压电喷墨打印单元结构优化及驱动波形设计

发布时间：2020-05-05 20:43

【摘要】：压电喷墨打印技术由于其高精度、高稳定性、高适应性的特点广泛应用于文件打印及增材制造领域。我国长期以来一直没有掌握压电喷墨核心技术,本文研究了一种自主研发的压电式喷墨打印头,主要内容包括:(1)介绍压电式喷墨打印单元的基本工作原理,包括压电喷墨打印单元结构、压电驱动器的振动机理、压力波及墨滴形成理论;简述压电喷墨打印头制造工艺,为后文的仿真和实验提供了理论基础。(2)建立压电驱动器的三维有限元仿真模型,研究各个结构尺寸对振幅的影响,在综合考虑各因素后确定了较合适的取值范围,并通过正交试验法确定了一组最优尺寸参数,SiO_2振动板长度为700μm,宽度为130μm,厚度为1μm,PZT厚度为1μm,PZT与SiO_2宽度之比为0.9,Parylene厚度为600nm。(3)建立压电喷墨单元和两相流有限元仿真模型,对驱动波形进行优化设计。提出一种压电喷墨打印头驱动波形设计的新方法,将激光多普勒振动测试与数值仿真结合来确定单极性驱动波形的具体参数。首先通过衰减振动波形自谱分析法获得振动板的阶跃响应时间,确定了电压上升时间t_(rise)为5μs,电压下降时间t_(fall)为3μs,其次设计具有长电压保持时间的测试波形来模拟单独的电压上升沿和下降沿引起的喷孔出口处流体平均速度变化,最终根据速度波的叠加原理将电压保持时间t_(dwell)确定为16μs,在该参数下,喷孔处的液体产生最大正向速度,有利于使液滴能够在较低的驱动电压下喷射。(4)对不同结构尺寸的压电驱动器进行激光多普勒振动测试,从振幅变化趋势和振动模态方面验证了模拟结果的正确性;为压电喷墨单元施加不同参数的驱动信号,对比墨滴观测实验结果,从弯液面大小、液滴体积、速度、液柱长度和墨滴形成过程方面验证了本文提出的波形设计方法的有效性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.83

【参考文献】