1. 引言

与许多技术行业一样，用于描述增材制造工艺和工具的首字母缩略词列表非常广泛，且会随着时间推移持续增加。在众多已商业化及仍处于研究阶段的工艺中，喷墨打印因其在印刷全功能产品方面的适应性和效率而尤为独特。可用于喷墨打印及相关工艺的材料范围广泛，使得这些系统能够用于增材制造各类机械或电气产品。

3D喷墨打印工艺与其他3D打印工艺的相似之处在于均通过逐层沉积完成。每一层的打印指令均从产品的3D机械模型中生成，这与常用的熔融沉积建模（FDM）系统原理一致。然而，这一成熟的增材制造工艺的独特之处在于其能适配多种液态材料或固体悬浮液，以高打印分辨率制备导电或绝缘结构。相较于涉及金属或塑料材料熔融的工艺，喷墨打印无需后处理——成品在离开打印系统后即可完全投入使用。

3D喷墨打印工艺可用于制造任意几何形状的电子器件。

2. 3D喷墨打印工艺原理3D喷墨打印是一种低温、低压工艺，涉及液态材料或固体悬浮液的沉积。通过该工艺可沉积聚合物、介电纳米粒子和导电纳米粒子，使其能适应广泛的材料范围。在此过程中，打印材料通过打印头内的微小喷嘴挤出。随着打印头在表面上进行光栅扫描，多层结构通过逐层工艺构建。

每层沉积后必须进行固化，固化过程将根据所用材料的不同而变化。喷墨3D打印系统内置固化各层的设备。尽管逐层固化看似耗时，但沉积层极薄且可快速固化，尤其适合低温或光学工艺（如暴露于红外线或紫外线）。

打印分辨率是任何3D打印系统的关键参数，因其决定了系统可稳定沉积的最小特征尺寸和公差。3D喷墨打印的分辨率限制因素为液滴尺寸，这由打印头喷嘴大小决定。通常，喷嘴越小分辨率越高（即打印特征更小）。3D喷墨打印工艺能以多种材料实现高分辨率的导电和绝缘结构，使其成为制造高互连密度、多层数先进PCB的理想选择。

3. 3D喷墨打印耗时与其他3D打印工艺类似，喷墨打印的耗时与复杂度无关，即打印时间几乎不受产品复杂度影响。打印全功能产品所需时间仅取决于材料沉积量与固化时间。

因此，成本结构仅与材料重量及沉积能耗相关——这两项成本均为固定值。在打印复杂多层非平面PCB时，所有互连、安装孔和过孔均可直接打印，无需额外机加工步骤。此举将总制造时间从数周缩短至数小时，且成本结构高度可预测。

打印完成后，成品无需任何后处理。相比之下，FDM、选择性激光烧结和粉末床融合等工艺需通过打印头挤出熔融材料，成品外表面常存在缺陷或凸起。

4. 3D喷墨打印电子器件与PCB使用3D喷墨打印工艺生产电子器件和PCB需采用导电纳米粒子悬浮液打印线路，以及绝缘聚合物打印基板。喷墨工艺中导电纳米粒子的应用在电子领域具有多重优势，尤其适合PCB的3D打印。结合适当的绝缘聚合物，即可通过该工艺打印全功能PCB。

使用合适的3D喷墨打印系统可以打印多种材料。

5. 3D喷墨打印材料选择3D喷墨打印工艺高度适配多种可在低温常压下沉积并固化的材料。由于液态墨水通过喷嘴挤出，系统参数（如沉积压力、温度及固化参数）可轻松调整以适配不同粘度和固化要求的材料。

在3D打印PCB时，材料及沉积系统的选择需考虑多个因素。与固态沉积工艺相比，喷墨打印的独特优势在于可同步共沉积绝缘基板和导电元件。随着系统可用材料范围的扩展，市场有望实现半导体器件及适配不同频段基板材料的3D喷墨打印。

原文网址：https://www.nano-di.com/resources/blog/2019-the-3d-inkjet-printing-process-explained