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(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。微液滴噴射自由成形是一項(xiàng)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(gè)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(yùn)動(dòng)實(shí)

2、驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)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(jì)的基于CCD(Charge-Coupled Device)微液滴觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)噴頭的噴射過程進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，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(duì)熱泡式和壓電式按需式微液滴噴射方式進(jìn)行了詳細(xì)的研究，確立了壓電驅(qū)動(dòng)微液滴噴射方式，闡述了壓電式噴頭的動(dòng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(cè)模塊，結(jié)合商用的微液滴噴頭和驅(qū)動(dòng)電源，成功地完成了微液滴噴射實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集。此外，還構(gòu)建了三維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)，為三維成形實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。玻璃微噴嘴的可更換設(shè)計(jì)是自行研發(fā)的壓電式噴頭的一大特點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)不僅有利于進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，還方便了噴嘴的清洗，延長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)商用微液滴噴頭和自行研制的噴頭進(jìn)行了一系列噴射實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(dòng)電壓幅值，高電平保持時(shí)間等。最后針對(duì)噴射過程中遇到的各種問題進(jìn)行了總結(jié)和分析