【摘 要】
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微纳米结构制造所面向的对象是在三维空间中,至少有一维处于微米/纳米尺寸的结构,是制造技术在微纳领域的研究热点。FDM式3D打印技术作为一种介观结构的制造技术,具有操作简便、成本低廉等优势,且具有应用于微观结构制造的潜力。电射流打印技术应用电流体动力学原理,可以实现纳米尺度高分子材料的加工制造,且具有广阔的应用前景。本论文从两个角度出发,分别探究基于FDM技术及基于电射流打印技术的微纳结构制造方法,
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微纳米结构制造所面向的对象是在三维空间中,至少有一维处于微米/纳米尺寸的结构,是制造技术在微纳领域的研究热点。FDM式3D打印技术作为一种介观结构的制造技术,具有操作简便、成本低廉等优势,且具有应用于微观结构制造的潜力。电射流打印技术应用电流体动力学原理,可以实现纳米尺度高分子材料的加工制造,且具有广阔的应用前景。本论文从两个角度出发,分别探究基于FDM技术及基于电射流打印技术的微纳结构制造方法,通过对这两种制造技术的理论分析、电射流打印技术的仿真分析及两种制造技术的实验验证方面进行探究,验证两种制造方法在微纳结构制造方面的应用性。本文主要的研究工作与创新之处如下:1.提出基于FDM式3D打印技术的微纳制造方法,根据实验需要定义了打印质量指标,探究FDM打印方法相关打印参数对打印质量的影响。FDM式3D打印技术具有操作简便、制造成本低廉等优势,有进一步挖掘的潜能。2.利用FDM打印技术进行了微米尺度内径喷嘴的制造研究。从理论、仿真与实验的角度进行探究分析,以线材进给速度、打印速度、打印温度及初始层厚度作为FDM打印参数,实现了微米级尺寸内径喷嘴的打印制造与染色测试。所制造的喷嘴以PMMA材料作为打印基底,打印实验中所用丝状打印材料为PLA。通过对PMMA材料表面进行O2等离子体处理,进一步探究了PMMA材料表面结和强度的提高方法,确定了相关O2等离子体处理参数对处理结果的影响规律。3.对于通过FDM打印技术制造所得喷嘴,寻求进一步减小其喷嘴内径尺寸的方法,因而提出了热压处理方法。在近似优化的分析中,通过仿真与实验对所提出的热压方法进行验证,证实了热压方法应用于减小PLA喷嘴内径尺寸的可行性。4.搭建了电射流打印实验平台,研究了基于电射流打印技术的微纳制造方法,实现了具有纳米尺度特征线宽的线状高分子材料制造。实验探究了相关电射流打印参数对打印线宽的影响规律。在后续进行了纳米线的应用实验中,基于所选高分子材料PEO易溶于水的特点,利用电射流打印得到的高分子材料纳米线,实现了Au微纳通道的制造。所制造的矩形Au微纳通道,宽度尺寸在561nm至2.158μm范围,深度为33nm,即Au材料在载玻片上溅射的厚度。
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