Cơ chế dẫn điện của vật liệu composite graphene
Graphene là vật liệu hai chiều được cấu tạo từ các nguyên tử carbon và có tính dẫn điện, dẫn nhiệt và độ bền cơ học cực cao. Vật liệu composite dẫn điện có thể được điều chế bằng cách phân tán graphene vào nền polyme. Khi lượng graphene bổ sung đạt đến giá trị tới hạn (ngưỡng thẩm thấu), một mạng dẫn điện được hình thành bên trong vật liệu, cho phép polyme cách điện ban đầu đạt được khả năng dẫn điện. Điện trở suất thể tích của vật liệu composite graphene có thể được điều chỉnh trong phạm vi 10²-10⁶ Ω·cm để đáp ứng nhu cầu dẫn điện của các tình huống ứng dụng khác nhau. So với chất làm đầy bằng sợi cacbon hoặc cacbon đen truyền thống, graphene có thể đạt được các đặc tính dẫn điện tương tự với lượng bổ sung thấp hơn và ít ảnh hưởng hơn đến các tính chất cơ học của chất nền.
Công nghệ chế tạo vật liệu in 3D dẫn điện
Việc chế tạo vật liệu composite dẫn điện graphene đòi hỏi phải giải quyết hai vấn đề lớn: sự phân tán graphene và liên kết bề mặt. Có lực van der Waals mạnh giữa các tấm graphene và chúng rất dễ kết hợp. Cần phải phân tán siêu âm, sửa đổi bề mặt hoặc cắt cơ học để đạt được độ phân tán đồng đều. Việc lựa chọn ma trận polymer cần xem xét khả năng tương thích với graphene. Các ma trận thường được sử dụng bao gồm PLA, ABS, TPU và nylon. Đùn trục vít đôi là quy trình chuẩn bị vật liệu composite được sử dụng phổ biến nhất và có thể đạt được sự phân tán đồng đều graphene ở quy mô sản xuất lớn. Sau khi chuẩn bị vật liệu, cần phải kiểm tra điện trở suất và kiểm tra tính chất cơ học để đảm bảo hiệu suất vật liệu ổn định.
Các điểm quy trình in FDM của các bộ phận dẫn điện
Việc in FDM trên vật liệu composite dẫn điện đòi hỏi phải chú ý đến nhiều thông số quy trình. Nhiệt độ in được khuyến nghị cao hơn 10-20°C so với vật liệu cơ bản để cải thiện dòng chảy và liên kết giữa các lớp. Tốc độ in được kiểm soát ở mức 30-50mm/s. Tốc độ quá nhanh sẽ làm cho mạng dẫn điện không liên tục. Chiều cao lớp được đặt ở mức 50-75% đường kính vòi phun để đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn giữa các lớp. Mật độ lấp đầy có tác động đáng kể đến hiệu suất dẫn điện. Đổ đầy 100% có thể đạt được độ dẫn điện tốt nhất, nhưng việc in mật độ thấp có thể được bù đắp thông qua tối ưu hóa thiết kế. Hướng in cũng ảnh hưởng đến độ dẫn điện, độ dẫn dọc theo hướng in tốt hơn so với hướng vuông góc với nó.
Các kịch bản ứng dụng điển hình của các bộ phận chức năng dẫn điện
Các bộ phận in 3D dẫn điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điện tử, cảm biến và che chắn điện từ. Trong lĩnh vực linh kiện điện tử, nó được sử dụng cho các điện cực tùy chỉnh, chất nền mạch và vỏ che chắn EMI. Trong lĩnh vực cảm biến, nó được sử dụng trong cảm biến biến dạng, cảm biến áp suất và điện cực sinh học. Trong lĩnh vực tản tĩnh điện, nó được sử dụng trong các khay chống tĩnh điện, vỏ an toàn ESD và thảm bàn làm việc. Trong lĩnh vực điện tử linh hoạt, nó được sử dụng cho các điện cực của thiết bị đeo được và đầu nối mạch linh hoạt. Mỗi kịch bản ứng dụng có các yêu cầu khác nhau về hiệu suất dẫn điện và hiệu suất mục tiêu cần đạt được thông qua việc lựa chọn vật liệu và tối ưu hóa quy trình.
Thử nghiệm hiệu suất và đảm bảo chất lượng
Thử nghiệm hiệu suất của các bộ phận in dẫn điện cần bao gồm cả khía cạnh điện và cơ khí. Kiểm tra hiệu suất điện bao gồm điện trở suất khối, điện trở suất bề mặt và kiểm tra độ ổn định dẫn điện. Kiểm tra tính chất cơ học bao gồm kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập. Thử nghiệm lão hóa môi trường đánh giá sự thay đổi hiệu suất của vật liệu khi tiếp xúc với môi trường nhiệt, độ ẩm, phun muối và tia cực tím. Kiểm tra điện trở tiếp xúc đánh giá độ tin cậy của kết nối của điện cực dẫn điện với mạch ngoài. Kiểm tra tính nhất quán hàng loạt đảm bảo sự ổn định của chất lượng sản xuất.
Gửi mô hình, bản vẽ, hình ảnh hoặc ghi chú bằng văn bản. Kỹ sư sẽ xem xét vật liệu, quy trình, hoàn thiện và giao hàng dựa trên sử dụng thực tế.