压电喷墨打印头的优化与控制研究
发布时间：2022-12-05 01:47
印刷电子技术作为一种灵活快捷、环保节能的新兴制造方法,已成为当今材料、电子和制造行业共同关注的技术热点。压电喷墨打印头是决定印刷电子技术打印精度和产品质量的关键器件。本文应用双向流固耦合的数值分析方法对液滴喷射机制进行了深入的探讨,并优化了压电喷头的固体结构及其驱动脉冲电压参数。在此基础之上,通过压电喷墨打印实验获得液滴稳定喷射的调节与控制技术。具体研究内容如下:（1）管状压电喷墨打印头喷射液滴仿真。构建压电材料沿径向极化的机电耦合模型和瞬态分析的气液两相流模型,并进行压电喷墨打印的双向流固耦合仿真分析。结合结构变形和液滴喷射过程,分析压电喷头喷射液滴的四个阶段。解析玻璃管径向位移对电压激励的动态响应,粘性阻尼对玻璃管径向位移有明显的衰减作用。研究液体材料的粘度以及表面张力对液滴形成的影响,并提出相应的解决方法。（2）压电喷墨打印头数值仿真优化分析。为了实现压电喷头结构设计的小型化和提升其驱动液滴喷射的性能,对压电喷头的固体结构、脉冲电压、压电材料等进行了数值研究以及参数优化。对玻璃管厚度和压电管厚度进行优化以提高压电喷头的驱动灵敏度,改进压电喷头的喷嘴长度。优化电压波形以获得喷射形态...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 喷墨打印技术概述
1.2.1 连续式喷墨打印技术
1.2.2 按需式喷墨打印技术
1.3 压电喷墨打印头的研究现状
1.3.1 压电喷墨打印头的优化研究现状
1.3.2 压电喷墨打印头的控制研究现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 压电喷墨打印头工作原理分析
2.1 压电材料
2.1.1 压电效应
2.1.2 压电材料的电极化处理
2.1.3 压电材料的本构方程
2.2 压电喷墨打印头的工作原理
2.2.1 固体结构
2.2.2 工作原理
2.3 压力波传导理论
2.4 本章小结
第三章 压电喷墨打印头喷射液滴仿真
3.1 压电喷墨打印头的有限元仿真模型
3.1.1 ANSYS Workbench软件简介
3.1.2 固体结构仿真模型
3.1.3 气液两相流仿真模型
3.2 压电喷墨打印的双向流固耦合仿真分析
3.2.1 结构变形及液滴喷射过程
3.2.2 玻璃管径向位移的动态响应
3.3 液体材料特性对液滴形成的影响
3.3.1 液体粘度
3.3.2 液体表面张力
3.4 本章小结
第四章 压电喷墨打印头仿真优化分析
4.1 固体结构仿真优化分析
4.1.1 玻璃管厚度对玻璃管径向位移的影响
4.1.2 压电管厚度对玻璃管径向位移的影响
4.1.3 喷嘴长度的优化
4.2 脉冲激励电压波形优化分析
4.2.1 电压波形
4.2.2 电压幅值
4.2.3 上升沿时间
4.3 压电材料的选择
4.4 压电管层数的确定
4.5 本章小结
第五章 压电喷墨打印实验的系统集成与控制研究
5.1 压电喷墨打印实验简介
5.2 实验系统
5.2.1 压电驱动模块
5.2.2 液压供应模块
5.2.3 光学相机模块
5.3 液滴的形成过程
5.4 实验参数对喷墨打印效果的影响分析
5.4.1 入口压力
5.4.2 电压频率
5.5 新调制溶液的喷墨打印实验
5.5.1 新溶液的调制
5.5.2 脉冲保压时间的控制
5.5.3 入口压力的控制
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴喷射技术的应用进展[J]. 高琛,黄孙祥,陈雷,刘磁辉,刘小楠,鲍骏. 无机材料学报. 2004(04)
[2]供墨系统中墨水粘度及负压控制系统设计[J]. 吴昊. 机电工程. 2012(02)
[3]Pressure Wave and Fluid Velocity in a Bend-Mode Inkjet Nozzle with Double PZT Actuators[J]. Sungu Kim,Jaeyong Sung,Myeong Ho Lee. Journal of Thermal Science. 2013(01)
[4]DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟[J]. 蔡昊,董春法,张祥林. 包装工程. 2014(15)
[5]压电式喷头的微滴喷射行为及其影响因素[J]. 薛光怀,贺永,傅建中,吴森洋. 光学精密工程. 2014(08)
[6]微纳柔性制造与印刷电子材料[J]. 刘艳花,申溯,周小红,方宗豹,浦东林,朱鹏飞,陈林森. 中国材料进展. 2014(03)
[7]印刷电子技术在生物传感器中的应用[J]. 李祥高,吴宪,王世荣. 中国材料进展. 2014(03)
[8]纳米导电油墨最新技术与应用进展[J]. 胡旭伟. 印刷技术. 2014(11)
[9]压电微喷辅助液滴的多物理场耦合与实验[J]. 范增华,荣伟彬,王乐锋,孙立宁. 西安交通大学学报. 2016(11)
[10]喷墨印制导电墨水研究进展[J]. 杨星,杜得喜,谢辉,王悦辉,李晶泽. 电子元件与材料. 2018(04)
博士论文
[1]压电微喷机构耦合特性及喷射性能研究[D]. 李锴.哈尔滨工业大学 2018
