實驗名稱：毛細浸潤過程實驗測試

測試目的：本章設計并搭建了電噴射打印實驗系統(tǒng)，對所制備的硅尖打印頭進行打印測試。該打印系統(tǒng)主要包括龍門式多維伺服運動平臺、高壓信號發(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。在搭建好的實驗系統(tǒng)的基礎上，配制不同打印溶液，對所設計制作的硅尖打印頭進行實驗測試。

毛細浸潤為整個是打印過程提供墨水的供應工作。良好的毛細浸潤效果可以保證整個打印過程的連續(xù)性，因此探究整個毛細浸潤效果至關重要。

測試設備：高壓放大器、信號發(fā)生器、微量注射泵、納米硅尖等。

實驗過程：

圖1：電噴射打印過程流程圖

精密三維打印平臺系統(tǒng)主要組成部分有：XYZ三維運動系統(tǒng)、高壓信號發(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現供給，最小進給速率可達0.764nL/min。打印接收板為采用標準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軸微動平臺做往復運動，最大行程100mm，重復定位精度1μm，有效的保證打印圖形的精度。運動平臺的運動控制由控制柜實現，通過輸入邏輯代碼可以實現不同的運動軌跡。針尖打印頭與接收基板分別接脈沖高壓正負電極上，而脈沖高電壓是通過信號發(fā)生器和高壓放大器兩個設備協調控制實現的。

實驗中以4wt%的PEO水溶液作為測試溶液，測試了實驗中制備出的硅尖打印頭的整個毛細浸潤過程。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墨池中，接著PEO溶液在自身毛細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壁向硅尖頂端爬升，如圖2（b）；最后硅尖頂端的液膜在毛細力、表面張力、粘滯力及重力的作用下達到穩(wěn)定，如圖2（c）。

圖2：毛細浸潤實驗圖（a）初始狀態(tài)（b）毛細浸潤過程（c）液膜穩(wěn)定階段

實驗結果：

首先根據電噴射打印的原理，搭建了精密三維打印平臺系統(tǒng)，然后在搭建好的實驗系統(tǒng)的基礎上，完成了硅尖打印頭的細浸潤實驗測試。結果表明，經過紫外臭氧表面改性后的硅尖具有良好的浸潤效果，能為后續(xù)的打印過程供應墨水，保證打印過程的連續(xù)性。

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審核編輯 黃宇