Optomec Engineer e il controllo del flusso nell’Aerosol Jet Printing

Mentre i produttori e i produttori di tutto il mondo continuano a perfezionare e innovare nel campo del software di stampa 3D, dell’hardware e dei materiali, anche gli scienziati sono motivati ​​a creare continuamente nuovi processi per la costruzione di geometrie sempre più complesse. Il Dr. James Q. Feng, Principal Engineer presso Optomec , ha pubblicato nuove scoperte in Mist Flow Visualization for Round Jets in Aerosol Jet® Printing , mentre esplora ulteriormente la tecnologia di scrittura diretta e spiega gli usi delle particelle di scattering della luce nel processo di produzione.

Sono state esaminate le precedenti sfide nel flusso dei jet durante la produzione, valutando i problemi di instabilità e concentrandosi sui jet turbolenti. Feng crede che ci debba essere maggiore attenzione alla visualizzazione del flusso di nebbia, e in particolare dagli ugelli rotondi su microscala. La visualizzazione è resa possibile aggiungendo particelle come fumo o altre microsfere in modo che il diagramma di flusso sia illuminato. I dettagli riguardanti il sistema di scrittura diretta Aerosol Jet® , prodotto da Optomec, sono al centro della discussione di Feng. La tecnologia di erogazione digitale costituisce una serie di piattaforme che erogano materiali elettronici e piccole particelle vengono fornite naturalmente durante il processo di stampa.

“Per semplicità, l’inchiostro usato qui è solo l’acqua deionizzata (DI), e le piccole particelle sono microdropleti di acqua nell’intervallo di diametro da 1 a 5 micron quando arrivano all’ugello di deposizione, fuori dal quale avviene la visualizzazione del flusso, “Dice Feng. “Con quei microscopi a nebbia che si illuminano, diventa visibile un campo di flusso di gas sotto indagine”.

Il sistema di scrittura diretta è costituito dai seguenti componenti:

Atomizzatore
Testa di deposizione
Canale di condizionamento del trasporto di nebbia
Stadio di supporto del substrato (include controllo del movimento e dispositivo di commutazione del flusso di nebbia)
L’atomizzatore è responsabile della produzione di microgocce di inchiostro, con la nebbia avvolta in un gas di guaina e incanalata attraverso un canale nell’ugello.

“Con un distacco di diversi millimetri, la stampa senza contatto di vari modelli su substrati di geometrie complesse è abilitata con movimenti relativi CAD-driven tra il substrato e la testa di deposizione”, spiega Feng.

Un canale interno si assottiglia all’interno dell’ugello di stampa, accelerando il flusso della nebbia lentamente, con messa a fuoco aerodinamica. Il gas della guaina scorre lungo il flusso di nebbia mentre viene spinto verso il centro. Feng spiega che quando il flusso di nebulizzazione diventa più stretto della dimensione del canale, le caratteristiche di stampa risultanti sono più fini del diametro di uscita dell’ugello. La dimensione può essere variata in base alla regolazione della portata del gas di guaina e della nebbia. Il gas della guaina impedisce l’ostruzione dell’ugello impedendo il contatto delle gocce di nebbia e della parete del canale.

Il sistema AJ200 Aerosol Jet®, ad esempio, è dotato di controller di flusso di massa che manipolano la portata di massa entro l’1% del valore impostato. Gli ugelli sono disponibili in diverse dimensioni, ma Feng sottolinea che i flussi di nebbia possono variare a causa dei cambiamenti di quantità di moto; per esempio, in ugelli più grandi l’allargamento può verificarsi a causa della diffusione viscosa. Questo è più comune rispetto ai piccoli ugelli utilizzati per la stampa di caratteristiche fini.

In alcuni casi, l’instabilità può essere controllata aumentando la quantità di guaina del gas in confronto all’estensione della nebbia della durata del guasto e consentendo una stampa migliore nei processi AM. Poiché il rapporto tra guaina e nebbia può essere controllato così facilmente, Feng sottolinea che si tratta di un buon strumento di ricerca per esaminare il flusso del getto.

“Con il sistema di scrittura diretta Aerosol Jet®, il flusso del nucleo del getto può essere visualizzato con la luce diffusa da microgoccioline d’acqua nel flusso di nebbia. Il rapporto di flusso regolabile da guaina a foschia offre la possibilità di “sbucciare la cipolla” per visualizzare strutture di flusso a getto. Le immagini della visualizzazione del flusso di nebbia per getti liberi mostrano un nucleo potenziale laminare che si estende a una certa distanza a valle dell’ugello, prima di sviluppare vortici turbolenti segnalati come un rapido allargamento del flusso di nebbia a causa della diffusione turbolenta “, conclude Feng.

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