大高宽比微柱制备方法、微柱阵列制备方法、3D打印设备与流程

大高宽比微柱制备方法、微柱阵列制备方法、3d打印设备
技术领域
1.本发明属于微柱制备技术领域，具体涉及一种大高宽比微柱制备方法、微柱阵列制备方法、3d打印设备。


背景技术：

2.微柱阵列是一片均匀排列的微米尺寸的柱子结构，该柱子截面可以是圆形或者方形，通常直径几百微米，长度可达1000μm。铜、银、硅、玻璃、聚合物(包括su
‐
8和pdms)等均是常见的微柱制备材料。经过亲水处理的微柱阵列可以被用作毛细泵，其被广泛地用作侧向层析检测的基底材料。
3.目前，微柱阵列电极主要是通过复杂的光刻工艺制造的，包括类似liga的工艺，碳化在基板上构图的光刻胶以及同质外延生长。prehn等人已有报道利用光刻，金属化和电沉积技术制造了具有10μm柱高的微柱阵列电极。其次，sanchez
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molas等人用溅射和深反应离子刻蚀(drie)制备了具有更高微柱(最大125μm)的微柱阵列电极，这种方法显示出更好的清晰度和可重复性。然而，制造过程通常不仅昂贵而且耗时。另外，纵横比和立柱高度都受到光刻工艺的限制。此外，单纯使用3d技术制备电化学检测传感器，则需要购买高昂的3d打印机，且打印传感器的耗费时间长。由于制备高的微柱高度可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流，因此制备具有更高微柱的微柱阵列电极对于开发用于化学和生物物质的低成本和高灵敏度微传感器至关重要。
4.目前制备微柱阵列的方法主要有：离子刻蚀技术、电化学刻蚀、紫外光刻等技术。 然而，光刻或化学刻蚀的方法，加工流程比较复杂，添加的化学腐蚀材料容易造成环境污染。这些制备方法主要适用同等参数的加工，操作复杂、耗时、限制使用范围、制备的结构只能实现单一功能(液滴操控或干粘附)。
5.超高深宽比金属微柱阵列作为阵列电极具有良好的电化学特性，可以使金属微器件的频率范围、灵敏度、可靠性等性能得到显著提升，并且因其具有较大的比表面积，可以大幅度地提高散热效率。所以，超高深宽比金属微柱阵列在航空航天、能源、光学、通信、生物医学等方面应用日益广泛，其加工制备方法受到了科研人员的关注。现有的高深宽比金属微柱阵列器件的加工方法主要有微细电火花、微细电解加工技术、liga和uv-liga技术等。uv-liga技术作为金属微阵列器件的主要制作方法之一，具有加工精度高、加工效率高、 可批量制造等优点。然而，利用uv-liga技术制作高深宽比金属微柱阵列器件时，如果微柱的深宽比过大，由于液相传质受限，往往会出现光刻工艺中的显影困难以及微电铸工艺中的“失铸”现象，从而导致制作失败。这是因为在su-8光刻胶的光刻工艺中，由于微盲孔深宽比较大，显影液难以进入到微盲孔中，并且显影过程中的su-8胶碎片也难以从深孔中排出，往往导致显影失败，从而无法获得电铸用的胶膜结构。而在微米尺寸的深孔电铸中，由于电铸液的传质受限，电铸液很难进入到深孔中，使得析出的金属离子不能及时得到补充，并且反应过程中阴极生成的气泡难以排出，导致“失铸”现象的出现，从而无法获得所需要的微柱结构。微柱阵列结构的深宽比越大，制作过程中液相传质的阻力就越大，所以超高深宽比
金属微柱阵列制作的成品率近乎为零。
6.《中国机械工程》2008年第19卷第12期第1457-1461页提出利用活动屏蔽膜板进行高深宽比微结构的微细电铸技术，通过屏蔽膜板动态地限制电沉积的区域，用低深宽比的膜板图形加工出高深宽比的金属微结构，获得了特征尺寸500μm、深宽比为5:1的微柱电极阵列，但是这种方法在制作过程中活动膜板的移动极易破坏金属微柱结构。
7.《激光技术》2006年第一期第30卷47-49页开展了一项微电铸工艺研究，在瓦特镀镍的基础上改进电铸液参数，电铸溶液添加一定量的小分子量无机物(表面活性剂十二烷 基硫酸钠)来减小电铸液表面张力，从而提高深铸能力。该研究选用了最佳的表面添加剂含量的电镀液，加工出直径32μm，深2000μm，深宽比约为7:1的结构。该研究表明，当十二烷基硫酸钠的加入量大于0 .05g/l时，表面活性剂对电铸液表面张力的改善效果不大，所以表面活性剂的添加对深铸能力的提高有限。
8.申请号为cn201510969313.2的中国发明专利，公开了金属镍基底上制备高密集微细镍圆柱阵列的方法，公开了一种基于uv-liga工艺在金属镍基底上制备高密集型镍圆柱阵列的方法，经过两次匀胶、曝光及超声显影工艺制作su-8胶膜，再通过超声电铸镍、研磨、去胶等工艺得到直径80μm，高 250μm，深宽比约为3:1的微圆柱阵列。该方法一定程度上解决了高深宽比微结构的“失铸
