【摘 要】
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曲面电子在航天航空、曲面显示和医疗监测等领域有广阔的应用前景,然而对于曲面电子的制造却面临诸多的挑战。电流体喷印是一种通过电场驱动的高分辨率喷印工艺,将其应用于曲面电子制造,具有高分辨率、大面积和高效率的优势。然而现有的三轴电流体共形喷印无法适应大曲率基板,曲面电场会对电流体喷印射流产生干扰,进而影响打印质量,为此本文提出了采用五轴电流体共形喷印的方式来解决曲面电场干扰的问题。针对五轴电流体共形喷
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目:“大面积柔性电子曲面共形制造及智能蒙皮应用”,批准号:51635007; 国家自然科学基金青年基金项目:“微等离子体射流静电聚焦机理及石墨烯超晶格制备”,批准号:51705179;
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曲面电子在航天航空、曲面显示和医疗监测等领域有广阔的应用前景,然而对于曲面电子的制造却面临诸多的挑战。电流体喷印是一种通过电场驱动的高分辨率喷印工艺,将其应用于曲面电子制造,具有高分辨率、大面积和高效率的优势。然而现有的三轴电流体共形喷印无法适应大曲率基板,曲面电场会对电流体喷印射流产生干扰,进而影响打印质量,为此本文提出了采用五轴电流体共形喷印的方式来解决曲面电场干扰的问题。针对五轴电流体共形喷印工艺的特殊性,研究了专门的五轴后置处理算法,开发了集成后处理算法的平台软件系统,实现了喷嘴在曲面上的垂直打印,提高了电流体喷印工艺在曲面基板上的打印质量。本文的主要工作包括以下三点:(1)提出了面向五轴电流体共形喷印的后置处理算法。在分析电流体共形喷印平台运动链的基础上,通过运动学求解建立了插补点坐标和平台轴坐标之间的数学变换关系。针对固定进给率会造成打印速度波动的问题,采用分段三次埃尔米特插值法对插补段的运动时间、位置和端点速度进行了约束,保证了电流体喷印的运动速度恒定,以及插补段之间速度的平滑过渡。(2)开发了曲面电子集成制造软件系统。以曲面电子制造平台为硬件基础,开发了集成多个工艺步骤的软件系统。更为重要的是将后置处理算法集成到了软件系统中,使平台实现了五轴电流体共形喷印,避免了曲面电场对射流的影响。通过实验对比了三轴和五轴共形喷印的效果,验证了五轴电流体共形喷印在曲面上具有更好的打印质量。(3)利用五轴电流体共形喷印完成了曲面电路结构的制备。以电流体喷印导电银浆和光刻胶掩膜版分别作为增减材打印的典型代表方法,探究了工艺参数对于纤维宽度和导电率的调控规律,为实现可控的电流体喷印提供了工艺指导。采用上述两种工艺方法分别完成了曲面电路和共形天线结构的制备,验证了五轴电流体共形喷印在曲面电子制造方面的可行性。
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