。
有低沸點合金真蘚科青蘚現(xiàn)代3D列印金屬材料，它是指一大類沸點低于200℃的合金金屬材料，如鎵基、銦基、鉍基合金等。低沸點合金尤其是室溫液態(tài)合金在印刷電子、制作柔性電子元件方面正顯現(xiàn)獨特的優(yōu)勢。本文介紹了幾種新近出現(xiàn)的基于低沸點合金油墨的3D列印控制技術。
一、掩膜沉積鍛造控制技術
掩膜沉積法（mask deposition）是近幾年科學研究較多的一類金屬材料成型方法，圖1為其中1種加工流程。另外，也可以將制成的液態(tài)合金圖案進行封裝從而制作柔性電子元件。嚴格地說，這種成型形式還不能算作列印，但的確可通過油墨輸運裝置來實現(xiàn)加工。
圖1 掩膜沉積加工流程
二、紙基TNUMBERFK的液態(tài)合金3D列印
紙基TNUMBERFK的液態(tài)合金3D列印指的是可以使用液態(tài)合金和封裝金屬材料直接在紙（如銅版紙）上制作TNUMBERFK或功能電子元件的一類列印方法，采用這種原理的一類桌面式列印系統(tǒng)及其列印噴頭結構如圖2所示。該系統(tǒng)采用的是氣壓式印刷方法，注射筒中的液態(tài)合金油墨由此可在氮氣壓力的作用下進入列印噴頭，列印噴頭的尖端采用的是軟毛刷結構，液態(tài)合金油墨被刷印在基底上。列印噴頭的三維運動由機械裝置控制，運動速度程序設置于教導盒中，根據(jù)需要可在室溫下鍛造各種3D合金構件。
圖2 桌面式液態(tài)合金3D列印系統(tǒng)及列印噴頭結構圖
列印機運行時的圖像如圖3（A-1）所示，以GaIn24.5為油墨列印的線路如圖3（A-2）和3（A-5）所示。圖3（A-2）和（A-5）展示了以GaIn24.5為油墨列印的線路
，依次為用硅橡膠封裝的電氣線條
，雙層合金結構，紙基線路的三維結構
，LED電路通電時的狀態(tài)。另外
，用這種列印方法還可以方便的制作電子電子元件
，列印的紙基電感線圈和紙基射頻識別（radio frequency identification,
RFID）天線分別展示在圖3（B-1）和3（B-2）中，由于采用紙作為基底，這些電子元件具有很好的柔性
，如圖3（B-3）所示
。
圖3 用液態(tài)合金GaIn24.5列印的電子電子元件
圖3（A）為紙基TNUMBERFK的列印圖像及列印線路展示：①TNUMBERFK列印過程圖像，插圖為所列印的彎折TNUMBERFK；②用硅橡膠封裝的電氣線條
；③列印的雙層合金結構；④列印的紙基線路的三維結構
；⑤列印的LED電路通電時的狀態(tài)
，圖3（B）為列印的紙基功能電子元件：①電感線圈；②RFID天線
；③列印電子元件的柔性展示
。
Bi35In48.6Sn16Zn0.4的熔化焓和比熱容分別為28.94J/g和0.262J/(g·℃)，遠低于其他普通合金〔例如鋁的熔化焓和比熱容分別為393.0J/g和0.88 J/(g·℃) 〕。這一特點使得Bi35In48.6Sn16Zn0.4油墨在相變過程中較之普通合金吸放熱量更小
，從而更易于完成相變。圖4所反映的液滴沉積過程為：合金液態(tài)墨滴下落到已列印物品表面時
，墨滴熱量傳遞給列印物表面使其熔化并與墨滴熔融
，在溫度較低的液相冷卻環(huán)境下熔融的合金液體迅速凝固，下落的墨滴即成為已列印物品的一部分
，這樣逐滴沉積形成最終的列印物品
。
圖4 在無水乙醇冷卻流體中的液滴沉積過程（由A到F）
未來的液相3D列印機會是什么樣的呢？首先，列印油墨和冷卻流體的金屬材料選擇至關重要，2種金屬材料在密度、粘度、表面張力
、熱導率、電導率等方面需要匹配
，所有的低沸點合金
，主要包括鎵基、銦基
、鉍基合金等均可選作列印油墨
。在列印過程中，冷卻流體的溫度要控制在列印油墨的沸點以下
，以保證合金油墨能夠凝固
。為了保證列印效率，可以采用注射泵陣列和注射噴頭陣列結合的辦法
，如圖5所示
。計算機控制所有注射泵的推進速度，使注射噴頭只需對應列印的位置進行involves過程，以此實現(xiàn)三維沉積
。
圖5 未來液相3D列印機的針頭陣列
四、低沸點合金的復合列印控制技術
增加合金和非合金列印的層數(shù)，可以制作更復雜的結構。合金-非合金復合式列印充分利用了合金機械強度好
、導電導熱性強的特點，以及非合金良好的絕緣性能
，從而使得列印的電路可以在一些惡劣的環(huán)境下使用
。總的說來
，采用復合式列印來制作結構件或功能件具有廣闊的發(fā)展發(fā)展前景
。
五、可植入式生物醫(yī)學電子電子元件體內(nèi)3D列印成型控制技術
圖7展示了在生物組織機構內(nèi)注射成型RFID天線的過程（A）和所制備的3D 液態(tài)合金RFID天線（B）。采用這種生物體內(nèi)3D列印成型控制技術制作的柔性電子元件以其較高的順應性
、適形化，以及微創(chuàng)性與低成本特點顯示出良好的應用應用領域發(fā)展前景
，在植入式生物醫(yī)用電子控制技術應用領域具有重要意義
。
圖6 （A）在生物組織機構中列印制作生物電極
圖7 （A）在生物組織機構內(nèi)注射成型RFID天線的過程；（B）所制備的3D 液態(tài)合金RFID天線
六、低沸點合金3D列印控制技術發(fā)展前景分析
(責任編輯：admin)
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