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《Additive Manufacturing》:喷枪3D打印机用于弛豫铁电致动器的增材制造

《Additive Manufacturing》:喷枪3D打印机用于弛豫铁电致动器的增材制造

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-03-05 11:44
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【概要描述】本文介绍了一种基于喷枪的3D打印机,用于制造智能材料传感器。研究人员开发了一种制造弛豫铁电致动器的工艺,并评估了致动器的性能。喷涂印刷技术可以实现无接触、无掩模和自动沉积,使功能性油墨能够以各种流变特性和悬浮颗粒尺寸进行定制设计。打印配方的开发实现了EAP和炭黑油墨在0.5mm平面分辨率和0.63μm厚度分辨率下的快速和可重复沉积。该系统结构简单,操作简单,成本与入门级3D打印机相当。本研究使用该技术制造了单层和双层的P(VDF-TrFE-CTFE)制动器,证明了该系统的多功能性。同时使用精细喷枪喷射打印可以打印出在其他3D打印技术中难以处理的材料。它允许在亚毫米平面分辨率和亚微米厚度分辨率下创建复杂几何图形。本研究所提出的打印方法有望极大地促进电子和离子EAP执行器以及许多其他刺激响应装置的制造和开发。总之,喷枪打印被证明是打印具有广泛特性的前驱体材料的可靠方法,并且有望成为打印其他被动和刺激响应材料和设备的通用方法。

《Additive Manufacturing》:喷枪3D打印机用于弛豫铁电致动器的增材制造

【概要描述】本文介绍了一种基于喷枪的3D打印机,用于制造智能材料传感器。研究人员开发了一种制造弛豫铁电致动器的工艺,并评估了致动器的性能。喷涂印刷技术可以实现无接触、无掩模和自动沉积,使功能性油墨能够以各种流变特性和悬浮颗粒尺寸进行定制设计。打印配方的开发实现了EAP和炭黑油墨在0.5mm平面分辨率和0.63μm厚度分辨率下的快速和可重复沉积。该系统结构简单,操作简单,成本与入门级3D打印机相当。本研究使用该技术制造了单层和双层的P(VDF-TrFE-CTFE)制动器,证明了该系统的多功能性。同时使用精细喷枪喷射打印可以打印出在其他3D打印技术中难以处理的材料。它允许在亚毫米平面分辨率和亚微米厚度分辨率下创建复杂几何图形。本研究所提出的打印方法有望极大地促进电子和离子EAP执行器以及许多其他刺激响应装置的制造和开发。总之,喷枪打印被证明是打印具有广泛特性的前驱体材料的可靠方法,并且有望成为打印其他被动和刺激响应材料和设备的通用方法。

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代尔夫特理工大学Andres Hunt等人在《Additive Manufacturing》上发表题为An airbrush 3D printer: Additive manufacturing of relaxor ferroelectric actuators的研究论文,介绍了喷枪式3D打印机的概念,并将其应用于EAP传感器的制造。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.103982

 

 

 研究简介 

 

电活性聚合物(EAP)器件的增材制造由于其独特的结构和组成材料的不同性质而面临着巨大的挑战。它需要沉积具有不同性能的多种功能材料,在层厚上达到微米级的分辨率,并在保留先前沉积的功能材料层的同时,执行增量沉积和固化步骤。本文本文介绍了喷枪式3D打印机的概念,并将其用于制造EAP换能器。采用标准的挤出打印机平台,将其与双流体雾化器(即喷枪)作为沉积工具集成,构建了喷枪3D打印机。开发了一种用炭黑电极打印弯曲P(VDF-TrFE-CTFE)致动器的工艺,并制备了具有单层和双层EAP层的致动器。

喷枪打印机的平面内分辨率为0.5mm,厚度分辨率为0.63μm,可以雾化高达7%P(VDF-TrFE-CTFE)的溶液。18mm×4mm的EAP致动器在准静态和谐振状态下分别实现340μm(440μm)和3.7mm(400Hz)的尖端偏转。

 

 

图1提出的概念是:将喷枪工具(A)引入3D打印机(B),用于喷雾打印智能材料传感器(C)

 

 

 

图2 Anet A8 3D打印机修改为喷雾打印EAP传感器。该打印机的主要零部件说明如下:A——抽烟器的吸口;B-打印头组件;C——压缩空气输入管路;D——清洗斗;E——安装在原始打印床上的样品架

 

 

 

图3 具有2毫米间距的喷涂打印光栅图案显示了可达到的最小特征尺寸

 

 

 

图4 执行器横截面的扫描电镜图像

 

 

 

图5 单层和双层制动器在100Vpp激励下的频率响应。

 

 

 研究结论 

本文介绍了一种基于喷枪的3D打印机,用于制造智能材料传感器。研究人员开发了一种制造弛豫铁电致动器的工艺,并评估了致动器的性能。喷涂印刷技术可以实现无接触、无掩模和自动沉积,使功能性油墨能够以各种流变特性和悬浮颗粒尺寸进行定制设计。打印配方的开发实现了EAP和炭黑油墨在0.5mm平面分辨率和0.63μm厚度分辨率下的快速和可重复沉积。该系统结构简单,操作简单,成本与入门级3D打印机相当。本研究使用该技术制造了单层和双层的P(VDF-TrFE-CTFE)制动器,证明了该系统的多功能性。同时使用精细喷枪喷射打印可以打印出在其他3D打印技术中难以处理的材料。它允许在亚毫米平面分辨率和亚微米厚度分辨率下创建复杂几何图形。本研究所提出的打印方法有望极大地促进电子和离子EAP执行器以及许多其他刺激响应装置的制造和开发。总之,喷枪打印被证明是打印具有广泛特性的前驱体材料的可靠方法,并且有望成为打印其他被动和刺激响应材料和设备的通用方法。

——END——

 

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