本發(fā)明屬于柔性電子制造、激光加工領域，具體設計一種曲面打印激光實時燒結(jié)固化裝置和方法，其有助于在曲面基板上進行微納結(jié)構打印時墨水的定位，打印結(jié)構截面控制，從而在曲面上得到理想的微納結(jié)構圖案。

背景技術：

柔性曲面電子具有大面積、可變形、輕質(zhì)和非平面等特點，具有平面硅基微電子/傳感器無可比擬的優(yōu)勢，在航空航天、信息通信和健康醫(yī)療等領域已顯示出巨大發(fā)展空間和應用前景，如智能蒙皮、共形天線、電子皮膚等。柔性曲面電子由曲面蒙皮襯底加工、功能器件陣列集成、大規(guī)模引線互連封裝三大部分組成，其核心是如何實現(xiàn)不同尺寸/材質(zhì)的結(jié)構、器件和系統(tǒng)的曲面共形制造，包括聚合物、金屬、納米材料等機電特性迥異材料的功能集成，對大面積微納結(jié)構曲面共形制造技術提出了全新的挑戰(zhàn)。噴墨打印設備由于制造環(huán)境友好，節(jié)省打印材料，操作簡單等優(yōu)點，近年來被廣泛應用。如采用噴墨打印技術制造柔性電子晶體管、生物傳感器、太陽能電池、微流芯片等方面。由于基于傳統(tǒng)MEMS工藝的微納制造技術在曲面制造時存在困難，同時成本高昂，所以，利用噴印工藝在曲面上實現(xiàn)精細電極/引線結(jié)構、功能層高精度噴印與套印，為曲面柔性曲面電子制造提供可能。

在曲面上實現(xiàn)精細電極/引線結(jié)構、功能層高精度噴印與套印時，對打印的定位精度提出了較高的要求，實現(xiàn)高分辨率，高精度的圖案化對實現(xiàn)柔性曲面電子的功能性至關重要。由于溶液化材料需要固化才能實現(xiàn)相關材料功能性，如納米金屬溶液需要經(jīng)過燒結(jié)處理才能形成通路，相關以聚合物為溶劑的功能材料需要將聚合物揮發(fā)固化才能實現(xiàn)功能性。這些沉積在曲面基板上的溶液狀功能材料，由于曲面基板的大曲率影響，在重力和基板多軸運動引起的慣性力的共同作用下，溶液會在下在曲面上發(fā)生移動，影響打印定位精度和結(jié)構完整性。激光燒結(jié)技術是一種低溫、選擇性、非接觸式燒結(jié)技術，可以對襯底上的各種納米材料墨水進行固化燒結(jié)，實現(xiàn)墨水功能化，并獲得印刷電子器件的物理性能。同樣，針對各種以聚合物為溶劑的功能材料，利用激光加熱技術可以迅速使溶劑蒸發(fā)，完成材料固化。利用激光實時燒結(jié)、固化技術可以在溶液下落到基板瞬間實現(xiàn)溶液固化、或半固化。從而避免溶液發(fā)生移動，提高了打印在曲面基板上的定位精度。

