【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)動器的振動機(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,為后文的仿真和實驗提供了理論基礎(chǔ)。(2)建立壓電驅(qū)動器的三維有限元仿真模型,研究各個結(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,并通過正交試驗法確定了一組最優(yōu)尺寸參數(shù),SiO_2振動板長度為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)動波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。提出一種壓電噴墨打印頭驅(qū)動波形設(shè)計的新方法,將激光多普勒振動測試與數(shù)值仿真結(jié)合來確定單極性驅(qū)動波形的具體參數(shù)。首先通過衰減振動波形自譜分析法獲得振動板的階躍響應(yīng)時間,確定了電壓上升時間t_(rise)為5μs,電壓下降時間t_(fall)為3μs,其次設(shè)計具有長電壓保持時間的測試波形來模擬單獨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)動電壓下噴射。(4)對不同結(jié)構(gòu)尺寸的壓電驅(qū)動器進(jìn)行激光多普勒振動測試,從振幅變化趨勢和振動模態(tài)方面驗證了模擬結(jié)果的正確性;為壓電噴墨單元施加不同參數(shù)的驅(qū)動信號,對比墨滴觀測實驗結(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證了本文提出的波形設(shè)計方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP334.83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2650728