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      低熔點的3D打印技術簡介
      作者:AG真人国际厅三維3D打印機 瀏覽: 發布日期:2018-11-12 10:20

      3D打印是一種增材製造技術,近年來受到廣泛的關注和研究。這是一種以某種方式逐層打印耗材(例如粉末金屬或塑料)的技術。通常使用的典型材料包括塑料,陶瓷,高熔點金屬粉末等。3D打印技術在組織工程,微流道,電子電路和設備等領域具有廣闊的應用前景。

      低熔點金屬與傳統的3D打印材料不同,它是指熔點低於200℃的大類金屬材料,如镓基,銦基,釕基合金,等等。低熔點金屬,尤其是室溫液態金屬,在印刷電子產品和製造柔性設備方麵具有獨特的優勢。本文介紹了幾種基於低熔點金屬油墨的近期3D打印技術。

      ,掩模沉積製造技術

      掩模沉積方法 沉積是近年來研究的材料形成方法。圖1顯示了一個處理步驟。或者,可以將形成的液態金屬圖案封裝以產生柔性裝置。嚴格地說,該成型方法不算作印刷,但可以通過油墨輸送裝置進行處理。

      圖1掩模沉積過程

      掩模沉積工藝如下:PDMS掩模(A)的表麵塗有一層液態金屬油墨(B);然後將掩模置於真空環境(C)中並擾亂(D);凹槽中的空氣排出導致液態金屬填充在其中(E);刮掉表麵上多餘的液態金屬(F);將銅線置於槽中的液態金屬中,並將掩模放入冰箱(G)中;冷卻液態金屬,將其從麵罩(H)中取出。

      ,紙質電子電路的液態金屬3D打印

      紙基電子電路的液態金屬3D打印是指能夠使用液態金屬和包裝材料直接在紙上(例如塗布紙)製造電子電路或功能裝置的打印方法。使用此原理的桌麵打印方法。該係統及其打印頭的結構如圖2所示。該係統采用氣動打印方法。注射器中的液態金屬墨水可以在氮氣壓力下進入打印噴嘴。印刷噴嘴的尖端采用軟刷結構,液態金屬油墨印刷在基板上。 。打印頭的三維運動由機械裝置控製,並且運動速度程序設置在示教器中,並且可以根據需要在室溫下製造各種3D金屬構件。

      圖2台式液態金屬3D打印係統和打印噴嘴結構圖

      製造紙基電子電路的印刷原理如下:首先,在紙上印刷第一層液態金屬電路,然後將室溫硫化(室溫) 硫化,RTV)液態金屬電路上的矽橡膠套印用於包裝和電絕緣。如果需要打印多層電路,可以在封裝層頂部用液態金屬墨水打印所需的線條。印刷過程如下:第一步是在紙上印刷液態金屬;第二步是將室溫硫化矽橡膠疊加在第一液態金屬電路上作為包裝材料;第三步是套印第二層液態金屬電路。在矽橡膠層之上。

      打印機運行時的圖像如圖3(A-1)所示,用GaIn 24.5作為墨水印刷的線如圖3和圖4所示。 3(A-2)和3(A-5)。圖3(A-2)和(A-5)顯示用GaIn24.5作為油墨印刷的線條,其次是封裝在矽橡膠中的電線,雙層金屬結構,紙張的三維結構基於電路,LED電路通電。時間的狀態。此外,這種印刷方法還可用於容易地製造電子器件,印刷紙基電感器和紙基RFID(無線電)。 頻率識別, RFID天線分別如圖3(B-1)和3(B-2)所示,由於使用紙作為基板,這些裝置具有良好的柔韌性,如圖3(B-3)所示。

      圖3用液態金屬GaIn24.5印刷的電子器件

      圖3(A)顯示了紙基電子電路的印刷圖像和印刷電路:1電子電路印刷工藝圖,圖中顯示了印刷彎曲電子電路; 2電線用矽橡膠封裝; 3印刷雙層金屬結構; 4印刷紙基電路的三維結構; 5電源接通時印刷LED電路,圖3(B)是印刷紙基功能裝置:1電感線圈; 2 RFID天線; 3柔性顯示打印設備。

      三,低熔點金屬液相3D打印技術

      液相3D打印是指在液體環境中完成打印過程的製造過程。液體可以是液體物質,例如水,無水乙醇或電解質溶液。金屬油墨的溫度需要低於液體環境的溫度以確保印刷。該項目是堅實的。圖4是當​​Bi35In48.6Sn16Zn0.4用作油墨時的印刷沉積過程。 Bi35In48.6Sn16Zn0.4是一種Bi基合金,熔點為58.3°C,密度為7.988 g / Cm3,過冷度為2.4°C。由於低過冷度,油墨可在50和60℃之間轉化。

      Bi35In48.6Sn16Zn0.4的熔化焓和比熱容分別為28.94 J/g和0.262 J /(g·°C),遠低於其他普通金屬[例如熔化焓和比熱容鋁的分別為393.0J/g和0.88。 焦耳/(克·℃) ]。這一特性使Bi35In48.6Sn16Zn0.4油墨在相變過程中比普通金屬散熱更少,這使得更容易完成相變。圖4中反映的液滴沉積過程是:當液體液滴落到印刷物品的表麵上時,墨滴的熱量被轉移到印刷品的表麵上,以與墨滴熔化並熔化,在較低溫度的液相冷卻環境中。熔融金屬液體快速固化,下落的墨滴成為印刷物品的一部分,從而逐滴沉積形成最終的印刷製品。

