微滴喷射中液滴成形和沉积的研究

发布时间：2020-03-19 07:14

【摘要】：微滴喷射成形技术是指通过外部条件控制产生单一液滴,液滴滴落在基板上形成薄膜或者三维结构的过程。由于微滴喷射的特点,该技术在未来人造组织器官等医用领域和柔性电子器件制造工业领域将会得到更为广泛的应用。喷射技术中生成的液滴是否单一稳定是高精度的保证,生成的合格液滴滴落铺展过程又涉及到喷头的喷射频率和移动速度以及打印质量,因此本文以微滴喷射技术中最为普遍的压电式按需喷射为基础,将喷射成形技术分为液滴形成和液滴滴落沉积铺展两个过程。本文主要做了以下工作:(1)阐述了微液滴喷射过程的理论基础,分析了其流变特性对液滴成形的影响。运用仿真软件模拟分析了微液滴形成的整个过程。对按需喷射喷头进行了数学建模,通过模型理论分析得到影响喷头喷嘴处流量的因素:喷嘴长度、喷嘴口径、驱动因素。(2)搭建了实验平台。首先介绍了整个平台系统的构成,然后详细介绍了各个部分的组成以及配件的选择。(3)液滴生成过程的研究主要通过搭建的实验平台,以实验分析对比的方法进行。当喷嘴结构一致时,电压驱动情况为影响液滴成形的主要因素,将有粘度的海藻酸钠溶液与蒸馏水(低粘度)进行对比分析,分析脉冲幅值和脉冲宽度对液滴成形的影响。通过大量实验绘制了低中高三种粘度下脉冲幅值和脉冲宽度的相位图,证明了压力波传导理论,为今后不同溶液电压幅值和脉冲宽度上的选型提供了参考基础,并分析了实验中产生的一些喷射缺陷的成因。(4)对粘性微液滴沉积铺展过程进行了数学建模、仿真和实验。首先对微液滴滴落沉积过程进行数学模型构建,该模型中影响铺展效果的最主要参数为:滴落速度和接触角;然后对整个铺展过程利用fluent软件进行数值模拟,仿真结果和理论值小于10%。通过仿真模型还分析了卷入气泡与产生溅射的原因。最后在搭建的实验平台上以海藻酸钠溶液进行液滴铺展实验,验证了前面理论和仿真模型。该研究成果对微液滴沉积加工中液滴滴落速度和接触角的选择提供理论依据。本文通过实验分析和模拟仿真的方法分别对液滴成形和液滴沉积两个阶段进行了研究,在微液滴流动、分离等研究领域提供了理论指导和研究方法,为微滴喷射成形技术更深一步的应用提供了理论基础。
【图文】：

图 1.1 微滴喷射自由成形有很多的分类方法，根据喷头处产生的液滴是否射和按需喷射两种类型。要基于射流不稳定理论，1878 年 Rayleigh 基于流断裂理论，连续喷射情况下，射流非常纤细，在外成一截一截，，然后由于表面张力的作用力影响下

图 1.1 微滴喷射自由成形喷射技术有很多的分类方法，根据喷头处产生的液滴是否为单一液滴，将连续性喷射和按需喷射两种类型。性喷射主要基于射流不稳定理论，1878 年 Rayleigh 基于流体动力学理论性射流的断裂理论，连续喷射情况下，射流非常纤细，在外界微小有规律会先断裂成一截一截，然后由于表面张力的作用力影响下，在收缩断裂形 1.2，连续性喷射在喷嘴腔体内施加的是恒定的压力，在恒定压力作用下小孔射出并在扰动下断裂形成液滴[7]。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH16

【参考文献】

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本文编号：2589897