电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

为了实现高粘度导电材料在3D打印制造嵌入式封装电子产品中的高精度打印,本文通过理论分析与实验验证相结合的方法,揭示了喷嘴结构与电场对流体流速与液滴形态的影响,最终得出相同气压下,喷嘴尖端处越短,截面收缩越大,液体流速越快;电场除了对液滴有收缩形成泰勒锥的作用,还会影响液体流速;对于超高粘度导电材料的打印,对打印结果影响最大的因素是气压与平台移动速度,在一定气压与电压范围内,打印均能实现,而通过调整平台移动速度可改善喷印质量。研究成果对改善高粘度导电材料的3D打印形貌、成型精度和可控性提供了理论基础和方向指导。     

电场驱动喷射沉积微3D打印高分辨率氮化铝陶瓷基电路

现有技术在高分辨率高密度电路的低成本批量化制造上仍然面临巨大挑战,无法满足陶瓷基电路对高频、高速、高密度集成的要求。提出了一种结合牺牲层的电场驱动喷射沉积微3D打印高分辨率氮化铝陶瓷基电路的新方法,该方法利用牺牲层克服了因陶瓷表面粗糙导致的射流不稳定问题,并借助牺牲层表面疏水特性进一步缩小线宽,实现了高分辨率电路的制造。实验研究了打印参数(电压、气压、打印高度、打印速度)、牺牲层以及烧结工艺对打印银线线宽和形貌的影响并优化了工艺参数。最后,使用含银量70%(质量分数)的导电银浆结合优化的工艺参数,在氮化铝基材表面实现了多种复杂电路图案制造,包括线宽/线距为2/3的高密度高分辨率电路图案以及目前已报道的最小线宽为8.1μm的导电银线。研究结果表明,结合牺牲层的电场驱动喷射沉积微尺度3D打印氮化铝陶瓷基电路新方法可为小型化、高功率陶瓷基集成电路低成本批量化制造提供有效途径。     

电场驱动喷射微3D打印的高性能纸基电路制造工艺研究

提出了一种基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造高分辨率纸基电子的新方法。阐述了该方法的基本原理与工艺流程,通过实验揭示了主要工艺参数（电压、气压、打印速度）对三种纸质基材上打印银线的质量和精度影响及其规律。利用自主研发的电场驱动喷射微3D打印机,使用含银量75%和动力黏度35 Pa·s（25 ℃）的低温纳米银浆,并结合优化工艺窗口,在纸质基材上通过多层堆叠打印实现了高分辨率、大高宽比微纳结构,其中在RC相纸上堆积15层后,其线宽可保持在10 μm、高宽比增至6.33,电阻下降了94.8%。最后,在不同纸质基材表面制作了柔性电磁驱动器、复杂导电图案等样件来证明其打印能力。结果表明,采用电场驱动射流沉积微尺度3D打印技术新方法,并结合高黏度低温烧结纳米银浆,可为高性能纸基电子制造提供有效途径。     

基于电场驱动喷射微3D打印的大面积微透镜阵列制造研究

大面积圆形、柱状及梯度折射率微透镜阵列在裸眼3D、光学传感、仿生学、医疗内窥镜等领域具有非常广泛的需求,然而,如何实现大面积多类型微透镜阵列的简单化、低成本、高效率制造是学术界与产业界共同面临的一项挑战性难题.基于电场驱动喷射微3D打印技术,提出了一种可实现大面积多类型微透镜阵列制备的新方法,通过实验揭示了主要工艺参数...     

电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具

提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形;研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响;优化实验参数,制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板,模板线宽为61.25 μm,高度为44.13 μm;结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件,并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。     

电场驱动复合微纳3D打印低频透明电磁屏蔽玻璃

为解决大面积高性能低频透明电磁屏蔽玻璃难以低成本批量化制造的挑战性问题,提出一种基于电场驱动微喷射和电镀的复合增材制造新方法,用于制备银镍复合金属网栅低频透明电磁屏蔽玻璃,阐述了制备银镍复合金属网栅的基本原理和工艺流程;通过实验揭示了主要工艺参数(打印电压、打印速度、打印气压、打印高度、电流密度、电镀时间)对制备银镍复合金属网栅电学性能、光学性能的影响规律;并结合优化的工艺参数,制备了线宽10μm、方阻0.76?/sq、网栅透过率90.2%、在低频波段(10 kHz～30 MHz)屏蔽效能大于40 dB的银镍复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃,复合金属网栅与衬底的黏附力为5B,实现了高屏蔽效能和高透过率电磁屏蔽金属网栅的制造,为高性能低频透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。     