同時，打印結(jié)構的截面形狀(包括打印點的截面形狀，形成纖維的截面形狀)，對實現(xiàn)打印結(jié)構的功能性至關重要，如打印得到的納米銀溶液導線的截面高度越高，其面電阻越?。煌瑫r導線線寬越小，最終制備得到的透明電極透明性越好，以上參數(shù)對透明電極的性能有顯著影響。同時打印結(jié)構的截面形狀對相關工藝的兼容性也有影響。例如可以利用直線纖維的截面制作溝道，其截面形狀決定了模板質(zhì)量。打印溶液在自身粘性力和表面張力等復雜作用下，會由初始的圓截面塌陷成帶狀截面，截面的寬度顯著增加。當打印納米金屬溶液導線時，打印線寬過細時，由于自身粘性力和表面張力作用發(fā)生收縮，結(jié)構斷裂，從而限制了打印工藝的極限線寬。通過實時燒結(jié)、固化工藝可以加快燒結(jié)、固化速度，減少由于自身表面張力和粘性力對打印結(jié)構截面形狀的影響。傳統(tǒng)的燒結(jié)、固化工藝有熱板、對流烘箱、光子燒結(jié)等，采用熱板加熱基板一定程度上可以加快溶液固化速度，對截面特性有一定的改善，但是效率較低，依然需要一定時間，難以做到實時燒結(jié)，截面形狀控制效果有限。同時，熱板加熱會影響整個打印模塊區(qū)域溫度分布(其為高溫熱源)，溶液粘性等特性對溫度敏感程度較高，溶液粘性變化會顯著影響打印的效果。對流烘箱燒結(jié)、固化需要在打印結(jié)束后進行，無法做到實時燒結(jié)。而光子燒結(jié)中的閃燈燒結(jié)雖然可以做到實時固化效果，但是對環(huán)境要求高，需要完全密封條件。其他控制打印結(jié)構截面的方法如基板表面疏水處理，對絕大部分有機溶液效果有限。

由于存在上述缺陷和不足，本領域亟需做出進一步的完善和改進，設計一種可用于曲面打印的激光實時燒結(jié)固化裝置和方法，使其能夠快速將溶液燒結(jié)和固化，以避免其在下落和冷卻的過程中發(fā)生塌陷或變形，影響打印效果。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種曲面打印的激光實時燒結(jié)、固化裝置和方法，該裝置包括打印模塊，觀測模塊和激光輸出模塊，其利用激光實時燒結(jié)工藝可以完成打印結(jié)構的瞬間燒結(jié)、固化，同時可以通過激光能量密度等工藝參數(shù)調(diào)節(jié)固化程度，得到可控的截面形狀，從而在曲面上得到理想的微納結(jié)構圖案，有助于實現(xiàn)微納結(jié)構的功能性。該實時燒結(jié)裝置能夠保證液滴的下落到基板的瞬間完成燒結(jié)或者固化(半固化)，有助于解決曲面基板打印精確定位的難題。同時利用激光加熱固化，對整個溫度場影響較小，對整個溶液性質(zhì)影響有限，不會對打印工藝產(chǎn)生影響。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種曲面打印的激光實時燒結(jié)、固化裝置，其特征在于，包括：打印模塊，觀測模塊和激光輸出模塊；

其中，所述打印模塊包括高精度微納圖案打印系統(tǒng)、噴印頭和曲面基板；所述觀測模塊包括觀測相機和相機移動裝置，所述激光輸出模塊包括一臺激光器和激光調(diào)節(jié)裝置，所述觀測模塊和激光輸出模塊分別安裝在噴印頭的兩側(cè)。

進一步優(yōu)選地，所述噴印頭安裝在上下調(diào)節(jié)機構上，所述曲面基板安裝在多軸運動平臺上。

優(yōu)選地，所述激光器包括激光輸出頭、微調(diào)機構和聚焦物鏡，所述激光輸出頭輸出激光光束，所述聚焦物鏡安裝在激光輸出頭的前方，通過激光輸出頭和聚焦物鏡之間的微調(diào)機構用來調(diào)節(jié)激光光束的焦點位置；所述激光調(diào)節(jié)裝置包括距離轉(zhuǎn)接板和方向轉(zhuǎn)接板上，所述激光輸出頭、聚焦物鏡安裝在距離轉(zhuǎn)接板上，所述距離轉(zhuǎn)接板安裝在所述方向轉(zhuǎn)接板上，所述方向轉(zhuǎn)接板和距離轉(zhuǎn)接板配合用于調(diào)整激光器的前后位置和角度位置，使激光光束與錐射流具有一個重合點，實現(xiàn)點對點的實時燒結(jié)固化。

