多材料多尺度结构在新材料、组织工程、仿生结构和软体机器人等领域具有非常广泛的科学和实际工程需求。而多材料、宏微跨尺度复杂结构的一体化制造是当前制造科学的前沿热点和研究难点,亟需开发制造新工艺。我们提出了一种新型3D打印技术——电场驱动喷射沉积3D打印技术,为低成本多材料多尺度增材制造开辟了一条切实可行的道路。本学位论文基于所提出的电场驱动喷射沉积3D打印技术,在理论分析、数模模拟、实验探索等方面开展系统深入的研究,主要研究工作和创新之处如下:(1)提出全新的电场驱动喷射沉积3D打印技术,将导电喷嘴作为电场正极与高压脉冲电源正极相连,不再需要接地的对电极,利用导电喷嘴与目标衬底间静电感应作用激发喷射所需电场。这种全新的电场生成方式使得该技术适用于不同材质的衬底(或实体)、不同的打印高度和位置、以及多种打印材料,工艺普适性好,在实现多材料、跨尺度复杂三维结构制造方面的具有非常突出优势。(2)提出并定义了脉冲锥射流和连续锥射流两种工作模式,分别以点和线的形式构建实体,同时兼顾打印精度和打印效率。实验探索了两种工作模式下各工艺参数(电压、气压、脉冲持续时间、平移台速度等)对喷射结果的影响规律。脉冲锥射流工作模式下液滴直径随着气压、脉冲持续时间的提高而增大,液滴间距随平移台速度的提高而增加,电压大小对液滴直径影响不大,但对液滴形貌和打印的稳定性影响较大。连续锥射流模式下打印线宽随着气压提高而增大,随着平移台速度提高而减小,电压值决定着是否能实现连续喷射,并影响着喷射的稳定性,对打印线宽影响不大。(3)建立适用于电场驱动喷射沉积3D打印技术的数学模型,并对该技术的多物理场耦合过程进行了详细分析。利用有限元仿真软件(COMSOL MULTIPHYSICS)进行喷嘴周围电场分布和强度以及锥射流喷射的数值模拟。一方面展示了新技术使用各种材质衬底都可以在导电喷嘴与衬底间产生所需的稳定电场,由于新技术不存在正负极导通的问题,因此可以使用很低的喷嘴高度来获得强度更大、更稳定的电场。另一方面揭示了锥射流喷射过程中流场、电场、电荷密度场之间存在相互促进,相互制约的关系,即电场作用下弯液面表面电荷聚集,受电场力作用带动液体运动并使得弯液面形变,而电荷位置的变化导致电场重新分布,如此循环直至喷射过程结束。(4)通过实验方法验证该技术对于衬底(或打印实体)材质、打印高度、打印材料具有很强的普适性。使用同一内径为60μm的喷嘴,分别打印出线宽5-100μm的变线宽图案;采用热熔融型电场驱动喷射沉积3D打印技术,打印出深宽比达20:1微尺度结构,完成高分辨率和精准可控的三维生物支架打印;结合多喷头技术,成功打印出具有多材料跨尺度的3D电子结构产品。