同轴聚焦电射流仿真及打印实验研究

发布时间：2020-03-24 22:57

【摘要】：电射流打印作为一种新型的打印制造方式,具有打印高分辨率(1μm)微结构的潜力,使其成为国内外专家的研究热点,但是由于其在打印过程中受到溶液性质以及所使用喷针尺寸的限制,使得分辨率难以突破到纳米尺度(100nm)。另外影响电射流稳定性和打印结果的因素众多,包括施加在喷针上的电压、打印高度、溶液流量以及溶液性质(粘度、密度、相对介电常数)等,这些因素使得打印实验周期过长、难度过大。因此,本文首先进行了同轴电射流仿真,通过仿真结果得出各参数对射流直径的影响规律。然后利用设计制造的同轴喷针开展了同轴聚焦电射流打印实验,打印出了尺寸小于100nm的结构。首先,本文进行了同轴电射流仿真。建立同轴电射流受力模型,分析各个力对射流的影响;利用Navier-Stokes方程以及麦克斯韦压力张量法推导出流体的运动方程、电场方程、各个流体之间的界面追踪方程;将电射流的物理模型转化为几何模型,设置边界条件;进行同轴电射流数值仿真,分析关键打印参数对射流的影响,结果表明射流直径与电压成反比,与打印高度和内液流量成正比。然后,对不同的喷针进行了仿真,并研制了同轴电射流打印喷头,用于同轴打印实验。对喷针进行了仿真,得出最优的喷针形状和相对长度;设计了合理的同轴电射流打印喷头结构,该喷头能够调整同轴喷针的同轴度以及内外喷针相对长度,调节精度达到了0.01mm,确保了射流的稳定性以及打印结果的均匀性;加工以及选购相应的配件,完成了同轴电射流打印喷头的组装及调试;设计了同轴打印喷头夹具,实现了内外喷针的固定与调节。最后,利用仿真结果指导打印实验。进行了同轴电射流打印实验,将实验结果与仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的正确性;利用内径为130μm的内喷针,分别以光刻胶以及PZT溶胶为内液,高粘度硅油为外液,通过仿真优化关键打印参数,进行了同轴聚焦电射流打印实验,最终制备了纳米尺度的光刻胶线结构(200nm)和PZT线结构(85nm)。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.73;O358

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