀布置，能够实现针体1底面对太阳能电池基板的多点均匀吹气，使针体1与太阳能电池基板间的距离稳定且均衡，利于保证针头本体6打印的均匀性，和浆料与太阳能电池基板连接的紧密性。

在本发明的一个实施例中，所述针体1顶部还设有弹性连接装置；所述弹性连接装置用于所述针体1与外部设备的连接，并在所述出气点的气流影响下，调整所述针体1底面与太阳能基板间的距离。

弹性连接装置和气浮装置的配合，使得在因太阳能电池基板不平整造成的针体1与基板间距离需要调整时，弹性连接装置的弹性变化能够随时适应针体1的上下运动。

具体地，应用本发明提供的3D打印工艺的栅极线打印针头打印太阳能电池基板的工艺可以参考图5：

1、太阳能电池基板在上料区自动上料,启动自动化软件，真空泵开启陶瓷吸盘自动吸附太阳能电池基板，陶瓷吸盘自动转移至工位1，并实现自动机械归零对位和调节水平度；

2、在预打印区，螺杆阀自动开启，自动化软件控制流速，待浆料挤出至每个针头本体6均开始稳定出料(仅换料后第一片产品需要挤出进行预打印)后，多针开始转移至打印起始点；

3、每组多针转移至打印起始点后，依据计算机视觉算法，自动调至针头和基板刚好接触，多针气浮装置自动打开，控制气体流量，使得多针距离基板距离稳定在固定高度后，每组Z轴均调至统一的螺杆转速参数(或气压参数)、统一的打印针头运动速度完成样板横向细栅极线的打印；

4、陶瓷吸盘自动转移至工位2，重复步骤1-4，完成纵向主栅极线的打印；

5、陶瓷吸盘自动转移至红外烧结区域进行光固化，完成栅线烧结；

6、真空泵关闭，太阳能电池基板在下料区下料，单片单面打印流程结束；

7、陶瓷吸盘载台自动转移至工位1，重复步骤1-7，进行后续样品打印。

另外，本发明的还提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印针头组件，该栅极线打印组件包括多个如上所述的栅极线打印针头。

例如，如图5所示，在工位1处栅极线打印组件供包括3个栅极线打印针头，3个栅极线打印针头并排设置，形成一维阵列，同步对太阳能电池基板进行栅极线打印。

此外，如图6所示，本发明还提供一种基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法，所述栅极线打印方法通过如前所述的栅极线打印针头或栅极线打印针头组件执行，所述栅极线打印方法包括：

610、将所述栅极线打印针头安装在打印机上后，在料筒中灌入浆料后安装在螺杆阀或气动点胶机上与所述栅极线打印针头的主管道3相连接；

620、启动螺杆阀或气动点胶机至每个针头本体6均开始稳定出料后，控制针头本体6至打印起始点，根据打印需要调整针头本体6和太阳能基板间的距离；

630、控制各个螺杆阀按照统一转速或气动点胶机按照统一气压再次开启，在匀速下移动所述栅极线打印针头，完成所述太阳能基板的栅极线打印。

由于该栅极线打印方法通过如上所述的栅极线打印针头或栅极线打印针头组件执行，因此同样具备如上所述的各项优势。

在一个实施例中，依据计算机视觉方法调整针头本体6和太阳能基板接触；并根据打印需要调整气浮装置的气体流量至固定流量。

通过计算机视觉方法对针头本体6和太阳能基板接触后，气浮装置的气体流量调整至固定流量，因为针头的质量一定，而气体流量也一定，所以针体1和太阳能基板间的气体压力也一定，进而实现了通过气流控制针头本体6与太阳能基板间的距离达到固定的目的。

具体地，该栅极线打印方法的流程如图7所示，包括以下步骤：

710、将所述栅极线打印针头安装在打印机上后，在料筒中灌入浆料后安装在螺杆阀或气动点胶机上与所述栅极线打印针头的主管道相连接；

720、启动螺杆阀或气动点胶机至每个针头本体6均开始稳定出料后，控制针头本体6至打印起始点，依据计算机视觉方法调整针头本体6和太阳能基板接触；

730、根据打印需要调整气浮装置的气体流量至固定流量；

740、控制各个螺杆阀按照统一转速或气动点胶机按照统一气压再次开启，在匀速下移动所述栅极线打印针头，完成所述太阳能基板的栅极线打印。

例如，如图8所示，将该基于直写3D打印工艺的栅极线打印方法应用于太阳能电池基板生产过程中具体包括如下步骤：

810、浆料上料；

820、太阳能电池基板上料；

830、对太阳能电池基板自动机械归零对位和调节水平度；

840、在预打印区，自动化软件控制流速，待浆料挤出至每个针头本体6均开始稳定出料后，转移至打印起始点；

850、在打印起始点依据计算机视觉方法自动调至针头本体6和太阳能电池基板刚好接触；

860、气浮装置开启，控制气体流量调整针头本体6距离太阳能电池基板距离稳定在固定高度；

870、每组z轴均调至统一的螺杆转速参数或气压参数，以及统一的针头本体6运动速度，完成样板横向细栅极线的打印；

880、太阳能电池基板移动后，再次自动机械归零对位和调节水平度；

890、依据计算机视觉方法再次调整针头本体6和太阳能电池基板刚好接触；

900、气浮装置再次开启，控制气体流量调整针头本体6距离太阳能电池基板距离稳定在固定高度后，完成纵向主栅极线打印；

910、将太阳能电池基板转移至红外烧结区域进行光固化，完成栅极线烧结；

920、太阳能电池基板下料，单片单面打印流程结束。

由于该栅极线打印方法通过如上所述的栅极线打印针头或栅极线打印针头组件执行，因此同样具备如上所述的各项优势。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。