液态金属惯性拖曳效应研究

当把一个橡皮球放入盛满糖浆的大碗，当橡皮球转动时，会带动糖浆跟随一起运动［45］，此即“惯性拖曳效应”。

以低熔点液态金属为加工对象，通过喷头连续挤出，同时控制针头与基板的相对位置，使液态金属在指定的位置沉积并相互融合、凝固，逐层“堆积”，可实现复杂三维结构的增量成型。在成型过程中，加热熔化的低熔点合金通过气压驱动或活塞驱动等方式通过打印喷头连续挤出；同时，打印喷头按照规划好的运动路径开始运动。喷头在运动过程中，借助液态金属较大的表面张力和非共晶合金在熔融状态下固液共存的形态，金属流体与喷头之间会发生惯性拖曳效应，从而使得液态金属可以被拖曳成线，实现高张力、低黏度液态金属的3D打印连续堆积成型。

通过引入一种金属液拖曳黏附成型机制，笔者实验室Yu等［45］展示了利用桌面级3D打印机在常温下直接制造低熔点金属构件的方法（图4.21）。通过与浇铸零件的机械及电学性能进行对比，揭示出低熔点金属3D打印件在力学与导电性能方面的优势。该技术未来可拓展至基于多喷头的金属、非金属复合打印工艺，实现三维立体电路的一体化成型及封装。(www.xing528.com)

图4.21　基于低熔点金属拖曳黏附效应实现直接3D打印原理及成型结构［45］

基于低熔点液态金属拖曳黏附效应实现的3D打印工艺，可以弥补现有高熔点金属3D打印对加工条件和相关设备的严格要求，同时可以满足金属、非金属材料的同时加工，实现电路成型与绝缘封装的一体化成型，未来可用于三维电路、柔性器件和复杂功能性器件的制造。这些对于生物医药、电子制造、航空航天等领域具有重要的意义。