纳米银导电图形薄膜的数字化微打印

采用以脉冲为微流动基本形态、脉冲当地惯性力为主动力的微流体数字化技术进行纳米银导电图形薄膜微打印实验研究。在搭建的基于微流体数字化技术的纳米银导电图形薄膜微打印系统上,将水合肼溶液数字化微打印在涂有AgNO3-PVP溶液的玻璃基上形成纳米银悬浮液液线,再经高温烧结后形成纳米银导电图形薄膜。通过实验研究,微打印出了厚度约为3μm、最小线宽约20μm且最小电阻率达2.5μΩ.cm(相当于块状金属银电阻率的1.6倍)的纳米银导电图形薄膜。从实验过程可以看出,采用微流体数字化技术进行导电图形薄膜的微打印具有工艺简单、成本低廉、薄膜线宽小和导电性能优越等优点。

微尺度3D打印柔性传感器创新实验设计与实践

介绍了一种利用微尺度3D打印柔性应变传感器的实验设计及实践,旨在培养学生的创新意识和实践能力,提高教学质量和水平。该实验借助微尺度3D打印技术,实现了传感器微型化和高精度制备,有效地提升了传感器的灵敏度和稳定性。在实践过程中,学生需要独立进行实验设计、制备和测试,注重实验数据的统计和分析,培养了学生的创新思维和实践操作能力。

电路微导线激光驱动微滴喷射沉积打印

激光驱动微滴打印是一种高分辨率、高柔性和材料适应性广的金属微增材制造工艺,能实现纯金属微结构打印。面向电路微导线打印,目前的激光驱动微滴沉积工艺规律认识还不清晰。因此基于纳秒光纤激光驱动微滴打印系统,实现了直径5μm的铜微滴阵列的沉积,沉积位置偏差为±5μm。研究不同工艺参数下的激光驱动微滴沉积微导线形貌,发现由于存在微滴沉积位置偏差,交替沉积策略比微滴顺序沉积更适合打印微导线;当沉积微滴搭接间距减至1.5μm时,可形成联通的导线打印;微滴转移间距从50μm增至200μm,打印微导线的线宽增加约2倍;实现线宽为15μm的微导线打印,并通过四探针法测试获得的微导线电阻率为实体材料的9倍。

基于电场驱动喷射微3D打印的曲面透明电加热玻璃技术

为了解决高性能曲面透明电加热玻璃制造工艺复杂和制备成本高的问题,提出了一种基于电场驱动喷射微3D打印制造曲面透明电加热玻璃的新方法,并阐述了该工艺流程;通过实验揭示了主要打印参数对制造曲面透明电加热玻璃银线线宽的影响规律;使用优化的打印参数在曲面透明玻璃上制备了有效加热面积为35 mm×40 mm,线宽为90μm,周期为3000μm,附着力为4B,透光率为90%,电阻为1.6Ω,银线为金属网栅结构的曲面透明电加热玻璃。实验结果表明,该打印方法工艺简单,利用该方法制造的曲面透明电加热玻璃具有附着力好、透光率高和加热性能良好等优点,为实现低成本、高性能的曲面透明电加热玻璃的工业化制造提供了一种全新的解决方案。

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。

高固含量CL-20基炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了获得微尺度爆轰性能优良且与3D微喷打印工艺兼容的悬浮式炸药油墨配方,以水溶性壳聚糖(CS)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)为复合黏结体系,亚微米CL-20为主体炸药,设计和制备了高固含量CL-20基炸药油墨,并通过3D微喷打印平台进行打印成型。采用扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对成型样品的形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)、机械感度仪和静电感度仪分别测试了样品的热分解性能、机械感度和静电感度,并对微型打印样品的爆轰性能进行了测试。结果表明,CL-20质量分数为90%时,打印成型样品表面宏观比较平整,但微观平均粗糙度约为14.58μm,内部结构均匀,层间无明显孔隙,成型样品中CL-20的晶型为ε型;与亚微米CL-20相比,油墨成型样品的表观活化能增加了5.94 kJ/mol,其撞击、摩擦和静电感度分别下降了1 J、80 N和0.21 J;微型传爆药打印样品的成型密度为1.515 g/cm^(3),爆轰临界尺寸和爆速分别为1 mm×0.135 mm和7484 m/s。

气溶胶微喷射打印柔性应变传感器及性能研究

目的研究气溶胶微喷射打印工艺在制备柔性应变传感器方面的可行性。方法利用气溶胶微喷射打印工艺不受限于柔性基底且打印定位精度高的优势,通过等离子清洗技术增大PDMS表面附着力,使用纳米银墨水与PDMS基底制作用于人体运动检测的电阻式柔性应变传感器。结果通过等离子清洗PDMS基底表面,解决了打印过程中柔性应变传感器因PDMS表面纳米银液滴凝聚而产生的不导电问题。探究了气溶胶微喷射打印工艺参数对打印银线宽度的影响规律,发现增大鞘气流量或缩小喷头内径能有效减小打印线宽。利用高精度万用表检测由气溶胶微喷射打印制备的传感器在受力时产生的电信号,测试传感器在无应力状态下导电性良好且稳定,计算出传感器应变在3.5%内且灵敏度可达163.84。将传感器用于人体手指部位的运动监测,证明其具有检测微小信号的能力。结论气溶胶微喷射打印工艺可用于制备所需要的柔性应变传感器,该传感器在智能穿戴设备方面具有一定应用潜力。

