电射流打印的射流电流测量研究

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电射流打印是一种非接触式的材料成型技术,具有分辨率高,材料适应性广等优点,是微纳结构打印制造的重要方法,在电子器件,生物结构等方面具有广泛的应用前景。电射流打印过程的参数控制对打印结构尺寸精度和微观形貌有关键影响,基于打印结构的参数反馈控制是形成稳定打印工艺过程的重要环节和难点问题,本文采用射流电流测量方法进行参数控制,主要研究内容是:设计并搭建了用于电喷射打印过程射流电流测量的实验装置,研究了电射流连续打印和按需打印的电流特性,实现了利用电流实时监测打印稳定性及打印尺寸变化的目标,并在电流监测下进行了微图形的打印。首先,分析了电射流打印过程射流电流的形成机理,建立了射流电流测量电路,设计并搭建了电流测量装置,设置了电流测量设备的参数,编写了电流测量装置的控制程序,实现了电射流打印过程的实时电流测量与显示。编写了电射流打印平台的控制程序,实现了电压、高度和流量等多个工作参量的集成控制,并利用该软件平台打印成型了多种石墨烯图形。然后,进行了电射流连续打印的电流测量及实验研究。基于电流比率定律,以石墨烯为打印墨水,建立了射流电流与流量,流量与打印尺寸的函数关系,进而推导出射流电流与打印尺寸的函数方程,用于监测并实时显示打印尺寸的变化。将射流电流监测打印尺寸变化的方法用于PCL/PVP复合溶液的锥射流打印中,并在电流监测下打印了尺寸分别为55μm,79μm,102μm的PCL/PVP线,打印预测值与实际值的相对误差小于1%,实现了锥射流打印的实时监控。最后,研究了电喷射按需打印的电流特性。探讨了打印参数对射流电流和打印尺寸的影响规律,分析了微滴模式的电流定律,研究了电流与打印频率稳定性及打印尺寸均匀性的关系,发现当电流值在46.65pA-263.93pA范围内,电流值标准差小于15时,打印平稳进行。获得了微滴模式的最小打印尺寸为83μm的石墨烯点结构阵列。
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