喷墨3D打印增材技术

一、喷墨式3D打印

喷墨式印刷（喷墨式3D打印，下同）是目前最主要的无版数字化印刷技术之一，其基本工作原理是根据计算机的指令将油墨从微细的喷嘴直接喷射到承印物上的指定位置，从而形成预先设计好的图案。与传统的有版印刷工艺不同，喷墨法不需要预先加工印版，在印刷时喷墨设备也无须与材料发生接触。

二、喷墨式3D打印优势

与其他接触式印刷工艺相比，喷墨式印刷具有以下几方面优势：

喷墨式印刷可以打印黏度很低的水状油墨；

作为非接触式印刷，喷墨式印刷无须与承印材料接触，避免了对承印材料粗糙度、强度等要求，及交叉污染；

允许客户将设计图案立即打印，即随时修改，避免制版等资金和时间投入；

数字化的喷墨式印刷更容易实现多种材料的套印；

相较于有版印刷工艺的供墨方式，喷墨印刷油墨消耗量更少，有效地节省材料成本。

鉴于以上优点，过去十几年喷墨式印刷工艺在电子制造等方面获得了长足的进步。特别值得强调的是，喷墨式印刷方法具有的使用简单、耗费材料少、无须制版、承印材料范围广等特点决定了该法尤其适合在实验室中使用，因此该方法成为学术界研究印刷电子器件最热门的印刷方法，在生产界也已经得到了广泛的关注。

三、喷墨式3D打印工作原理

喷墨式3D打印机主要的工作原理是通过对压电材料施加一定电压，利用压电材料在电场下所产生的形变，使墨腔体积发生变化并挤出墨滴，并使其从喷嘴系统中射出。（如下图所示）

四、喷墨式3D打印的主要打印材料

在实际采用的喷墨打印材料中，最成熟的是金属材料和功能墨水。早在1988年，就已经出现了直接喷墨打印金属墨水以制备电极的报道，所打溶液的主要溶质成分为金属有机化合物，包括银(Ag)、钛(Ti)、铋(Bi)、铌(Nb)等。由于金属银材料具有导电性好、化学性质稳定、价格相对低廉等特点，此后逐渐成为金属导电墨水的主流，在可溶性银化合物和银纳米颗粒两大类墨水领域均已实现了商业化生产销售。同时含有其他金属成分如金、铜以及合金材料的墨水也都获得了商业化的开发，以满足不同功效函数、不同成本的应用需求。

此外，可喷墨打印油墨是容易成膜的聚合物材料溶液，以及含有聚合物成分的掺杂材料，涵盖了导体、半导体、光电材料、介电材料以及绝缘材料等几乎所有的功能材料类型。

五、喷墨式3D打印机的主要应用

在应用方面，得益于数字化、非接触式的优势，理论上喷墨打印技术适用于几乎所有的可印刷电子元器件，包括场效应晶体管、传感器、太阳能电池、发光/显示设备、存储器、电阻、电容器、电感、天线等金属导电部件，以及这些元器件组合而成的功能电子电路等。