Meccanismo di conduzione dei materiali compositi in grafene
Il grafene è un materiale bidimensionale composto da atomi di carbonio e ha conduttività elettrica, conduttività termica e resistenza meccanica estremamente elevate. I materiali compositi conduttivi possono essere preparati disperdendo il grafene in una matrice polimerica. Quando la quantità aggiunta di grafene raggiunge un valore critico (soglia di percolazione), all'interno del materiale si forma una rete conduttiva, che consente al polimero originariamente isolante di acquisire capacità conduttive. La resistività del volume dei materiali compositi in grafene può essere regolata nell'intervallo di 10²-10⁶ Ω·cm per soddisfare le esigenze conduttive di diversi scenari applicativi. Rispetto al tradizionale riempimento in fibra di carbonio o nerofumo, il grafene può ottenere le stesse proprietà conduttive con una quantità di aggiunta inferiore e ha un impatto minore sulle proprietà meccaniche del substrato.
Tecnologia di preparazione dei materiali conduttivi di stampa 3D
La preparazione di materiali compositi conduttivi di grafene richiede la risoluzione di due problemi principali: dispersione del grafene e legame dell'interfaccia. Ci sono forti forze di van der Waals tra i fogli di grafene e sono facili da aggregare. Per ottenere una dispersione uniforme sono necessarie la dispersione ultrasonica, la modifica della superficie o il taglio meccanico. La scelta della matrice polimerica deve considerare la compatibilità con il grafene. Le matrici comunemente utilizzate includono PLA, ABS, TPU e nylon. L’estrusione bivite è il processo di preparazione dei materiali compositi più comunemente utilizzato e può ottenere una dispersione uniforme del grafene su larga scala di produzione. Dopo la preparazione del materiale, sono necessari test di resistività e test delle proprietà meccaniche per garantire prestazioni stabili del materiale.
Punti di processo della stampa FDM di parti conduttive
La stampa FDM di materiali compositi conduttivi richiede attenzione a molteplici parametri di processo. Si consiglia che la temperatura di stampa sia 10-20°C più alta rispetto al materiale di base per migliorare il flusso e il legame tra gli strati. La velocità di stampa è controllata a 30-50 mm/s. Una velocità troppo elevata causerà la discontinuità della rete conduttiva. L'altezza dello strato è impostata sul 50-75% del diametro dell'ugello per garantire il pieno contatto tra gli strati. La densità di riempimento ha un impatto significativo sulle prestazioni conduttive. Il riempimento al 100% può ottenere la migliore conduttività, ma la stampa a bassa densità può essere compensata attraverso l'ottimizzazione del design. Anche la direzione di stampa influisce sulla conduttività, essendo la conduttività lungo la direzione di stampa migliore che perpendicolare ad essa.
Scenari applicativi tipici di parti funzionali conduttive
Le parti conduttive stampate in 3D sono ampiamente utilizzate nei campi dell'elettronica, del rilevamento e della schermatura elettromagnetica. Nel campo dei componenti elettronici, viene utilizzato per elettrodi personalizzati, substrati di circuiti e coperture di schermatura EMI. Nel campo dei sensori viene utilizzato nei sensori di deformazione, nei sensori di pressione e nei bioelettrodi. Nel campo della dissipazione statica, viene utilizzato in vassoi antistatici, custodie antistatiche ESD e tappetini per banchi da lavoro. Nel campo dell'elettronica flessibile, viene utilizzato per elettrodi di dispositivi indossabili e connettori di circuiti flessibili. Ciascuno scenario applicativo presenta requisiti diversi in termini di prestazioni conduttive e le prestazioni target devono essere raggiunte attraverso la selezione dei materiali e l'ottimizzazione del processo.
Test delle prestazioni e garanzia della qualità
I test delle prestazioni delle parti stampate conduttive devono coprire sia gli aspetti elettrici che quelli meccanici. I test sulle prestazioni elettriche comprendono test di resistività volumetrica, resistività superficiale e stabilità conduttiva. I test sulle proprietà meccaniche comprendono test di resistenza alla trazione, resistenza alla flessione e resistenza all'impatto. I test di invecchiamento ambientale valutano le variazioni delle prestazioni dei materiali se esposti a calore, umidità, nebbia salina e ambienti UV. Il test della resistenza di contatto valuta l'affidabilità della connessione di un elettrodo conduttivo a un circuito esterno. L'ispezione della consistenza del lotto garantisce la stabilità della qualità della produzione.
Invia un modello, un disegno, un'immagine o note scritte. Gli ingegneri valuteranno materiale, processo, finitura e consegna in base all'uso effettivo.