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在各種基板上3D打印電子器件是增材制造的新興領域。直接打印電子產品的吸引力主要在于減少工藝步驟，降低資本設備成本和減少特定工具需求。

當然，市場上存在各種各樣的3D打印電子產品的技術。本期，3D科學谷通過深入了解與介紹（DW）直寫技術來揭示這總技術如何能夠實現與大批量生產相媲美的單件成本潛力。通過生產高混合度的電子產品，DW直寫技術正在走向更精細，更具生產潛力的發展趨勢。

氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術的技術挑戰

（DW）直寫技術中的一項主要技術是氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術，其中空氣動力學聚焦于實現打印約10μm的細微特征。氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術從墨水的霧化開始，產生直徑約1-2微米的液滴，霧化的液滴夾帶在氣流中并輸送到打印頭。合并的氣流以高速通過會聚噴嘴并離開打印頭，該噴嘴將氣溶膠流壓縮成小直徑，從而噴射在基板上完成打印工作。不過市場上盡管AJ技術已在實驗室環境中得到證實，但仍存在一些技術問題，限制了該技術在商業應用中的推廣使用。

霍尼韋爾的子公司美國National Technology & Engineering Solutions of Sandia在（DW）直寫技術的流體動力學方面進行了改進，從而有效的解決了當前氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術存在的技術問題：

這些問題包括：

- 模板

用于氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術的機械快門限制了其對于保形打印的有用性，并且在打印到打印表面期間傾向于排出在快門中收集的多余墨水，快門響應時間（約10 ms）限制了高速處理能力。

- 過噴

用于氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術的超聲和氣動霧化（分別為UA和PA）方法產生多分散氣溶膠。多分散氣溶膠的空氣動力學聚焦導致印刷特征的邊緣上的過噴，通常較小的液滴聚焦在與較大的液滴不同的平面上（光學類比是色差）。

- 工藝可靠性

UA和PA方法產生具有寬液滴尺寸分布的氣溶膠，AJ工藝僅使用分布曲線小端的液滴。因此，氣溶膠使用率小于0.001％。因此，輸入到墨水的過量能量隨時間改變墨水特性，并影響打印機的輸出。低揮發性溶劑型油墨可延長高揮發性溶劑型油墨的印刷時間，然而，在兩種情況下，在墨水降解之前，總墨水利用率小于10％。有許多使用揮發性溶劑的優質墨水。為了抵消這種影響，最近在所有商業氣溶膠噴射（AJ）3D打印系統中添加了溶劑添加劑。這需要嚴格的溫度控制并使該系統更復雜。

- 氣溶膠輸送

UA和PA方法的物理尺寸需要將霧化器安裝在距離打印頭一定距離處。到打印頭的氣溶膠傳輸距離允許液滴沉降，從而導致傳輸線中的堵塞或壓力脈沖，這些壓力脈沖會影響打印質量。

- 多路復用打印噴嘴

氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術在開發多噴嘴打印頭方面取得了一些成功，但除了上述問題之外，單獨的噴嘴模板和均勻的氣溶膠分布在擴展氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術方面也帶來了額外的挑戰。

- 材料輸出率

氣溶膠理論表明，擴散限制了在任何給定時間內給定空間內可能存在的液滴數量，并且可存在的液滴數量與氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術感興趣的液滴范圍的液滴尺寸無關。這限制了當前采用UA和PA方法的氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術的最大輸出速率。

 雙流體動力學

霍尼韋爾旗下的美國National Technology & Engineering Solutions of Sandia實驗室正在開發一種用于雙流體動力打印的裝置，包括同軸管組件，該裝置包括：內管，具有用于使墨流流過的出口孔；環形外管，用于使鞘液流過其中，其中鞘液具有比墨水流更高的速度，使得墨水流在從內管的出口孔排出時被外鞘流體流體動力學聚焦。

此外，該裝置還可包括位于內管出口孔下游的聚焦噴嘴，用于進一步聚焦其中的墨流。還可包括用于從內管的出口孔下游的墨流中去除鞘液的裝置和用于再循環去除的鞘液的再循環通道。

National Technology & Engineering Solutions of Sandia所開發的兩種流體的流體動力學聚焦方法為電子和其他高性能應用提供了一種新穎的微型打印技術。獨特的打印頭幾何形狀允許過量的鞘液與打印流動流分離，以便回收/再利用。

特別是，用于聚焦油墨的鞘液可以選擇性地蒸發，而對核心液體射流的沖擊最小。由此可以將聚焦的墨水沉積在基板上以產生所需的特征。液體噴射可以高度集中以產生非常精細的特征，微流體研究人員已經證明，在微流體室中使用流體動力學聚焦可以生產直徑小至400nm的導電線路，這可用于開發新穎的印刷技術。

與氣溶膠噴射（AJ）3D打印技術相比，液體射流具有幾個優點。這些優點包括：

- 液體射流非常穩定，提供均勻的沉積。

- 流體輸出速率可以非常高，以便快速打印小特征。

- 液體流具有非常好的邊緣清晰度，可實現RF應用。