壓電噴墨打印頭的模擬優(yōu)化與測(cè)試.pdf

1、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(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的壓電噴墨打印頭。本文對(duì)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(duì)壓電振動(dòng)板的振動(dòng)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(duì)壓

2、電打印頭的尺寸進(jìn)行了模擬優(yōu)化。對(duì)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(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著振動(dòng)板寬度的增加，振動(dòng)板的振動(dòng)峰值也隨之線性增加。當(dāng)PZT寬度增加時(shí)，壓電振動(dòng)板的振動(dòng)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(duì)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(duì)噴嘴層的厚度進(jìn)行

3、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，t5=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

4、可以主動(dòng)抑制殘余振動(dòng)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(píng)估壓電打印頭在制作過程中的性能，本文對(duì)壓電振動(dòng)板和壓電打印頭成品進(jìn)行多普勒激光位移測(cè)試。在關(guān)于電壓變化的多普勒測(cè)試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，壓電振動(dòng)板的振幅隨電壓逐漸上升，并在60V以后上升趨勢(shì)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(duì)多種加電壓波形的多普勒測(cè)試結(jié)果中發(fā)