[0003] 本发明为了克服上述脱衬底纳米线制造技术的不足，发明一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置及方法。利用电流体动力效应形成的微纳尺度电喷射流在衬底上逐滴/逐叠打印出三维固定支座，三维固定支座内含有的溶剂不断挥发，当支座为半固化时具有一定黏性，更换梁结构溶液并调节打印参数获得微纳尺度高粘连续射流，将此射流打印到三维固定支座上，高粘连续射流与半固化固定支座充分黏合，待两者完全固化获得微纳简支梁结构，利用高能激光热解去除一端三维固定支座或利用微切割技术分割简支梁结构，得到微纳悬臂梁结构。此方法具有材料适应性广、加工周期短、成本低等优点。
[0004] 本发明采取的技术方案是：一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印装置，该装置利用利用电流体动力效应聚焦形成的微纳尺度射流或液滴，逐滴/逐叠打印制备出三维固定支座，待支座内溶剂挥发至半固化且黏性合适时，在其上方打印微纳尺度高粘连续射流，高粘连续射流与半固化支座充分黏合、固化，形成微纳梁结构，利用高能激光热解去除一端三维固定支座或利用微切割技术分割简支梁结构，得到微纳悬臂梁结构。该装置包括电射流三维打印模块、激光热解模块和微切割模块；所述的电射流三维打印模块包括X‑Y运动平台、衬底、高速相机、高压电源、注射泵、微量注射器、梁结构溶液、导管、喷针、喷针夹具、Z运动轴、梁结构溶液高粘连续射流、柱状固定支座、微纳简支梁、矩形固定支座、固定支座溶液、支座溶液射流、支座溶液液滴；所述的衬底固定在X‑Y运动平台；所述的高速相机用于观测微纳尺度梁结构的制备过程；所述的微量注射器置于注射泵上，微量注射器抽取固定支座溶液并通过导管将其输送至喷针内，喷针安装在喷针夹具，喷针夹具固定在Z运动轴上；所述的高压电源通过喷针夹具向喷针及固定支座溶液施加电压，此时喷针与衬底之间形成电场，固定支座溶液在电场力、重力、溶液表面张力/粘滞力等复合作用下在喷针出口处形成支座溶液射流或支座溶液液滴，支座溶液射流逐层叠加三维打印出矩形固定支座，支座溶液液滴逐滴累加三维打印出柱状固定支座；所述的矩形固定支座和柱状固定支座内含有的溶剂不断挥发，支座黏度不断增大，逐渐趋于半固化；所述的梁结构溶液在多力复合作用下于喷针出口处形成微纳尺度的梁结构溶液高粘连续射流，高粘连续射流在Z运动轴拖动下搭在矩形固定支座和柱状固定支座上，高粘连续射流与具有黏性的半固化支座充分黏合，形成微纳简支梁；所述的高速相机用于观测打印过程中支座溶液射流(支座溶液液滴、梁结构溶液高粘连续射流)的喷射行为，根据观测到的喷射行为调节打印参数，以保证射流的稳定性；所述的高速相机用于观测梁结构溶液高粘连续射流与矩形固定支座、柱状固定支座的位置关系，根据观测到的结果调节射流速度和喷射位置，以保证高粘连续射流搭在固定支座上；所述的固定支座内溶剂挥发时间影响支座的黏度，固定支座的黏度和梁结构溶液高粘连续射流的黏度影响两者黏合，进而影响微纳尺度梁结构的尺寸、形貌等特征。
[0005] 所述的激光热解模块包括激光器运动系统、激光器、激光束和微纳悬臂梁；所述的激光器运动系统控制激光器的运动，进而控制激光束的运动；所述的激光器发出激光束辐照矩形固定支座和柱状固定支座的一侧，单侧固定支座在高能激光束作用下热解，微纳简支梁因单侧支座的热解而悬空，制备得到微纳悬臂梁；所述的高速相机用于观测激光束热解固定支座的情况，根据观测结果，调节激光束辐照参数，并通过激光器运动系统调节激光束的运动参数，以保证制备出微纳悬臂梁。
[0006] 所述的微切割模块包括微切割刀具、刀具驱动系统和刀具进给系统；所述的微切割刀具固定在刀具驱动系统上，刀具驱动系统向微切割刀具提供动力参数；所述的刀具进给系统控制微切割刀具的切割进给参数，微切割刀具分割微纳简支梁，得到微纳悬臂梁，分割不同位置可得到不同长度的微纳悬臂梁；所述的高速相机用于观察微切割刀具分割微纳简支梁的情况，根据观测结果，调节分割位置，并通过刀具驱动系统和刀具进给系统调节微切割刀具的切割参数、运动参数等，以保证制备出微纳悬臂梁。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明还提供一种制备微纳尺度梁结构的电射流三维打印方法，采用上述的打印制造装置进行实施，其方法步骤具体如下：
