實驗名稱：毛細浸潤過程實驗測試

測試目的：本章設計并搭建了電噴射打印實驗系統，對所制備的硅尖打印頭進行打印測試。該打印系統主要包括龍門式多維伺服運動平臺、高壓信號發生裝置、視覺成像系統、注射與管道系統和硅尖打印頭等。在搭建好的實驗系統的基礎上，配制不同打印溶液，對所設計制作的硅尖打印頭進行實驗測試。

毛細浸潤為整個是打印過程提供墨水的供應工作。良好的毛細浸潤效果可以保證整個打印過程的連續性，因此探究整個毛細浸潤效果至關重要。

測試設備：高壓放大器、信號發生器、微量注射泵、納米硅尖等。

實驗過程：

圖1：電噴射打印過程流程圖

精密三維打印平臺系統主要組成部分有：XYZ三維運動系統、高壓信號發生裝置、視覺成像系統、注射與管道系統和硅尖打印頭。電噴射打印過程的流程圖如圖1所示，打印墨水通過精密微量注射泵實現供給，最小進給速率可達0.764nL/min。打印接收板為采用標準MEMS清洗工藝清洗干凈的厚度為220μm的雙拋單晶硅片，并通過導電膠帶將其固定在接收法蘭盤上。接收法蘭盤是通過X-Y軸微動平臺做往復運動，最大行程100mm，重復定位精度1μm，有效的保證打印圖形的精度。運動平臺的運動控制由控制柜實現，通過輸入邏輯代碼可以實現不同的運動軌跡。針尖打印頭與接收基板分別接脈沖高壓正負電極上，而脈沖高電壓是通過信號發生器和高壓放大器兩個設備協調控制實現的。

實驗中以4wt%的PEO水溶液作為測試溶液，測試了實驗中制備出的硅尖打印頭的整個毛細浸潤過程。如圖2所示，開始PEO通過精密微量注射泵以0.764nL/min的流量輸送入硅杯儲墨池中，接著PEO溶液在自身毛細力的作用下克服自身的粘滯力、表面張力及重力的作用沿著硅尖側壁向硅尖頂端爬升，如圖2（b）；最后硅尖頂端的液膜在毛細力、表面張力、粘滯力及重力的作用下達到穩定，如圖2（c）。

圖2：毛細浸潤實驗圖（a）初始狀態（b）毛細浸潤過程（c）液膜穩定階段

實驗結果：

首先根據電噴射打印的原理，搭建了精密三維打印平臺系統，然后在搭建好的實驗系統的基礎上，完成了硅尖打印頭的細浸潤實驗測試。結果表明，經過紫外臭氧表面改性后的硅尖具有良好的浸潤效果，能為后續的打印過程供應墨水，保證打印過程的連續性。

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審核編輯 黃宇