優(yōu)選地，所述相機移動裝置包括距離調(diào)節(jié)裝置和角度調(diào)節(jié)裝置，所述觀測相機安裝在距離調(diào)節(jié)裝置上，該距離調(diào)節(jié)裝置安裝在角度調(diào)節(jié)裝置上，實現(xiàn)觀測相機的距離和角度位置的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述激光調(diào)節(jié)裝置為設置在激光器正前方的光路模塊，所述光路模塊包括依次設置的整形透鏡、柱透鏡和光欄，所述激光器射出的線激光依次經(jīng)過光欄、柱透鏡和整形透鏡的調(diào)整后，對準錐射流，實現(xiàn)線激光的實時燒結(jié)固化。

優(yōu)選地，所述觀測相機安裝在相機移動裝置上，所述相機移動裝置包括上下調(diào)節(jié)裝置和前后調(diào)節(jié)裝置，用于觀測相機的上下和前后位置的調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述曲面基板的一側(cè)設置有接收擋板。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種曲面打印的激光實時燒結(jié)固化方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1針對待打印的圖案選擇合適的曲面打印的激光實時燒結(jié)、固化裝置，并選擇合適的打印溶液和曲面基板的材料，設計曲面打印路徑并確定打印模塊的打印參數(shù)；

S2根據(jù)步驟S1中確定的打印參數(shù)，調(diào)節(jié)上述打印參數(shù)，直至滿足打印工藝的要求；

S3利用觀測相機觀測曲面基板上的打印點位置或從噴嘴射出的錐射流位置，同時打開激光器，觀測激光光束或線激光的位置；

S4針對觀測到的打印點位置或錐射流位置，結(jié)合液滴直徑、噴印頭到曲面基板的距離，調(diào)整激光光束或線激光的位置，使其與液滴飛行路徑或錐射流對準；

S5調(diào)整激光光束或線激光的光斑尺寸大小，使激光光束的光斑尺寸與下落到基板的液滴大小相匹配，或使線激光的線光斑尺寸與噴嘴到基板的距離相匹配；

S6根據(jù)所需得到的液滴截面形狀，調(diào)節(jié)激光器的功率大小，實現(xiàn)液滴的點對點實時燒結(jié)固化或線激光實時燒結(jié)固化，使激光光束或線激光對液滴進行完全固化或半固化，從而得到需要的截面形狀；

S7按照預設的打印路徑開始打印，得到所需的打印圖案。

進一步優(yōu)選地，在步驟S1中，所述打印參數(shù)包括：基板運動軌跡，噴印頭與曲面基板之間的電壓大小、電壓波形、電壓頻率、電壓偏置，噴印頭與曲面基板之間的距離，溶液流量。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)利用激光實時燒結(jié)，相較于傳統(tǒng)的激光直寫圖案化技術，其需要在整個基板上涂滿功能材料，本發(fā)明大大節(jié)省了材料使用，實現(xiàn)按需打印。

(2)相較于其他燒結(jié)工藝，打印完成后燒結(jié)、固化，難以避免在曲面打印或者基板快速運動由于重力和慣性力的作用導致液滴移動的問題，導致大曲率基板在打印時無法定位或者定位精度較低，實時燒結(jié)系統(tǒng)可以保證液滴的下落到基板的瞬間完成燒結(jié)或者固化(半固化)，有助于解決曲面基板打印精確定位的難題。

(3)未能實時燒結(jié)、固化的打印工藝，液滴難以避免由于表面張力和粘附力，發(fā)生塌陷、截面收縮、難以控制打印截面形狀，或結(jié)構發(fā)生斷裂，難以得到完整的結(jié)構，利用實時燒結(jié)工藝，可以液滴(射流)降落到基板瞬間完成燒結(jié)、固化(半固化)，從而得到理想的截面形狀，并進一步降低特征尺寸。

