来源 | Additive Manufacturing

链接 | https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104793

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背景介绍

AI、新能源汽车等领域的高速发展，带动电子芯片功率不断上升，高功率散热技术成为了未来芯片技术的关键领域之一。为应对复杂高热流密度散热应用场景，立足于金刚石超高导热性，高导热金刚石复合材料异构成型技术备受关注。粘结剂喷射（BJT）3D打印技术因其低成本、异构成型等特点而备受关注，然而受限于脱脂机理不清晰，其高性能、高精度异构件打印技术一直难以突破。

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成果掠影

近日，哈尔滨工业大学朱嘉琦、曹文鑫团队提出了一种基于TEG-DMA热分解动力学的粘结剂喷射打印件的热脱脂过程高保真模拟模型。基于高斯多模态拟合方法（GMF），对粘结剂喷射坯体（BJGP）的热脱脂过程进行了建模分析，并首次对灰度打印坯体（g-BJGP）进行了热脱脂分析。结果表明，在GMF基础上，建立的热脱脂模型能够很好的拟合实验结果。更进一步研究发现，g-BJGP在热脱脂过程中最大热分解单体含量仅为常规BJT打印的1/10。该研究为高导热金刚石复合材料异构成型技术研究提供了理论基石。研究成果以“A diffusion-controlled kinetic model for binder burnout in a green part fabricated by binder jetting based on the thermal decomposition kinetics of TEG-DMA”为题发表在《Additive Manufacturing》期刊。

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图文导读

图1.由颗粒尺寸和气体压力决定的控制机制。红实线是孔隙率为30%的绿色零件的控制机制阈值线，而红虚线是孔隙率为50%的零件的分界线 。

图2.热脱脂过程的示意图：(a) PIMGP，(b) BJGP。

图3.热脱脂过程的示意图：(a) 绿色零件内部的取向，(b) 热分解气体（单体气体）的产生和扩散方向。①、②和③对应于从绿色零件中心向外扩展到边界的相邻虚拟单元。 

图4.扫描电子显微镜图像显示粘合剂在BJGPs内部的分布情况：(a) 160倍放大，(b) 500倍放大，(c) 1000倍放大，(d) 1600倍放大。

图5.液体粘结剂固化和热分解过程分析：(a)粘结剂粘度随温度的变化；(b)单体交联示意图；(c)液体 粘结剂TG-DTG； (d)液体粘结剂热分解产物红外分析。

图6.粘结剂热分解数据拟合：（a-c）5 ℃/min、10 ℃/min、15 ℃/min下的DTG；（e-g）5 ℃/min、10 ℃/min、15 ℃/min时的TG。

图7.热分解单体含量变化：(a)-(c)在升温速率为5、10、15 ℃/min时单体总含量的变化情况，其中残余量表示生成的气体单体质量与BJGP中原粘结剂质量之比，min表示粘结剂单体含量在Deff上限（4.18 ×10-6 m²/s）下的变化情况，Max表示粘结剂单体含量在Deff下限（3.16 ×10-7 m²/s）下的变化情况；(d)-(f)在升温速率为5、10和15 ℃/min时局部单体含量的变化，表示从圆柱体中心到圆柱体坯体高度1/2处边界处热分解所得单体含量的变化。

图8.坯体粘结剂分布示意图：(a)单一粘结剂含量；(b)多种粘结剂含量。颜色越深，粘结剂含量越高，A<B<C。