中國大連大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型3D打印技術(shù),有望革新柔性電路的制造工藝。該項(xiàng)技術(shù)名為流體拉伸打印,能夠構(gòu)建高精度的三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu),通過創(chuàng)新工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維互連,無需依賴傳統(tǒng)高成本或難以規(guī)?;a(chǎn)的制造流程。
對于非專業(yè)人士而言,導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是電路中電流流動(dòng)的物理路徑。當(dāng)前三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的3D打印主要依賴針頭擠壓工藝——通過不同尺寸的噴嘴直接擠出導(dǎo)電材料。但研究人員指出,這種方法存在顯著局限性:導(dǎo)電線的線寬受噴嘴內(nèi)徑制約,難以突破物理限制。對此,研究團(tuán)隊(duì)提出"繪制結(jié)構(gòu)"而非"擠壓結(jié)構(gòu)"的創(chuàng)新思路。二者核心差異在于:流體拉伸打印如何實(shí)現(xiàn)更高精度?
不同于直接擠壓工藝(將導(dǎo)電材料通過噴嘴推擠至基板并沉積),大連大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出的技術(shù)基于全新物理原理。流體拉伸打印利用材料內(nèi)部張力,在提升噴嘴的同時(shí)將導(dǎo)電細(xì)絲從基底拉伸成型。這種工藝視角的轉(zhuǎn)變,使得最終結(jié)構(gòu)的線寬可小于噴嘴本身直徑,大幅提升打印分辨率與控制精度。盡管傳統(tǒng)擠壓工藝受限于噴嘴尺寸且需平衡擠出壓力與材料粘度,但新技術(shù)通過溫度、速度與壓力的協(xié)同調(diào)控,可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)厚度,同時(shí)保持成型穩(wěn)定性。
研究采用銀納米粒子(AgNP)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)復(fù)合材料進(jìn)行驗(yàn)證。為確保工藝可行性,墨水需具備特定粘度特性。為此,研究團(tuán)隊(duì)在25-100℃溫度范圍內(nèi)對復(fù)合溶劑進(jìn)行蒸發(fā)處理,通過可控方式提升墨水粘度,使其成為適用于"繪制"工藝的理想材料,避免打印過程中結(jié)構(gòu)坍塌。完成打印后,還需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理以增強(qiáng)導(dǎo)電性能。
該項(xiàng)技術(shù)已突破實(shí)驗(yàn)室階段,具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。研究團(tuán)隊(duì)通過制造功能性電路(包括發(fā)光二極管、熱成像顯示器及多諧振蕩器電路)驗(yàn)證其實(shí)用性。所有案例中,三維打印結(jié)構(gòu)均成功替代或補(bǔ)充傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)更緊湊的電路布局。該技術(shù)兼容多種柔性基板(即電子結(jié)構(gòu)的物理支撐載體),適用于可穿戴設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)器件及其他需要復(fù)雜幾何形狀的系統(tǒng)制造。
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