微纳CL⁃20颗粒悬浮型炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL‑20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技术对炸药油墨进行打印成型。通过密度计、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪对成型样品的性能进行表征,并测试了样品的撞击感度、摩擦感度和爆速,在此基础上研究了微纳CL‑20颗粒含量与微型传爆药性能之间的关系。结果表明:随着炸药油墨中微纳CL‑20颗粒含量的增大,墨滴成型后“咖啡环”现象逐渐明显,药线单层沉积厚度增加,打印成型效率增大,但孔隙率则逐渐增大。主体炸药CL‑20在3D微喷打印过程中没有晶型的转变,仍为ε型。当成型样品中微纳CL‑20颗粒的含量与黏结剂的比例为9∶1时,样品的实测密度为1.638 g·cm^(-3)(86.19%TMD),弹性模量为5.43 GPa;其撞击感度、摩擦感度和爆速分别为4 J、240 N和7689 m·s^(-1),展现了较好的安全性能及微尺度传爆能力。

基于电场驱动喷射微纳3D打印的生物支架制备工艺

支架的结构与规格对于细胞的形态具有完全不同的影响,其规格尺寸与细胞特征尺寸(如神经细胞,胞体尺寸一般为20μm)的符合程度是衡量生物支架性能的关键指标,但是,目前的技术在制备小孔径、结构均匀的多层生物支架领域中仍存在一系列问题。因此,提出了一种基于电场驱动喷射微纳3D打印技术(EFD)和对称打印原理制备小孔径、结构均匀的多层生物支架的新方法,通过实验分析电压、速度、背压等工艺参数对打印结果的影响,优化多层生物支架的打印方案,最后,将聚乳酸(PLA)作为打印材料,成功制备纤维直径为20μm、周期为60μm、孔径为40μm的组织工程支架。

3D打印微孔钛合金人工椎体治疗颈椎后纵韧带骨化症的临床疗效观察

目的观察3D打印微孔钛合金人工椎体治疗颈椎后纵韧带骨化症的临床疗效。方法回顾性分析本院脊柱科2018年1月至2020年1月行颈前路椎体次全切除减压、3D打印微孔钛合金人工椎体植入或钛网植入、钛板内固定术的64例颈椎后纵韧带骨化症患者临床资料,根据纳入排除标准最终纳入57例。按内植物的不同分为观察组(内植物为3D打印人工椎体,28例)及对照组(内植物为钛网,29例)。对比两组手术时间、术中出血量、JOA评分与改善率及术后假体沉降发生率、植骨融合情况。结果观察组手术时间(59.32±12.09)min,术中出血量(102.75±11.25)mL;对照组手术时间(67.55±4.71)min,术中出血量(102.06±13.83)mL。观察组手术时间显著短于对照组(P=0.001)。两组术中出血量差异无统计学意义。随访12~15(14.3±2.7)个月,1例(对照组)出现伤口感染;术后出现颈部吞咽不适症状7例(观察组3例、对照组4例),1~2周后消失。末次随访时均骨性愈合,无内植物断裂、移位发生。观察组JOA评分由术前的(11.61±0.99)分提高至(16.10±0.68)分,改善率为(83.03±12.68)%;对照组JOA评分由术前的(11.37±1.08)分提高至(16.03±0.56)分,改善率为(81.58±12.67)%,两组改善率差异无统计学意义。假体沉降发生率观察组1例(3.57%),对照组12例(41.38%),两组间对比差异有统计学意义(P=0.001)。结论采用3D打印人工椎体能够重建颈椎的稳定性,与钛网相对比具有更好的骨-材料结合界面,且手术时间短,假体沉降发生率低。

基于EHD微尺度3D打印喷射机理与规律研究

基于电流体动力学(EHD)微尺度3D打印(电流体动力喷射打印或电喷印)的成形机理复杂,成形影响因素较多,首先对泰勒锥的受力状况进行了理论分析,然后用有限元数值模拟和实验方法进行验证,探索了该微尺度3D打印方法的喷射机理,并揭示了电压、压力对锥射流喷射性能的影响规律。结果表明,电压越大,锥形越短;入口压力越大,锥形越长,同时也表明了在一定的电压和气压范围内喷印均可以正常进行,而不是特定的电压或气压,从而可以通过调节电压和气压改善锥射流及喷印质量。用光固化树脂材料进行的喷印实例中获得了较好的喷印质量。

