DOI: 10.1088/1361-6439/abd3f4
近場靜電紡絲（NFES）是一種增材制造技術，它既可以用于高分辨率的3D結構，也可以用于多種印刷材料。通常，噴嘴、噴絲頭和基材之間的高電場會產生微米尺寸的供應液體射流。當噴絲頭和樣品之間的距離為毫米時，可以合理控制沉積材料的橫向布局。然而，該布局隨不同靜電現象而變化，這是目前將NFES發展成一種更通用的技術的挑戰之一。在本文中，使用輔助轉向電極操縱電場方向，實現了對NFES布局更高程度的控制。由一個連接到體視顯微鏡的相機實時測定聚己內酯塑料射流的位置。所測定的位置用于計算施加到轉向電極上的電位，以將塑料射流引導至所需位置。使用照相機和顯微鏡測定射流在基材上和飛行過程中的定位精確度。在啟用和未啟用主動轉向電極的情況下，隨著分離程度的降低，通過一個模式沉積塑料纖維顯示出更高的可控性。最后作者指出，隨著技術的進一步完善，致密結構的制備指日可待。
圖1.纖維的固定噴射，以演示：（a）在玻璃基板上的高庫侖排斥力，（b）在硅基板上的低庫侖排斥力。
圖2.帶有主要組件標簽的打印裝置。（a）3D模型，（b）實驗中使用的裝置照片。
圖3.顯示噴絲頭、基材、轉向電極和PCL射流的打印裝置示意圖。用橙色繪制的是相機測量區域，裝置中的重要距離以藍色顯示。
圖4.實驗中使用的印刷圖案。第一和第二行表示第一和第二遍打印。圖案中還顯示了各種特征。第二遍通過后圖案中線條之間的給定距離為40-75μm。對于一半的樣本，變換禁用和啟用主動轉向，因此從一開始就啟用主動轉向。
圖5.所用裝置簡化版本的FEM 2D模擬結果，其中轉向電極為裸銅。顏色梯度表示電勢，流線表示裝置中電場的方向。轉向電極上的外加電壓為（a）0V，（b）900V，（c）1850V，噴絲頭置于接地電勢下，基板置于2000V下。
圖6.樣品的LOM圖像，其中行之間的距離設置為40μm，打印順序從右到左。最右邊的線是與圖案其余部分相距250μm的參考線。示例包括（a）無主動轉向和（b）啟用轉向的示例。用紅色覆蓋的部分是自定義MATLAB腳本查找PCL纖維的部分，綠色線是檢測到的PCL纖維的中心，黃色線是識別雙堆疊PCL纖維并將其分為兩個測量值的部分，藍色線是基于圖案獲得的PCL纖維的預期位置。
圖7.圖6中印刷結構的二次電子SEM圖像，傾斜至大約45°，其中線之間的距離設置為40μm。（a）在沒有主動轉向的情況下印刷圖案顯示雙重堆疊的PCL纖維，（b）在沒有主動轉向的情況下印刷圖案顯示基材上無纖維堆疊。
圖8.單個樣品40μm分離圖案的典型位置數據。上排顯示禁用主動轉向的結果，下排顯示啟用主動轉向的結果。左列是通過攝像機測量飛行中的PCL射流獲取的，右列是使用LOM成像獲取的基材上的位置，請參見圖6。
圖9.記錄位置的標準偏差顯示啟用或禁用主動轉向電極之間的差異。攝像機記錄的PCL射流在飛行中的位置以及由LOM成像獲取的基材上的位置，在圖案中分別顯示不同的行間距。
圖10.打印3D結構的二次電子SEM圖像，將（a）和（c）中禁用主動轉向與（b）和（d）中啟用主動轉向進行了比較。圖像傾斜至45°。在（a）和（b）中，線間距設置為75μm，在（c）和（d）中，線間距設置為50μm。（b）和（d）中的白色箭頭指示從控制回路施加的控制方向。
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