低熔点金属3D打印技术研究与应用分析
3D打印金属材料的力学性能研究报告

3D打印金属材料的力学性能研究报告一、引言3D 打印技术作为一项具有创新性和变革性的制造工艺,在各个领域都展现出了巨大的潜力。
其中,金属 3D 打印更是因其能够制造复杂形状、高性能的金属部件而备受关注。
然而,要确保 3D 打印金属部件在实际应用中的可靠性和安全性,对其力学性能的深入研究就显得至关重要。
二、3D 打印金属材料的种类及特点目前常见的 3D 打印金属材料包括钛合金、铝合金、不锈钢、镍基合金等。
钛合金具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀性等优点,常用于航空航天领域的零部件制造。
铝合金则具有良好的导热性和导电性,在汽车制造和电子行业有广泛应用。
不锈钢因其优异的耐腐蚀性和机械性能,适用于制造各种工业零部件。
镍基合金则在高温环境下表现出色,常用于航空发动机等高温部件的制造。
三、3D 打印金属材料的力学性能测试方法(一)拉伸试验拉伸试验是评估金属材料力学性能最基本的方法之一。
通过对标准试样进行拉伸,测量其屈服强度、抗拉强度、延伸率等参数,从而了解材料的强度和塑性。
(二)硬度测试硬度测试可以快速评估材料的表面硬度,常见的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
(三)疲劳试验疲劳试验用于测定材料在循环载荷作用下的寿命和疲劳强度,对于承受动态载荷的部件来说,这是一项关键的性能指标。
(四)冲击试验冲击试验可以衡量材料在冲击载荷下的韧性和抗断裂能力。
四、3D 打印金属材料力学性能的影响因素(一)打印工艺参数打印过程中的激光功率、扫描速度、扫描间距、层厚等工艺参数会直接影响材料的微观结构和力学性能。
例如,较高的激光功率和较慢的扫描速度可能导致材料过度熔化,产生孔洞等缺陷,从而降低力学性能;而较小的扫描间距和层厚则有助于提高材料的致密度和力学性能。
(二)粉末质量粉末的粒度分布、形状、化学成分等对打印质量和力学性能有重要影响。
粒度均匀、球形度高的粉末有利于提高铺粉的均匀性和流动性,从而获得性能更优的打印部件。
(三)后处理工艺打印后的热处理、热等静压等后处理工艺可以消除残余应力、改善微观结构,进而提高力学性能。
低熔点金属相变传热方法的研究与应用的开题报告

低熔点金属相变传热方法的研究与应用的开题报告一、选题背景低熔点金属是一种可以实现相变传热的材料,其特点是在相变过程中具有很高的传热效率和传热能力。
这种材料可应用于许多领域,如电子散热、太阳能热利用等。
因此,对低熔点金属相变传热方法的研究和应用十分重要。
二、研究目的本研究旨在探究低熔点金属的相变传热方法,研究其传热机理,并应用于相关领域,提高相关领域的传热效率和传热能力。
三、研究内容本研究拟分为以下几个方面:1.低熔点金属的特点及应用领域的介绍;2.低熔点金属相变传热的机理研究,探究相变过程中传热效率和传热能力的变化规律;3.低熔点金属相变传热方法的实验研究,分析不同参数下传热效率的变化,并优化传热实验条件;4.应用于电子散热和太阳能热利用领域的研究,探究其在实际应用中的效果。
四、研究意义低熔点金属相变传热方法在电子散热和太阳能热利用等领域有着广泛的应用前景。
本研究将对低熔点金属的相变传热方法进行深入研究,探究其传热机理,为相关领域的传热提高效率和能力提供理论和实践指导。
五、拟采用的研究方法本研究将采用实验研究和理论分析相结合的方法进行研究。
实验研究将重点分析低熔点金属相变传热的参数和条件,并优化实验过程,理论分析将重点研究其传热机理和变化规律。
六、拟解决的关键问题本研究将重点解决低熔点金属相变传热的机理和应用问题,探究其传热效率和传热能力的变化规律,并提出优化方案,提高相关领域的传热效率和传热能力。
七、预期结果本研究预期通过深入的实验和理论研究,探究低熔点金属相变传热的机理和特点,提高其在电子散热和太阳能热利用等领域的应用效果。
预计能够取得一定的科研成果,提高相关领域的传热效率和传热能力。
国内外金属3D打印材料现状与发展

3、应用领域