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问题，但制作的微柱结构深宽比有限，而且在利用超声显影和超声电铸容易破坏胶膜结构使得胶膜脱离基底，从而导致制作失败。
9.目前，利用uv-liga技术制作高深宽比金属微柱阵列的方法仍存在技术上的瓶颈， 尤其是在深宽比大于或远大于10:1的超高深宽比金属微柱阵列的制作工艺研究方面，这个技术瓶颈亟待突破。


技术实现要素：

10.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种大高宽比微柱制备方法、微柱阵列制备方法、3d打印设备。可基于3d打印的方式，快速高效的制备大于或远大于10:1的超高深宽比金属微柱。
11.本发明采用以下技术方案：本发明实施例第一方面提供一种大高宽比微柱制备方法，包括步骤：s1、打印喷头在基板表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底；这里设置一个停留是为了形成一个较大的焊点，即所述打印基底，使得微柱与基板有一个较好的粘附力，为制备大高宽比微柱奠定基础。
12.s2、打印喷头在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源；s3、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，以完成微柱打印。
13.作为优选方案，打印过程中微柱横截面积由低到高呈减小趋势。
14.可见，打印过程中微柱横截面积由低到高呈减小趋势，这样的微柱形状具有较高的稳定性，也为制备大高宽比微柱奠定基础。
15.可见，达到第一预设高度位置处，停止抬升并保持出墨，可使在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源，后续打印过程中不进行出墨，而是通过提拉该墨水源，以完成微柱剩余部分的打印，即末端微柱采用提拉的方式形成，而非以正常的出墨方式进行打印，可将本来所需的在微柱整体打印完成后的抬针断料步骤部分涵盖在微柱打印过程中，即提前进行了断料，避免了微柱打印完成后抬针断料时的拉伸动作，而拉伸动作容易造成微柱坍塌。且提拉过程中形成的微柱横截面积同样为由低到高呈减小趋势，同样为制备大高宽比微柱奠定基础。
16.作为优选方案，第一预设高度占微柱整体高度的80%~85%。
17.作为优选方案，步骤s3中，包括步骤：s3.1、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至中间高度；s3.2、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度；且，步骤s3.2中打印喷头的抬升速度大于步骤s3.1以及步骤s2中打印喷头的抬升速度。
18.可见，这里将后续提拉阶段分成两个子阶段，且第二阶段的抬升速度更快，以使打印喷头与墨水更好地进行分离。
19.作为优选方案，中间高度占微柱整体高度的90%~95%。
20.作为优选方案，打印喷头的出墨流量为5
×
10-4ml/s~0.8ml/s。
21.作为优选方案，步骤s1中所述第一预设时长为200 ms~800ms。
22.作为优选方案，步骤s2中打印喷头抬升至第一预设高度过程中的速度为0.1 mm/s ~0.5mm/s。
23.作为优选方案，步骤s3.1中打印喷头由第一预设高度抬升至中间高度过程中的速度为0.05 mm/s
ꢀ‑
0.5mm/s。
24.作为优选方案，步骤s3.2中打印喷头由中间高度抬升至第二预设高度过程中的速度为5 mm/s ~10mm/s。
25.作为优选方案，步骤s2中，第二预设时长为100 ms~300ms。
26.作为优选方案，在支撑浴环境中对微柱进行3d打印。
27.这里，将打印设置在支撑浴中进行，可以更好的对打印过程中的微柱进行支撑，进一步为制备大高宽比微柱奠定基础。
28.本发明实施例第二方面提供一种微柱阵列制备方法，采用实施例第一方面提供的一种大高宽比微柱制备方法以在基板表面完成多个预设位置处的微柱打印，以在基板表面完成微柱阵列的打印。
29.作为优选方案，完成微柱阵列的打印后，还包括步骤：对微柱阵列进行整体固化操作。
30.作为优选方案，微柱阵列的打印在支撑浴环境中进行。
31.作为优选方案，在支撑浴环境中完成微柱阵列的打印后，还包括步骤：在支撑浴环境中对微柱阵列进行预固化操作；将预固化后的微柱阵列取出支撑浴环境并进行整体固化操作。
32.作为优选方案，在完成整体固化操作后，还包括步骤：
对微柱阵列中各微柱顶部进行削平操作。
33.顶部削平后的微柱可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流。
