微納米結(jié)構(gòu)制造所面向的對(duì)象是在三維空間中,至少有一維處于微米/納米尺寸的結(jié)構(gòu),是制造技術(shù)在微納領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。FDM式3D打印技術(shù)作為一種介觀結(jié)構(gòu)的制造技術(shù),具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)勢(shì),且具有應(yīng)用于微觀結(jié)構(gòu)制造的潛力。電射流打印技術(shù)應(yīng)用電流體動(dòng)力學(xué)原理,可以實(shí)現(xiàn)納米尺度高分子材料的加工制造,且具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文從兩個(gè)角度出發(fā),分別探究基于FDM技術(shù)及基于電射流打印技術(shù)的微納結(jié)構(gòu)制造方法,通過(guò)對(duì)這兩種制造技術(shù)的理論分析、電射流打印技術(shù)的仿真分析及兩種制造技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面進(jìn)行探究,驗(yàn)證兩種制造方法在微納結(jié)構(gòu)制造方面的應(yīng)用性。本文主要的研究工作與創(chuàng)新之處如下:1.提出基于FDM式3D打印技術(shù)的微納制造方法,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要定義了打印質(zhì)量指標(biāo),探究FDM打印方法相關(guān)打印參數(shù)對(duì)打印質(zhì)量的影響。FDM式3D打印技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、制造成本低廉等優(yōu)勢(shì),有進(jìn)一步挖掘的潛能。2.利用FDM打印技術(shù)進(jìn)行了微米尺度內(nèi)徑噴嘴的制造研究。從理論、仿真與實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)行探究分析,以線材進(jìn)給速度、打印速度、打印溫度及初始層厚度作為FDM打印參數(shù),實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)尺寸內(nèi)徑噴嘴的打印制造與染色測(cè)試。所制造的噴嘴以PMM... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

微納結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例，（a）荷葉表面疏水性能，（b）荷葉表面微結(jié)構(gòu)，（c）鯊魚(yú)皮表面減摩結(jié)構(gòu)，（d）可應(yīng)用于泳衣的表面微結(jié)構(gòu)

第1章緒論3控的將液體材料打印到基底上[10]。如圖1.2所示，是常見(jiàn)的電流體動(dòng)力學(xué)噴霧模式。電射流效應(yīng)是指，在高壓電場(chǎng)中，打印噴針內(nèi)的液體電荷遷移之后聚集在液體的表面，由于液體表面張力、電場(chǎng)剪切力、液體粘滯力等的綜合作用，液體材料在噴針處形成直徑遠(yuǎn)小于噴針內(nèi)徑的射流[11]。通過(guò)控制打印噴針按照一定的運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)，將液體材料的射流打印到基底上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增材制造[12,13]。圖1.2電流體動(dòng)力學(xué)打印的不同打印模式9EHD打印技術(shù)與傳統(tǒng)的噴墨打印技術(shù)有一些區(qū)別。首先，EHD打印技術(shù)運(yùn)用到了電場(chǎng)，噴針內(nèi)的液體打印材料受到靜電力的作用，以被“拉”的形式從噴針處射出，而傳統(tǒng)的噴墨打印等技術(shù)是依靠噴嘴后端提供的壓力將液體“擠”出噴嘴的[14]。其次，打印到基底上的線狀液體材料的寬度尺寸，往往受到打印噴嘴的內(nèi)徑尺寸限制。用傳統(tǒng)的噴墨打印方式，在噴嘴內(nèi)徑極小時(shí)，往往需要在噴嘴后端提供很大的壓力或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)液體的擠出；EHD打印技術(shù)正是由于打印過(guò)程中涉及到的電場(chǎng)力，可以與打印液體材料的表面張力、粘滯力等相平衡，進(jìn)而可以在一定程度上克服小尺寸孔徑帶來(lái)的毛細(xì)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)小尺寸內(nèi)徑噴針的液體打櫻還有，傳統(tǒng)噴墨式打印技術(shù)，打印的線狀液體材料的寬度一般與所用噴嘴的內(nèi)徑相同或略大；EHD打印技術(shù)在電場(chǎng)力的作用下，液體材料在噴針出口處會(huì)形成一個(gè)倒立的錐狀結(jié)構(gòu)，普遍稱(chēng)之為“泰勒錐”，所打印的流體材料為錐狀結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)

第1章緒論5制造，微納噴嘴的內(nèi)徑尺寸直接影響到噴射的質(zhì)量。例如微納加工中的電射流加工，就會(huì)使用到各種微納噴嘴與噴針等。Shin使用內(nèi)徑為100μm的噴嘴打印60μm寬度的銀線[34]。Wei使用內(nèi)徑為38μm的噴嘴打印寬度為10μm的石蠟線[35]。Leo使用內(nèi)徑為10μm的噴嘴打印7μm寬度的銀線[36]。An使用內(nèi)徑為1μm的噴嘴打印寬度為0.7μm的銅線[37]。圖1.3電射流噴嘴：（a）空心噴嘴[28]，（b）實(shí)心噴嘴[33]，（c）帶芯噴嘴[31]，（d）同軸噴嘴[32]如圖1.4所示，傳統(tǒng)的微納噴嘴制造技術(shù)包括微電子放電技術(shù)、微電鑄技術(shù)與準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)等[38-40]。其中微電子放電技術(shù)難以制造高分辨率的噴嘴，微電鑄技術(shù)可重復(fù)性很低，準(zhǔn)分子激光加工技術(shù)的單一機(jī)器成本高且缺乏批處理能力。近來(lái)興也起了很多高分子聚合物的微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，包括LIGA工藝[41]、熱壓印[42]和注塑[43]。其中，LIGA光刻工藝的成本依舊很高，熱壓印的空氣殘留問(wèn)題與壓力不均勻問(wèn)題較大，顯微注射成型引起的殘余應(yīng)力易導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)變形。注塑成型的發(fā)展始于30多年前，熱塑性聚合物的微成型現(xiàn)在是微裝置最有前途的制造技術(shù)之一[44]。顯微注射成型可以制造體積在毫米范圍內(nèi)的微結(jié)構(gòu)或部件。Shen使用顯微注射成型技術(shù)，并結(jié)合準(zhǔn)分子激光技術(shù)，制造了具有25μm內(nèi)徑

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