3D列印是involves鍛造控制技術的一類，近幾年獲得了廣為的高度關注和科學研究。這是一類將油墨（如粉末狀合金或塑膠）依照很大形式逐級列印出的控制技術，常見的眾所周知金屬材料主要包括塑膠、陶瓷器、高沸點合金粉末狀等。3D列印控制技術在組織機構工程建設、微流道、電子線路和電子元件等應用領域有著極為廣為的應用應用領域發展前景。

有低沸點合金真蘚科青蘚現代3D列印金屬材料，它是指一大類沸點低于200℃的合金金屬材料，如鎵基、銦基、鉍基合金等。低沸點合金尤其是室溫液態合金在印刷電子、制作柔性電子元件方面正顯現獨特的優勢。本文介紹了幾種新近出現的基于低沸點合金油墨的3D列印控制技術。

一、掩膜沉積鍛造控制技術

掩膜沉積法（mask deposition）是近幾年科學研究較多的一類金屬材料成型方法，圖1為其中1種加工流程。另外，也可以將制成的液態合金圖案進行封裝從而制作柔性電子元件。嚴格地說，這種成型形式還不能算作列印，但的確可通過油墨輸運裝置來實現加工。

圖1 掩膜沉積加工流程

二、紙基TNUMBERFK的液態合金3D列印

紙基TNUMBERFK的液態合金3D列印指的是可以使用液態合金和封裝金屬材料直接在紙（如銅版紙）上制作TNUMBERFK或功能電子元件的一類列印方法，采用這種原理的一類桌面式列印系統及其列印噴頭結構如圖2所示。該系統采用的是氣壓式印刷方法，注射筒中的液態合金油墨由此可在氮氣壓力的作用下進入列印噴頭，列印噴頭的尖端采用的是軟毛刷結構，液態合金油墨被刷印在基底上。列印噴頭的三維運動由機械裝置控制，運動速度程序設置于教導盒中，根據需要可在室溫下鍛造各種3D合金構件。

圖2 桌面式液態合金3D列印系統及列印噴頭結構圖

列印機運行時的圖像如圖3（A-1）所示，以GaIn24.5為油墨列印的線路如圖3（A-2）和3（A-5）所示。圖3（A-2）和（A-5）展示了以GaIn24.5為油墨列印的線路，依次為用硅橡膠封裝的電氣線條，雙層合金結構，紙基線路的三維結構，LED電路通電時的狀態。另外，用這種列印方法還可以方便的制作電子電子元件，列印的紙基電感線圈和紙基射頻識別（radio frequency identification,RFID）天線分別展示在圖3（B-1）和3（B-2）中，由于采用紙作為基底，這些電子元件具有很好的柔性，如圖3（B-3）所示。

圖3 用液態合金GaIn24.5列印的電子電子元件

圖3（A）為紙基TNUMBERFK的列印圖像及列印線路展示：①TNUMBERFK列印過程圖像，插圖為所列印的彎折TNUMBERFK；②用硅橡膠封裝的電氣線條；③列印的雙層合金結構；④列印的紙基線路的三維結構；⑤列印的LED電路通電時的狀態，圖3（B）為列印的紙基功能電子元件：①電感線圈；②RFID天線；③列印電子元件的柔性展示。

Bi35In48.6Sn16Zn0.4的熔化焓和比熱容分別為28.94J/g和0.262J/(g·℃)，遠低于其他普通合金〔例如鋁的熔化焓和比熱容分別為393.0J/g和0.88 J/(g·℃) 〕。這一特點使得Bi35In48.6Sn16Zn0.4油墨在相變過程中較之普通合金吸放熱量更小，從而更易于完成相變。圖4所反映的液滴沉積過程為：合金液態墨滴下落到已列印物品表面時，墨滴熱量傳遞給列印物表面使其熔化并與墨滴熔融，在溫度較低的液相冷卻環境下熔融的合金液體迅速凝固，下落的墨滴即成為已列印物品的一部分，這樣逐滴沉積形成最終的列印物品。

圖4 在無水乙醇冷卻流體中的液滴沉積過程（由A到F）

未來的液相3D列印機會是什么樣的呢？首先，列印油墨和冷卻流體的金屬材料選擇至關重要，2種金屬材料在密度、粘度、表面張力、熱導率、電導率等方面需要匹配，所有的低沸點合金，主要包括鎵基、銦基、鉍基合金等均可選作列印油墨。在列印過程中，冷卻流體的溫度要控制在列印油墨的沸點以下，以保證合金油墨能夠凝固。為了保證列印效率，可以采用注射泵陣列和注射噴頭陣列結合的辦法，如圖5所示。計算機控制所有注射泵的推進速度，使注射噴頭只需對應列印的位置進行involves過程，以此實現三維沉積。

圖5 未來液相3D列印機的針頭陣列

四、低沸點合金的復合列印控制技術

增加合金和非合金列印的層數，可以制作更復雜的結構。合金-非合金復合式列印充分利用了合金機械強度好、導電導熱性強的特點，以及非合金良好的絕緣性能，從而使得列印的電路可以在一些惡劣的環境下使用。總的說來，采用復合式列印來制作結構件或功能件具有廣闊的發展發展前景。

五、可植入式生物醫學電子電子元件體內3D列印成型控制技術

圖7展示了在生物組織機構內注射成型RFID天線的過程（A）和所制備的3D 液態合金RFID天線（B）。采用這種生物體內3D列印成型控制技術制作的柔性電子元件以其較高的順應性、適形化，以及微創性與低成本特點顯示出良好的應用應用領域發展前景，在植入式生物醫用電子控制技術應用領域具有重要意義。

圖6 （A）在生物組織機構中列印制作生物電極

圖7 （A）在生物組織機構內注射成型RFID天線的過程；（B）所制備的3D 液態合金RFID天線

六、低沸點合金3D列印控制技術發展前景分析

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