34.本发明实施例第三方面提供一种3d打印设备，可实施如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法制备微柱。
35.本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法。
36.本发明实施例第五方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法。
37.本发明的有益效果是：通过将超高精度3d打印技术引入微柱制备领域，开发了一种基于高精度3d打印的大高宽比微柱快速、稳定制备的方法。
38.在打印初始，设置停留以形成一个较大的焊点，即所述打印基底，使得微柱与基板有一个较好的粘附力，为制备大高宽比微柱奠定基础。
39.打印过程中微柱横截面积由低到高呈减小趋势，这样的微柱形状具有较高的稳定性，也为制备大高宽比微柱奠定基础。
40.在达到第一预设高度位置处，停止抬升并保持出墨，可使在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源，后续打印过程中不进行出墨，而是通过提拉该墨水源，以完成微柱剩余部分的打印，即末端微柱采用提拉的方式形成，而非以正常的出墨方式进行打印，可将本来所需的在微柱整体打印完成后的抬针断料步骤部分涵盖在微柱打印过程中，即提前进行了断料，避免了微柱打印完成后抬针断料时的拉伸动作，而拉伸动作容易造成微柱被拉伸发生变形和坍塌。且提拉过程中形成的微柱横截面积同样为由低到高呈减小趋势，同样为制备大高宽比微柱奠定基础。
41.将后续提拉阶段分成两个子阶段，第一阶段以较慢的速度进行抬升，主要目的是运用流变学原理（剪切增稠：体系粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出个数量级增加的非牛顿流体行为。这类悬浮液往往在低剪切速率和应力下首先表现为剪切变稀。当应力或速率超出临界值时，有组织的流动状态被打乱，颗粒运动互相阻碍或形成团聚体，粘度明显增大，甚至出现类似固体的弹性相应。剪切增稠现象常见于高浓度的纳米或微米级颗粒和牛顿流体组成的悬浮体系中。但是，当改变剪切条件时，这种浓悬浮液同样可以表现出剪切变稀、牛顿等流变行为。）使挤出的微柱在顶部与喷嘴相连处发生剪切致稀现象，使得微柱在顶部可以较好的实现与打印头的分离断料且不造成微柱被过分拉伸甚至拉断的现象；第二阶段的抬升速度更快，以使打印喷头与墨水更好地进行分离。
42.将打印设置在支撑浴中进行，可以更好的对打印过程中的微柱进行支撑，进一步为制备大高宽比微柱奠定基础。
43.顶部削平后的微柱可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流。
附图说明
44.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。
45.图1是实施例一所述的一种大高宽比微柱制备方法的流程图。
46.图2是本发明所述的大高宽比微柱打印节点示意图。
47.图3是本发明所述的在支撑浴中打印微柱的示意图。
48.图4是实施例二所述的一种微柱阵列制备方法的流程图。
49.图5是实施例三所述的一种微柱阵列制备方法的流程图。
50.图6是实施例五所述的计算机可读存储介质的结构示意图。
51.图7是实施例六所述的电子设备的结构示意图。
52.图中：1、打印喷头；2、支撑浴容器；3、支撑基质；4、微柱；5、基板；601、计算机程序；51、处理器；52、存储器。
具体实施方式
53.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
54.实施例一：参照图1所示，本实施例提供一种大高宽比微柱制备方法，包括步骤：s1、打印喷头1在基板5表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底，所述第一预设时长为200 ms~800ms；墨水可以为金系墨水、银系墨水、铜系墨水、丙烯酸树脂墨水、生物材料墨水，金系墨水主要为金纳米颗粒的复合材料，银系墨水主要为银纳米颗粒的复合材料，铜系墨水主要为铜纳米颗粒的复合材料以及铜金、铜银复合材料等，丙烯酸树脂墨水主要为一些光固化树脂等，生物材料墨水主要为一些金属复合材料、聚合物等。
55.所述打印喷头1的材质可以是玻璃、陶瓷、金属、塑料中的一种。
56.本实施例中打印喷头1采用精密气压控制出料，也可采用精密的螺杆推进或其他可以实现精密推进的方式。
57.所述基板5可以是平面的，也可以是异形曲面的，可以是刚性基板也可以是柔性基板。
58.所述基板5的材质可以是玻璃、陶瓷、金属、塑料中的一种。
59.本实施例采用精密三轴运动平台完成打印，也可采用多自由度精密机械手代替。