(4)對比其他調(diào)節(jié)打印結(jié)構截面形貌的方法，如基板加熱，針對不同溶液，所需要的熱量不同，效果各異，且效率較低，采用加熱基板固化液滴的效果有限，同時，難以避免對打印區(qū)域溫度場的影響，打印時溶液溫度的微小的變化會顯著影響溶液的性質(zhì)(粘性等)，從而影響整個打印效果。而利用基板疏水處理控制截面的方法，適用的材料范圍有限，對有機聚合物材料無效果。采用激光實時加熱固化方法，激光加熱功率和加熱面積可調(diào)，有極高的瞬時功率密度，從而可以適應不同溶液不同加熱固化需求。通過調(diào)整激光加熱面積和功率，固化水平從完全固化到半固化，可以調(diào)節(jié)截面形貌，從圓形到半塌陷到完全塌陷。利用激光加熱固化，對整個溫度場影響較小，對整個溶液性質(zhì)影響有限，不會對打印工藝產(chǎn)生影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的曲面打印激光實時燒結(jié)固化方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例的激光點對點實時燒結(jié)、固化裝置示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的激光點對點實時燒結(jié)、固化過程示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的線激光空中實時燒結(jié)、固化方法示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例的線激光空中實時燒結(jié)、固化過程示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例的曲面打印激光實時燒結(jié)輔助墨滴定位過程示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例的激光實時燒結(jié)控制打印結(jié)構截面形狀過程示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例的激光實時燒結(jié)控制打印結(jié)構線寬示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構，其中：

1-安裝軸，2-距離調(diào)節(jié)裝置，3-觀測相機，4-角度調(diào)節(jié)裝置，5-上下調(diào)節(jié)機構，6-噴印頭，7-聚焦物鏡，8-方向轉(zhuǎn)接板，9-激光輸出頭，10-距離轉(zhuǎn)接板，11-微調(diào)機構，12-錐射流，13-激光光束，14-重合點，15-曲面基板，16-多軸運動平臺，21-前后調(diào)節(jié)裝置，22-上下調(diào)節(jié)裝置，24-線激光，25-整形透鏡，26-光路模塊，27-柱透鏡，28-調(diào)整光欄，29-激光器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

根據(jù)本發(fā)明所揭示的曲面打印的激光實時燒結(jié)固化裝置和方法，有助于保證在曲面基板進行微納結(jié)構打印時墨水的定位，打印結(jié)構截面形狀的控制。從而在曲面上得到理想的微納結(jié)構圖案。利用噴印工藝在曲面上實現(xiàn)精細電極/引線結(jié)構、功能層高精度噴印與套印，為曲面柔性曲面電子制造提供可能。

如參照圖1所示，圖示為本發(fā)明的曲面打印激光實時燒結(jié)固化方法流程圖，該系統(tǒng)基本流程如下：

(1)根據(jù)所需打印的圖案，完成曲面打印路徑的規(guī)劃，確定打印參數(shù)，如結(jié)合用于柔性電子制造的高分辨率電流體噴印裝置，需要確定的參數(shù)為基板運動控制，噴頭與基板間的電壓大小、電壓波形、電壓頻率、電壓偏置、噴頭與基板間的距離、溶液流量等等，以上工藝參數(shù)共同決定打印效果。

(2)調(diào)節(jié)上述打印參數(shù)。

(3)用觀測相機觀測錐射流形貌，溶液在基板上的位置和形貌。

(4)判斷是否滿足打印要求，如不滿足要求，繼續(xù)調(diào)節(jié)打印參數(shù)，若滿足。打印工藝參數(shù)確定。

(5)打開激光器，激光器的波長根據(jù)不同材料燒結(jié)/固化要求確定，激光器的工作方式如連續(xù)激光器，脈沖激光器(納秒脈沖，皮秒脈沖，飛秒脈沖)根據(jù)所需要的燒結(jié)的特征尺寸來確定，通常脈沖激光器燒結(jié)得到的線寬小于連續(xù)激光器，脈沖時間越短，熱效應越小，特征尺寸越小。如利用電流體噴印裝置打印納米銀溶液導線時，納米銀溶液的吸收峰為420nm左右，可以選用532nm納秒脈沖光纖激光器進行燒結(jié)固化。光纖激光器輸出頭經(jīng)過聚焦物鏡輸出的極限光斑尺寸在20微米左右，與打印的液滴尺寸大小接近。通過微調(diào)激光器光路和觀測相機，在視野中找到激光聚焦點位置。若激光為不可見激光，則在基板上放置相紙，則可通過觀測相機觀測聚焦后的光斑。初始時激光的功率密度應足夠低，以免對觀測造成影響。

