液相冷却与气相冷却的比较分析

图6.16　液相冷却和气相冷却效果的比较［1］

a.在无水乙醇液相流体中打印的金属柱状结构；b.在空气中打印时形成的熔球。

图6.16对比了金属液滴在无水乙醇和空气这两种冷却流体中沉积情况，由于无水乙醇具有较高的热导率，金属液滴在落入时能够迅速冷却，从而得以逐层沉积，如图6.16a所示。而在空气中时不断下落的液滴将会熔融堆积在一起成为一团而不能成型，如图6.16b所示。另外，从图中看出，在无水乙醇中的金属结构有着较为明亮的金属光泽，反映出液相3D打印可有助于减少或避免金属氧化。

表6.2对比了水、无水乙醇和干燥空气的热导率、密度及比热性质。从表中可以看出，水和无水乙醇的相对密度分别为828.22和655.02。根据阿基米德原理，金属液滴在流体中受到的向上的浮力等于它所排开流体的重力，即有

其中，Gdroplet，ρliquid和Vdroplet分别代表液滴的重力、冷却流体的密度和液滴体积，g为重力加速度，通常取9.806 65 m/s2，因而液滴在水和无水乙醇中所受浮力分别是在空气中浮力的828.22和655.02倍，较大的浮力对液滴的下落起到了缓冲作用。水和无水乙醇的相对热导率分别是23.05和9.27，两者的相对比热分别是4.16和2.41，这些优良的性能使得金属液滴在液相流体中能够快速冷却，因此金属结构也得以迅速成型。(www.xing528.com)

表6.2 100 kPa，20℃时水、无水乙醇和干燥空气的性质对比

与传统气相流体冷却相比，液相3D打印方法有以下优点：

（1）快速的制造速度。在打印过程中由于采用流体控制的机制，可以打印各种3D结构，冷却流体的温度和流速也可以灵活控制，例如通过调整冷却流体的流速和方向，可以打印出一些独特的3D结构（如旋转体）。

（2）易于实现3D机电器件的混合打印。将金属打印和非金属（如塑料等）打印结合起来形成3D功能器件，这种混合打印技术将会是一种颇有前景的技术。

（3）金属部件的打印能耗将显著降低。由于采用了低熔点金属墨水，材料的液固相转变易于实现，与传统的高熔点金属打印相比，制造的困难程度得以显著降低。