高性能电加热玻璃3D打印与微转印复合制造工艺

为了解决透明电加热玻璃制造技术难以兼顾电加热玻璃加热线的透光率、导电性以及附着力的问题,开发了一种可低成本、批量化实现高性能电加热玻璃制造的复合工艺。该工艺采用电场驱动熔融喷射沉积(Electric-field-driven Fusion Deposition,EFD)3D打印和UV辅助微转印复合制造透明电加热玻璃。根据复合制造工艺原理,选择及配制了EFD 3D打印、UV辅助微转印介质以及加热线材料。通过具体实验揭示了主要工艺参数对制造透明电加热玻璃加热线结构参数的影响以及规律,并确定了复合制造工艺的最佳工艺窗口。依据最优工艺参数实现了有效图案化面积为60mm×70mm,线宽为15μm,高宽比为0.7,周期为1 000μm,透光率为88%,方阻为0.5Ω/sq,附着力为4B级,加热线为线栅结构的透明电加热玻璃制造。实验结果表明:利用EFD 3D打印和UV辅助微转印复合工艺制造的透明电加热玻璃具有透光率高、方阻低及附着力高等优势。该复合工艺为实现低成本、高性能的电加热玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。     

基于微滴喷射3D打印的纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射研究

微滴喷射3D打印工艺中,墨水以单一液滴形式稳定喷射是保证喷墨打印质量的必要条件。但在微滴喷射瞬间,纳米颗粒悬浮墨水的流变学性能会随着剪切速率发生明显变化,对实现墨滴稳定喷射具有重要影响。通过测量墨水黏度与剪切速率之间的关系,建立变黏度喷墨打印有限元模型,并对微滴喷墨打印过程中墨滴黏度、墨滴速度、墨滴形貌的变化规律及影响机理进行研究。得出毛细管力是导致墨滴失稳的重要因素,最后对墨滴稳定喷射进行了数值模拟和物理试验验证,证明毛细管数-奥内佐格倒数(Capillary-ohnesorge reciprocal,CA-Z)纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法的可行性。CA-Z纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法为微滴喷射3D打印墨水的制备及其打印参数的优化提供了理论和试验依据。     

FDM熔融沉积3D打印悬垂结构试验研究

为了指导3D打印技术课程实训与技能竞赛、研究PLA聚乳酸材料熔融沉积成型悬垂面的表面质量和打印效率,通过自主设计悬垂模型结构,试验研究了不同悬垂角度下悬垂结构表面的成型质量;并且,通过单一变量法,对悬垂模型结构的打印层厚、填充密度、有无支撑三个工艺参数进行了试验研究,结果表明：打印层厚对悬垂结构熔融沉积成型效率影响最大、填充密度对悬垂成型外表面质量影响最小,并为3D打印实训课程的教学和技能大赛中悬垂结构熔融沉积成型提供了方法参考。     

熔融堆积3D打印成形金属件层间结合研究

金属件熔融堆积3D打印过程中,制件的层间结合性能主要取决于热作用过程,因此对成形过程温度变化进行研究显得尤为重要。该研究基于熔融堆积3D打印成形特点,建立了成形过程有限元分析数学及物理模型,并使用ANSYS有限元软件对不同熔融金属温度、基板温度及堆积速度条件下成形过程温度场变化进行模拟研究。结合相同参数条件下的对比工艺试验,研究了这些参数对最终成形金属实体层间结合性能的影响。研究结果表明:随着熔融金属温度、基板温度的升高,以及堆积速度的增加,成形实体温度上升速度加快,高温热影响区增大,温度梯度减小,实体层间结合及拉伸性能提高,并在熔融金属温度160℃,基板温度90℃,堆积速度16mm/s参数条件下打印出了层间结合良好的铋锡合金实体。     