(6)調(diào)節(jié)光路模塊對準打印的液滴或液滴飛行路徑，針對點對點燒結(jié)、固化方式，若使用較為方便的光纖激光器，光纖激光器激光頭與聚焦物鏡固定在同一微調(diào)機構上，可以通過調(diào)節(jié)聚焦物鏡與激光頭位置來調(diào)節(jié)焦點位置；可以通過上下移動固定激光頭和聚焦物鏡的轉(zhuǎn)接模塊來改變改變光斑大小；可以通過前后移動固定激光頭和聚焦物鏡的轉(zhuǎn)接模塊來改變激光光斑的前后位置；可以通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)接模塊，來改變激光入射的角度。通過以上調(diào)節(jié)方式可以使光斑對準下落到基板的液滴。通常為先調(diào)節(jié)前后位置，再調(diào)節(jié)角度，使光斑與液滴位置近似重合，再調(diào)節(jié)焦距和轉(zhuǎn)接模塊前后位置，調(diào)節(jié)光斑尺寸，最后再微調(diào)角度和光斑大小，使兩者重合。根據(jù)打印基板的耐熱水平確定激光光斑與墨滴直徑的相對大小，若基板襯底材料為敏感材料，如較薄的PET襯底，考慮到納秒脈沖激光的熱傳導效應，此時激光光斑尺寸應該小于液滴尺寸，位于打印液滴中心，此時可控制墨滴尺寸為40微米，光斑尺寸可設為10微米左右，可通過調(diào)整光斑功率保證調(diào)整墨滴固化程度。若基板耐熱性較好或者襯底材料較厚，如較厚的耐高溫PI襯底，能夠承受激光熱沖擊，激光光斑尺寸可大于墨滴尺寸，如墨滴尺寸為20微米以下，而光斑尺寸可為50微米以上，此時對準更為方便，可實施程度更好。針對空中固化裝置，得到的線激光長度與射流可加熱部分匹配，線光斑寬度遠大于射流寬度，如典型的射流線寬為10微米量級，線光斑寬度可設為100微米，通過前后、左右調(diào)節(jié)噴頭位置可實現(xiàn)對準。無論采用何種對準方式，墨滴與光斑的大小均為一方要遠大于另一方，通過這種方法可以保證在打印出現(xiàn)精度允許的微小偏移時，不會出現(xiàn)光斑與墨滴分離，確保固化后得到完整的微納結(jié)構圖案。

(7)利用觀測設備觀測光斑是否對準錐射流或液滴飛行路徑，若未對準，重新調(diào)節(jié)光路，直到對準。

(8)調(diào)節(jié)激光器的功率大小，光斑尺寸大小，這兩點決定了激光的加熱面積和加熱強度。從而決定燒結(jié)、固化最終效果。如使用Nd：YAG532nm脈沖激光器(3-5ns脈寬，15Hz頻率)，可以采用的聚焦物鏡為5倍(NA＝0.14)，20倍(NA＝0.42)，100倍(NA＝0.7)來使光斑大小下探到各自的衍射極限，高斯光斑所能達到的衍射極限光斑分別為D＝6.88微米(5倍)，D＝2.29微米(20倍)，D＝1.38微米(100倍)。單脈沖能量為0.4-40微焦，對應的能量密度為10-10^3J/cm^2(20倍物鏡)。當燒結(jié)納米銀溶液時，采用以上激光模塊，對應基板的運動速度為0.1mm/s到100mm/s，得到的典型線寬可以為5-20微米。

