喷印金属双液滴撞击固体形成气泡的模拟研究

作     者：游自浩 陈小勇 苏仁健 YOU Zihao;CHEN Xiaoyong;SU Renjian

作者机构：桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西桂林541004 

出 版 物：《材料研究与应用》 (Materials Research and Application)

年 卷 期：2024年第18卷第2期

页      面：270-279页

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：广西自然科学基金项目(2022GXNSFAA035616) 广西制造系统与先进制造技术重点实验室基金项目(2006540007Z) 电子信息材料与器件教育部工程研究中心项目(EIMD-AB202008) 

主　　题：喷墨打印 镓金属液滴 液滴铺展 气泡 有限元模拟 壁面角度 壁面温度 双液滴间距 互联性 

摘      要：喷墨打印镓金属液滴撞击固体表面时会产生空气夹带,造成气泡沉积出现喷墨打印导线不互联现象,深入理解气泡形成的影响因素是解决此问题的关键。为消除气泡,提高打印导线互联性,本研究使用Ansys Fluent软件,采用VOF耦合水平集方法,建立了二维镓金属双液滴撞击固体铜基板过程的仿真模型,研究了水平壁面温度、双液滴间距、倾斜壁面角度、倾斜壁面温度等参数对金属双液滴撞击固体壁面形成气泡过程的影响规律。研究结果表明,对于水平基板,在不同基板温度下气泡的大小呈现双向变化,金属双液滴间距的增加更有利于液滴铺展。当金属双液滴间距S=D_(0)-2.38D_(0)时,有气泡形成;当S=2.38D_(0)-2.5 D_(0)时,液滴铺展出现断裂,且气泡随温度的增加没有明显变化;当金属双液滴间距S=2.6 D_(0)时,随着温度的增加不再产生气泡,此时喷墨打印液滴表现出最佳精度,提高了打印导线的互联性。对于倾斜基板,使用参数韦伯数(We⊥)和参数(K⊥)表征金属双液滴形成的气泡,当撞击倾斜壁面韦伯数We⊥15、K⊥0.035时,液滴会在固体表面上形成气泡;当We⊥16、K⊥0.04时,形成的气泡直径随壁面温度的增加而减小;当15We⊥16、0.035K⊥0.04时,液滴出现铺展断裂,并且气泡直径随着壁面温度的增加而减小;当5We⊥15、0.015K⊥0.035时,液滴铺展断裂且气泡直径变大;当We⊥5、K⊥0.01时,液滴在基板形成的气泡消失,此时为喷墨打印液滴的最佳精度,可提高打印导线的互联性。该研究为优化喷墨打印金属液滴的工艺提供了重要理论依据,有望在实际应用中消除气泡,进一步提高喷墨打印导线的互联性。