异质异构功能件打印控制系统设计

发布时间：2020-06-18 20:55

【摘要】：异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定电性能的零件,适合航空航天等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。传统的异质异构功能件制造采用机电分离的方法,存在工艺复杂、难以制造复杂结构等问题,而一体化成型制造技术可以简化零件制造工艺。本文针对现有的一体化成型技术中,打印材质单一,压电喷头喷射高粘度流体时易出现卫星液滴,成型精度低等问题,研究压电喷头不同激励波形对液滴喷射质量的影响,设计多喷头多材质的喷射控制系统,实现多喷头对不同材料的协调可控喷射。首先,建立压电阵列喷头的压电耦合模型和气-液两相流模型。通过压电耦合模型,分析压电陶瓷管的激励波形与管壁位移变化曲线的关系,通过改变波形形状,优化激励波形,减少管壁的残余振动。通过气-液两相流模型,模拟液滴形成的物理过程,分析液滴成型质量的影响因素,设计一种通过改变压电喷头激励波形幅值,改善液滴铺展质量的方法,并通过仿真和实验进行验证。其次,针对压电式喷头控制时序精度要求高、驱动电压变化快的特点,设计一体化成型设备的喷射控制模块,实现树脂材料、纳米银浆等高粘度流体的可控喷射。介质层材料的液滴直径误差10μm,导电层材料的液滴直径误差50μm。最后,通过一体化成型的方式制造中心频率为5GHz的单振子微带天线,天线的介质层边缘误差35μm,导电层边缘误差84μm。制造的微带天线实测结果与仿真结果相比,中心频率相差0.12GHz,回波损耗峰值相差6.1dB,表现出良好的天线性能,验证了异质异构功能件一体化成型制造的可行性,为以后的异质异构功能件制造提供了新的思路。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TP391.73
【图文】：

微带天线,喷射技术

此外，喷墨打印是按需喷射，浪费小、节省资源，符合绿色生产的理念。图1.1 微带天线电化学生物传感器是将生物物质的浓度信号转化为电信号并进行检测的一类传感器，被广泛应用于多种领域[4]。传统的传感器制造采用微机电制造技术，存在工艺复杂、制造成本高等缺点。微滴喷射技术已成为制造电化学生物传感器的一种方式。由于微滴喷射技术可以使用多个喷头同时打印不同材料，并且不同材料之间的相互比例可以得到精确控制[5]。因此，使用微滴喷射技术制造传感器的研究越来越多，基于微滴喷射技术制造电化学生物传感器会更加的便捷和经济。印制电路板是电子行业中最重要的基础部件，每一台电子设备都离不开 PCB（Printed Circuit Board）。传统制造采用减成法，包括电镀、化学镀和蚀刻等工艺，有成本高、能耗大和污染大的缺点[6]。由于喷墨打印可以直接采用 CAD（ComputerAidedDesign）的数据进行喷印形成所需的抗蚀线路和图形，直接形成导电图形与线路，可

印制电路板

[7]。图1.2 印制电路板综上所述，异质异构功能件传统的制造方法均存在工艺复杂、装备昂贵、成本高等缺点。而微滴喷射技术有着操作简便、控制精确和定制性高的优势。1.2 微滴喷射技术的研究现状基于微滴喷射的一体化成型制造方法是将二维喷墨技术和分层制造技术相结合，形成的一种三维打印制造技术。在制造过程中，通过切片软件将三维模型进行切片，然后生成每一层的打印数据，转化成喷头能够识别的数据，逐层打印，从而形成三维实体。该技术使用的墨水不是普通的颜料墨水，而是将光敏树脂或粉末粘结剂作为打印材料。目前对于微滴喷射设备的研究主要集中于利用非金属材料设计制造结构件。美国MIT 的三维打印实验室用胶体二氧化硅溶液作粘结剂，对 Al2O3进行粘结三维打印成形，成形件经烧结后处理可得到陶瓷制件，成形的最小层厚为 0.127mm

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