(9)觀測實時燒結(jié)、固化效果，若實時觀測模塊未能觀測，可以采用離線觀測方式，利用激光共聚焦顯微鏡觀測打印、固化效果，包括完整性，截面形狀等，若不滿足要求，繼續(xù)調(diào)節(jié)激光功率參數(shù)和光斑大小，當激光功率足夠大時可以完成瞬時燒結(jié)、固化，通過調(diào)節(jié)激光功率密度和光斑大小可以使打印截面從完全固化到半固化之間轉(zhuǎn)變，得到所需的截面形狀。

(10)若觀測得到的打印效果不符合要求，繼續(xù)調(diào)整激光參數(shù)，直到滿足要求。

(11)確定所有工藝參數(shù)，按規(guī)劃路徑完成打印。

如參照圖2所示，圖示為本發(fā)明實例的激光點對點實時燒結(jié)、固化方法裝置示意圖，裝置由如下幾部分組成：1，打印模塊，打印模塊包括噴印頭6和上下調(diào)節(jié)機構5用于調(diào)節(jié)噴嘴與基板距離。如電流體噴印系統(tǒng)，噴印頭6的與曲面基板15之間的位置可以通過上下調(diào)節(jié)機構5上下調(diào)節(jié)，用于調(diào)整工藝參數(shù)；(2)激光模塊，激光器為激光輸出頭9和聚焦物鏡7組成。較為方便的方式采用光纖激光器，光纖激光器的激光輸出頭9與聚焦物鏡7，共同固定于同一個微調(diào)機構11上，微調(diào)機構11可以實現(xiàn)聚焦物鏡7與激光輸出頭9之間距離的調(diào)節(jié)。整個微調(diào)機構固定在可上下調(diào)節(jié)的距離轉(zhuǎn)接板10，距離轉(zhuǎn)接板10固定在角度可調(diào)的方向轉(zhuǎn)接板8上，方向轉(zhuǎn)接板8可前后調(diào)節(jié)(圖中未標出)，調(diào)節(jié)方式如箭頭所示，以上調(diào)節(jié)用于調(diào)整光斑大小，光斑位置以及光斑照射角度用于對準。(3)觀測模塊，觀測模塊為觀測相機3和觀測相機距離調(diào)節(jié)裝置2和角度調(diào)節(jié)裝置4，前后調(diào)節(jié)裝置(未標出)組成，調(diào)節(jié)方式如箭頭所示，用于實時觀測打印情況和激光光斑，輔助對準。以上三個模塊可以單獨固定或者共同固定在同一安裝軸1上。(4)曲面基板15，曲面基板15為打印區(qū)域，若為電流體噴印系統(tǒng)，需要在噴印頭6與曲面基板15之間施加高電壓。曲面基板15固定在多軸運動平臺16上，打印時，噴印頭與激光位置固定，通過多軸運動平臺16帶動曲面基板15實現(xiàn)曲面加工。如圖所示錐射流12與激光光束13重合在同一重合點14，實現(xiàn)實時燒結(jié)、固化。

如參照圖3所示，圖示為本發(fā)明實例的激光點對點實時燒結(jié)、固化方法過程示意圖。點對點實時燒結(jié)過程如圖所示，激光束13照射到曲面基板15形成光斑17，光斑17中心與剛剛下落到基板上的未固化墨滴19中心重合。參照Ⅰ，若基板襯底材料為敏感材料，如較薄的PET襯底，考慮到激光熱沖擊效應，此時激光光斑尺寸應該小于液滴尺寸，位于打印液滴中心，避免光斑對敏感襯底造成損傷，激光光斑17應小于未固化區(qū)域19面積，激光光斑17的大小應根據(jù)激光能量密度和燒結(jié)、固化效果調(diào)節(jié)。參考Ⅱ，若基板耐熱性較好或者襯底材料較厚，如較厚的耐高溫PI襯底，能夠承受激光的熱沖擊效應，激光光斑尺寸可大于墨滴尺寸，此時對準更為方便，可實施程度更好。激光光斑17應大于未固化區(qū)域19面積，激光光斑17的大小應根據(jù)激光能量密度和燒結(jié)、固化效果調(diào)節(jié)。已固化的區(qū)域18形成截面可控的完整的圖案化微納結(jié)構。

