石墨微粉噴射3D打印成型數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件，在信息、電子、儀表等領(lǐng)域起到重要的作用，電極作為超級(jí)電容器的關(guān)鍵部件，其作用是儲(chǔ)存和釋放電荷，對(duì)電容器的比容量等性能有重要的影響。納米石墨片以其優(yōu)異的超高的比表面積以及良好的電導(dǎo)率有望成為最理想的電極功能材料，得到廣大研究者的重視。然而，納米石墨片質(zhì)輕、易團(tuán)聚、流動(dòng)性差，成形十分困難，本文嘗試采用微粉噴射3D打印方法來制備超級(jí)電容器電極，對(duì)實(shí)現(xiàn)納米石墨片電極的器件化制備具有重要意義。
　　開發(fā)一套適

2、用于制備超級(jí)電容器復(fù)雜電極的納米石墨片微噴射3D打印成型裝置。該裝置主要包括以下幾個(gè)部分：氣體控制單元、三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、石墨微粉送粉器、3D打印噴頭、控制軟件等。氣體控制單元為微噴射3D打印成型裝置提供穩(wěn)定的動(dòng)力；三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)則實(shí)現(xiàn)了3D打印噴頭的準(zhǔn)確定位和移動(dòng)；石墨微粉送粉器利用定容積法確保了能夠定量輸送微量粉體；3D打印噴頭能夠?qū)⒇?fù)載氣體和打印粒子加速至其臨界速度；控制軟件則進(jìn)一步完善了整個(gè)系統(tǒng)的控制。有別于傳統(tǒng)的冷噴涂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)

3、的納米石墨片微噴射3D打印成型裝置，利用專門設(shè)計(jì)的石墨微粉送粉器和3D打印噴頭，目的是為了有效的控制納米石墨片粒子分散特性。
　　建立氣固兩相計(jì)算模型，利用數(shù)值模擬技術(shù)研究了不同工藝參數(shù)對(duì)石墨微粉噴射速度的影響，為獲得合理的工藝參數(shù)提供參考依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)粒子經(jīng)過3D打印噴頭獲得了較好的加速效果，粒子速度隨著入口壓力增大而增大，隨著打印距離的增大而減小，粒子粒徑越大其能達(dá)到的速度越小。此外，對(duì)比研究噴頭結(jié)構(gòu)對(duì)微粉噴射打印速度影響，研

4、究發(fā)現(xiàn)在單相自由射流情況下，不同噴頭結(jié)構(gòu)對(duì)微粒速度影響比較大，橢圓形噴頭＞矩形噴頭＞圓形噴頭。
　　模擬分析了不同工藝參數(shù)和噴頭結(jié)構(gòu)對(duì)粒子在基體上分布范圍及分布均勻性的影響，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供參考。研究發(fā)現(xiàn)粒子在基體上的分布范圍隨入口壓力和打印距離的增大而增大，隨粒徑增大而減小，在打印區(qū)域的對(duì)比上，橢圓形噴頭＞矩形噴頭＞圓形噴頭。利用設(shè)計(jì)的微噴射3D打印成型裝置，制備了不同工藝參數(shù)、不同結(jié)構(gòu)3D打印噴頭的打印特征點(diǎn)，驗(yàn)證分析了不同工藝