【摘要】：壓電噴墨打印技術(shù)由于其高精度、高穩(wěn)定性、高適應(yīng)性的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于文件打印及增材制造領(lǐng)域。我國長期以來一直沒有掌握壓電噴墨核心技術(shù),本文研究了一種自主研發(fā)的壓電式噴墨打印頭,主要內(nèi)容包括:(1)介紹壓電式噴墨打印單元的基本工作原理,包括壓電噴墨打印單元結(jié)構(gòu)、壓電驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)機(jī)理、壓力波及墨滴形成理論;簡述壓電噴墨打印頭制造工藝,為后文的仿真和實(shí)驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)。(2)建立壓電驅(qū)動(dòng)器的三維有限元仿真模型,研究各個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸對振幅的影響,在綜合考慮各因素后確定了較合適的取值范圍,并通過正交試驗(yàn)法確定了一組最優(yōu)尺寸參數(shù),SiO_2振動(dòng)板長度為700μm,寬度為130μm,厚度為1μm,PZT厚度為1μm,PZT與SiO_2寬度之比為0.9,Parylene厚度為600nm。(3)建立壓電噴墨單元和兩相流有限元仿真模型,對驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出一種壓電噴墨打印頭驅(qū)動(dòng)波形設(shè)計(jì)的新方法,將激光多普勒振動(dòng)測試與數(shù)值仿真結(jié)合來確定單極性驅(qū)動(dòng)波形的具體參數(shù)。首先通過衰減振動(dòng)波形自譜分析法獲得振動(dòng)板的階躍響應(yīng)時(shí)間,確定了電壓上升時(shí)間t_(rise)為5μs,電壓下降時(shí)間t_(fall)為3μs,其次設(shè)計(jì)具有長電壓保持時(shí)間的測試波形來模擬單獨(dú)的電壓上升沿和下降沿引起的噴孔出口處流體平均速度變化,最終根據(jù)速度波的疊加原理將電壓保持時(shí)間t_(dwell)確定為16μs,在該參數(shù)下,噴孔處的液體產(chǎn)生最大正向速度,有利于使液滴能夠在較低的驅(qū)動(dòng)電壓下噴射。(4)對不同結(jié)構(gòu)尺寸的壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行激光多普勒振動(dòng)測試,從振幅變化趨勢和振動(dòng)模態(tài)方面驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性;為壓電噴墨單元施加不同參數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào),對比墨滴觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從彎液面大小、液滴體積、速度、液柱長度和墨滴形成過程方面驗(yàn)證了本文提出的波形設(shè)計(jì)方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP334.83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650728