數(shù)字微噴3D打印技術的原理及特點是什么?

lydiazhang   2017-04-01 14:20:41

數(shù)字微噴3D打印技術是使用數(shù)字信號激勵使得工作腔內的部分流體材料迅速脫離,成為一組連續(xù)的微滴或者一段射流,從微滴噴嘴中以一定的響應率和噴射速度噴出,并以一定的形態(tài)噴射到指定位置上,其原理如下圖所示。

數(shù)字微噴技術是一種能夠產生微米級液滴并能進行精確噴射的技術,具有制造工藝簡單、成型效率高、材料利用率高等優(yōu)點,在電子封裝、微機電系統(tǒng)、生物制造、三維打印技術等領域中應用極其廣闊。


數(shù)字微噴技術在三維打印技術中有著極其重要的地位,在制造組織工程細胞結構、加工結構較復雜的微型器件及制備功能梯度材料等方面有著獨特的優(yōu)勢。數(shù)字微噴三維打印技術具有較高的自動化程度、低成本、環(huán)境污染小、非接觸成型、成型效率高、成型精度高、原材料污染少等優(yōu)點,其特點在于:


(1)材料噴射和制件加工成型同時進行


相比于傳統(tǒng)加工制造技術,三維打印技術已經(jīng)將提供成型材料與加工成型結合起來,但大部分三維打印工藝成型時一般都分為材料堆積(如鋪粉、擠絲等)和加工成型(如固化、加熱、燒結等),均存在先后順序。而數(shù)字微噴三維打印技術則同時完成材料噴射和制件的加工成型,可以用于多材料零件成型,應用領域更為廣闊。


(2)可選擇的成型材料種類較多


數(shù)字微噴技術使用的材料只需要能夠通過某種機理粘接起來即可進行成型


加工。目前能夠用于數(shù)字微噴技術的原材料有熱塑性塑料、各種粘合劑、水、石蠟、生物醫(yī)學材料、金屬顆粒懸浮液、陶瓷粉末、光敏樹脂等,種類豐富。


(3)成型設備體積小,使用成本低


數(shù)字微噴裝置加工成型時主要依靠材料本身特性粘接成型,無需激光器提供能量,因而成本較低,也容易小型化,維護方便,更適合日常研究使用,推廣更為便捷。


裝置工作時,兩個微滴噴頭(一個噴射實體材料,一個噴射支撐材料)由傳動機構配合實現(xiàn)在x—Y水平面內的復合運動,從而在成型截面上能夠根據(jù)當前層片的位圖文件精確、快速地按需噴射一層光敏樹脂,隨后安裝在噴頭支架上的紫外光燈(UV燈)配合發(fā)射出相應波長的Uv光快速固化噴射出的光敏樹脂。每層層片打印完成之后,Z向成型平臺將精確地下降一個層厚的距離,然后繼續(xù)噴射光敏樹脂材料進行下一層打印固化成型。如此反復直至成型件的最終完成。其工作原理如下圖所示。

該種成型裝置具有成型精度高,成型速度快等優(yōu)點,同時光敏樹脂可存放于避光材料盒中由供墨系統(tǒng)隨時提供給噴頭進行噴射,可以有效減少材料損耗,并且由于樹脂是按需噴射到成型面上而不存在光斑直徑等因素的影響,避免了液面式掃描成型的缺點而保留了其優(yōu)點。

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