连续纤维自增强复合材料3D打印及其回收性能研究

连续纤维增强复合材料3D打印工艺的出现,为复合材料构件低成本快速制造提供了一种新方法,为了充分利用3D打印连续纤维增强热塑性复合材料成形快,易成形复杂零部件的特点,结合自增强复合材料具有良好界面结合性,可循环利用的优势,分析了自增强复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出一种利用过冷熔体成形连续纤维自增强复合材料的3D打印方法,设计了基于过冷的自增强复合材料熔融挤出打印喷头,采用聚苯硫醚(Polyphenylene sulfid,PPS)纤维与PPS树脂作为自增强复合材料原材料,探究自增强复合材料成形打印温度窗口、复合材料力学性能、微观界面结合性,以及对连续纤维自增强复合材料完全可回收性能研究分析。     

基于最小理论支撑体积的模型三维打印的打印方向分析

针对三维打印过程中,打印后模型的支撑体积需减小的问题,研究了模型打印方向与模型支撑体积的对应关系,提出了一种计算最小理论支撑体积所对应的模型打印方向的方法。介绍了离散网格模型理论支撑体积的理论背景,给出了理论支撑体积的计算方法;分析了理论支撑体积函数的可导性,针对该函数的不可导性,利用无导数优化算法计算了最小理论支撑体积所对应的打印方向。实验表明,所提出的方法能够准确地计算理论支撑体积所对应的打印方向。     

三维打印实验教学的研究

针对三维打印实验教学在各高校的兴起和发展,就如何更好地培养学生动手能力和创新意识,提高实验教学质量等方面,对三维打印实验教学理念的建立、教学条件和实验教学的主要设计思路等进行了研究.     

面向3D打印复合工艺的生物CAD/CAM系统及试验研究

3D打印复合成形工艺将3D打印技术与静电纺丝技术相结合,在构建具有多尺度多梯度结构特征的,生物硬组织修复用再生支架方面表现出独特优势。提出一种针对3D打印复合成形工艺的生物CAD/CAM系统构建方法,不仅能实现成形过程的自动监控,保证多工艺的柔性复合,而且能实现从STL模型,到生成加工路径信息,并最终驱动系统硬件进行加工的自动化处理流程。该系统及方法将生物建模软件与生物3D打印复合成形系统有效集成,将CAD过程中无法建模的尺度信息与来自CAD的加工信息有机结合并处理,有效解决了3D打印成形再生支架时,精度受限而无法在支架内部成形微观尺度结构的问题。最后,通过骨组织工程支架的制备试验验证了系统的有效性。     

Assessment of Erosion Resistance of Coated Polymer Matrix Composites for Propulsion Applications

The erosion behavior of tungsten carbide-cobalt (WC-Co) coated and uncoated polymer matrix composites (PMCs) was examined with solid particle impingement using air jets. Erosion tests were conducted with Arizona Road Dust impinging at 20°, 60°, and 90° angles at a velocity of 229 m s^–1 at both 294 and 366 K. Noncontact optical profilometry was used to measure the wear volume loss. Results indicate that the WC-Co coating enhanced erosion resistance and reduced erosion wear volume loss by a factor of nearly 2. This should contribute to longer wear lives, reduced related breakdowns, decreased maintenance costs, and increased product reliability.     

三种用于实验教学的三维打印工艺对比

针对三维打印技术在大专院校的应用,对三种用于实验教学的三维打印工艺的优缺点进行比较。分析指出目前FDM打印工艺更具有优势,更适用于实验教学。     

基于3D打印技术的石墨烯基三维电极设计制造研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、稳定的放电平台和安全的使用环境被广泛应用于航空航天、汽车、可穿戴柔性设备等领域.目前锂离子电池的研究主要集中在薄电极(＜50 μm)的设计制造,其较低的单位面积负载(＜5 mg·cm-2)严重制约了面积比容量.因此厚电极的制造(100～500 μm)将成为未来高比能量电池的研究热点.3D打...     

考虑3D打印工艺约束的液压流道拓扑优化设计

为了解决传统液压阀块体积笨重、制造工艺繁琐且效率损失大的问题,使用3D打印和流体拓扑优化相结合的方法对液压流道进行优化设计。以入口和出口处压差最小为目标,通过流体拓扑优化对常见的液压阀体T形通道进行优化,得到更加符合流体特性的流道,并设计了可以无支撑进行3D打印的圆角正方形截面形状,进行了3D打印试验,优化后的流道3D打印成形效果较好。利用Fluent进行流体仿真,结果显示,当入口流速在2~5 m/s时,优化后的流道有效避免了气穴的形成,最大压力减小了40%以上,入口和出口处压差减小了28%以上,湍流改善了85%以上,流体性能得到显著提升。