3D打印金属材料在航空航天、汽车制造、医疗等领域得到广泛应用。例如, 在航空航天领域,3D打印金属零件可有效降低制造成本和提高制造效率。在医疗 领域,3D打印金属材料可用于制造定制的医疗器械,如定制的钛合金假肢。
三、关键技术
1、材料改性
为了提高3D打印金属材料的性能,需要进行材料改性研究。例如,通过添加 合金元素对材料进行微合金化处理,以提高其力学性能和耐腐蚀性。
谢谢观看
四、金属3D打印工艺的特点和应 用
金属3D打印工艺的特点在于其成型原理和打印流程。金属粉末或金属丝在激 光或其他能源的作用下熔化,然后逐层堆积形成三维实体。这种工艺可以实现高 精度、高复杂度的制造,同时具有快速制造和个性化定制的优势。
在实际应用中,金属3D打印工艺被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗等 领域。例如,在航空航天领域,金属3D打印技术可以制造出高性能的零部件和发 动机,从而提高航空器的性能和安全性;在汽车制造领域,金属3D打印技术可以 用于制造轻量化零部件和复杂结构件,从而提高汽车的性能和燃油效率;在医疗 领域,金属3D打印技术可以用于制造个性化的人体植入物和医疗器械,从而提高 医疗效果和患者的生活质量。
一、金属3D打印材料的基本概念、 特点和应用
金属3D打印是一种快速成型的制造技术,它通过层层叠加的方式将金属材料 逐层打印成具有特定形状和结构的物体。这种技术具有制造复杂、灵活性强、生 产周期短等优点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗等领域。
二、国内外金属3D打印材料的现 状
目前,国内外在金属3D打印材料领域的研究已经取得了一定的成果。钛合金、 铝合金、不锈钢等金属材料已经被广泛应用于金属3D打印。在市场前景方面,随 着金属3D打印技术的不断发展和成本的逐渐降低,其应用领域将进一步扩大,市 场规模也将持续增长。
低熔点金属3D打印技术研究与应用_王磊

B i35I n48.6Sn16Z n0.4的熔化焓和比热容分 别为28.94J/g和0.262J/(g·℃ ),远低
印 出 的 物 品 为 固 体 状 态。图 4是 用 于其他普通金属〔例如铝的熔化焓和比热
Bi35In48.6Sn16Zn0.4作为墨水时的打印沉 积过程。B i35I n48.6S n16Z n0.4是Bi基合金的 一种,熔点为58.3℃,密度为7.898g/c m3,
28 Advanced Materials Industry
INSIGHT 透 视
下落到已打印物品表面时,墨滴热量 传递给打印物表面使其熔化并与墨滴 熔融,在温度较低的液相冷却环境下 熔融的金属液体迅速凝固,下落的墨 滴即成为已打印物品的一部分,这样 逐滴沉积形成最终的打印物品。
相比于传统的空气冷却方法,液 相流体冷却具有一些独特的优点。以 无水乙醇为例,其热导率和比热容分 别是干燥空气的 9.27倍和 2.41倍,在 熔融金属墨滴凝固时释放的热量可以 被迅速导走,达到快速冷却的目的。无 水乙醇的密度是干燥空气的 655.02 倍,根据阿基米德浮力原理,下落的墨 滴在无水乙醇中所受浮力也是在干燥 空气中的 655.02倍,因此无水乙醇对 下落的液滴起到了缓冲作用。另外,在 无水乙醇中完成打印,也避免或减少 了熔融液滴的氧化。
打印机运行时的图像如图 3 (A-1)所示,以GaIn24.5为墨水打印的
线路如图 3(A -2)和 3(A -5)所示。图 3(A-2)和(A-5)展示了以GaIn24.5为 墨水打印的线路,依次为用硅橡胶封 装的电气线条,双层金属结构,纸基线 路的三维结构,L E D电路通电时的状 态。另外,用这种打印方法还可以方便 的制作电子器件,打印的纸基电感线 圈和纸基射频识别(radio frequency identification,RFID)天线分别展示
了解不同3D打印材料的特点和适用场景

了解不同3D打印材料的特点和适用场景3D打印技术的发展日新月异,伴随着它的进步,各种不同的3D打印材料也应运而生。
这些材料的特点和适用场景各不相同,我们有必要了解它们的特点,以便在使用3D打印技术时能够选择合适的材料。
