微滴噴射技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和極高的市場占有率,打印頭作為核心部件,其性能嚴(yán)重影響成型件的質(zhì)量。為了實現(xiàn)更高液滴噴射速度的目標(biāo),本文提出了一種基于壓電效應(yīng)的流固耦合和氣液兩相流的快速分步結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析法。首先通過有限元模擬,建立了壓電式打印頭的壓電-彈性-流體耦合和氣液兩相流模型,探索了流道腔長度、寬度、深度、壓電結(jié)構(gòu)厚度以及振動板厚度對液滴噴射性能的影響規(guī)律;通過正交試驗方法,確定了打印頭結(jié)構(gòu)尺寸的最優(yōu)組合。運用激光多普勒振動測試系統(tǒng),對按照優(yōu)化結(jié)果制造出的打印頭進行了打印頭振動板變形情況的測試,驗證了有限元模擬的可靠性,并根據(jù)噴射液滴的速度和體積驗證噴射的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,按照優(yōu)化結(jié)果得到的尺寸來制造出的壓電式打印頭成功實現(xiàn)了墨滴的噴射,且噴射情況穩(wěn)定,驗證了這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法的可靠性。 

【文章來源】：中國基礎(chǔ)科學(xué). 2020,22(01)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

三維截點1處Z方向的位移

圖5 三維截點1處Z方向的位移為了驗證液滴的飛行姿態(tài),本文需要構(gòu)建兩相流模型。如圖7 所示,兩相流模型由液體域、空氣域和基底構(gòu)成,液體域與空氣域的交界面設(shè)置為初始界面,液體域的底部設(shè)置為入口,入口邊界條件為壓電-彈性-流體耦合模型導(dǎo)出的流速。

為了驗證液滴的飛行姿態(tài),本文需要構(gòu)建兩相流模型。如圖7 所示,兩相流模型由液體域、空氣域和基底構(gòu)成,液體域與空氣域的交界面設(shè)置為初始界面,液體域的底部設(shè)置為入口,入口邊界條件為壓電-彈性-流體耦合模型導(dǎo)出的流速。對以上模型進行瞬態(tài)求解計算,不同時刻的體積分?jǐn)?shù)及速度如圖8及圖9所示。液體在20 μs開始噴出,41 μs彎液面開始收回,53 μs時尾巴斷裂。由于尾巴末端的速度比主液滴速度大,尾巴之后會追上主液滴并匯入主液滴。

【參考文獻】：
碩士論文
[1]新型壓電式噴墨打印頭一體化腔室制造[D]. 何敬志.大連理工大學(xué) 2015



本文編號：3512274