      圖4:在無水乙醇冷卻流體(從A到F)中沉積液滴

      與常規空氣冷卻方法相比,液相流體冷卻具有一些獨特的優點。以無水乙醇為例,其導熱係數和比熱容分別是幹燥空氣的9.27倍和2.41倍。在熔融金屬墨滴凝固期間釋放的熱量可以快速引導以實現快速冷卻。無水乙醇的密度是幹燥空氣的655.02倍。根據阿基米德浮力原理,無水乙醇中墨滴的浮力也是幹燥空氣中的655.02倍,因此絕對乙醇的絕對液滴起著緩衝作用。另外,在無水乙醇中完成印刷,並且還避免或減少熔融液滴的氧化。

      液相3D打印機的未來是什麽?首先,印刷油墨和冷卻液的材料選擇至關重要。這兩種材料在密度,粘度,表麵張力,導熱性和導電性方麵需要匹配。可以選擇低熔點金屬,包括镓,銦和鉍基合金作為印刷油墨。在印刷過程中,冷卻流體的溫度被控製在印刷油墨的熔點以下,以確保金屬油墨可以固化。為了確保打印效率,可以使用注射泵陣列和注射噴嘴陣列的組合,如圖2所示。計算機控製所有注射泵的推進速度,使得注射噴嘴僅需要執行對應於打印位置的添加過程,從而實現三維沉積。

      圖5未來液體3D打印機的針陣列

      四,低熔點金屬複合印刷技術

      隨著3D打印技術的發展,複合3D打印(混合3D 印刷)功能設備將成為一種趨勢。所謂的複合印刷可以是多種油墨的交互式印刷,或多種印刷方法的組合。例如,使用Bi35In48.6Sn16Zn0.4(金屬)和705矽橡膠(非金屬)墨水的複合印刷。 705矽橡膠是一種防水,無腐蝕性,透明的絕緣粘合劑,可在室溫下吸收空氣中的水分,通常用作電氣包裝材料。金屬非金屬印刷工藝如下:首先,用705矽橡膠在基板上印刷第一層,固化後,用Bi35In48.6Sn16Zn0.4油墨在其上印刷第二層金屬結構,然後印有705矽橡膠。層3在充分固化後,將印刷製品從基材上除去,以提供夾層狀結構。

      增加印刷在金屬和非金屬上的層數允許更複雜的結構。金屬 - 非金屬複合印刷充分利用金屬機械強度,強電導率和非金屬良好的絕緣性能,使印刷電路可以在一些惡劣的環境中使用。通常,使用複合印刷來製造結構或功能部件具有廣闊的發展前景。

      ,植入式生物醫學電子器件3D打印和成型技術

      可植入生物醫學電子裝置的體內3D打印技術是一種醫療電子裝置製造方法,以微創方式直接注射成型在生物體內的目標組織上,並且模製過程如圖3所示。圖6(A)。首先,將生物相容性包封材料(例如明膠)注入生物組織中以形成特定結構,然後將工具(例如注射針)插入並拉出固化的包裝區域以形成電極區域最後,導電區域是導電的。依次注入金屬油墨,絕緣油墨,甚至微/納米級器件以形成目標電子器件。通過控製顯微注射器的針插入方向,注射部位,注射體積,針位移和速度的3D打印步驟,終端裝置可以構造成預定的形狀並在靶組織處起作用。圖6(B)是在豬肉組織中注塑成型的生物電極,其中液態金屬是Ga67In20.5Sn12.5合金(熔點約為11度)。

      圖7顯示了在生物組織(A)和製備的3D中注射成型RFID天線的過程 液態金屬RFID天線(B)。使用這種體內3D打印技術製造的柔性裝置由於其高順應性,保形性和微創性和低成本特征而顯示出良好的應用前景,並且已經在植入式生物醫學電子領域中得到發展。

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      圖6(A)在生物組織中印刷生物膜

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      圖7(A)在生物組織中注射成型RFID天線的過程; (B)3D液態金屬RFID天線的製備

      ,低熔點金屬3D打印技術的前景分析

      一般來說,低熔點金屬作為油墨的3D打印技術的發展是油墨材料發展的關鍵部分,如熔點,粘度,表麵張力,導電性,導熱性等。墨水的相容性利用基質材料,潤濕性等,係統地研究液態金屬材料的基因組。在印刷技術方麵,未來的應用將集中在複合印刷,例如基於液體金屬的可植入生物醫學電子器件的體內3D印刷技術,結合金屬導電性和非金屬絕緣包裝性能以產生柔韌性。使用各種油墨,使用各種印刷技術生產電氣係統(如立體聲電路),機電設備,功能設備等將是未來的發展趨勢,在製造,電子信息,能源領域和醫療技術有巨大的應用需求,其發展方興未艾。

       

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