首先,我们来看看最常见的3D打印材料之一,PLA(聚乳酸)。
PLA是一种生物降解材料,它由可再生植物资源制成。
PLA的特点是易于打印,具有较低的熔点和熔化温度,因此不需要高温环境下的加热。
此外,PLA打印出的模型具有良好的表面质量和细节展现,适用于制作装饰品、玩具等外观要求较高的物品。
与PLA相比,ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)是另一种常见的3D打印材料。
ABS具有较高的强度和耐热性,打印出的模型更加坚固耐用。
它的熔点较高,需要更高的打印温度,因此需要具备加热床的3D打印机才能打印。
ABS适用于制作机械零件、工业模型等对强度要求较高的物品。
另外,尼龙是一种具有优异性能的3D打印材料。
它具有较高的强度、耐磨性和耐化学性,打印出的模型表面光滑,具有良好的耐久性。
尼龙适用于制作汽车零件、工程零件等对强度和耐用性要求较高的物品。
然而,尼龙打印需要较高的打印温度和专业的3D打印机,因此对于普通消费者来说可能不太方便。
除了上述几种常见的材料外,金属3D打印材料也备受关注。
金属3D打印技术可以制造出具有复杂结构和高强度的金属零件。
这种材料适用于制造航空航天零件、医疗器械等对材料性能和精度要求较高的物品。
然而,金属3D打印技术目前仍处于发展初期,成本较高,对设备和技术要求也较高,因此在普通消费领域应用较为有限。
除了以上几种常见的3D打印材料外,还有许多其他材料可供选择,如PETG、TPE等。
这些材料各具特点,适用于不同的领域和需求。
在选择3D打印材料时,我们需要根据所需的物品功能、强度、外观等要求来进行选择。
总之,了解不同3D打印材料的特点和适用场景对于使用3D打印技术非常重要。
不同的材料具有不同的特性,适用于不同的领域和需求。
3d打印金属材料

3d打印金属材料3D打印金属材料。
3D打印技术作为一种新兴的制造方式,正在逐渐改变着传统制造业的格局。
在过去,3D打印主要应用于塑料、陶瓷等材料的制造,但随着技术的不断进步,如今已经可以实现对金属材料的3D打印。
金属材料的3D打印具有许多优势,例如制造复杂结构件、节约材料、缩短制造周期等,因此备受关注。
本文将就3D打印金属材料的技术原理、应用领域以及发展趋势进行探讨。
首先,我们来了解一下3D打印金属材料的技术原理。
金属3D打印是利用金属粉末作为原料,通过激光熔化、电子束熔化等方式,逐层堆积并熔化金属粉末,最终形成所需的金属零件。
这种制造方式可以实现对金属材料的高精度加工,同时也可以制造出复杂的内部结构,满足了传统加工方式无法实现的加工需求。
在技术上,金属3D打印的关键在于控制熔化过程中的温度、速度等参数,以确保所制造出的零件具有良好的力学性能和表面质量。
其次,我们来看一下金属3D打印的应用领域。
目前,金属3D打印已经被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
在航空航天领域,金属3D打印可以制造出轻量化、高强度的航空零部件,提高了飞行器的性能和安全性。
在汽车制造领域,金属3D打印可以制造出复杂结构的汽车零部件,提高了汽车的性能和节能性。
在医疗器械领域,金属3D打印可以制造出个性化的假体和植入物,满足了患者个性化治疗的需求。
可以说,金属3D打印已经成为了制造业的一个重要组成部分,为各个领域带来了巨大的变革。
最后,我们来探讨一下金属3D打印的发展趋势。
随着金属3D打印技术的不断成熟,未来金属3D打印将更加普及和成熟。
首先,金属3D打印的成本将进一步降低,使得更多的中小型制造企业也能够享受到金属3D打印带来的便利。
其次,金属3D打印的材料种类将会不断丰富,包括钛合金、不锈钢、铝合金等,满足不同领域的制造需求。
再次,金属3D打印的制造速度将会进一步提高,使得大批量、高效率的生产成为可能。
可以预见,金属3D打印将会在未来的制造业中扮演着越来越重要的角色。
3D打印材料的耐热性能及应用领域探析

3D打印材料的耐热性能及应用领域探析近年来,随着3D打印技术的不断发展和应用的广泛推广,人们对于3D打印材料的性能要求也越来越高。
