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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
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    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
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    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
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    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
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  • 收稿日期:  2017-11-14
  • 刊出日期:  2019-03-05

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