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。

基于电场驱动熔融喷射3D打印大面积聚甲基丙烯酸甲酯微结构制造方法

针对大面积聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构低成本制造的难题以及高分辨率PMMA成型的实际需求,提出一种基于电场驱动熔融喷射沉积3D打印实现大面积PMMA微结构高效低成本制造的新方法。通过高速摄像机实验观测和系列打印实验研究,揭示了主要工艺参数对于成型过程、打印分辨率、打印质量的影响和规律,优化的工艺参数范围为:电压1200~1300 V,气压3~10 kPa,打印高度200~400μm,打印速度5~20 mm/s,材料加热温度210~230℃。利用提出的新方法,结合优化出的工艺参数,采用内径250μm的喷嘴,实现了最小特征尺寸15μm、图形面积70 mm×70 mm大尺寸微模具以及高宽比达到9∶1大面积复杂微结构和组织工程支架的制造。

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纳3D打印及其在先进电路和电子制造中的应用

微纳3D打印是近年出现的一种颠覆性新技术,经过10多年的迅猛发展,国内外学者已经提出10多种微纳3D打印工艺,但现有微纳3D打印大都面临打印材料和基材的普适性和兼容性差、大面积宏/微跨尺度结构制造困难、生产成本高,尤其是还存在成形效率(尺寸)和打印精度相矛盾的挑战性难题。经过近10年的研究与技术攻关,提出并建立了一种电场驱动喷射沉积微纳3D打印新技术,围绕该技术在基础理论、数值模拟、关键技术和装备、打印材料、实验研究和工艺优化、工程应用等方面开展了较为系统和深入研究。主要综述了电场驱动喷射沉积微纳3D打印基本原理和近年取得重要进展,尤其是系统介绍了该技术在先进电路和电子制造中的典型应用,旨在为先进电路和电子的制造提供了一种低成本、普适性好的具有工业化应用前景的全新解决方案。

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。

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。

电场驱动熔融喷射沉积高分辨率3D打印

针对传统熔融沉积成型面临的成型精度低和打印材料受限,基于电流体动力熔融沉积在成形高度、材料种类、基板导电性和平整性、3D成形能力等方面的不足和局限性,本研究提出一种电场驱动熔融喷射沉积3D打印新工艺,其采用双加热集成式喷头并施加单极脉冲高电压(单电势),利用电场驱动微量热熔融材料喷射并精准沉积来形成高分辨率结构.引入两种新的打印模式:脉冲锥射流模式和连续锥射流模式,拓展了可供打印材料的种类和范围.通过理论分析、数值模拟和实验研究,揭示了所提出工艺的成形机理、作用机制以及成形规律.利用提出的电场驱动熔融喷射沉积3D打印方法,结合优化工艺参数,完成了三个典型工程案例,即大尺寸微尺度模具、大高宽比微结构、宏微跨尺度组织支架和网格三维结构.其中采用内径250μm喷头,打印出最小线宽4μm线栅结构,高宽比达到25∶1薄壁圆环微结构.结果表明,电场驱动熔融喷射沉积高分辨率3D打印具有打印分辨率高、材料普适性广、宏/微跨尺度的突出优势,为实现低成本、高分辨率熔融沉积3D打印提供了一种全新的解决方案.

电场驱动喷射沉积3D打印

多材料多尺度3D打印是当前增材制造的前沿方向、研究难点和亟待突破的关键技术,它在组织工程、新材料、新一代电子产品、OLED、印刷电子、软体机器人等诸多领域有着非常广泛的应用,但是现有的增材制造技术在实现多材料跨尺度3D打印面临许多挑战性难题.材料喷射沉积成形技术在实现多材料多尺度3D打印具有非常突出的优势和巨大的潜能,本文提出一种电场驱动喷射沉积3D打印新方法,它突破了现有材料喷射沉积3D打印在打印材料、接收衬底、喷嘴材料、跨尺度制造等方面的一些不足和限制性,尤其是结合多喷头技术,能够实现跨尺度多材料复杂三维结构一体化制造.首先,阐述了该方法的基本原理,并通过理论分析和数值模拟揭示了其成形机理;随后,通过系统的实验研究,验证了电场驱动喷射沉积3D打印对于衬底(或者已打印结构)材质、打印高度和位置、导电和非导电喷嘴、打印材料普适性,以及所提出的两种工作模式在实现跨尺度制造方面的可行性和有效性;最后,通过4个典型打印案例,展示了提出的电场驱动喷射沉积3D打印在实现异质、跨尺度复杂三维结构化制造的能力和突出优势,证明了它在实现多材料多尺度3D打印方面的可行性和有效性.本研究为探索低成本多材料跨尺度3D打印提供了一种全新的解决方案.

