【摘 要】
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室温硫化液态硅橡胶(RLSR)材料常被用于制造可穿戴设备的柔性电路板,但传统加工工艺限制了成型精度,且难以加工复杂结构,三维打印技术可作为RLSR材料用于可穿戴装置的新型加工方法。本文以RLSR为研究对象,采用实验试探与数值模拟相结合的方法,获得材料挤出压强与出口速度的取值范围与关系曲线;在正交实验基础上明确了影响打印工艺的各参数重要度并优选打印工艺参数;研究打印样件结构对其机械性能的影响,优选打
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室温硫化液态硅橡胶(RLSR)材料常被用于制造可穿戴设备的柔性电路板,但传统加工工艺限制了成型精度,且难以加工复杂结构,三维打印技术可作为RLSR材料用于可穿戴装置的新型加工方法。本文以RLSR为研究对象,采用实验试探与数值模拟相结合的方法,获得材料挤出压强与出口速度的取值范围与关系曲线;在正交实验基础上明确了影响打印工艺的各参数重要度并优选打印工艺参数;研究打印样件结构对其机械性能的影响,优选打印结构;探索RLSR改性方法以提高其打印性能和机械性能。具体内容如下:依据柔性可穿戴三维打印材料的特性要求,通过对比硅酮、RLSR、乳胶以及聚二甲基硅氧烷的打印效果,选择RLSR为打印材料,并对RLSR材料挤出过程进行流体仿真分析,确定了打印针头出口处材料速度的变化范围,以及材料出口流速与压强间的关系。依据材料出口速度的变化范围,以挤压式三维打印机为打印平台进行工艺实验,确定最佳打印参数。采用正交试验的方法,确定打印温度在20℃、搅拌30 s、硫化时间段在10—30 min、速度为8 mm/s,每层固化时间为2 s时,打印效果最佳。判断各打印参数对实验结果影响权重,得出温度对实验结果影响最高,影响的权重为45%。通过设计不同的网格结构,研究不同网格形状、密度对打印效果以及机械强度的影响,采用熵值法对表征密度、拉伸强度和打印难易度三项指标进行综合评价,得出在最终评价结果中所占权重依次为24.49%、57.35%和18.16%。综合评价网格结构对上述指标的影响,得出内部线条与边间距为打印针头直径的75%—85%,打印结构为45-135或0-45-90-135时机械性能最佳。为提高RLSR的三维打印性能和机械性能,分别采用沉淀白炭黑和气相白炭黑与定量的聚乙二醇(PEG)进行表面活化的方法,得到改性白炭黑材料。利用机械共混的方法制备改性白炭黑与RLSR复合材料,以压强变化/材料持续挤出打印时间、动态打印线宽变化率、拉伸弹性和冲击弹性为评价指标,得出气相白炭黑对提高RLSR打印性能和机械性能效果最佳。采用正交实验法优化气相白炭黑改性配比,得出硅胶用量对材料性能影响最大,硅橡胶、PEG和气相白炭黑最优质量比为300:30:1。
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