362 工程科学学报，第42卷，第3期 知，当增稠剂质量分数为3%时，其打印成型效果 较好，出墨均匀，表观形貌完整，未出现塌陷铺平 现象.由图6(c)可知，当增稠剂质量分数为5% 时，打印墨水黏度过大，无法被挤出成型或者出现 (c) 断线，不能按照预设置的路线打印完整的形貌，此 时墨水的可打印性和成型性较差.因此，确定本实 验所制备正极墨水中的增稠剂质量分数为3%，此 图6 不同质量分数增稠剂的打印电极形貌图.(a)1%:(b)3%:(c)5% 时，可有效保证打印墨水具有较好的流变性，打印 Fig.6 Printed electrode topographies of inks with different mass 电极具有完整的形貌，便于3D打印成型 fractions of thickeners:(a)1%;(b)3%;(c)5% 表2不同增稠剂含量的正极打印墨水黏度测试 布.采用内径0.4mm的喷头，在0.5MPa压力下， Table 2 Viscosities of positive printing inks with different 根据前期实验结果，设置模拟黏度分别为31.39、 thickener contents 27.58、24.64、23.58、22.73和20.26Pas,分析打印 Thickener mass Rotating speed/ Torque/ Viscosity/ 墨水受挤压时速度分布情况 fraction/% (r'min) (Pa's) 图7为不同黏度时打印墨水在针头出墨口的 1 10 71.8 12.36 2 o 84.3 15.49 速度分布云图，图中的颜色变化表示速度变化程 3 10 85.1 20.26 度.观察图7(a)、(b)、(c)、(d)发现，当黏度大于 4 10 86.2 23.60 23.58Pas时，速度云图中蓝色区域明显，表明打印 10 87.8 26.56 墨水在挤压管中流入针头速度较慢，不能保证后 期打印电极的连续性.当墨水黏度为20.26Pas 2.3打印墨水黏度对流动特性的影响 时，由图7()可见，该处墨水的速度云图中蓝色部 为了进一步探究打印墨水黏度对电极成型性 分几乎消失，也意味着此时墨水的流动速度最快 的影响，采用ANSYS流体模块FLUENT软件模拟 在图7中，随着黏度的减小，速度云图中间区域蓝 分析不同黏度墨水在挤压筒中受挤压时的速度分 色部分逐渐消失，墨水在挤压管中流动速度越来 (a) ANSYS (b) ANSYS (c) ANSYS (d) ANSYS (e) ANSYS (D ANSYS 图7墨水在不同黏度下速度分布云图.(a)31.39Pas:(b)27.58Pas(c)24.64Pas:(d)23.58Pas:(e)22.73Pas(f)20.26Pas Fig.7 Speed distributions of inks with different viscosities:(a)31.39 Pa's:(b)27.58 Pa's:(c)24.64 Pa's:(d)23.58 Pa's:(e)22.73 Pa's:(f)20.26 Pa's知，当增稠剂质量分数为 3% 时，其打印成型效果 较好，出墨均匀，表观形貌完整，未出现塌陷铺平 现象. 由图 6（ c）可知，当增稠剂质量分数为 5% 时，打印墨水黏度过大，无法被挤出成型或者出现 断线，不能按照预设置的路线打印完整的形貌，此 时墨水的可打印性和成型性较差. 因此，确定本实 验所制备正极墨水中的增稠剂质量分数为 3%，此 时，可有效保证打印墨水具有较好的流变性，打印 电极具有完整的形貌，便于 3D 打印成型. 2.3    打印墨水黏度对流动特性的影响 为了进一步探究打印墨水黏度对电极成型性 的影响，采用 ANSYS 流体模块 FLUENT 软件模拟 分析不同黏度墨水在挤压筒中受挤压时的速度分 布. 采用内径 0.4 mm 的喷头，在 0.5 MPa 压力下， 根据前期实验结果，设置模拟黏度分别为 31.39、 27.58、24.64、23.58、22.73 和 20.26 Pa·s，分析打印 墨水受挤压时速度分布情况. 图 7 为不同黏度时打印墨水在针头出墨口的 速度分布云图，图中的颜色变化表示速度变化程 度. 观察图 7（a）、（b）、（c）、（d）发现，当黏度大于 23.58 Pa·s 时，速度云图中蓝色区域明显，表明打印 墨水在挤压管中流入针头速度较慢，不能保证后 期打印电极的连续性. 当墨水黏度为 20.26 Pa·s 时，由图 7（f）可见，该处墨水的速度云图中蓝色部 分几乎消失，也意味着此时墨水的流动速度最快. 在图 7 中，随着黏度的减小，速度云图中间区域蓝 色部分逐渐消失，墨水在挤压管中流动速度越来 (a) (b) (c) 图 6    不同质量分数增稠剂的打印电极形貌图. （a）1%；（b）3%；（c）5% Fig.6     Printed  electrode  topographies  of  inks  with  different  mass fractions of thickeners: (a) 1%; (b) 3%; (c) 5% Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 Velocity/ (mm·s−l) 1.800 1.705 1.611 1.516 1.421 1.326 1.232 1.137 1.042 0.975 0.853 0.758 0.663 0.568 0.474 0.379 0.284 0.189 0.095 0 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 7    墨水在不同黏度下速度分布云图. （a）31.39 Pa·s；（b）27.58 Pa·s；（c）24.64 Pa·s；（d）23.58 Pa·s；（e）22.73 Pa·s；（f）20.26 Pa·s Fig.7    Speed distributions of inks with different viscosities: (a) 31.39 Pa·s；(b) 27.58 Pa·s；(c) 24.64 Pa·s；(d) 23.58 Pa·s；(e) 22.73 Pa·s；(f) 20.26 Pa·s 表 2    不同增稠剂含量的正极打印墨水黏度测试 Table 2    Viscosities  of  positive  printing  inks  with  different thickener contents Thickener mass fraction/% Rotating speed/ (r·min−1) Torque/ % Viscosity/ (Pa·s) 1 10 71.8 12.36 2 10 84.3 15.49 3 10 85.1 20.26 4 10 86.2 23.60 5 10 87.8 26.56 · 362 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期