其中,耐热性能作为一个重要的指标,对于许多特定领域的应用至关重要。
本文将探讨3D打印材料的耐热性能以及其在各个应用领域中的潜在价值。
首先,我们来了解一下3D打印材料的耐热性能。
在传统的3D打印中,常用的材料包括塑料、金属和陶瓷等。
这些材料在不同程度上都存在耐热性能的问题。
例如,一些常见的塑料材料如ABS和PLA,在高温环境下容易熔化或变形,限制了它们在高温环境下的应用。
而金属材料虽然具有较高的耐热性能,但其加工难度和成本较高,限制了其在一些特定领域的应用。
因此,寻找具有良好耐热性能的3D打印材料成为了一个迫切的需求。
在近年来的研究中,一些新型的3D打印材料逐渐崭露头角。
例如,碳纤维增强复合材料具有优异的耐热性能和机械性能,成为了研究的热点之一。
这种材料以碳纤维为增强体,具有较高的熔点和热稳定性,能够在高温环境下保持较好的性能。
此外,一些高温陶瓷材料如氧化铝和氮化硅等也被广泛应用于3D打印中。
这些材料具有优异的耐热性能和化学稳定性,可以在高温环境下保持较好的性能。
接下来,我们来探讨一下3D打印材料的耐热性能在各个应用领域中的潜在价值。
首先,航空航天领域是一个对耐热性能要求极高的领域。
在航天器的制造中,需要使用到一些能够在极端高温环境下保持稳定性能的材料。
利用具有良好耐热性能的3D打印材料,可以制造出更加轻量化、高性能的航天器部件,提高整体性能和可靠性。
其次,汽车制造也是一个潜在的应用领域。
随着电动汽车的快速发展,对于电池和电动机的散热要求也越来越高。
利用具有良好耐热性能的3D打印材料,可以制造出更加高效的散热器和散热结构,提高电池和电动机的工作效率和寿命。
此外,工业领域中的高温设备制造也是一个重要的应用领域。
例如,石油化工行业中的炼油装置和化工反应器等设备需要承受高温和高压的工作环境。
金属3d打印

金属3D打印引言金属3D打印是一种先进的制造技术,利用数字模型将金属粉末逐层熔化残留并逐层堆积,最终形成具有复杂几何形状的金属制品。
这项技术可以广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗领域等诸多行业。
本文将介绍金属3D打印的基本原理、工艺流程以及相关的应用领域。
1. 基本原理金属3D打印基于增材制造技术,其基本原理如下: 1. 创建数字模型:首先,使用计算机辅助设计(CAD)软件创建所需的三维模型。
2. 切片:将三维模型切割成薄层横截面,每个横截面代表一个制造层次。
3. 打印:将金属粉末逐层喷粉到制造台面上,并使用激光束或电子束局部熔化粉末,使其与之前堆积的金属横截面粘合在一起。
4. 叠层堆积:重复上述步骤,逐层将金属粉末熔化和堆积,最终形成完整的金属制品。
5. 后处理:经过3D打印后,需要进行去除支撑结构、表面光洁和热处理等后处理步骤,以获得最终的金属产品。
2. 工艺流程金属3D打印的工艺流程包括以下几个步骤:步骤1: 数字模型设计在使用金属3D打印之前,首先需要使用CAD软件创建所需的数字模型。
这个数字模型将成为3D打印的蓝本。
步骤2: 材料准备根据所需金属材料的要求,准备相应的金属粉末。
这些金属粉末的粒径应该符合打印设备的要求。
步骤3: 打印参数设置根据所用设备和材料的要求,设置打印参数,如打印层厚、激光功率、扫描速度等。
步骤4: 3D打印将金属粉末逐层喷粉到制造台面上,并使用激光束或电子束局部熔化金属粉末,逐层堆积金属制品。
步骤5: 后处理将打印完成的金属制品进行去除支撑结构、表面光洁和热处理等后处理步骤,以获得最终的金属产品。
3. 应用领域金属3D打印在不同行业的应用日益广泛,以下是金属3D打印的几个主要应用领域:3.1 航空航天金属3D打印可以制造复杂的航空发动机部件和飞机结构。
其优势在于可以减少部件数量并提高性能,同时降低整体重量。
3.2 汽车制造金属3D打印可以制造汽车发动机部件、制动系统和排气系统等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
低熔点金属3D打印技术研究与应用分析3D打印近年来得到了广泛的关注和研究,低熔点金属3D打印技术在组织工程、微流道、电子线路和器件等领域有着十分广泛的应用前景。