如參照圖4所示，圖示為本發(fā)明實例的線激光空中實時燒結(jié)、固化裝置示意圖。與點對點加熱固化方式不同，利用線激光可以在錐射流12(墨滴)下落到基板前進行加熱固化。裝置由以下幾部分組成：(1)激光器29，激光器29的選擇根據(jù)相關工藝參數(shù)決定，激光器29的波長根據(jù)所需加熱材料的吸收峰決定，工作模式根據(jù)需要加熱固化的程度決定。如若為同軸結(jié)構紡絲或者并列噴嘴，如僅僅只需要某一功能層固化，如僅需要同軸纖維的內(nèi)層結(jié)構先固化，使同軸結(jié)構不發(fā)生塌陷，形成截面良好的同軸結(jié)構，激光器波長的選擇應該偏離外層材料的吸收峰而和內(nèi)層材料的吸收峰接近，即激光可以穿透外層材料而被內(nèi)層材料所吸收。如PMMA材料，在很大波長范圍內(nèi)其透光率極高，針對同軸紡絲時，可以實現(xiàn)內(nèi)層或者外層的選擇性固化效果。(2)光路模塊26，光路模塊包括光欄28，光欄28的作用為整形，形成線光斑，通過調(diào)整光欄28可以調(diào)節(jié)光斑形狀，如線激光長度。反射鏡(若光路無轉(zhuǎn)向則不用)。柱透鏡27，作用為進一步整形。整形透鏡25，起聚焦作用，整形后得所需要的線激光24，調(diào)節(jié)整形透鏡25的位置可以調(diào)整聚焦焦點位置從而調(diào)節(jié)光斑位置和寬度。(3)噴印模塊，由噴印頭6和距離調(diào)節(jié)機構5組成，如電流體噴印系統(tǒng)，可以進行點噴，紡絲，電噴霧，可以進行同軸紡絲，并列多噴嘴套印等。噴印模塊的空間位置可以移動以實現(xiàn)對準。(4)觀測模塊，觀測相機3可以通過前后調(diào)節(jié)裝置21和上下調(diào)節(jié)裝置22調(diào)節(jié)位置，觀測相機用來觀測錐射流12位置和射流飛行路線，同時觀測線激光24的光斑，用于兩者對準。先調(diào)節(jié)相機位置觀測光斑，再通過移動噴印模塊位置，使射流進入光斑形成陰影，即可完成對準。(4)激光接收擋板，由于線激光寬度大于錐射流寬度，多余寬度的激光需要被接收擋板30吸收。

如參照圖5所示，圖示為本發(fā)明實例的激光線空中實時燒結(jié)、固化過程示意圖。如圖所示，利用觀測相機觀察到錐射流(或墨滴飛行路徑)13的位置。利用觀測相機觀測線激光光斑31的位置，用過移動噴嘴位置，使錐射流與線激光重合。通常來說，錐射流的寬度遠小于100微米，線激光的寬度大于100微米(如需進一步減少線激光寬度則需要對光路進行擴束)，線激光的寬度一般遠大于錐射流的直徑，對準操作較為簡單。完成對準后，可調(diào)整光路中的光欄來調(diào)整線激光31的長度，從而調(diào)整射流12下落過程中的加熱范圍，通過調(diào)節(jié)整形透鏡的位置，調(diào)節(jié)焦點位置，得到合適的光斑大小。調(diào)節(jié)激光輸出功率達到合適的加熱功率。通過調(diào)整激光加熱范圍，加熱功率，射流在空中運動的同時以可控的方式被高能激光加熱固化，在曲面基板15上得到理想的微納結(jié)構截面和準確的定位效果。