60.需要说明的是：针对本发明所采用的挤出直写式3d打印方法，当然也可以采用电场辅助直写式3d打印方法、丝网印刷、纳米压印、喷墨打印、气溶胶喷射等方法。
61.s2、打印喷头1在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在
第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源，所述第二预设时长为100 ms~300ms；s3、打印喷头1保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，并执行抬针断料操作，以完成微柱4打印。
62.打印过程中微柱4横截面积由低到高呈减小趋势。
63.可见，本实施例中：通过将超高精度3d打印技术引入微柱制备领域，开发了一种基于高精度3d打印的大高宽比微柱快速、稳定制备的方法。
64.具体地：在打印初始，设置停留以形成一个较大的焊点，即所述打印基底，使得微柱4与基板5有一个较好的粘附力，为制备大高宽比微柱4奠定基础。
65.打印过程中微柱4横截面积由低到高呈减小趋势，这样的微柱4形状具有较高的稳定性，也为制备大高宽比微柱4奠定基础。
66.在达到第一预设高度位置处，停止抬升并保持出墨，可使在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源，后续打印过程中不进行出墨，而是通过提拉该墨水源，以完成微柱4剩余部分的打印，即末端微柱4采用提拉的方式形成，而非以正常的出墨方式进行打印，可将本来所需的在微柱4整体打印完成后的抬针断料步骤部分涵盖在微柱4打印过程中，即提前进行了断料，避免了微柱4打印完成后抬针断料时的拉伸动作，而拉伸动作容易造成微柱4坍塌。且提拉过程中形成的微柱4横截面积同样为由低到高呈减小趋势，同样为制备大高宽比微柱4奠定基础。所述第一预设高度占微柱整体高度的80%~85%。
67.这里需要说明的是：第一预设高度设置为占微柱4整体高度的80%~85%，如果该处拉伸的高度小于整体高度的80%，则在后续提拉动作中，更容易发生将微柱整体拉变形或者微柱上下不均匀的问题；如果该处拉伸的高度大于整体高度的85%，则在后续提拉动作中，容易造成最终高度大于设定高度、顶部偏大等问题。
68.具体地：步骤s3中，包括步骤：s3.1、打印喷头1保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至中间高度，中间高度占微柱4整体高度的90%~95%；如果该处拉伸的高度小于整体高度的90%，容易造成顶端直径偏大的问题；如果该处拉伸的高度大于整体高度的95%，则在后续提拉动作中，容易造成最终高度大于设定高度的问题。
69.s3.2、打印喷头1保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度；且，步骤s3.2中打印喷头1的抬升速度大于步骤s3.1以及步骤s2中打印喷头1的抬升速度。
70.可见，本实施例中将将后续提拉阶段分成两个子阶段，第一阶段以较慢的速度进行抬升，主要目的是运用流变学原理（剪切增稠：体系粘度随着剪切速率或剪切应力的增加展现出个数量级增加的非牛顿流体行为。这类悬浮液往往在低剪切速率和应力下首先表现
为剪切变稀。当应力或速率超出临界值时，有组织的流动状态被打乱，颗粒运动互相阻碍或形成团聚体，粘度明显增大，甚至出现类似固体的弹性相应。剪切增稠现象常见于高浓度的纳米或微米级颗粒和牛顿流体组成的悬浮体系中。但是，当改变剪切条件时，这种浓悬浮液同样可以表现出剪切变稀、牛顿等流变行为。）使挤出的微柱在顶部与喷嘴相连处发生剪切致稀现象，使得微柱在顶部可以较好的实现与打印头的分离断料且不造成微柱被过分拉伸甚至拉断的现象；第二阶段的抬升速度更快，以使打印喷头与墨水更好地进行分离。
71.需要说明的是：本发明中虽然进行了提前断料，但并不是说将完整的抬针断料操作全部涵盖在提拉阶段，而是将部分抬针断料操作涵盖在提拉阶段中，以最大程度减少了常规抬针断料操作对微柱4的破坏力。
72.参照图2所示，图中节点a为形成打印基底处的初始位置，节点b为第一预设高度位置，需要在此处堆积形成打印墨水源，节点c为中间高度位置，从该位置开始打印喷头的抬升速度将变快。
73.具体设置为：打印喷头1的出墨流量为5
×
10-4ml/s~0.8ml/s。
74.步骤s2中打印喷头1抬升至第一预设高度过程中的速度为0.1 mm/s ~0.5mm/s。
75.步骤s3.1中打印喷头1由第一预设高度抬升至中间高度过程中的速度为0.05 mm/s
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0.5mm/s。
76.步骤s3.2中打印喷头1由中间高度抬升至第二预设高度过程中的速度为5 mm/s ~10mm/s。
