图9.13 液态金属纸上气动打印系统［7］
为了实现液态金属的机械化打印，笔者实验室首先采用一种打印原理与液态金属属性潜在匹配的运动控制机构（移动速度0.1～400 mm/s），并开发出特定的打印针头，实物如图9.13所示［7］。该系统主要由教导盒、压力控制器、气管、油墨针桶、驱动体、可移动玻璃承印平台及高压储气罐等组成。其中教导盒用于输入与所需打印结构相应的打印头行走程序，其上带有控制驱动体移动的控制键以及输出键；压力控制器用于控制气体对油墨针筒的施加压力；气管用于使储气罐内的高压气体（如氮气）通过压力控制器并进入油墨针筒从而提供压力；油墨针筒用于储存金属材料，底端装有打印针头，油墨针筒固定于带有针筒夹具的驱动体上，驱动体可根据所输入的程序沿X方向左右运动；可移动玻璃承印平台用于承载并固定打印基底，并可沿Y方向往复运动。油墨针筒中的移动浮塞可产生压力效应，为下方的液态金属油墨提供沉积驱动力。该系统在设置好气体压力并输入所需结构的相应程序后，即可开始打印。驱动体以及可移动玻璃承印平台在程序控制下协调运动，液态金属油墨即在压力作用下逐渐沉积在打印基底上。
根据第3章所述润湿特性，外加压力会极大促进液态金属在匹配的基底材料上的润湿性。因此，利用上述的毛刷多孔针头可以实现这种压印的打印机理。毛刷针头结构如图9.14所示，所标内部通道直径大小为0.51 mm，针尖处为类似于刷子的毛质材料。打印时含少量氧化物的液态金属在压力作用下流至毛刷处，然后在毛刷的作用下被压印于基底上。
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图9.14 毛刷多孔针头的结构示意（a）及剖面（b）［7］
通过在教导盒上设定相应的运行程序，利用装有毛刷针头的气动机构在铜版纸上进行液态金属墨水（所用金属墨水为含0.1 wt%的氧的GaIn24.5合金）直接印刷，为保证印刷质量，设定打印速度为10 mm/s，压力为10～30 psi。图9.15为使用该方法制作纸上液态金属导电乃至封装结构的原理图［7］，基本的打印过程为：首先利用液态金属油墨在铜版纸上成型，之后再进一步打印室温固化硅橡胶来进行覆盖封装。
图9.15 气动打印系统的打印过程示意［7］
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