如參照圖6所示，圖示為本發(fā)明實例的激光實時燒結(jié)輔助墨滴定位示意圖。如圖所示，初始打印路徑34為虛線示意路徑，未實時燒結(jié)墨滴36在曲面基板15上，由于重力與慣性力的影響，發(fā)生位置偏離，最終的得到得墨滴位置35偏離預定位置，導致打印難以定位或定位精度較差，未實時燒結(jié)打印得到的軌跡37偏離預定軌跡，難以得到高精度的圖案化微納結(jié)構。與之對比的是經(jīng)過激光13實時燒結(jié)、固化得到的墨滴33在降落到基板瞬間得以固化，避免了墨滴流動，保證了在曲面基板37上的定位精度性。

如參照圖7所示，圖示為本發(fā)明實例的激光實時燒結(jié)控制打印結(jié)構截面示意圖。針對普通纖維結(jié)構，纖維結(jié)構剛剛下落到基板且未固化時。初始截面38近似為圓形。若固化速度較慢，纖維會出現(xiàn)塌陷，形成帶狀結(jié)構42，如直徑為3微米的纖維，若塌陷成高度為0.5微米的帶狀結(jié)構，將形成寬度為14微米的帶狀結(jié)構，導致線寬大幅增加。利用高功率激光39實時加熱固化，打印結(jié)構瞬間固化，瞬間固化后的纖維截面43基本保持不變。若降低激光強度，激光強度不足以使結(jié)構瞬間固化，打印結(jié)構半固化，將形成類似半橢圓狀截面44，進一步降低激光強度固化程度進一步降低，最終得到的截面高度45進一步降低。針對同軸纖維結(jié)構，纖維分內(nèi)外兩層結(jié)構，初始下落到基板上的纖維為近似同心圓結(jié)構46，若未實時固化，內(nèi)外層纖維可能出現(xiàn)塌陷，難以得到同心嵌套結(jié)構，形成兩層帶狀結(jié)構。若選用合適強度和波長的激光照射同軸結(jié)構47，若內(nèi)外兩層材料對激光波長同時敏感。內(nèi)外兩層結(jié)構同時固化，實時固化后得到完好的同軸結(jié)構51。若外層材料對某些波長的激光敏感，吸收率較高，可以選用該波段的激光通過合適的強度照射48，使外層結(jié)構瞬間固化，內(nèi)層結(jié)構自然固化發(fā)生塌陷，可以形成管中線結(jié)構52，中間留白部分為空氣。同理選擇合適的激光波長和強度可以使內(nèi)層材料瞬間固化，而外層材料自然固化發(fā)生塌陷，形成類似山洞隧道結(jié)構53。最終得到的不同結(jié)構可以實現(xiàn)相關功能性，

如參照圖8所示，為本發(fā)明實例的激光實時燒結(jié)控制打印結(jié)構線寬示意圖。如利用電流體噴印系統(tǒng)打印納米銀溶液得到導電交聯(lián)結(jié)構時，線寬決定了電極導線結(jié)構的透明度。未固化時，為初始線寬54，由于截面塌陷，截面高度降低，寬度顯著增加，參考圖7，線寬隨截面塌陷開始增加55，最終得到的截面寬度56遠大于初始寬度。如利用電流體噴印系統(tǒng)打印納米銀溶液，初始打印線寬為20微米，塌陷得到的最終線寬超過50微米。若采用激光實時固化燒結(jié)，截面塌陷現(xiàn)象被控制，最終得到的線寬57近似等于打印得到的線寬。減少線寬的有效方法是進一步減少初始打印得到的線寬58，當未固化的線寬過細時，由于溶液表面張力和粘性力共同作用，溶液截面會發(fā)生收縮59，最終形成斷路60，導線結(jié)構失效，利用激光實時燒結(jié)、固化方法可以瞬間固化結(jié)構，避免收縮，得到單純打印無法得到的超細線寬結(jié)構61。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。