[2]压电喷墨印刷墨滴成形及特性研究[D]. 贾春江.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]压电喷墨打印头驱动器结构优化与波形设计[D]. 魏宏芳.大连理工大学 2017
[2]纳米金属颗粒导电墨水的制备及应用研究[D]. 王明昂.浙江大学 2016
[3]压电喷墨打印头的模拟优化与测试[D]. 范佃龙.大连理工大学 2015
[4]喷墨打印头压电驱动器的模拟及优化[D]. 柳永丽.大连理工大学 2015
[5]DOD压电式喷墨打印液滴形成和沉积过程的研究[D]. 蔡昊.华中科技大学 2015
本文编号：3709422
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 喷墨打印技术概述
1.2.1 连续式喷墨打印技术
1.2.2 按需式喷墨打印技术
1.3 压电喷墨打印头的研究现状
1.3.1 压电喷墨打印头的优化研究现状
1.3.2 压电喷墨打印头的控制研究现状
1.4 论文主要研究内容
第二章 压电喷墨打印头工作原理分析
2.1 压电材料
2.1.1 压电效应
2.1.2 压电材料的电极化处理
2.1.3 压电材料的本构方程
2.2 压电喷墨打印头的工作原理
2.2.1 固体结构
2.2.2 工作原理
2.3 压力波传导理论
2.4 本章小结
第三章 压电喷墨打印头喷射液滴仿真
3.1 压电喷墨打印头的有限元仿真模型
3.1.1 ANSYS Workbench软件简介
3.1.2 固体结构仿真模型
3.1.3 气液两相流仿真模型
3.2 压电喷墨打印的双向流固耦合仿真分析
3.2.1 结构变形及液滴喷射过程
3.2.2 玻璃管径向位移的动态响应
3.3 液体材料特性对液滴形成的影响
3.3.1 液体粘度
3.3.2 液体表面张力
3.4 本章小结
第四章 压电喷墨打印头仿真优化分析
4.1 固体结构仿真优化分析
4.1.1 玻璃管厚度对玻璃管径向位移的影响
4.1.2 压电管厚度对玻璃管径向位移的影响
4.1.3 喷嘴长度的优化
4.2 脉冲激励电压波形优化分析
4.2.1 电压波形
4.2.2 电压幅值
4.2.3 上升沿时间
4.3 压电材料的选择
4.4 压电管层数的确定
4.5 本章小结
第五章 压电喷墨打印实验的系统集成与控制研究
5.1 压电喷墨打印实验简介
5.2 实验系统
5.2.1 压电驱动模块
5.2.2 液压供应模块
5.2.3 光学相机模块
5.3 液滴的形成过程
5.4 实验参数对喷墨打印效果的影响分析
5.4.1 入口压力
5.4.2 电压频率
5.5 新调制溶液的喷墨打印实验
5.5.1 新溶液的调制
5.5.2 脉冲保压时间的控制
5.5.3 入口压力的控制
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]液滴喷射技术的应用进展[J]. 高琛,黄孙祥,陈雷,刘磁辉,刘小楠,鲍骏. 无机材料学报. 2004(04)
[2]供墨系统中墨水粘度及负压控制系统设计[J]. 吴昊. 机电工程. 2012(02)
[3]Pressure Wave and Fluid Velocity in a Bend-Mode Inkjet Nozzle with Double PZT Actuators[J]. Sungu Kim,Jaeyong Sung,Myeong Ho Lee. Journal of Thermal Science. 2013(01)
[4]DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟[J]. 蔡昊,董春法,张祥林. 包装工程. 2014(15)
[5]压电式喷头的微滴喷射行为及其影响因素[J]. 薛光怀,贺永,傅建中,吴森洋. 光学精密工程. 2014(08)
[6]微纳柔性制造与印刷电子材料[J]. 刘艳花,申溯,周小红,方宗豹,浦东林,朱鹏飞,陈林森. 中国材料进展. 2014(03)
[7]印刷电子技术在生物传感器中的应用[J]. 李祥高,吴宪,王世荣. 中国材料进展. 2014(03)
[8]纳米导电油墨最新技术与应用进展[J]. 胡旭伟. 印刷技术. 2014(11)
[9]压电微喷辅助液滴的多物理场耦合与实验[J]. 范增华,荣伟彬,王乐锋,孙立宁. 西安交通大学学报. 2016(11)
[10]喷墨印制导电墨水研究进展[J]. 杨星,杜得喜,谢辉,王悦辉,李晶泽. 电子元件与材料. 2018(04)
博士论文
[1]压电微喷机构耦合特性及喷射性能研究[D]. 李锴.哈尔滨工业大学 2018
[2]压电喷墨印刷墨滴成形及特性研究[D]. 贾春江.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]压电喷墨打印头驱动器结构优化与波形设计[D]. 魏宏芳.大连理工大学 2017
[2]纳米金属颗粒导电墨水的制备及应用研究[D]. 王明昂.浙江大学 2016
[3]压电喷墨打印头的模拟优化与测试[D]. 范佃龙.大连理工大学 2015
[4]喷墨打印头压电驱动器的模拟及优化[D]. 柳永丽.大连理工大学 2015
[5]DOD压电式喷墨打印液滴形成和沉积过程的研究[D]. 蔡昊.华中科技大学 2015
本文编号：3709422
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3709422.html