基于图案解析与视觉在线检测的电喷印控制方法

随着柔性传感器的发展,传统加工工艺难以满足其高精度生产要求。电喷印作为一种新兴的微纳加工工艺,在复杂图案加工和高精度加工方面具备明显优势。研发了一种具备反馈功能的电喷印软件控制系统,实现了图案解析和机器视觉的在线监测。首先研究了不同形式打印目标的复杂图案解析方法,进行了响应曲面法设计实验,设计了对应的实时在线视觉监测算法和复杂图案的打印路径的优化算法,建立了电喷印关键工作参数的预测数学模型,并进行了测试分析。结果表明:该控制系统实现了打印过程的自动反馈,显著缩短了工作时间,使得电喷印过程的泰勒锥可准确地按需控制,打印线段相对偏差的统计值由±11%左右,减小至±6%左右,并打印出了最小半径为103μm的液滴和最小线宽为151μm的线段。研究成果为柔性微纳制造工艺提供了更高效、精确的生产方法。

方波脉冲电压下电喷印技术的实验研究

基于电流体动力学原理的电喷印技术是一种用于制造微纳尺度三维结构的喷印技术,可以在喷头不易堵塞的基础上实现亚微米和纳米级分辨率的高精度图案化,对电喷印施加脉冲电压可以实现按需喷印。通过实验得出方波脉冲电压对于喷印的影响规律,其中频率越大,沉积液滴直径越小;频率不变,电压幅值或入口压力增大都会使沉积液滴直径增大;而增大电压或气压值,可以提高液滴最大释放频率。最终获得了频率为300 Hz和平均直径为52.3μm的液滴,确立了较为理想的喷印工艺条件。

高密机织物表面特性对电喷印电线成形质量影响

采用电喷印技术在织物上直接打印电线是一种极具前景的大规模制造织物基柔性电子器件的方法,然而,织物表面纹理的复杂性影响着油墨在其表面的扩散和渗透行为,进而影响电线的成形和电性能。因此,为探究织物表面特性对电线的成形及性能的影响机理,文章对三种高密机织物的表面特性、电喷印电线的打印精度、厚度及导电性进行对比研究。结果表明,随着织物密度的增加,油墨在织物表面的铺展及扩散行为减弱,使得电线在织物表面的成形性和导电性更好。通过促进电喷印技术在织物表面印刷电子领域的应用,可为织物表面柔性电路的数字化快速制备提供思路和指导。

电压对电喷印影响的数值模拟及实验研究

电喷印技术是基于电流体动力学(electrohydrodynamic,EHD)原理的一种沉积技术,可以得到比喷头尺寸小一个数量级的喷印精度。在电喷印过程中,电压是影响喷印的核心因素,对于泰勒锥的形成和稳定性起着重要作用。文中通过数值模拟和实验研究得出:随着外加电压的增加,泰勒锥逐渐形成,同时液滴的锥角也在减小;当达到一定的电压(2000V)时,得到的锥形最稳定且锥角最小;而当电压继续增加,泰勒锥锥形开始缩短最终失稳。因此,电压为2000V是实验条件下的最优参数。

电喷印绝缘喷嘴结构设计及仿真分析

优化电喷印喷嘴结构以改善其电场性能是提升打印效率的关键。综合考虑了低阀值开启射流及稳定工作的要求,设计了一种新型电喷印绝缘喷嘴结构,通过COMSOL Multiphysics多物理场软件建立仿真模型,将电场力以麦克斯韦张量的形式作为体积力加入Navier-Stokes方程以耦合电场和流场,采用相场方法追踪两相界面,捕捉其射流演化过程,并分析了电压、收集板高度、入口压力及喷嘴内径等关键工艺参数对射流尺寸和形态的影响规律。结果表明,该绝缘喷嘴在电压条件为1.4 kV时即可开启射流,且不易腐蚀喷嘴毛细管结构,具有良好的电场性能及工作稳定性;合理设计电压、收集板高度、入口压力及喷嘴内径等关键参数可一定程度上加快射流速度,提升打印效率;为电喷印喷嘴结构设计提供了新的方法和理论指导。

基于FDM和电喷印技术的复合成型工艺

针对熔融沉积成型、微纳尺度微液滴沉积成型、液态导电金属的性能特点,分析了熔融沉积和电喷印成型的复合增材制造加工方法,研究了熔融沉积和电喷印沉积成型的复合加工机理以及工艺成型步骤.通过FDM 3D打印技术构造电子产品的功能性结构,采用电流体动力喷印和液态金属导电油墨制造电子电路.利用COMSOL Multiphysics模块对电喷印工艺电压对导线成型形态的影响进行了数值模拟,通过仿真和实验研究对比分析,确立了电喷印加工的最佳电压.

