實(shí)驗(yàn)名稱：毛細(xì)浸潤(rùn)過程實(shí)驗(yàn)測(cè)試

測(cè)試目的：本章設(shè)計(jì)并搭建了電噴射打印實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)所制備的硅尖打印頭進(jìn)行打印測(cè)試。該打印系統(tǒng)主要包括龍門式多維伺服運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、高壓信號(hào)發(fā)生裝置、視覺成像系統(tǒng)、注射與管道系統(tǒng)和硅尖打印頭等。在搭建好的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，配制不同打印溶液，對(duì)所設(shè)計(jì)制作的硅尖打印頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

毛細(xì)浸潤(rùn)為整個(gè)是打印過程提供墨水的供應(yīng)工作。良好的毛細(xì)浸潤(rùn)效果可以保證整個(gè)打印過程的連續(xù)性，因此探究整個(gè)毛細(xì)浸潤(rùn)效果至關(guān)重要。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、微量注射泵、納米硅尖等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：電噴射打印過程流程圖

精密三維打印平臺(tái)系統(tǒng)主要組成部分有：XYZ三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、高壓信號(hào)發(fā)生裝置、視覺成像系統(tǒng)、注射與管道系統(tǒng)和硅尖打印頭。電噴射打印過程的流程圖如圖1所示，打印墨水通過精密微量注射泵實(shí)現(xiàn)供給，最小進(jìn)給速率可達(dá)0.764nL/min。打印接收板為采用標(biāo)準(zhǔn)MEMS清洗工藝清洗干凈的厚度為220μm的雙拋單晶硅片，并通過導(dǎo)電膠帶將其固定在接收法蘭盤上。接收法蘭盤是通過X-Y軸微動(dòng)平臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最大行程100mm，重復(fù)定位精度1μm，有效的保證打印圖形的精度。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制由控制柜實(shí)現(xiàn)，通過輸入邏輯代碼可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。針尖打印頭與接收基板分別接脈沖高壓正負(fù)電極上，而脈沖高電壓是通過信號(hào)發(fā)生器和高壓放大器兩個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)的。

實(shí)驗(yàn)中以4wt%的PEO水溶液作為測(cè)試溶液，測(cè)試了實(shí)驗(yàn)中制備出的硅尖打印頭的整個(gè)毛細(xì)浸潤(rùn)過程。如圖2所示，開始PEO通過精密微量注射泵以0.764nL/min的流量輸送入硅杯儲(chǔ)墨池中，接著PEO溶液在自身毛細(xì)力的作用下克服自身的粘滯力、表面張力及重力的作用沿著硅尖側(cè)壁向硅尖頂端爬升，如圖2（b）；最后硅尖頂端的液膜在毛細(xì)力、表面張力、粘滯力及重力的作用下達(dá)到穩(wěn)定，如圖2（c）。

圖2：毛細(xì)浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)圖（a）初始狀態(tài)（b）毛細(xì)浸潤(rùn)過程（c）液膜穩(wěn)定階段

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

首先根據(jù)電噴射打印的原理，搭建了精密三維打印平臺(tái)系統(tǒng)，然后在搭建好的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，完成了硅尖打印頭的細(xì)浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明，經(jīng)過紫外臭氧表面改性后的硅尖具有良好的浸潤(rùn)效果，能為后續(xù)的打印過程供應(yīng)墨水，保證打印過程的連續(xù)性。

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審核編輯 黃宇