Penggunaan bahan komposit bertetulang graphene dalam mencetak bahagian berfungsi konduktif

Mekanisme pengaliran bahan komposit graphene

Grafena ialah bahan dua dimensi yang terdiri daripada atom karbon dan mempunyai kekonduksian elektrik yang sangat tinggi, kekonduksian terma dan kekuatan mekanikal. Bahan komposit konduktif boleh disediakan dengan menyebarkan graphene ke dalam matriks polimer. Apabila jumlah tambahan graphene mencapai nilai kritikal (ambang perkolasi), rangkaian konduktif terbentuk di dalam bahan, membolehkan polimer penebat asal memperoleh keupayaan konduktif. Kerintangan isipadu bahan komposit graphene boleh dilaraskan dalam julat 10²-10⁶ Ω·cm untuk memenuhi keperluan konduktif bagi senario aplikasi yang berbeza. Berbanding dengan gentian karbon tradisional atau pengisian karbon hitam, graphene boleh mencapai sifat konduktif yang sama pada jumlah penambahan yang lebih rendah dan mempunyai kesan yang kurang pada sifat mekanikal substrat.

Teknologi penyediaan bahan cetakan 3D konduktif

Penyediaan bahan komposit konduktif graphene memerlukan penyelesaian dua masalah utama: penyebaran graphene dan ikatan antara muka. Terdapat daya van der Waals yang kuat di antara helaian graphene dan ia mudah diagregatkan. Penyerakan ultrasonik, pengubahsuaian permukaan atau ricih mekanikal diperlukan untuk mencapai penyebaran seragam. Pemilihan matriks polimer perlu mengambil kira keserasian dengan graphene. Matriks yang biasa digunakan termasuk PLA, ABS, TPU dan nilon. Penyemperitan skru berkembar ialah proses penyediaan bahan komposit yang paling biasa digunakan dan boleh mencapai penyebaran seragam graphene pada skala pengeluaran yang besar. Selepas penyediaan bahan, ujian kerintangan dan ujian sifat mekanikal diperlukan untuk memastikan prestasi bahan yang stabil.

Titik proses pencetakan FDM bahagian konduktif

Pencetakan FDM bagi bahan komposit konduktif memerlukan perhatian kepada berbilang parameter proses. Suhu cetakan disyorkan 10-20°C lebih tinggi daripada bahan asas untuk meningkatkan aliran dan ikatan antara lapisan. Kelajuan pencetakan dikawal pada 30-50mm/s. Kelajuan yang terlalu laju akan menyebabkan rangkaian konduktif tidak berterusan. Ketinggian lapisan ditetapkan kepada 50-75% daripada diameter muncung untuk memastikan sentuhan penuh antara lapisan. Ketumpatan pengisian mempunyai kesan yang ketara ke atas prestasi konduktif. Pengisian 100% boleh mendapatkan kekonduksian terbaik, tetapi percetakan berketumpatan rendah boleh dikompensasikan melalui pengoptimuman reka bentuk. Arah cetakan juga mempengaruhi kekonduksian, dengan kekonduksian sepanjang arah cetakan adalah lebih baik daripada berserenjang dengannya.

Senario aplikasi biasa bahagian berfungsi konduktif

Bahagian bercetak 3D konduktif digunakan secara meluas dalam bidang elektronik, penderiaan dan perisai elektromagnet. Dalam bidang komponen elektronik, ia digunakan untuk elektrod tersuai, substrat litar dan penutup pelindung EMI. Dalam bidang penderia, ia digunakan dalam penderia terikan, penderia tekanan dan bioelektrod. Dalam bidang pelesapan statik, ia digunakan dalam dulang anti-statik, kandang selamat ESD dan tikar meja kerja. Dalam bidang elektronik fleksibel, ia digunakan untuk elektrod peranti boleh pakai dan penyambung litar fleksibel. Setiap senario aplikasi mempunyai keperluan yang berbeza untuk prestasi konduktif, dan prestasi sasaran perlu dicapai melalui pemilihan bahan dan pengoptimuman proses.

Ujian prestasi dan jaminan kualiti

Ujian prestasi bahagian cetakan konduktif perlu meliputi kedua-dua aspek elektrik dan mekanikal. Ujian prestasi elektrik termasuk kerintangan volum, kerintangan permukaan dan ujian kestabilan konduktif. Ujian sifat mekanikal termasuk kekuatan tegangan, kekuatan lentur dan ujian kekuatan impak. Ujian penuaan alam sekitar menilai perubahan prestasi bahan apabila terdedah kepada haba, lembapan, semburan garam dan persekitaran UV. Ujian rintangan sentuhan menilai kebolehpercayaan sambungan elektrod konduktif ke litar luaran. Pemeriksaan konsistensi kelompok memastikan kestabilan kualiti pengeluaran.