数字微喷3D打印技术是使用数字信号激励使得工作腔内的部分流体材料迅速脱离,成为一组连续的微滴或者一段射流,从微滴喷嘴中以一定的响应率和喷射速度喷出,并以一定的形态喷射到指定位置上,其原理如下图所示。
数字微喷技术是一种能够产生微米级液滴并能进行精确喷射的技术,具有制造工艺简单、成型效率高、材料利用率高等优点,在电子封装、微机电系统、生物制造、三维打印技术等领域中应用极其广阔。
数字微喷技术在三维打印技术中有着极其重要的地位,在制造组织工程细胞结构、加工结构较复杂的微型器件及制备功能梯度材料等方面有着独特的优势。数字微喷三维打印技术具有较高的自动化程度、低成本、环境污染小、非接触成型、成型效率高、成型精度高、原材料污染少等优点,其特点在于:
(1)材料喷射和制件加工成型同时进行
相比于传统加工制造技术,三维打印技术已经将提供成型材料与加工成型结合起来,但大部分三维打印工艺成型时一般都分为材料堆积(如铺粉、挤丝等)和加工成型(如固化、加热、烧结等),均存在先后顺序。而数字微喷三维打印技术则同时完成材料喷射和制件的加工成型,可以用于多材料零件成型,应用领域更为广阔。
(2)可选择的成型材料种类较多
数字微喷技术使用的材料只需要能够通过某种机理粘接起来即可进行成型
加工。目前能够用于数字微喷技术的原材料有热塑性塑料、各种粘合剂、水、石蜡、生物医学材料、金属颗粒悬浮液、陶瓷粉末、光敏树脂等,种类丰富。
(3)成型设备体积小,使用成本低
数字微喷装置加工成型时主要依靠材料本身特性粘接成型,无需激光器提供能量,因而成本较低,也容易小型化,维护方便,更适合日常研究使用,推广更为便捷。
装置工作时,两个微滴喷头(一个喷射实体材料,一个喷射支撑材料)由传动机构配合实现在x—Y水平面内的复合运动,从而在成型截面上能够根据当前层片的位图文件精确、快速地按需喷射一层光敏树脂,随后安装在喷头支架上的紫外光灯(UV灯)配合发射出相应波长的Uv光快速固化喷射出的光敏树脂。每层层片打印完成之后,Z向成型平台将精确地下降一个层厚的距离,然后继续喷射光敏树脂材料进行下一层打印固化成型。如此反复直至成型件的最终完成。其工作原理如下图所示。
该种成型装置具有成型精度高,成型速度快等优点,同时光敏树脂可存放于避光材料盒中由供墨系统随时提供给喷头进行喷射,可以有效减少材料损耗,并且由于树脂是按需喷射到成型面上而不存在光斑直径等因素的影响,避免了液面式扫描成型的缺点而保留了其优点。
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