高分辨电场辅助熔融沉积直写初始打印参数设置方法技术

本发明专利技术公开了高分辨电场辅助熔融沉积直写初始打印参数设置方法，确定两个主要控制参数应该满足的条件，以避免打印的初始阶段出现大个液滴；这两个主要控制参数是：开始施加电压的时刻以及供液流速，液体在接触基底的最初时刻，液面形态应该是精细射流，射流直径根据需要远小于喷嘴的内径。考虑到NE

【技术实现步骤摘要】
高分辨电场辅助熔融沉积直写初始打印参数设置方法


[0001]本专利技术针对高分辨的近场电场辅助熔融沉积直写技术中初始设置的问题，通过控制供液流速和施加电压的时刻来避免打印起点处出现大液滴的问题，属于近场电场辅助熔融沉积法的应用领域。

技术介绍

[0002]熔融沉积法(FDM)是一种成熟的技术，它既可以应用于2D图案化，同时也是最常用的3D打印技术之一。它是在熔融室中熔融热塑性材料，通过气压或连续进料将熔融材料从喷嘴中挤出，控制喷嘴和下方基底相对运动，实现2D图案化；也可以进一步通过逐层沉积熔融材料以形成3D制品。除了一般的快速原型制作，FDM还用于一些专业领域，例如：FDM被广泛应用于生物打印，并应用于组织工程和药物开发领域。此外，FDM也已用于制造微结构，例如微流控芯片。FDM方法的优点包括低成本、相对简单的打印过程以及与多种材料的兼容性。但是，其打印分辨率受喷嘴直径的限制，而且很难通过减小喷嘴直径来大幅提高打印分辨率。
[0003]电流体动力学(Electrohydrodynamic,EHD)方法在微加工领域有着广泛的应用。在喷嘴和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高分辨电场辅助熔融沉积直写初始打印参数设置方法，其特征在于：液体在接触基底的最初时刻，喷嘴处的液面在电场力的作用下，需要首先形变，形成锥状即泰勒锥，电场通过在喷嘴和下方基底之间施加一定电压来产生；稳定的供液流速通过施加在熔融室稳恒压强实现；通过确定两个控制参数：开始施加电压的时刻以及供液流速；其特征在于：具体的步骤如下，S1：设定流速Q，采用稳定的压强差导致的泊肃叶流动；打印材料的流速Q由泊肃叶方程Q＝π
×
(r1)4×
Δp/(8ηL)计算获得，Δp为加热腔两端的压强差，由Δp＝ρgh计算获得，ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液面高度；r1为喷嘴的内半径；L为喷嘴的长度；η为流体的粘滞系数；流速Q具体取决于液面高度h，通过液位计测量h，通过计算获得Q；S2：测量t1；将一定体积V的熔融液体材料挤出停止供液，施加U
S
电压，工业相机和机器视觉方法检测液面的形状，测量液面从半圆形变为泰勒锥所需时间；当V小于πr3/3tanθ，形变所需时间随V的增加而缩短；首先测量V＝πr3/3tanθ条件下形变所需时间t*；测量V＝πr3/3tanθ
‑
Q
×
(t*/2)条件下的形变所需时间，定义为t1；S3：设定t0，将开始施加电压的时刻定义为t0；S4：设定目标电压U
S
，设定升压速率R
U
，电压随时间线性增加；计算t
R
＝U
S
/R
U
；S5：监测形变过程；当液面与喷嘴下沿齐平时，即液面刚刚流出喷嘴时，设定对应时刻为时间零点t＝0；如果产生射流，则时刻t＝t0+t
R
+t1喷嘴处的熔融液体体积满足V(t0+t
R
+t1)＝Q
×
(t0+t
R
+t1)<πr3/3tanθ；液面的形变是在电场力和均匀供液的共同作用下完成；S6：当液体射流接触基底时，基底由x
‑
y平台支撑调节，开始移动x
‑
y平台，开始打印图案，并观测直写效果。2.根据权利要求1所述的高分辨电场辅助熔融沉积直写初始打印参数设置方法，其特征在于：根据泰勒提出的电流体动力学理论，泰勒锥的半角为49
°
；设泰勒锥的半角为θ；当喷嘴的外半径为r时，依据公式πr3/3tanθ估算当液面形成泰勒锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志海，戴彪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：