电喷印喷头位移参数对三维成型精度的影响

电喷印技术是一种新型的微结构成型技术,其由于具有成型精度高、制造成本低、设备结构简单、打印材料广泛等特点,备受业界关注。而基于液态成形的电喷印技术对于三维图形的打印方法,对其实际图形及打印质量难以直接观测,因而快速有效的控制打印三维图形的精度和质量面临重大挑战。本研究提出了一种通过合理设置打印线间距和层间距,以控制打印三维图形的精度和表面质量的有效控制方法。同时,建立了线间距、层间距等工艺参数与最佳成型质量的理论模型,以打印线横截面层高作为评价指标,通过实验探究了喷头逐线逐面打印移动距离对三维图形沉积形貌的影响。研究结果分析、揭示了电喷印技术中上述工艺参数对三维图形的影响及其规律,并进行了三维实体成形试验。基于接触角、喷射流量等因素对线间距和层高的影响的模拟仿真,为基于电喷印技术的三维成型工艺提供指导意义。

3D电喷印法制备凹凸棒石/聚己内酯支架及体外成骨诱导性能

背景:静电纺丝制备的聚己内酯纳米纤维支架具有仿细胞外基质的结构,但其亲水性较差,不利于细胞的黏附、迁移、增殖和分化。目的:利用3D电喷印法制备凹凸棒石/聚己内酯支架,评价其对小鼠骨髓间充质干细胞的生物学影响及成骨诱导分化作用。方法:采用3D电喷印法制备含不同质量比例凹凸棒石(0%,0.5%,1%,2%)的凹凸棒石/聚己内酯支架,扫描电镜观察其形貌结构。将4组支架分别与骨髓间充质干细胞共培养,第7天时扫描电镜下观察细胞黏附,第2天时Live/Dead染色观察材料表面细胞生长状态,第1,3,5天时利用CCK-8法检测细胞增殖,第3,7,14天时采用Real-time PCR检测成骨标志基因的表达水平,第3,7,10天时检测细胞碱性磷酸酶活性。结果与结论:①扫描电镜显示,4组支架均呈多孔隙的网状结构,平均孔隙约450μm,其中0%,0.5%凹凸棒石组支架表面光滑,1%,2%凹凸棒石组支架表面粗糙;②扫描电镜显示,细胞能在4组材料表面黏附和生长,其中1%凹凸棒石组细胞数量多于其他3组;③Live/Dead染色显示,细胞在4组材料表面黏附和生长,其中2%凹凸棒石组细胞数量最少;④CCK-8检测结果显示,0.5%凹凸棒石组的细胞增殖速率快于其他3组;⑤Real-time PCR检测显示,0.5%凹凸棒石组共培养14 d的碱性磷酸酶、骨钙素、Osterix和Runx-2基因表达量均高于其他3组;⑥0.5%,1%,2%凹凸棒石组的碱性磷酸酶活性均不同程度地高于0%凹凸棒石组,共培养3,7 d时0.5%凹凸棒石组最高,共培养10 d时1%,2%凹凸棒石组最高;⑦结果表明,加入质量比例0.5%凹凸棒石的聚己内酯支架具有良好的生物相容性和一定的成骨诱导效应。

基于电喷印集成制造阵列化嵌金属电极柔性微流体管道

微流控芯片在生物、化学、医学等领域受到了研究者们的广泛关注,尤其是含有金属电极的微流体管道在毛细电泳、电化学微量检测、生物医学工程和柔性电子领域具有广泛的需求前景.文章提出了一种简单按需制备阵列化嵌金属电极柔性微流体管道的方法.该方法基于电喷印直写技术并结合翻模和湿法刻蚀工艺,实现了嵌金属电极柔性微流体管道阵列的制备.首先,通过在线性转动接收基底上叠加直写聚乙烯醇(PVA)纤维,制备了可嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面光滑的线性凸起微结构(线宽为10~100μm,高宽比可大于1:2),并以此作为模板,实现了阵列化柔性微流体沟道的制造;其次,通过在平动接收基底上直写光刻胶作为保护层,并结合湿法刻蚀工艺,实现了在含有微流体沟道阵列的柔性基底上金属图案化导电电极(线宽低至5μm)的灵活制造;最后,对通入不同浓度盐溶液的微流体管道进行电学测试,验证了其管道的导通性和金属电极的导电性.结果表明:基于电喷印的集成制造流程可以灵活、简单、高效、低成本的按需加工阵列化嵌金属电极柔性微流体管道,有望应用在生物医学工程和柔性电子等领域.