电场驱动熔融喷射微尺度3D打印微结构

提出了一种基于电场驱动喷射沉积3D打印的新方法来加工高分辨率结构,结合数值模拟与实验研究,揭示了其成形原理与喷射规律。通过优化工艺参数,使用内径250μm的喷嘴,在玻璃衬底上打印出点直径20μm的微图案,验证了电场驱动熔融喷射在微尺度3D打印上的可行性。

电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术及应用

微纳尺度3D打印是增材制造的前沿和研究热点,在航空航天、组织工程、生物医疗、微纳机电系统、新材料(超材料、轻量化材料、智能材料、复合材料)、新能源、柔性电子、印刷电子、结构电子、微纳光学器件、微流控器件、可穿戴电子产品、软体机器人等诸多领域和行业有着非常广泛的应用。介绍了课题组近年提出并建立的一种微纳尺度增材制造新工艺——电场驱动喷射沉积微纳3D打印,并论述了近年研究进展和取得的重要成果,介绍了5个工程应用案例。电场驱动喷射沉积微纳3D打印为微纳尺度3D打印和微纳制造提供了一种全新的解决方案,具有良好的工业化应用前景。

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10μm、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。

喷墨打印微流体纸基数码灰度比色法快速检验氯酸钾

目的研究喷墨打印微流体纸基数码灰度比色法测定可疑物样品中氯酸钾的新方法。方法在浓盐酸环境下,氯酸钾与盐酸苯胺络合生成稳定的有色络合物。滤纸具有亲水性,接触记号笔墨水后使滤纸变得疏水。计算机设计好模板将图案喷墨打印到滤纸上。当溶剂挥发后,着色剂、疏水树脂留在滤纸纤维上改变滤纸原来的亲水性,形成了可视的疏水屏障。以记号笔墨水配制成疏水性的感应油墨,依托喷墨打印机,在滤纸上喷墨打印形成高重复、稳定的图案,形成稳定的点样空间。在亲水空间上首先滴加盐酸苯胺试剂,氯酸盐与其中的盐酸苯胺络合生成有色物质。氯酸盐的浓度不同得到颜色深浅不同,对其进行灰度处理读取像素点灰度值。结果纸基拍照获取数字图片该灰度值与KClO_3浓度呈正相关。当连续喷墨打印4次时,圈形的亲水空间形成;最佳的点样体积为20μL;Scion image 4.03软件处理方式效果最好。KClO_3浓度为50~90μg/mL范围时,像素点的灰度值与浓度有良好的线性关系(R^2=0.99),定性检出限为0.92μg/mL。结论本文建立的氯酸钾检验方法对环境光源无特殊要求,操作简单、成本低、高效快速,适合野外勘查现场检验。

基于电场驱动微3D打印的大高宽比微模具制造

微模具在微纳制造领域具有广泛应用,为了实现大高宽比微模具的低成本、简单化制作,提出一种基于电场驱动微3D打印及毛细力光刻的微模具制作方法。首先打印多层大高宽比微结构母模板,再将其结构特征转移至聚二甲基硅氧烷(PDMS)凹模具,最后再经过毛细力光刻过程制作大高宽比聚合物微模具。详细阐述了大高宽比微结构母模板的打印原理及聚合物微模具的制作原理,探究了打印工艺参数对微结构母模板形貌的影响规律。使用优化的打印参数制备了高宽比为5的微结构母模板,并复制出相应深宽比的PDMS凹模具。最终由PDMS凹模具复制的聚合物微模具不仅有着更大的高宽比,还可用于金属网格透明电极等元件的批量化制作。

微喷射3D打印设备喷射系统调控与试验检测分析

微喷射3D打印技术因其低廉的设备和材料成本,受到了越来越多的关注。喷头喷射系统是微喷射3D打印设备开发的重点研究对象。本文主要研究了微喷射3D打印中喷射系统的机械结构和控制方案。通过主控电路板检测增量式编码器的脉冲信号,并给喷头控制板发送有纸低电平,检测喷头打印装置和运动装置的相互配合。最后,通过试验对喷射系统进行了检测,发现设备长时间的打印测试中,打印过程流畅,运行平稳;样品精度较高,打印效果比较理想。

微喷射打印二维运动与定位系统设计

微喷射打印是一种应用于生物制造工程等多领域的新型工艺。在介绍微喷射技术原理、微喷射打印装置构成的基础上,设计了二维运动与定位系统,包括定位模块和二维运动模块的结构设计、运动模块的控制路径,可以实现不同形态对象的定位需求,配合微喷射系统实现精确化、可视化的材料喷射或打印操作。

基于3D打印技术的技师研修微项目研修路径研究

随着3D打印技术的日渐成熟,3D打印技术走进越来越多的校园,走向越来越多课堂。在数技师研修中加入3D打印技术,不仅可以让技师研修项目的模型完整的呈现在学生面前,让学生发现不足,更好的改进;并且能够充分调动了技师研修学生学习的积极性。“3D打印技术”微项目通过3D打印技术先出来的模型,来检查方案的可行性,不仅避免了因项目设计不合理出现失败的现象,而且省掉了很多复杂的理论验证流程,提升了数控技师研修的效率和质量。