77.更具体地：参照图3所示，上述打印过程可以在支撑浴中进行，支撑浴盛放于支撑浴容器2内，以对打印过程中的微柱提供一个较好的支撑力。
78.支撑基质3可以从以下三种中选取：1. 石蜡油体系；2. 硅油体系；3. 凝胶体系（主要为卡波姆和卡拉胶等）；其中，石蜡油体系效果最好，在石蜡油体系中能形成最大的高宽比微柱，且实现最好的保型效果。本实施例中石蜡油体系由石蜡油、纳米气相二氧化硅（10%-25%）、乳化剂（0.01%-0.5%）组成。
79.进一步地：在完成微柱4打印后，需要对其进行整体固化操作。若不是在支撑浴中进行打印，则直接进行整体固化操作即可。若在支撑浴中进行打印，则需要在支撑浴环境中对微柱4进行预固化操作，并将预固化后的微柱4取出支撑浴环境后进行整体固化操作。本实施例中所述预固化操作温度在60℃~120℃，时间30分钟-60分钟，没有升温过程。整体固化操作初始温度为25℃-30℃m，并以5
°
c/min～10
°
c/min升温速率，升到150度，然后维持30分钟-60分钟。
80.更进一步地：在完成整体固化操作后，还包括步骤：对微柱4顶部进行削平操作，主要采用微型铣刀削平，铣刀尺寸在50-200μm，也可
以选用紫外皮秒激光进行削平。
81.顶部削平后的微柱4可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流。
82.实施例二：参照图4所示，本实施例提供一种微柱阵列制备方法，采用如实施例一所述的一种大高宽比微柱制备方法以在基板表面完成多个预设位置处的微柱4打印，以在基板表面完成微柱阵列的打印。
83.具体包括步骤：s1、打印喷头1在基板5表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底；s2、打印喷头1在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源；s3、打印喷头1保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，并执行抬针断料操作，以完成微柱打印；s4、循环步骤s1~步骤s3，以在基板5表面完成多个预设位置处的微柱4打印，以在基板5表面完成微柱阵列的打印；s5、对微柱阵列进行整体固化操作。
84.在完成整体固化操作后，还包括步骤：对微柱阵列中各微柱4顶部进行削平操作。
85.顶部削平后的微柱4可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流。
86.本实施例中，微柱阵列不在支撑浴中进行打印，因此在打印完成微柱阵列后直接对微柱阵列进行整体固化操作即可。
87.需要说明的是，本实施例提供的一种微柱阵列制备方法，由于打印得到的是大高宽比的微柱4，因此可以在大高宽比微柱4的基础上，使得微柱阵列中微柱4的间距更小。其他效果与实施例一类似，在此不多做赘述。
88.以下给出具体的实施过程：（1）获取目标微柱阵列中微柱4的高宽比参数以及微柱4间的间距参数；（2）获取制备用的打印材料；（3）装载选定的打印材料；（4）加工基板5装载；（5）导入加工路径模型并设置相应加工工艺参数，这里需要说明的是加工工艺参数即实施例一中所述的停留时间、各高度位置的数据等等；（6）设备关键加工点位对准；（7）测高传感器获取基板5加工区域（目标点位）高度数据；（8）加工路径模型、加工工艺参数、高度数据进行拟合获得实际加工代码；（9）基于实际加工代码开始制备微柱4；（10）固化烧结处理；
（11）顶部削平铣削作业；（12）成品检测；（13）检测无误即可获得成品，若有问题则需重新制备。
89.实施例三：参照图5所示，本实施例提供一种微柱阵列制备方法，采用如实施例一所述的一种大高宽比微柱制备方法以在基板表面完成多个预设位置处的微柱4打印，以在基板表面完成微柱阵列的打印。
90.具体包括步骤：s1、将基板5放置于支撑浴内，打印喷头1在基板5表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底；s2、打印喷头1在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源；s3、打印喷头1保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，并执行抬针断料操作，以完成微柱4打印；s4、循环步骤s1~步骤s3，以在基板5表面完成多个预设位置处的微柱4打印，以在基板5表面完成微柱阵列的打印；s5、在支撑浴环境中对微柱阵列进行预固化操作；s6、将预固化后的微柱阵列取出支撑浴环境并进行整体固化操作。
91.在完成整体固化操作后，还包括步骤：对微柱阵列中各微柱4顶部进行削平操作。
