微液滴喷射成形的压电式喷头研究

发布时间：2017-05-04 05:10

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【摘要】：3D增量制造技术被广泛应用于汽车、电子、航空航天、医学工程等领域,成为现代先进制造技术中的一项重要技术。微液滴喷射自由成形是一项重要的3D增量制造技术,采用喷头来喷射体积为微升至飞升的各种微液滴,通过微液滴在基板上逐步堆积成三维结构,可广泛应用于细胞打印和功能器件的制作,是数字化制造的一个重要发展方向,因此开展微液滴喷射成形技术研究具有十分重要的意义。 本文在分析现有微液滴喷射技术的基础上,搭建了用于微液滴喷射成形的三维运动实验平台,设计了一种适合于微液滴喷射成形的压电式喷头。通过自行设计的基于CCD(Charge-Coupled Device)微液滴观测系统,对喷头的喷射过程进行了一系列的实验,为更好地理解液滴喷射行为奠定了基础。论文主要开展的工作包括： 一、通过比较连续式微液滴喷射和按需式微液滴喷射技术的工作方式,采用了按需式喷射模式。对热泡式和压电式按需式微液滴喷射方式进行了详细的研究,确立了压电驱动微液滴喷射方式,阐述了压电式喷头的动力学过程和微液滴喷射模型以及喷射参数的影响。 二、在微液滴喷射技术的研究中,微液滴喷射实验平台的研制是完成微液滴喷射研究不可分割的重要部分。本文自行搭建了供液模块及液滴观测模块,结合商用的微液滴喷头和驱动电源,成功地完成了微液滴喷射实验和数据采集。此外,还构建了三维运动工作台及其控制系统,为三维成形实验研究奠定了基础。 三、微液滴喷头是微液滴喷射自由成形技术的核心装置,在理论分析的基础上,本文研发了挤压管式和压电膜片式两种微液滴喷头,并进行了实验分析。玻璃微喷嘴的可更换设计是自行研发的压电式喷头的一大特点,这种设计不仅有利于进行比较实验,还方便了喷嘴的清洗,延长了使用寿命。 四、为了更好地理解微液滴喷射行为,以水及甘油混合物为喷射液体,本文在不同实验条件下,对商用微液滴喷头和自行研制的喷头进行了一系列喷射实验。实验确立了自行研制的喷头的有效喷射参数范围,如喷射频率,驱动电压幅值,高电平保持时间等。最后针对喷射过程中遇到的各种问题进行了总结和分析。
【关键词】：微液滴喷射 压电喷头 3D打印 增量制造 微视觉监控
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH16
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-23
• 本章摘要11
• 1.1 3D增量制造技术概述11-12
• 1.2 微液滴喷射自由成形12-15
• 1.2.1 微液滴喷射自由成形简介12-14
• 1.2.2 微液滴喷射自由成形的特点14
• 1.2.3 微液滴喷射自由成形的应用14-15
• 1.3 微喷头国内外研究现状15-21
• 1.3.1 国外研究现状16-20
• 1.3.2 国内研究现状20-21
• 1.4 研究意义和内容21-23
• 1.4.1 论文的研究意义和目标21-22
• 1.4.2 论文的主要内容22-23
• 2 微液滴喷射机理分析23-40
• 本章摘要23
• 2.1 微液滴喷射技术23-27
• 2.2 压电式喷头的动力学分析27-32
• 2.2.1 压电效应27-28
• 2.2.2 压电挤压管式喷头的应力波传导28-30
• 2.2.3 典型液滴形成过程30-32
• 2.3 微液滴喷射过程建模32-36
• 2.3.1 压电膜片式微液滴喷射系统32-34
• 2.3.2 溶液的喷射性能34-36
• 2.4 喷射状态参数对液滴的影响36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 3 微液滴喷射实验平台构建40-57
• 本章摘要40
• 3.1 系统总体设计40-41
• 3.2 微液滴喷射模块41-43
• 3.2.1 微液滴喷头41-42
• 3.2.2 压电陶瓷驱动电源42-43
• 3.3 供液模块43-46
• 3.3.1 供液模块的结构与功能43-44
• 3.3.2 组成器件的选择44-46
• 3.4 图像采集及分析系统46-49
• 3.4.1 图像采集46-48
• 3.4.2 图像分析软件48-49
• 3.5 三自由度工作台49-51
• 3.5.1 机械结构49-51
• 3.5.2 驱动和控制51
• 3.6 实验测试51-55
• 3.7 本章小结55-57
• 4 压电式微液滴喷头的研制与测试57-71
• 本章摘要57
• 4.1 玻璃喷嘴的制造57-60
• 4.1.1 喷嘴的结构设计57-58
• 4.1.2 玻璃喷嘴的拉制工艺58-60
• 4.1.3 疏水性处理和喷嘴的清洗60
• 4.2 微液滴喷头60-64
• 4.2.1 压电挤压管式微液滴喷头60-62
• 4.2.2 压电膜片式微液滴喷头62-64
• 4.3 测试实验64-70
• 4.3.1 微液滴喷头的测试64-69
• 4.3.2 喷头喷射的一致性69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 微液滴喷射实验研究71-87
• 本章摘要71
• 5.1 微液滴喷射实验71-74
• 5.2 液带的影响因素74-83
• 5.2.1 幅值75-79
• 5.2.2 高电平保持时间的影响79-81
• 5.2.3 频率的影响81-83
• 5.3 甘油混合物的喷射实验83-85
• 5.4 问题分析与喷头评价85-86
• 5.4.1 喷射偏向85
• 5.4.2 气泡的影响85
• 5.4.3 微液滴喷头的评价85-86
• 5.5 本章小结86-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 研究展望88-89
• 作者攻读硕士学位期间参加的科研89-90
• 参考文献90-95

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 黄卫东;基于三维打印技术的植入式给药系统研究[D];华中科技大学;2007年

2 舒霞云;气动膜片式金属微滴喷射理论与实验研究[D];华中科技大学;2009年

3 谢丹;微光学器件的气动膜片式微滴喷射制造技术研究[D];华中科技大学;2010年

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本文编号：344463