什么是 EHD 电流体打印？

EHD 电流体打印技术是一种基于电场驱动的打印技术。与传统的3D打印技术不同，EHD打印利用电场来驱动液体材料从喷嘴中挤出，并通过电场的控制形成高精度的打印结构。这种方法不仅可以打印微米级别的结构，还能够使用多种不同的材料，包括导电材料、生物材料和高分子聚合物等。

EHD 电流体打印的工作原理

▲ 图1  电流体动力学喷墨工作原理示意图

（1）材料准备：选择合适的电流体材料，这些材料通常具有较高的电导率或极性，以确保在电场作用下能够顺利流动。

（2）喷嘴设计：设计并制造精密的喷嘴系统，该系统能够在电场作用下控制液体材料的流动和喷出形状。

（3）电场应用：通过在喷嘴和基板之间施加高压电场，液体材料在电场的作用下被驱动并逐层沉积到基板上。

（4）打印过程：在电场的精确控制下，液体材料被喷射到基板上，逐层形成所需的三维结构。

（5）固化与处理：根据所用材料的不同，可能需要通过光固化、热处理或化学反应等方式对打印出的结构进行固化和处理。

EHD电流体打印的优势

1.高精度和细节

EHD打印能够实现微米级别的打印精度，这使得其在制造复杂的微型结构和精细几何形状方面具有无可比拟的优势。传统的3D打印技术通常难以达到如此高的精度，而EHD打印则通过精确控制电场和喷嘴设计，成功突破了这一限制。

2. 多材料打印

EHD技术支持多种液体材料的打印，包括导电材料、半导体材料和生物材料等。这种多材料兼容性使得EHD打印在电子器件、生物医学和功能材料的制造中具有广泛的应用潜力。

3. 高效节能

EHD打印技术能够精确控制液体材料的流动，减少材料浪费，同时提高生产效率。这种高效能的特点不仅有助于降低生产成本，还能提升产品的质量和性能。

4. 复杂结构制造

EHD打印能够实现复杂的三维结构制造，包括微型通道、网格结构和复杂的几何形状。这种能力使其在微流体芯片和高性能传感器的制造中具有独特的优势。

1.生物医学领域：

• 生物打印：用于制造组织工程产品，如皮肤、骨骼、血管等生物组织。

• 药物递送系统：通过打印药物载体，实现精确的药物释放。

• 细胞打印：用于制造复杂的三维细胞结构，例如用于疾病模型的研究或药物筛选。

2.微纳制造：

• 微电子和纳米电子：用于制造高精度的微电路和纳米电路。

• 柔性电子：用于制造柔性显示器、有机发光二极管（OLEDs）、薄膜太阳能电池等。

• 传感器：用于制造各种类型的微型传感器，如温度、湿度、气体传感器等。

3.材料科学：

• 复合材料：通过打印功能化的纳米材料，改善材料性能。

• 涂层：用于制造高性能的涂层材料，如防腐蚀、自清洁涂层等。

4.光电领域：

• 光学器件：用于制造高精度的光学元件，如透镜、光纤等。

• 显示技术：用于制造高分辨率的显示面板，如柔性显示屏。

5.能源领域：

• 太阳能电池：用于制造高效的薄膜太阳能电池。

• 燃料电池：用于制造燃料电池的关键组件。

EHD电流体打印的挑战与未来展望

EHD电流体打印技术虽然展现了高精度、多材料兼容和复杂结构制造等优势，但在实际应用中也面临一些挑战。主要挑战包括材料选择的局限性、设备成本较高、工艺控制的复杂性以及规模化生产的困难。材料方面，适用的电流体材料种类较少且性能要求高；设备成本限制了广泛应用；工艺控制需要精确调节电场和流动；而大规模生产的应用仍需进一步研究优化。未来发展方向包括拓展材料种类、降低设备成本、优化工艺控制系统和探索规模化生产方案。随着技术进步和创新，EHD电流体打印有望克服这些挑战，实现更广泛的应用，推动制造业向更高精度、更高效率的方向发展。

结论

EHD电流体打印技术作为一种前沿的制造方法，以其高精度、多材料兼容性和复杂结构制造能力，正在改变传统制造业的格局。虽然面临一些挑战，但在电子器件、生物医学、微流体芯片和功能材料等领域的应用前景广阔。随着技术的不断进步和突破，EHD打印有望在未来制造领域中发挥更加重要的作用，为我们带来更多创新的解决方案。在探索未来制造的道路上，EHD电流体打印无疑是一个值得关注的方向。它的不断发展将推动制造业迈向新的高峰，为我们的生活和工作带来更多的可能性。我们期待着EHD打印技术的未来突破，为制造行业带来更多的创新与发展。

▲ 图2  不同形貌和尺寸大小的展示品