92.本实施例中，微柱阵列在支撑浴中进行打印，因此需要在支撑浴环境中先对微柱阵列进行预固化操作，然后将预固化后的微柱阵列取出支撑浴环境并进行整体固化操作。
93.顶部削平后的微柱4可获得更大的电极表面积，更大的表面积有利于获得更大的响应电流。
94.需要说明的是，本实施例提供的一种微柱阵列制备方法，由于在支撑浴中进行打印，因此可以为大高宽比、小间距的微柱阵列制备提供更大的支撑力。其他效果与实施例二类似，在此不多做赘述。
95.以下给出具体的实施过程：（1）获取目标微柱阵列中微柱4的高宽比参数以及微柱4间的间距参数；（2）获取制备用的打印材料、支撑基质5材料；（3）装载选定的打印材料、在支撑浴容器2中装载支撑基质材料；（4）加工基板5装载，以将基板5装载于支撑浴环境中；（5）导入加工路径模型并设置相应加工工艺参数，这里需要说明的是加工工艺参数即实施例一中所述的停留时间、各高度位置的数据等等；（6）设备关键加工点位对准；（7）测高传感器获取基板5加工区域（目标点位）高度数据；（8）加工路径模型、加工工艺参数、高度数据进行拟合获得实际加工代码；（9）基于实际加工代码开始制备微柱4；
（10）在支撑浴环境中对微柱阵列进行预固化操作；（11）将预固化后的微柱阵列取出支撑浴环境并进行整体固化操作。
96.（12）顶部削平铣削作业；（13）成品检测；（14）检测无误即可获得成品，若有问题则需重新制备。
97.实施例四：本发明实施例还提供一种3d打印设备，其可实施如上述实施例一所述的一种大高宽比微柱制备方法制备微柱。其有益效果与上述一致，此处不多作赘述。
98.实施例五：参照图6所示，本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中一种大高宽比微柱制备方法的步骤。本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述实施例一的流程。
99.其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read－only memory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid－statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
100.实施例六：参照图7所示，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
101.处理器51可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
102.存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例一中的一种大高宽比微柱制备方法。
103.存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
104.所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行实施例一中所述的一种大高宽比微柱制备方法。
105.上述电子设备具体细节可以对应参阅实施例一中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
106.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，包括步骤：s1、打印喷头在基板表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底；s2、打印喷头在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源；s3、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，以完成微柱打印。2.根据权利要求1所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，打印过程中微柱横截面积由低到高呈减小趋势。3.根据权利要求1所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，第一预设高度占微柱整体高度的80%~85%。4.根据权利要求1所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s3中，包括步骤：s3.1、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至中间高度；s3.2、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度；且，步骤s3.2中打印喷头的抬升速度大于步骤s3.1以及步骤s2中打印喷头的抬升速度。5.根据权利要求4所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，中间高度占微柱整体高度的90%~95%。6.根据权利要求1所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，打印喷头的出墨流量为5
