Pneumatic dispensing of nano- to picoliter droplets of liquid metal with the StarJet method for rapid prototyping of metal microstructures
Pneumatic dispensing of nano- to picoliter droplets of liquid metal with the StarJet method for rapid prototyping of metal microstructures
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使用 StarJet 方法气动分配纳米级到皮升级液态金属液滴，以实现金属微结构的快速原型制作
DOI：
10.1007/s10404-011-0850-1
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发表时间：
2011
影响因子：
2.8
通讯作者：
P. Koltay
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Tropmann;N. Lass;N. Paust;T. Metz;C. Ziegler;R. Zengerle;P. Koltay
这项研究提出了一种新的，简单和强大的，电致动的方法产生的液态金属微滴在纳皮升范围。所谓的StarJet分配器利用星形喷嘴几何形状，通过毛细力稳定其中心的液体塞。液态金属的单个液滴可以通过喷嘴的外槽中的保护气流与液态金属的相互作用而被连续地产生。为了实验验证，构建了由具有星形喷嘴几何形状和加热致动器（高达280°C）的硅芯片组成的打印头。硅片采用深反应离子刻蚀（DRIE）工艺制作。具有不同星形几何形状的芯片设计能够产生直径在相应喷嘴直径范围内的液滴。StarJet可在两种模式下运行：连续液滴点胶模式或按需点胶（DoD）模式。直径为183 μm的喷嘴的连续液滴生成模式显示出在25和120 Hz之间的撕裂频率，而对于每个压力水平，液滴直径保持恒定在210 μm。打印厚度为0.5-1.0 mm和高度为30 mm（纵横比>30）的金属柱，以证明液滴喷射的方向稳定性及其作为金属微结构直接原型制作的合适工具的潜力。
This study presents a new, simple and robust, pneumatically actuated method for the generation of liquid metal micro droplets in the nano- to picoliter range. The so-called StarJet dispenser utilizes a star-shaped nozzle geometry that stabilizes liquid plugs in its center by means of capillary forces. Single droplets of the liquid metal can be pneumatically generated by the interaction of the sheathing gas flow in the outer grooves of the nozzle and the liquid metal. For experimental validation, a print head was build consisting of silicon chips with a star-shaped nozzle geometry and a heated actuator (up to 280°C). The silicon chips are fabricated by Deep Reactive Ion Etching (DRIE). Chip designs with different star-shaped geometries were able to generate droplets with diameters in the range of the corresponding nozzle diameters. The StarJet can be operated in two modes: Either continuous droplet dispensing mode or drop on demand (DoD) mode. The continuous droplet generation mode for a nozzle with 183 μm diameter shows tear-off frequencies between 25 and 120 Hz, while droplet diameters remain constant at 210 μm for each pressure level. Metal columns were printed with a thickness of 0.5–1.0 mm and 30 mm height (aspect ratio >30), to demonstrate the directional stability of droplet ejection and its potential as a suitable tool for direct prototyping of the metal microstructures.
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