低熔点金属有别于传统3D打印材料,它是指一大类熔点低于200℃的金属材料,如镓基、铟基、铋基合金等。
低熔点金属尤其是室温液态金属在印刷电子、制作柔性器件方面正显现独特的优势。
小编接下来介绍了几种新近出现的基于低熔点金属墨水的3D打印技术。
一、掩膜沉积制造技术
掩膜沉积法(mask deposition)是近年来研究较多的一种材料成型方法,图1为其中1种加工流程。
另外,也可以将制成的液态金属图案进行封装从而制作柔性器件。
严格地说,这种成型方式还不能算作打印,但的确可通过墨水输运装置来实现加工。
这种掩膜沉积加工步骤为:PDMS掩膜板(A)表面涂覆一层液态金属墨水(B);然后将掩膜板置于真空环境中(C)并对之扰动(D);由于凹槽内空气的排出使得液态金属填充其中(E);掩膜板表面过多的液态金属被刮擦除掉(F);将铜导线置于凹槽内液态金属中并将掩膜板放入冰箱(G);待液态金属冷却,将它从掩膜板中取出(H)。
二、纸基电子线路的液态金属3D打印
纸基电子线路的液态金属3D打印指的是可以使用液态金属和封装材料直接在纸(如铜版纸)上制作电子线路或功能器件的一种打印方法,采用这种原理的一种桌面式打印系统及其打印喷头结构如图2所示。
该系统采用的是气压式印刷方法,注射筒中的液态金属墨水由此可在氮气压力的作用下进入打印喷头,打印喷头的尖端采用的是软毛刷结构,液态金属墨水被刷印在基底上。
打印喷头的三维运动由机械装置控制,运动速度程序设置于教导盒中,根据需要可在室温下制造各种3D金属构件。
制作纸基电子线路的打印原理如下:首先,在纸面上打印第1层液态金属电路,然后将室温硫化(room temperature vulcanizing,RTV)硅橡胶叠印在液态金属电路之上,起到封装和电气绝缘的作用。
如果需要打印多层电路,可以在封装层之上再用液态金属墨水打印所需线路即可。
其打印步骤为:第1步先将液态金属打印在纸上;
第2步将室温硫化硅橡胶叠印在第1层液态金属电路之上作为封装材料;
第3步将第2层液态金属电路叠印在硅橡胶层之上。
打印机运行时的图像如图3(A-1)所示,以GaIn24.5为墨水打印的线路
如图3(A-2)和3(A-5)所示。
图3(A-2)和(A-5)展示了以
GaIn24.5为墨水打印的线路,依次为用硅橡胶封装的电气线条,双层金属结构,纸基线路的三维结构,LED电路通电时的状态。
另外,用这种打印方法还可以方便的制作电子器件,打印的纸基电感线圈和纸基射频识别(radio frequency identification,RFID)天线分别展示在图3(B-1)和3(B-2)中,由于采用纸作为基底,这些器件具有很好的柔性,如图3(B-3)所示。
图3(A)为纸基电子线路的打印图像及打印线路展示:
①电子线路打印过程图像,插图为所打印的弯折电子线路;
②用硅橡胶封装的电气线条;
③打印的双层金属结构;
④打印的纸基线路的三维结构;
⑤打印的LED电路通电时的状态,图3(B)为打印的纸基功能器件:①电感线圈;②RFID天线;③打印器件的柔性展示。
三、低熔点金属的液相3D打印技术
液相3D打印指的是打印过程在液体环境中完成的一种制造方法,液体可以是水、无水乙醇、电解质溶液等液相物质,金属墨水的温度需低于液体环境的温度以保证打印出的物品为固体状态。
图4是用Bi35In48.6Sn16Zn0.4作为墨水时的打印沉积过程。
Bi35In48.6Sn16Zn0.4是Bi基合金的一种,熔点为
58.3℃,密度为7.898g/cm3,过冷度为2.4℃。
由于过冷度较小,墨水在50~60℃之间即可完成液固相的转变Bi35In48.6Sn16Zn0.4的熔化焓和比热容分别为28.94J/g和0.262J/(g·℃),远低于其他普通金属〔例如铝的熔化焓
和比热容分别为393.0J/g和0.88J/(g·℃)〕。
这一特点使得Bi35In48.6Sn16Zn0.4墨水在相变过程中较之普通金属吸放热量更小,从而更易于完成相变。
图4所反映的液滴沉积过程为:金属液态墨滴下落到已打印物品表面时,墨滴热量传递给打印物表面使其熔化并与墨滴熔融,在温度较低的液相冷却环境下熔融的金属液体迅速凝固,下落的墨滴即成为已打印物品的一部分,这样逐滴沉积形成最终的打印物品。
