本文關(guān)鍵詞：壓電噴墨打印頭的模擬優(yōu)化與測試

  更多相關(guān)文章： 壓電打印頭 數(shù)值模擬 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 加載電壓波形設(shè)計(jì) 余振抑制 多普勒激光位移測試 墨滴噴射

【摘要】：隨著噴墨印刷產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展和壓電按需噴墨技術(shù)在其他工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣,壓電噴墨打印頭的需求也越來越高。至今,國內(nèi)市場上仍缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的壓電噴墨打印頭。本文對一種自主研發(fā)的壓電打印頭的結(jié)構(gòu)尺寸及加載電壓波形進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對壓電振動板的振動機(jī)理和墨滴噴射過程的分析以及利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,合理設(shè)計(jì)壓電打印頭的參數(shù)以達(dá)到高噴射性能的目標(biāo)。(1)為了獲得優(yōu)良的液滴噴射性能,本文利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件COMSOL對壓電打印頭的尺寸進(jìn)行了模擬優(yōu)化。對SiO2基板厚度和PZT層厚度和寬度進(jìn)行的模擬仿真顯示,存在一個(gè)最優(yōu)尺寸使壓電打印頭的噴墨性能達(dá)到最好。通過模擬和測試發(fā)現(xiàn),隨著振動板寬度的增加,振動板的振動峰值也隨之線性增加。當(dāng)PZT寬度增加時(shí),壓電振動板的振動峰值先增加后下降。為了更好地以低電壓獲得高振幅,文中對一種雙PZT結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果顯示,同等條件下雙PZT結(jié)構(gòu)的振幅為單PZT結(jié)構(gòu)的兩倍。本文結(jié)合工藝要求和噴墨性能要求對噴嘴層的厚度進(jìn)行了模擬分析,在保證噴嘴層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和應(yīng)力極限的情況下盡量降低了噴嘴層的厚度。(2)除了壓電打印頭的結(jié)構(gòu)尺寸,加載電壓波形是另一個(gè)影響壓電打印頭液滴噴射性能的重要因素。在加載電壓波形設(shè)計(jì)方面,本文利用壓力波疊加的原理設(shè)計(jì)了一種加載電壓波形的方法。利用該方法設(shè)計(jì)的雙梯形加載電壓波形各段時(shí)間分別為t1=4μs, t2=14μs, t3=1μs, t4=33μs, ts=4μs。同時(shí),為了使該打印頭在高頻下工作,本文還利用負(fù)反饋的原理設(shè)計(jì)一種可以主動抑制殘余振動的電壓波形。通過模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)加載該消振波形時(shí),壓電打印頭的余振得到了很好的抑制。(3)為了評估壓電打印頭在制作過程中的性能,本文對壓電振動板和壓電打印頭成品進(jìn)行多普勒激光位移測試。在關(guān)于電壓變化的多普勒測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn),壓電振動板的振幅隨電壓逐漸上升,并在60V以后上升趨勢變緩。而且壓電打印頭在60V時(shí)的疲勞壽命只有10min,因此壓電打印頭的加載電壓幅值需小于60V。在對多種加電壓波形的多普勒測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn),相對于其他波形(正弦波、三角波和方波),雙梯形加載電壓波形表現(xiàn)出了格外優(yōu)良的墨水吸入能力和液滴噴射能力。(4)最后,對壓電打印頭成品進(jìn)行了墨滴噴射頻閃觀測。該測試結(jié)果驗(yàn)證了壓電打印頭結(jié)構(gòu)和加載電壓波形的有效性。
【關(guān)鍵詞】：壓電打印頭 數(shù)值模擬 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 加載電壓波形設(shè)計(jì) 余振抑制 多普勒激光位移測試 墨滴噴射
【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】：2015
【分類號】：TP334.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-15
• 1.1.1 噴墨印刷技術(shù)的發(fā)展與分類9-13
• 1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2 論文研究內(nèi)容15-16
• 2 壓電打印頭工作原理16-24
• 2.1 壓電振動板機(jī)理16-17
• 2.1.1 壓電理論16
• 2.1.2 壓電復(fù)合板振動理論16-17
• 2.2 液滴噴射機(jī)理17-21
• 2.2.1 液滴形成過程分析17-19
• 2.2.2 液滴特性分析19-21
• 2.3 壓電打印頭實(shí)物21-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 3 壓電打印頭模擬理論分析24-31
• 3.1 有限元模擬分析24
• 3.2 壓電打印頭數(shù)值模擬機(jī)理24-27
• 3.2.1 壓電振動板理論分析24-25
• 3.2.2 流體理論分析25-26
• 3.2.3 兩相流理論分析26-27
• 3.3 壓電打印頭模型的建立27-30
• 3.3.1 壓電打印頭模型的數(shù)值耦合27-28
• 3.3.2 壓電打印頭模型28-30
• 3.4 本章小結(jié)30-31
• 4 壓電打印頭模擬結(jié)果分析31-51
• 4.1 壓電振動板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與模擬31-35
• 4.1.1 SiO_2厚度和PZT厚度對壓電振動板振幅的影響31-32
• 4.1.2 振動板寬度對壓電振動板振幅的影響32-33
• 4.1.3 PZT寬度對壓電振動板振幅的影響33
• 4.1.4 新型壓電振動板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與模擬33-35
• 4.2 腔室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與模擬35-39
• 4.2.1 噴口層厚度設(shè)計(jì)35-38
• 4.2.2 限流部尺寸的設(shè)計(jì)38-39
• 4.3 壓電振動板加載電壓波形的設(shè)計(jì)39-49
• 4.3.1 激勵波形的設(shè)計(jì)與模擬39-45
• 4.3.2 消振波形的設(shè)計(jì)與模擬45-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 5 壓電打印頭實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析51-62
• 5.1 多普勒激光振動測試51-58
• 5.1.1 多普勒激光振動測試簡述51-52
• 5.1.2 電壓對振動板振幅的影響52-54
• 5.1.3 振動板疲勞特性的測試54-56
• 5.1.4 加載電壓波形的測試56-58
• 5.2 墨滴噴射測試58-60
• 5.2.1 頻閃觀測平臺58-59
• 5.2.2 成品墨滴噴射59-60
• 5.3 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張健,方杰,范波芹;VOF方法理論與應(yīng)用綜述[J];水利水電科技進(jìn)展;2005年02期

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本文編號：950988