基于压电微喷技术的热熔焊锡颗粒打印技术研究
发布时间：2021-06-25 17:02
随着人工智能和信息技术的更新换代,现代制造业变得更具有柔性。新兴的3D打印、物联网和工业机器人等热点技术大大促进了传统制造行业的发展,其中3D打印技术在近三十年里进步迅速。相比于传统加工制造方式,3D打印具有低成本、高效率、柔性高且材料损失少的优点,它将给智能制造行业带来深刻变革。本文基于压电微喷原理和可控焊锡颗粒喷射打印的需求,以实现热熔焊锡微液滴可靠、精确打印为研究目标,开展了基于压电微喷技术的热熔焊锡颗粒打印技术的研究。在绪论中讨论了当前国内外关于压电微喷技术、金属零部件打印成型和现有3D打印技术的研究现状。明确了本课题的研究目的和意义,并对课题的主要研究内容进行了详细的介绍。确定了焊锡颗粒打印系统各组成部分需要实现的功能。首先根据喷射打印出形状规则、大小可控的焊锡颗粒的需求确定了整体的设计方案。讨论了压电微喷装置的工作原理,并提出了以压电叠堆为驱动部件结合柔性铰链位移放大机构进行位移放大的驱动方案。确定了压电叠堆在位移放大机构上的安装方法并讨论了其有效性。然后根据结构尺寸优化分析的结果,对位移放大机构的结构尺寸进行了优化,提高了机构的工作性能和响应速度。完成了热熔腔体的结构设计...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Frustum公司设计并使用3D打印生产的金属样件2014年，中科院理化技术研究所的WangLei等人[37]提出了一种兼容金属3D
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-70%，并且满足力学方面的要求，减少的质量为每一架飞机每年节省十几万美金，打印出来的样件如图1-2所示。图1-2Frustum公司设计并使用3D打印生产的金属样件2014年，中科院理化技术研究所的WangLei等人[37]提出了一种兼容金属和非金属的3D打印方法，可以用于电子元器件衬底和电路的同时打印和封装。该方法通过控制打印喷头的温度和施加在注射器中的液态金属墨水上的空气压力等，实现了低熔点金属合金和非金属油墨的同时打樱打印的实体在室温放置一段时间进行固化，最后对实体进行了系统的评估。采用该方法打印的具体过程和几个打印实体如图1-3所示。图1-3混合3D打印的过程展示和几个打印出的实体2016年，台湾国立成功大学的王建勋等人[38]通过喷墨打印的方法将熔融的无铅焊锡喷出后堆积为金属实体，并对其过程进行了瞬态分析。通过调节喷口与基板之间的距离，并用高速相机记录其堆积是否准确，证明了熔融无铅焊锡的垂直和倾斜柱结构可以使用压电喷墨印刷系统进行制造。而3D微结构的端部形状取决于从喷嘴到基板的距离以及熔融的无铅焊锡液滴的冲击速度。打
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-印出无铅焊锡柱状结构如图1-4所示。图1-4喷射高度不同的情况下焊锡堆积的柱状结构2017年，西北工业大学的齐乐华课题组[39,40]提出了一种分析喷射液滴角落重叠程度的数学模型。通过在打印前确定实体轮廓线角度和打印液滴数目来补偿液滴中心之间的距离，使得相邻液滴之间的距离适中，从而解决了液滴过分重叠降低打印实体质量的问题。利用压电微喷机构在平坦的基板上喷射金属液滴，通过计算获得液滴的坐标，打印结果提高了成型件的质量。图1-5展示了其最终打印件的效果图，可以看出液滴均匀，重叠状况得到改善。图1-5经过模型优化后的打印件1.2.2压电微喷平面金属印刷的研究现状2013年，法国的RitaFaddoul等人[41]采用压电微喷装置在氧化铝带上进行银线的打印，在液态银中加入适量的水和乙二醇优化其物理性质，使其能够经21.5μm的喷口喷射到基体上，并在700℃下进行烧结，最终形成的银线具有接近于银的最小电阻率，但长时间的高温烧结耗费时间，导致效率较低，图1-6为打印出来并烧结的银线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于不同金属3D打印增材制造技术对比研究[J]. 张晓刚,李宗义,张昊,张德龙. 信息记录材料. 2019(08)
[2]金属3D打印技术的发展现状及制约因素[J]. 黄忠,韩江. 山东农业工程学院学报. 2018(03)
[3]液态金属3D打印技术进展及产业化前景分析[J]. 于永泽,刘静. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2017(06)
[4]不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 李素丽. 中国铸造装备与技术. 2016(06)
[5]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 2016(04)
[6]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[7]3D打印金属材料研究进展[J]. 郑增,王联凤,严彪. 上海有色金属. 2016(01)
[8]3D打印技术在金属成形领域的应用和展望[J]. 谭丽斌,余心宏. 精密成形工程. 2015(06)
[9]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[10]“中国制造2025”下的3D打印[J]. 于灏. 新材料产业. 2015(07)
博士论文