相比于传统的空气冷却方法,液相流体冷却具有一些独特的优点。
以无水乙醇为例,其热导率和比热容分别是干燥空气的9.27倍和2.41倍,在熔融金属墨滴凝固时释放的热量可以被迅速导走,达到快速冷却的目的。
无水乙醇的密度是干燥空气的655.02倍,根据阿基米德浮力原理,下落的墨滴在无水乙醇中所受浮力也是在干燥空气中的655.02倍,因此无水乙醇对下落的液滴起到了缓冲作用。
另外,在无水乙醇中完成打印,也避免或减少了熔融液滴的氧化。
未来的液相3D打印机会是什么样的呢?首先,打印墨水和冷却流体的材料选择至关重要,2种材料在密度、粘度、表面张力、热导率、电导率等方面需要匹配,所有的低熔点金属,包括镓基、铟基、铋基合金等均可选作打印墨水。
在打印过程中,冷却流体的温度要控制在打印墨水的熔点以下,以保证金属墨水能够凝固。
为了保证打印效率,可以采用注射泵阵列和注射喷头阵列结合的办法,如图5所示。
计算机控制所有注射泵的推进速度,使注射喷头只需对应打印的位置进行增材过程,以此实现三维沉积。
四、低熔点金属的复合打印技术
随着3D打印技术的发展,复合式3D打印(hybrid 3D printing)功能器件将会是一个发展趋势。
所谓复合式打印,可以是多种墨水的交互打印,也可以是多种打印方法的结合。
例如采用Bi35In48.6Sn16Zn0.4(金属)和705硅橡
胶(非金属)墨水的复合打印。
705硅橡胶是一种耐水无腐蚀,透明绝缘的粘合剂,它可以在常温下吸收空气中的水汽固化,通常用作电气封装材料。
金属-非金属打印过程为:首先在基底上用705硅橡胶打印第1层,待其固化后,在其上面用Bi35In48.6Sn16Zn0.4墨水打印第2层金属结构,随后再用705硅橡胶打印第3层。
充分固化后,将打印物品从基底上取下,得到一种类似三明治的结构。
增加金属和非金属打印的层数,可以制作更复杂的结构。
金属-非金属复合式打印充分利用了金属机械强度好、导电导热性强的特点,以及非金属良好的绝缘性能,从而使得打印的电路可以在一些恶劣的环境下使用。
总的说来,采用复合式打印来制作结构件或功能件具有广阔的发展前景。
五、可植入式生物医学电子器件体内3D打印成型技术
可植入式生物医学电子器件体内3D打印成型技术是一种以微创方式直接在生物体内目标组织处注射成型的医疗电子器件制造方法,其成型过程如图6(A)所示。
首先,将生物相容的封装材料(如明胶)注射到生物组织内固化形成特定结构,再用工具(如注射针头)在固化的封装区域内刺入并拔出以形成电极区域,最后将导电金属墨水,绝缘型墨水乃至配套的微/纳尺度器件等顺次注射
后形成目标电子装置。
通过控制微注射器的进针方向,注射部位,注射量,针头移位及速度这样的3D打印步骤,可以在目标组织处按预定形状及功能构建出终端器件。
图6(B)为一个在猪肉组织中注射成型的生物电极,其中液态金属为Ga67In20.5Sn12.5合金(熔点约为11℃)。
图7展示了在生物组织内注射成型RFID天线的过程(A)和所制备的3D液态金属RFID天线(B)。
采用这种生物体内3D打印成型技术制作的柔性器件以其较高的顺应性、适形化,以及微创性与低成本特点显示出良好的应用前景,在植入式生物医用电子技术领域具有重要意义。
六、低熔点金属3D打印技术前景分析
总的说来,发展以低熔点金属为墨水的3D打印技术,至关重要的一环是墨水材料的开发,如对材料特性包括熔点、粘度、表面张力、电导率、热导率
等,以及墨水与基底材料的相容性、润湿性等,系统性地进行液态金属材料基因组的研究[13]。
在打印技术方面,未来的应用将以复合打印为主,如基于液态金属的可植入式生物医学电子器件的体内3D打印技术,将金属的导电性和非金属的绝缘封装特性结合起来制作柔性器件。
采用多种墨水,运用多种打印技术制作电气系统(如立体电路)、机电器件、功能器件等将会是今后一段时间的发展趋势,在制造业、电子信息、能源和医疗技术等领域将产生巨大的应用需求,其发展方兴未艾。
部分文章来源:作者:王磊,刘静作者单位:中国科学院理化技术研究所低温生物与医学实验室。