Mécanisme de conduction des matériaux composites de graphène
Le graphène est un matériau bidimensionnel composé d'atomes de carbone et possède une conductivité électrique, une conductivité thermique et une résistance mécanique extrêmement élevées. Des matériaux composites conducteurs peuvent être préparés en dispersant du graphène dans une matrice polymère. Lorsque la quantité ajoutée de graphène atteint une valeur critique (seuil de percolation), un réseau conducteur se forme à l’intérieur du matériau, permettant au polymère initialement isolant d’acquérir des capacités conductrices. La résistivité volumique des matériaux composites de graphène peut être ajustée dans la plage de 10² à 10⁶ Ω·cm pour répondre aux besoins conducteurs de différents scénarios d'application. Comparé à la fibre de carbone traditionnelle ou au remplissage de noir de carbone, le graphène peut atteindre les mêmes propriétés conductrices avec une quantité d'ajout inférieure et a moins d'impact sur les propriétés mécaniques du substrat.
Technologie de préparation de matériaux conducteurs d'impression 3D
La préparation de matériaux composites conducteurs de graphène nécessite de résoudre deux problèmes majeurs : la dispersion du graphène et la liaison d'interface. Il existe de fortes forces de Van der Waals entre les feuilles de graphène et elles sont faciles à agréger. Une dispersion ultrasonique, une modification de surface ou un cisaillement mécanique sont nécessaires pour obtenir une dispersion uniforme. Le choix de la matrice polymère doit tenir compte de la compatibilité avec le graphène. Les matrices couramment utilisées incluent le PLA, l'ABS, le TPU et le nylon. L'extrusion à double vis est le processus de préparation de matériaux composites le plus couramment utilisé et permet d'obtenir une dispersion uniforme du graphène à grande échelle de production. Après la préparation du matériau, des tests de résistivité et des tests de propriétés mécaniques sont nécessaires pour garantir des performances stables du matériau.
Points de processus de l'impression FDM de pièces conductrices
L'impression FDM de matériaux composites conducteurs nécessite une attention particulière à plusieurs paramètres de processus. Il est recommandé que la température d'impression soit supérieure de 10 à 20 °C à celle du matériau de base pour améliorer l'écoulement et la liaison intercouche. La vitesse d'impression est contrôlée à 30-50 mm/s. Une vitesse trop rapide entraînera une discontinuité du réseau conducteur. La hauteur de la couche est réglée entre 50 et 75 % du diamètre de la buse pour garantir un contact complet entre les couches. La densité de remplissage a un impact significatif sur les performances conductrices. Un remplissage à 100 % permet d'obtenir la meilleure conductivité, mais une impression à faible densité peut être compensée par une optimisation de la conception. La direction d'impression affecte également la conductivité, la conductivité le long de la direction d'impression étant meilleure que perpendiculairement à celle-ci.
Scénarios d'application typiques des pièces fonctionnelles conductrices
Les pièces conductrices imprimées en 3D sont largement utilisées dans les domaines de l'électronique, de la détection et du blindage électromagnétique. Dans le domaine des composants électroniques, il est utilisé pour les électrodes personnalisées, les substrats de circuits et les capots de blindage EMI. Dans le domaine des capteurs, il est utilisé dans les capteurs de contrainte, les capteurs de pression et les bioélectrodes. Dans le domaine de la dissipation statique, il est utilisé dans les plateaux antistatiques, les boîtiers sécurisés ESD et les tapis d'établi. Dans le domaine de l'électronique flexible, il est utilisé pour les électrodes de dispositifs portables et les connecteurs de circuits flexibles. Chaque scénario d'application a des exigences différentes en matière de performances conductrices, et les performances cibles doivent être atteintes grâce à la sélection des matériaux et à l'optimisation des processus.
Tests de performances et assurance qualité
Les tests de performances des pièces imprimées conductrices doivent couvrir à la fois les aspects électriques et mécaniques. Les tests de performances électriques comprennent des tests de résistivité volumique, de résistivité de surface et de stabilité conductrice. Les tests de propriétés mécaniques comprennent des tests de résistance à la traction, de résistance à la flexion et de résistance aux chocs. Les tests de vieillissement environnemental évaluent les changements de performances des matériaux lorsqu'ils sont exposés à la chaleur, à l'humidité, aux brouillards salins et aux UV. Les tests de résistance de contact évaluent la fiabilité de la connexion d'une électrode conductrice à un circuit externe. L'inspection de cohérence des lots garantit la stabilité de la qualité de la production.
Soumettez un modèle, un dessin, une image ou des notes écrites. Les ingénieurs examineront le matériau, le processus, les finitions et la livraison en fonction de l'utilisation réelle.