[1]压电微喷机构耦合特性及喷射性能研究[D]. 李锴.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]数字微喷光固化三维打印成型装置设计与试验[D]. 尹亚楠.南京师范大学 2015
[2]3D打印按需滴化微喷射关键技术[D]. 郑振粮.哈尔滨工业大学 2015
[3]压电式喷射三维打印成型系统开发与实验研究[D]. 朱天柱.华中科技大学 2012
[4]面向三维打印的压电式喷头的驱动与控制[D]. 胡飞飞.西安电子科技大学 2012
本文编号：3249588
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Frustum公司设计并使用3D打印生产的金属样件2014年，中科院理化技术研究所的WangLei等人[37]提出了一种兼容金属3D
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-70%，并且满足力学方面的要求，减少的质量为每一架飞机每年节省十几万美金，打印出来的样件如图1-2所示。图1-2Frustum公司设计并使用3D打印生产的金属样件2014年，中科院理化技术研究所的WangLei等人[37]提出了一种兼容金属和非金属的3D打印方法，可以用于电子元器件衬底和电路的同时打印和封装。该方法通过控制打印喷头的温度和施加在注射器中的液态金属墨水上的空气压力等，实现了低熔点金属合金和非金属油墨的同时打樱打印的实体在室温放置一段时间进行固化，最后对实体进行了系统的评估。采用该方法打印的具体过程和几个打印实体如图1-3所示。图1-3混合3D打印的过程展示和几个打印出的实体2016年，台湾国立成功大学的王建勋等人[38]通过喷墨打印的方法将熔融的无铅焊锡喷出后堆积为金属实体，并对其过程进行了瞬态分析。通过调节喷口与基板之间的距离，并用高速相机记录其堆积是否准确，证明了熔融无铅焊锡的垂直和倾斜柱结构可以使用压电喷墨印刷系统进行制造。而3D微结构的端部形状取决于从喷嘴到基板的距离以及熔融的无铅焊锡液滴的冲击速度。打
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-印出无铅焊锡柱状结构如图1-4所示。图1-4喷射高度不同的情况下焊锡堆积的柱状结构2017年，西北工业大学的齐乐华课题组[39,40]提出了一种分析喷射液滴角落重叠程度的数学模型。通过在打印前确定实体轮廓线角度和打印液滴数目来补偿液滴中心之间的距离，使得相邻液滴之间的距离适中，从而解决了液滴过分重叠降低打印实体质量的问题。利用压电微喷机构在平坦的基板上喷射金属液滴，通过计算获得液滴的坐标，打印结果提高了成型件的质量。图1-5展示了其最终打印件的效果图，可以看出液滴均匀，重叠状况得到改善。图1-5经过模型优化后的打印件1.2.2压电微喷平面金属印刷的研究现状2013年，法国的RitaFaddoul等人[41]采用压电微喷装置在氧化铝带上进行银线的打印，在液态银中加入适量的水和乙二醇优化其物理性质，使其能够经21.5μm的喷口喷射到基体上，并在700℃下进行烧结，最终形成的银线具有接近于银的最小电阻率，但长时间的高温烧结耗费时间，导致效率较低，图1-6为打印出来并烧结的银线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于不同金属3D打印增材制造技术对比研究[J]. 张晓刚,李宗义,张昊,张德龙. 信息记录材料. 2019(08)
[2]金属3D打印技术的发展现状及制约因素[J]. 黄忠,韩江. 山东农业工程学院学报. 2018(03)
[3]液态金属3D打印技术进展及产业化前景分析[J]. 于永泽,刘静. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2017(06)
[4]不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 李素丽. 中国铸造装备与技术. 2016(06)
[5]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 2016(04)
[6]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[7]3D打印金属材料研究进展[J]. 郑增,王联凤,严彪. 上海有色金属. 2016(01)
[8]3D打印技术在金属成形领域的应用和展望[J]. 谭丽斌,余心宏. 精密成形工程. 2015(06)
[9]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[10]“中国制造2025”下的3D打印[J]. 于灏. 新材料产业. 2015(07)
博士论文
[1]压电微喷机构耦合特性及喷射性能研究[D]. 李锴.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]数字微喷光固化三维打印成型装置设计与试验[D]. 尹亚楠.南京师范大学 2015
[2]3D打印按需滴化微喷射关键技术[D]. 郑振粮.哈尔滨工业大学 2015
[3]压电式喷射三维打印成型系统开发与实验研究[D]. 朱天柱.华中科技大学 2012
[4]面向三维打印的压电式喷头的驱动与控制[D]. 胡飞飞.西安电子科技大学 2012
本文编号：3249588
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