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10-4ml/s~0.8ml/s。7.根据权利要求6所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s1中所述第一预设时长为200 ms~800ms。8.根据权利要求7所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s2中打印喷头抬升至第一预设高度过程中的速度为0.1 mm/s ~0.5mm/s。9.根据权利要求8所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s3.1中打印喷头由第一预设高度抬升至中间高度过程中的速度为0.05 mm/s
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0.5mm/s。10.根据权利要求9所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s3.2中打印喷头由中间高度抬升至第二预设高度过程中的速度为5 mm/s ~10mm/s。11.根据权利要求10所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，步骤s2中，第二预设时长为100 ms~300ms。12.根据权利要求1~11任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法，其特征在于，在支撑浴环境中对微柱进行制备。13.一种微柱阵列制备方法，其特征在于，采用权利要求1~11任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法以在基板表面完成多个预设位置处的微柱打印，以在基板表面完成微柱阵列的打印。14.根据权利要求13所述的一种微柱阵列制备方法，其特征在于，完成微柱阵列的打印后，还包括步骤：
对微柱阵列进行整体固化操作。15.根据权利要求13所述的一种微柱阵列制备方法，其特征在于，微柱阵列的打印在支撑浴环境中进行。16.根据权利要求15所述的一种微柱阵列制备方法，其特征在于，在支撑浴环境中完成微柱阵列的打印后，还包括步骤：在支撑浴环境中对微柱阵列进行预固化操作；将预固化后的微柱阵列取出支撑浴环境并进行整体固化操作。17.根据权利要求14或16所述的一种微柱阵列制备方法，其特征在于，在完成整体固化操作后，还包括步骤：对微柱阵列中各微柱顶部进行削平操作。18.一种3d打印设备，其特征在于，可实施如权利要求1～12任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法制备微柱。19.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-12任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法。20.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-12任一项所述的一种大高宽比微柱制备方法。

技术总结
本发明属于微柱制备技术领域，具体涉及一种大高宽比微柱制备方法、微柱阵列制备方法、3D打印设备。微柱制备方法包括步骤：S1、打印喷头在基板表面相应位置处开始出墨，并在该位置处作第一预设时长的停留，以在该位置处堆积形成打印基底；S2、打印喷头在打印基底上保持出墨，并抬升至第一预设高度后停止抬升，并在第一预设高度位置处保持第二预设时长的出墨后停止出墨，以在第一预设高度位置处堆积形成打印墨水源；S3、打印喷头保持停止出墨状态并继续抬升，以提拉打印墨水源至第二预设高度，以完成微柱打印。本发明可基于3D打印的方式，制备大于或远大于10:1的超高深宽比金属微柱。备大于或远大于10:1的超高深宽比金属微柱。备大于或远大于10:1的超高深宽比金属微柱。


技术研发人员：童林聪 鞠若麟 楼小洁 陈恺
受保护的技术使用者：芯体素（杭州）科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/14