摘要
气溶胶微喷射打印（AMJP）技术具有高精度、高分辨率、非接触、低成本、多材料打印的特性，打印线条精度可达到微米级，广泛用于微器件制造、生物医学应用和纳米材料研究。但是目前国内基于AMJP技术针对柔性电路成形涉及的工艺参数的研究需进一步深入探索，并且仅限于面研究。以完善柔性电路成形的工艺参数，并且仅限于平面研究。针对上述问题，本文基于AMJP技术，采用自主搭建的微喷射曲面共形打印装置，针对柔性电路成形工艺优化问题，构建基于数值模拟及实验验证的研究方法，研究打印过程中工艺参数对打印线条形貌的影响规律，并在此基础上实现柔性电路在平面及非平面的直接打印。本文主要研究工作包括： （1）设计柔性电路曲面共形三维打印微喷射系统，构建基于五轴平台的柔性电路曲面共形打印微喷射装置。该共形打印系统包括气溶胶发生模块、微喷射打印模块、运动控制及温度控制模块，通过气溶胶发生模块中的雾化器将打印浆料雾化成气溶胶小液滴，并在气体供给系统的作用下将雾化小液滴输送到微喷射打印模块中，在微喷射打印模块中，经过鞘气与载气的作用，气溶胶流束从微喷印头喷出，最终在运动控制及温度控制模块的作用下，在打印基底上形成打印线条。 （2）对气溶胶微喷射打印喷头，基于计算流体力学建立二维CFD模型，采用ANSYS fluent，模拟微喷射曲面共形打印过程中喷印头内气溶胶流束喷射的运动。采用控制变量法，研究打印参数的影响规律，得到载气流量、鞘气流量、工作距离以及喷嘴直径等因素在微喷射曲面共形打印过程中显著影响打印线条的最小特征线宽，通过基于离散相模型的仿真分析，预测并优化各个参数对微喷射曲面共形打印结果的影响，为实际操作提供指导。 （3）基于仿真模拟数据，采用控制变量的方法，通过改变微喷射打印过程中的气体流量、工作距离、喷嘴大小、打印速度等打印参数，进行单因素实验。研究结果可得仿真数据与实验结果具有相同的变化规律，且仿真数值始终低于实验数据，最小特征线宽随聚焦比与打印速度的增加呈逐渐减小的趋势，随工作距离与喷嘴直径的增加呈逐渐增大的趋势。最终采用研究所得最佳工艺参数，在平面及曲面基底上制备了柔性电路。
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