电场驱动喷射沉积微纳3D打印是一种全新的微纳3D打印技术,其在不同打印材料(导电、非导电)、不同基材(硬质、柔性)的打印能力展现了巨大的优势和应用潜力。然而,目前针对电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术进行大范围工业化应用的所必需的工艺参数窗口还相对比较欠缺,为了解决这一问题,本文从设备的设计、工艺参数的优化、应用案例的分析三个方面进行了详细地研究,通过对不同打印材料、不同基材分别进行打印工艺参数的优化,得到了打印工艺参数窗口,并结合典型应用案例验证了所优化工艺参数窗口的可行性,为电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术的应用推广提供了参考价值。具体工作如下:(1)根据电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术的基本原理和特点,设计了电场驱动喷射沉积微纳3D打印机,该设备主要包括三维运动模块、观测模块、定位模块、打印平台、供气模块、供料模块、供电模块、上位机等,具有较为完善的定位、打印、监测、后处理功能,既能满足实验需求,又具备批量化生产的前景。(2)优化了硬质基材(玻璃)的打印工艺参数:在玻璃基材上打印课题组自制高粘度(20000m Pa·s)、高银含量(70%-80%)纳米银浆时,直流电压比脉冲电压和交流电压更为适合,适合打印的各工艺参数范围分别是:电压1500V-1600V、气压140k Pa-160k Pa、打印高度280μm-300μm。在电压1500V、气压150k Pa、打印高度300μm条件下,改变打印速度可调控所打印银线的线宽,当打印速度达到160mm/s时,线宽减小到10μm以下,在20μm及以上时银线均匀一致,形貌较好;在玻璃基材上打印自制光敏树脂时,采用脉冲锥射流打印模式,使用直流脉冲形式的电压,在气压6Pa、打印速度0.1mm/s、打印高度200μm条件下,通过正交试验确定了合适电压值为900V,并通过改变占空比调节所打印点的大小,其中占空比在15%-55%的范围内占空比与所打印点的直径呈线性正相关,15%占空比时点的直径为16.5μm。保持频率为3Hz,占空比为6%时,点的直径为8μm。当占空比为1%时,点的直径为0.9μm。(3)优化了柔性基材打印工艺参数:在PET基材上打印课题组自制低温烧结(60℃)、可拉伸纳米银浆时,适合打印的各工艺参数范围分别是:电压1200V-1400V、气压70k Pa-80k Pa、打印高度300μm-350μm。在电压1300V、气压80k Pa、打印高度350μm条件下,改变打印速度可调控所打印银线的线宽,当打印速度增加到140mm/s以上时,线宽减小到10μm以下,银线线宽在15μm及以上时均匀一致,形貌较好;在纸类基材(相纸、铜版纸、办公纸)上打印自制低温烧结、可拉伸纳米银浆,在电压1300V、气压80k P、打印高度350μm条件下,线宽随打印速度的增加而减小,其中,相纸上打印速度为220mm/s时,所打印的最小线宽为5.6μm;铜版纸上打印速度为220mm/s时,所打印的最小线宽为6.2μm;办公纸上打印速度为170mm/s时,所打印的最小线宽为15μm。(4)面向硬质基材(玻璃)研究了应用案例:基于优化的硬质基材打印工艺参数窗口,制作了金属网栅透明电磁屏蔽玻璃和微透镜阵列,并测试了电磁屏蔽玻璃的电磁屏蔽效能和透过率,以及微透镜阵列的成像质量,验证了所优化的硬质基材打印工艺参数窗口的正确性,探索了电场驱动喷射沉积微纳3D打印在硬质基材打印领域的初步应用。(5)面向柔性基材研究了应用案例:基于优化的柔性基材打印工艺参数窗口,制作了金属网栅柔性电加热膜和纸基电路,并测试了电加热膜的电热性能,以及在不同种类的纸基上进行多层银线堆积、制作多种纸基电子样件,证明了所优化的柔性基材打印工艺参数窗口的可行性,探索了电场驱动喷射沉积微纳3D打印在柔性印刷电子领域的初步应用。