力场辅助电喷射打印的仿真研究

微纳三维功能结构的制备对于高性能MEMS器件的研究具有重要意义。利用COMSOL仿真分析了力场辅助电喷射打印三维结构的过程,采用理论分析与数值仿真的方法,研究了力场辅助成形机理,分析了不同电场工艺参数对微结构成型的影响。通过改变电压、间距、电极尺寸等参数,可以对结构成型产生影响。结果表明,该仿真模型为这种三维打印新方法提供了理论依据,对于实现微米尺度三维结构的打印制造具有重要意义。

电喷印刷柔性传感器

柔性传感器因其在弯折、扭曲、拉伸等大变形条件下具有稳定的传感性能,所以在软体机器人、可穿戴电子和生物医疗等领域具有潜在的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注。与传统光刻技术相比,印刷技术制造作为增材制造,具有绿色、低成本和可大面积制造的优势,被广泛应用于柔性电子器件制备。其中,电流体动力喷墨打印(电喷印)技术因其具有多种功能材料的兼容性,被认为最有可能替代传统的光刻技术,实现柔性传感器高分辨率和跨规模制造。近年来,电喷印技术在微型化柔性传感器制造领域显示出广泛的应用潜力。本综述重点介绍了电喷印刷柔性传感器的工艺、材料和应用的最新研究进展。首先,详细介绍了电流体动力喷墨打印技术的工作原理,总结了用于电喷印的各种功能性墨水材料,然后,介绍了电喷印刷中墨水和柔性基底间表界面调控的问题。随后,综述了电喷印方法在柔性压力传感器、柔性气体传感器和柔性电化学传感器等柔性传感器制造的应用进展。最后,总结讨论了下一代电喷印刷技术在柔性传感器领域的机遇与挑战。

溶液属性对电流体动力学喷印的影响研究

为研究电流体电喷印中流体动力黏度、表面张力及电压等参数对喷印过程的影响,在前人对电流体动力学理论分析的基础上以质量分数为10%~20%的聚氧化乙烯为模拟材料,采用多物理场耦合软件COMSOL构建电流体动力学数学模型进行仿真验证。在电场力、液体内部黏性力和表面张力的作用下泰勒锥保持平衡,当电场力大于液体表面张力和黏性力时,液体破碎喷印形成锥射流。液体表面张力和动力黏度越大,喷印所需电场力就越大,相应时间锥射流的形成也就越慢。

基于EHD微纳尺度3D打印中导电银浆成线规律的实验研究

基于EHD微纳尺度3D打印技术(电喷印)是最具应用前景的微纳尺度3D打印技术之一。通过实验研究了电喷印过程中导电银浆体积浓度、喷印距离、喷印电压及喷印头移动速度对成线性能的影响。实验结果表明:外加电压在一定范围内能形成泰勒锥,过大或过小都会影响泰勒锥的形成;在此范围内存在最佳值2 000 V,使线宽最小。随着喷印头移动速度的变化,线宽变化显著,速度过小或过大分别导致线宽过大或无法成线的现象。导电银浆体积浓度过小会导致线宽过大、体积浓度过大导致粘度过大无法喷印;存在最佳值6:1使线宽最小。在一定的喷印距离0.05~0.1 mm的范围内变化时,可以形成稳定喷印。距离过大或过小会导致无法成线现象。

微纳尺度3D打印专利技术分析

本文介绍了微纳尺度3D打印的技术背景和发展现状,从专利的角度分析了微纳尺度3D打印技术的时间分布、地域分布、技术主题分布、申请人分布情况。此外,还梳理了双光子聚合3D打印技术、电喷印技术和微立体光刻的技术发展路线,以期对相关产业的发展提供有用的专利信息情报。