微液滴噴射成形的壓電式噴頭研究.pdf

1、3D增量制造技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、航空航天、醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代先進制造技術(shù)中的一項重要技術(shù)。微液滴噴射自由成形是一項重要的3D增量制造技術(shù)，采用噴頭來噴射體積為微升至飛升的各種微液滴，通過微液滴在基板上逐步堆積成三維結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于細(xì)胞打印和功能器件的制作，是數(shù)字化制造的一個重要發(fā)展方向，因此開展微液滴噴射成形技術(shù)研究具有十分重要的意義。
　　本文在分析現(xiàn)有微液滴噴射技術(shù)的基礎(chǔ)上，搭建了用于微液滴噴射成形的三維運動實

2、驗平臺，設(shè)計了一種適合于微液滴噴射成形的壓電式噴頭。通過自行設(shè)計的基于CCD(Charge-Coupled Device)微液滴觀測系統(tǒng)，對噴頭的噴射過程進行了一系列的實驗，為更好地理解液滴噴射行為奠定了基礎(chǔ)。論文主要開展的工作包括:
　　一、通過比較連續(xù)式微液滴噴射和按需式微液滴噴射技術(shù)的工作方式，采用了按需式噴射模式。對熱泡式和壓電式按需式微液滴噴射方式進行了詳細(xì)的研究，確立了壓電驅(qū)動微液滴噴射方式，闡述了壓電式噴頭的動力學(xué)過

3、程和微液滴噴射模型以及噴射參數(shù)的影響。
　　二、在微液滴噴射技術(shù)的研究中，微液滴噴射實驗平臺的研制是完成微液滴噴射研究不可分割的重要部分。本文自行搭建了供液模塊及液滴觀測模塊，結(jié)合商用的微液滴噴頭和驅(qū)動電源，成功地完成了微液滴噴射實驗和數(shù)據(jù)采集。此外，還構(gòu)建了三維運動工作臺及其控制系統(tǒng)，為三維成形實驗研究奠定了基礎(chǔ)。
　　三、微液滴噴頭是微液滴噴射自由成形技術(shù)的核心裝置，在理論分析的基礎(chǔ)上，本文研發(fā)了擠壓管式和壓電膜片式兩種

4、微液滴噴頭，并進行了實驗分析。玻璃微噴嘴的可更換設(shè)計是自行研發(fā)的壓電式噴頭的一大特點，這種設(shè)計不僅有利于進行比較實驗，還方便了噴嘴的清洗，延長了使用壽命。
　　四、為了更好地理解微液滴噴射行為，以水及甘油混合物為噴射液體，本文在不同實驗條件下，對商用微液滴噴頭和自行研制的噴頭進行了一系列噴射實驗。實驗確立了自行研制的噴頭的有效噴射參數(shù)范圍，如噴射頻率，驅(qū)動電壓幅值，高電平保持時間等。最后針對噴射過程中遇到的各種問題進行了總結(jié)和分析