[0008] 第一步，三维打印固定支座
[0009] 首先将衬底固定在X‑Y运动平台，微量注射器放置于注射泵上，微量注射器抽取一定体积的固定支座溶液并通过导管将其输送至喷针内，喷针安装在喷针夹具上，喷针夹具固定在Z运动轴上，高压电源通过喷针夹具向喷针及固定支座溶液施加电压，此时喷针与衬底之间形成电场，固定支座溶液在电场力、重力、溶液表面张力/粘滞力等作用下于喷针出口处形成支座溶液射流，支座溶液射流逐层叠加三维打印出矩形固定支座；另外，调节参数，固定支座溶液在多力复合作用下于喷针出口处形成支座溶液液滴，支座溶液液滴逐滴累加三维打印出柱状固定支座；矩形固定支座和柱状固定支座内含有的溶剂不断挥发，固定支座黏度不断增大，逐渐趋于半固化；高速相机用于观测打印过程中支座溶液射流或支座溶液液滴的喷射行为，根据观测到的喷射行为调节打印参数，以保证射流的稳定性。
[0010] 第二步，打印微纳简支梁
[0011] 微量注射器抽取一定体积的梁结构溶液并通过导管将其输送至喷针内，梁结构溶液在多力复合作用下于喷针出口处形成微纳尺度的梁结构溶液高粘连续射流，高粘连续射流在运动轴的拖动下搭在两个矩形固定支座或柱状固定支座上，高粘连续射流与具有黏性的半固化支座充分黏合、固化，形成微纳简支梁；高速相机用于观测梁结构溶液高粘连续射流与矩形固定支座、柱状固定支座的位置关系，根据观测到的结果调节射流速度和喷射位置，以保证高粘连续射流搭在固定支座上；固定支座内溶剂挥发时间影响支座的黏度，固定支座的黏度和梁结构溶液高粘连续射流的黏度影响两者黏合，进而影响微纳尺度梁结构的尺寸、形貌等特征。
[0012] 第三步，制备微纳悬臂梁
[0013] 激光器发出激光束辐照矩形固定支座和柱状固定支座的一侧，单侧固定支座在高能激光束作用下热解，微纳简支梁因单侧支座的热解而悬空，制备得到微纳悬臂梁；高速相机用于观测激光束热解固定支座的情况，根据观测结果，调节激光束辐照参数，并通过激光器运动系统调节激光束的运动参数，以保证制备出微纳悬臂梁；微切割刀具固定在刀具驱动系统上，刀具驱动系统向微切割刀具提供动力参数，刀具进给系统控制微切割刀具的切割进给参数；具有一定转速的微切割刀具在刀具进给系统的控制下分割打印的微纳简支梁，得到微纳悬臂梁，分割不同位置可得到不同长度的微纳悬臂梁；高速相机用于观察微切割刀具分割微纳简支梁的情况，根据观测结果，调节分割位置，并通过刀具驱动系统和刀具进给系统调节微切割刀具的切割参数、运动参数等，以保证制备出微纳悬臂梁。
[0014] 本发明的有益效果为：利用电射流打印方法实现微纳尺度梁结构的制造，先在衬底上三维打印出间隔的固定支座，再在固定支座上打印上微纳尺度高粘连续射流，形成微纳简支梁，借助激光束热解单侧支座或机械分割简支梁，制备出微纳悬臂梁。电射流打印方法制造微纳尺度梁结构具有材料适应性广、加工周期短等优点，为微纳梁结构高性能器件的高效、低成本制造提供有效途径。附图说明：
[0015] 图1是本发明实施例中的微纳尺度梁结构三维打印装置示意图。
[0016] 图2是本发明实施例中的三维打印矩形固定支座的示意图。
[0017] 图3是本发明实施例中的三维打印柱状固定支座的示意图。
[0018] 图4是本发明实施例中的打印微纳简支梁的示意图。
[0019] 图5是本发明实施例中的激光热解单侧支座制备微纳悬臂梁的示意图。
[0020] 图6是本发明实施例中的机械分割微纳简支梁制备微纳悬臂梁的示意图。
[0021] 图中：1 X‑Y运动平台、2衬底、3高速相机、4高压电源、5注射泵、6微量注射器、7梁结构溶液、8导管、9喷针、10喷针夹具、11 Z运动轴、12梁结构溶液高粘连续射流、13激光器运动系统、14激光器、15激光束、16柱状固定支座、17微纳简支梁、18矩形固定支座、19微切割刀具、20刀具驱动系统、21刀具进给系统、22固定支座溶液、23支座溶液射流、24支座溶液液滴；25微纳悬臂梁。
