基于三維打印的單片集成亥姆霍茲線圈的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、近些年，三維打印廣泛應(yīng)用于單片集成系統(tǒng)的構(gòu)造中。然而，如何將金屬組件集成到三維打印的模具中，以提供更廣泛的功能，仍是一個(gè)亟待解決的問題。本研究課題借助于一種常溫下成液體狀態(tài)的金屬合金，稱作銦鎵合晶，并將其注入到三維打印的模具中，成功構(gòu)造了一個(gè)三維亥姆霍茲線圈。這個(gè)三維模具通過計(jì)算機(jī)輔助立體設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)，并由三維打印機(jī)打印出實(shí)體模型。它的內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)是一個(gè)傳統(tǒng)三維亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)，通過注入液態(tài)合金，形成導(dǎo)電線圈。經(jīng)過后續(xù)的加工與處理，這個(gè)

2、線圈可以在其內(nèi)部產(chǎn)生與傳統(tǒng)亥姆霍茲線圈相似的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。我們計(jì)算并測(cè)量了這個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這個(gè)線圈所能承受的最大電流達(dá)到3.6安培，產(chǎn)生的磁場(chǎng)高達(dá)70高斯。在這個(gè)線圈的中心區(qū)域，磁場(chǎng)的均勻度達(dá)到99％。在整個(gè)線圈內(nèi)部，磁場(chǎng)的變化在9%之內(nèi)。這一測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果很好的吻合。同時(shí)，我們測(cè)量了液體開始流入模具時(shí)的臨界壓力。臨界壓力可以用楊-拉普拉斯公式進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，臨界壓力與模具內(nèi)部通道的直徑成反比關(guān)系。隨著通道直徑的減小，需要相

3、應(yīng)提高臨界壓力使液態(tài)合金流入模具的通道中。本研究使用座滴法驗(yàn)證了液態(tài)合金與模具平面的接觸角。接觸角大約為132度，這表明液態(tài)合金并不浸潤模具表面。本研究還涉及了液態(tài)合金注滿整個(gè)模具是所需要的注射壓強(qiáng)。注射壓強(qiáng)遵循哈根-泊蕭葉流動(dòng)規(guī)律，并且隨著體積流率的增加而線性增加。臨界壓強(qiáng)與注射壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果一致。通過對(duì)臨界壓強(qiáng)與注射壓強(qiáng)的研究，我們可以得到注射液態(tài)合金到某一特定的三維模具中的最佳壓強(qiáng)，從而簡(jiǎn)化構(gòu)造線圈的過程。
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