间接3D陶瓷打印技术:文献综述

增材制造(AM),也称为3D打印(3DP)技术,是一种在过去40年中发展迅速的先进制造技术。然而,由于开裂的问题,陶瓷材料的打印仍然具有挑战性。间接3D打印由于其快制造速度和低成本而受到关注。间接3D打印将直接3D打印的一步成型过程分为粘结和材料烧结,避免了由于快速冷却而导致的内应力,从而可以实现形状复杂的高质量陶瓷组件的制备。本文介绍了先进的间接3D打印技术的研究进展,包括黏结剂喷射(BJ),立体光刻(SLA)和熔融沉积建模(FDM)。目前,陶瓷材料的增材制造主要是通过间接3D打印技术实现的,这些材料包括氮化硅,羟基磷灰石功能陶瓷,碳化硅结构陶瓷。

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料(Polymer matrix composites,PMC)成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性,尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题,提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验,揭示了主要工艺参数(碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等)对于打印件分辨率(精度)和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台,并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式,实现了多层石墨烯/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明,提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型(使用内径300μm喷嘴,实现了分辨率为40μm的PMC特征结构制造),而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。

基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印

现有微纳3D打印在实现多材料、宏/微跨尺度等方面面临诸多挑战性难题.本文提出了一种基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印新工艺,它不再将打印喷嘴作为电极,只需平板电极与高压电源正极(或负极)连接.通过理论分析和数值模拟,揭示了其成形机理;通过系统实验研究,验证了喷嘴(导电和非导电)、基材(导电和非导电)、打印材料(导电和非导电)任意组合稳定打印的有效性;进一步通过3个典型实验案例:线宽1.139μm的高宽比46.8:1微"墙"结构、高性能透明电极、精准可控的三维生物支架,证明了该方法在高分辨率、多材料和宏/微跨尺度打印方面独特的技术优势.该方法为微纳3D打印提供了一种低成本、高普适性的全新解决方案.

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(电压、气压,打印速度)对制备的不同类型微透镜形貌与质量的影响与规律,利用提出的方法并结合优化的工艺参数,在玻璃基底上分别实现了面积为120 mm×120 mm、100 cm×45 cm的圆形与柱状微透镜阵列的制造,在柔性PET基底上实现了面积为160mm×160mm的圆形微透镜阵列的制造,利用电场驱动喷射微3D打印的多层打印模式实现了折射率梯度变化范围为0.1的梯度折射率微透镜阵列的制造。实验结果表明,制备的微透镜阵列具有良好的几何与光学性能,基于电场驱动喷射微3D打印大面积、多类型微透镜阵列制造方法具有效率高、成本低、批量化的显著优势,为大面积多类型微透镜阵列制造提供了一种全新的解决方案。

金属材料3D打印技术研究进展

根据3D打印成形原理,将金属材料3D打印工艺分为粉末床熔融、定向能量沉积、粘合剂喷射、材料喷射、薄材叠层5类,重点介绍了各工艺下主要技术的基本原理、优缺点、应用领域及进展。最后对比了几种主流3D打印技术,指出SLM和EBM已成为粉末床熔融工艺的主流,适合做小型超复杂整体构件;定向能量沉积工艺使用激光、电子束和电弧作为能量源将材料同步熔化沉积,加工效率高,适合做大型高性能整体构件;粘合剂喷射技术因生产成本低、周期短,在需要快速制造铸件的制造行业中具有应用潜力。并对金属材料3D打印发展方向进行了展望。