การใช้วัสดุคอมโพสิตเสริมแรงกราฟีนในการพิมพ์ชิ้นส่วนฟังก์ชันที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

กลไกการนำของวัสดุคอมโพสิตกราฟีน

กราฟีนเป็นวัสดุสองมิติที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน และมีค่าการนำไฟฟ้า การนำความร้อน และความแข็งแรงเชิงกลสูงมาก วัสดุคอมโพสิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามารถเตรียมได้โดยการกระจายกราฟีนลงในเมทริกซ์โพลีเมอร์ เมื่อปริมาณกราฟีนที่เพิ่มถึงค่าวิกฤต (เกณฑ์การซึมผ่าน) เครือข่ายนำไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นภายในวัสดุ ช่วยให้โพลีเมอร์ที่เป็นฉนวนแต่เดิมมีความสามารถในการนำไฟฟ้าได้ ความต้านทานปริมาตรของวัสดุคอมโพสิตกราฟีนสามารถปรับได้ภายในช่วง 10²-10⁶ Ω·cm เพื่อตอบสนองความต้องการการนำไฟฟ้าของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน เมื่อเปรียบเทียบกับคาร์บอนไฟเบอร์แบบดั้งเดิมหรือการเติมคาร์บอนแบล็ก กราฟีนสามารถมีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้เหมือนกันโดยใช้ปริมาณการเติมที่ต่ำกว่า และมีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลของซับสเตรตน้อยกว่า

เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุการพิมพ์ 3 มิติที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

การเตรียมวัสดุคอมโพสิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแบบกราฟีนจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาหลักสองประการ: การกระจายตัวของกราฟีนและการเชื่อมส่วนต่อประสาน มีแรง van der Waals ที่แข็งแกร่งระหว่างแผ่นกราฟีนและง่ายต่อการรวมตัว จำเป็นต้องมีการกระจายตัวของคลื่นอัลตราโซนิก การปรับเปลี่ยนพื้นผิว หรือการตัดเฉือนเชิงกลเพื่อให้ได้การกระจายตัวที่สม่ำเสมอ การเลือกใช้เมทริกซ์โพลีเมอร์ต้องพิจารณาความเข้ากันได้กับกราฟีน เมทริกซ์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ PLA, ABS, TPU และไนลอน การอัดขึ้นรูปด้วยสกรูคู่เป็นกระบวนการเตรียมวัสดุคอมโพสิตที่ใช้กันมากที่สุด และสามารถบรรลุการกระจายตัวของกราฟีนที่สม่ำเสมอในระดับการผลิตขนาดใหญ่ หลังจากการเตรียมวัสดุ จำเป็นต้องมีการทดสอบความต้านทานและการทดสอบคุณสมบัติทางกลเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของวัสดุที่มั่นคง

จุดกระบวนการของการพิมพ์ FDM ของชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

การพิมพ์ FDM ของวัสดุคอมโพสิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าต้องให้ความสนใจกับพารามิเตอร์กระบวนการหลายตัว แนะนำให้ใช้อุณหภูมิในการพิมพ์สูงกว่าวัสดุฐาน 10-20°C เพื่อปรับปรุงการไหลและการยึดเกาะระหว่างชั้น ความเร็วในการพิมพ์ถูกควบคุมที่ 30-50 มม./วินาที ความเร็วที่เร็วเกินไปจะทำให้เครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าไม่ต่อเนื่อง ความสูงของชั้นถูกกำหนดไว้ที่ 50-75% ของเส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสกันเต็มที่ระหว่างชั้น ความหนาแน่นของการเติมมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการนำไฟฟ้า การบรรจุ 100% สามารถรับค่าการนำไฟฟ้าได้ดีที่สุด แต่การพิมพ์ที่มีความหนาแน่นต่ำสามารถชดเชยได้ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ ทิศทางการพิมพ์ยังส่งผลต่อการนำไฟฟ้าด้วย โดยการนำไฟฟ้าตามทิศทางการพิมพ์จะดีกว่าตั้งฉากกับมัน

สถานการณ์การใช้งานทั่วไปของชิ้นส่วนฟังก์ชันที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

ชิ้นส่วนที่พิมพ์จากการพิมพ์ 3 มิติที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์ การตรวจจับ และการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ในด้านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มันถูกใช้สำหรับอิเล็กโทรดแบบกำหนดเอง พื้นผิววงจร และฝาครอบป้องกัน EMI ในด้านเซ็นเซอร์ มันถูกใช้ในเซ็นเซอร์ความเครียด เซ็นเซอร์ความดัน และขั้วไฟฟ้าชีวภาพ ในด้านการกระจายตัวแบบคงที่นั้น ใช้ในถาดป้องกันไฟฟ้าสถิต ตู้เซฟ ESD และแผ่นรองโต๊ะทำงาน ในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น ใช้สำหรับอิเล็กโทรดของอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้และขั้วต่อวงจรแบบยืดหยุ่น แต่ละสถานการณ์การใช้งานมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับประสิทธิภาพการนำไฟฟ้า และต้องบรรลุประสิทธิภาพเป้าหมายโดยการเลือกวัสดุและการปรับกระบวนการให้เหมาะสม

การทดสอบประสิทธิภาพและการประกันคุณภาพ

การทดสอบประสิทธิภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องครอบคลุมทั้งด้านไฟฟ้าและทางกล การทดสอบสมรรถนะทางไฟฟ้าประกอบด้วยการทดสอบความต้านทานปริมาตร ความต้านทานพื้นผิว และการทดสอบเสถียรภาพทางไฟฟ้า การทดสอบสมบัติทางกลประกอบด้วยการทดสอบแรงดึง ความต้านทานแรงดัดงอ และความต้านทานแรงกระแทก การทดสอบการเสื่อมสภาพด้านสิ่งแวดล้อมจะประเมินการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของวัสดุเมื่อสัมผัสกับความร้อน ความชื้น ละอองเกลือ และสภาพแวดล้อมที่มีรังสียูวี การทดสอบความต้านทานการสัมผัสจะประเมินความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อของอิเล็กโทรดนำไฟฟ้ากับวงจรภายนอก การตรวจสอบความสม่ำเสมอของแบทช์ทำให้มั่นใจในเสถียรภาพของคุณภาพการผลิต