留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

刘志浩 杨建军 赵佳伟 吴堂福

刘志浩, 杨建军, 赵佳伟, 吴堂福. 电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 445-451. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180175
引用本文: 刘志浩, 杨建军, 赵佳伟, 吴堂福. 电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 445-451. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180175
Liu Zhihao, Yang Jianjun, Zhao Jiawei, Wu Tangfu. Study on 3D Printing Mechanism of High Viscosity Conductive Materials for Electric Field Driven Jet Deposition[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 445-451. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180175
Citation: Liu Zhihao, Yang Jianjun, Zhao Jiawei, Wu Tangfu. Study on 3D Printing Mechanism of High Viscosity Conductive Materials for Electric Field Driven Jet Deposition[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 445-451. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180175

电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180175
详细信息
    作者简介:

    刘志浩(1992-), 硕士研究生, 研究方向为3D打印, 1143273559@qq.com

    通讯作者:

    杨建军, 副教授, 硕士生导师, yjjdem@163.com

  • 中图分类号: TH16

Study on 3D Printing Mechanism of High Viscosity Conductive Materials for Electric Field Driven Jet Deposition

  • 摘要: 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。
  • 图  1  电动螺杆型喷头原理图

    图  2  微注射器型喷头

    图  3  微注射器型气动喷头原理图

    图  4  电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印原理和结构示意图

    图  5  传统电喷印3D打印原理和结构示意图

    图  6  直管针头剖面图

    图  7  武藏针头剖面图

    图  8  直管针头几何模型

    图  9  武藏针头几何模型

    图  10  直筒针头网格划分

    图  11  武藏针头网格划分

    图  12  针管针头液体流速

    图  13  武藏针头液体流速

    图  14  粘度计测试打印材料粘度

    图  15  普通针头通入气压时随时间变化针尖液滴形态

    图  16  武藏针头通入气压时随时间变化针尖液滴形态

    图  17  平台不同位移速度下打印导线宽度与电子显微镜下的形貌图

    图  18  气压不同下打印导线宽度与电子显微镜下的形貌图

    图  19  连续图形打印

    表  1  流体材料性质

    材料 动力粘度/ Pa·s 密度/(kg·m-3)
    导电银胶 16 2 500
    下载: 导出CSV

    表  2  直管针头模型几何尺寸与边界条件

    边界条件 流体力学边界/kPa 边界尺寸/mm
    入口 p=25 0.25
    出口 p=0 0.25
    无滑移 5
    下载: 导出CSV

    表  3  武藏针头模型几何尺寸与边界条件

    边界条件 流体力学边界/kPa 边界尺寸/mm
    入口 p=25 2
    出口 p=0 0.25
    无滑移 5
    下载: 导出CSV

    表  4  导电银胶基本参数

    基本参数 数值
    化学成分 银粉, 改性树脂
    固含量 60%
    粘度(20℃下) 16.85 Pa·s
    粒径 0.1~10.0 μm
    体积比电阻 20 Ω/m2
    工作温度 -55~100 ℃
    表面固化条件(0.1 mm厚) 60~100 ℃时20~40 min; 常温时2~5 h
    下载: 导出CSV
  • [1] 贾伟, 刘润生.麦肯锡:影响未来的颠覆性技术[J].科学中国人, 2013, (9):19-22 doi: 10.3969/j.issn.1005-3573.2013.09.006

    Jia W, Liu R S. McKinsey:effects of disruptive technology in the future[J]. Scientific Chinese, 2013, (9):19-22(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1005-3573.2013.09.006
    [2] Vaezi M, Seitz H, Yang S F. A review on 3D micro-additive manufacturing technologies[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 67(5-8):1721-1754 doi: 10.1007/s00170-012-4605-2
    [3] Raje P V, Murmu N C. A review on electrohydrodynamic-inkjet printing technology[J]. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2014, 4(5):174-183
    [4] Merz D R. Shape deposition manufacturing[D]. Salzburg: Vienna University of Technology, 1994
    [5] Williams C B, Rosen D W. Manufacturing metallic parts with designed mesostructure via three-dimensional printing of metal oxide power[R]. Atlanta: Georgia Institute of Technology, 2007: 1-4
    [6] 杨建军, 张志远, 兰红波, 等.基于EHD微尺度3D打印喷射机理与规律研究[J].农业机械学报, 2016, 47(6):401-407 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nyjxxb201606053

    Yang J J, Zhang Z Y, Lan H B, et al. Jetting mechanism and rules of micro scale 3D printing based on EHD[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(6):401-407(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nyjxxb201606053
    [7] 崔歆, 杨建军, 兰红波.基于EHD微纳尺度3D打印中导电银浆成线规律的实验研究[J].制造技术与机床, 2017, (6):53-56 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zzjsyjc201706027

    Cui X, Yang J J, Lan H B. Experimental study on the rule of conductive silver paste with EHD micro/Nano scale 3D printing[J]. Manufacturing Technology and Machine Tools, 2017, (6):53-56(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zzjsyjc201706027
    [8] 周光炯, 严宗毅, 许世雄, 等.流体力学[M].北京:高等教育出版社, 2000

    Zhou G J, Yan Z Y, Xu S X, et al. Fluid mechanics[M]. Beijing:Higher Education Press, 2000(in Chinese)
    [9] Morgan H, Green N G. AC electrokinetics:colloids and nanoparticles[M]. Baldock:Research Studies Press, 2003
    [10] Li D Q. Encyclopedia of microfluidics and nanofluidics[M]. Boston, MA:Springer, 2008
  • 加载中
图(19) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  811
  • HTML全文浏览量:  120
  • PDF下载量:  45
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-14
  • 刊出日期:  2019-03-05

目录

    /

    返回文章
    返回