實(shi)驗名稱：壓電噴(pen)墨(mo)打(da)印實(shi)驗的(de)系統集成與控制研究(jiu)

　　實驗目的：

　　液(ye)滴(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)噴射是(shi)決定(ding)(ding)(ding)印(yin)制導電(dian)(dian)(dian)線路產(chan)品(pin)質量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵因素，本文圍繞液(ye)滴(di)均勻穩(wen)定(ding)(ding)(ding)形成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)節(jie)目標對實驗操作參數進(jin)行控制研究。其中，利用工業相機定(ding)(ding)(ding)時拍(pai)攝的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)能(neng)實時觀測持續(xu)噴射的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)是(shi)否發生(sheng)左右擺動以(yi)及偏離壓(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)噴頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中心軸線，根(gen)據反饋的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)滴(di)噴射情況(kuang)來調(diao)節(jie)儲液(ye)瓶(ping)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)體重(zhong)心位(wei)置(zhi)和改(gai)進(jin)脈(mo)沖電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)參數，可以(yi)避(bi)免衛星滴(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)和大幅地改(gai)善液(ye)滴(di)噴射的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效果。對壓(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)噴頭(tou)(tou)入口壓(ya)(ya)(ya)力(li)進(jin)行了定(ding)(ding)(ding)量分析，并研究如何有效提升(sheng)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)噴墨打(da)印(yin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)效率。調(diao)制出液(ye)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘度(du)和表面張力(li)與(yu)納米銀溶液(ye)接近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)溶液(ye)，通過實驗研究的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式來綜(zong)合確定(ding)(ding)(ding)打(da)印(yin)該新(xin)溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)調(diao)節(jie)與(yu)控制方法。

　　測試(shi)設備：功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(qi)、數字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)(qi)、函數發生(sheng)器(qi)(qi)、計算(suan)機(ji)、壓電噴頭等。

　　實驗過程：

　　圖1：壓電(dian)噴墨(mo)打印實驗控制原(yuan)理圖

　　壓(ya)(ya)電(dian)噴墨(mo)打印實驗系(xi)統主要由壓(ya)(ya)電(dian)驅(qu)動(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、液(ye)壓(ya)(ya)供(gong)應(ying)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)光學(xue)相機(ji)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)三(san)大模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)組(zu)成，壓(ya)(ya)電(dian)驅(qu)動(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)可(ke)(ke)以(yi)為(wei)壓(ya)(ya)電(dian)噴頭的(de)(de)徑向擠壓(ya)(ya)變形提供(gong)動(dong)力(li)來(lai)源(yuan)，液(ye)壓(ya)(ya)供(gong)應(ying)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)可(ke)(ke)以(yi)為(wei)壓(ya)(ya)電(dian)噴頭提供(gong)適當的(de)(de)入口壓(ya)(ya)力(li)以(yi)利于噴射(she)出形態(tai)(tai)穩定(ding)的(de)(de)液(ye)滴，而光學(xue)相機(ji)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)可(ke)(ke)以(yi)觀測液(ye)滴是否(fou)(fou)發生左右(you)擺動(dong)以(yi)及飛行軌(gui)跡是否(fou)(fou)偏離(li)壓(ya)(ya)電(dian)噴頭中心軸線，根據(ju)觀測的(de)(de)液(ye)滴噴射(she)情況對壓(ya)(ya)電(dian)驅(qu)動(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)液(ye)壓(ya)(ya)供(gong)應(ying)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)控(kong)制參數進行調(diao)節，獲得噴射(she)形態(tai)(tai)穩定(ding)的(de)(de)液(ye)滴，壓(ya)(ya)電(dian)噴墨(mo)打印實驗的(de)(de)控(kong)制原理圖如上圖所示。

　　一(yi)、將(jiang)壓電(dian)(dian)打印頭(tou)的(de)插(cha)入式插(cha)頭(tou)改裝成BNC接口，可以(yi)連接到(dao)(dao)高壓放大(da)器，此時(shi)能夠聽到(dao)(dao)壓電(dian)(dian)噴頭(tou)內部(bu)發出輕微(wei)的(de)蜂鳴聲，表明其受到(dao)(dao)脈沖電(dian)(dian)壓的(de)激勵在正常(chang)地工作。

　　二(er)、搭建液壓供(gong)應模塊，通(tong)過(guo)合(he)理(li)調(diao)(diao)節壓電噴(pen)(pen)頭的入口壓力(li)，以(yi)實現壓電噴(pen)(pen)墨打印實驗(yan)中對腔室(shi)液體(ti)彎月面(meniscus)的精準控制。本文(wen)使(shi)(shi)用的打印溶(rong)液是乙醇液體(ti)，將打印液體(ti)充(chong)滿液路管以(yi)及壓電噴(pen)(pen)頭腔室(shi)，通(tong)過(guo)調(diao)(diao)節儲液瓶(ping)中液體(ti)的重(zhong)心位置使(shi)(shi)打印液體(ti)既(ji)不倒(dao)吸回(hui)腔室(shi)，也不溢(yi)出形成(cheng)彎月面。

　　圖2：光學(xue)相機模塊裝置圖

　　三(san)、光學相(xiang)機模(mo)塊(kuai)采用(yong)像素尺寸(cun)為(wei)4.8μm，幀(zhen)率為(wei)210幀(zhen)/秒的(de)工業(ye)(ye)(ye)相(xiang)機，液滴觀測(ce)需(xu)要用(yong)到的(de)實驗器材有工業(ye)(ye)(ye)相(xiang)機、1倍(bei)放大(da)鏡頭、LED燈及其(qi)控制器，光學相(xiang)機模(mo)塊(kuai)裝置圖如圖2所示。為(wei)了確(que)保獲(huo)得的(de)液滴圖像比較(jiao)清(qing)晰，作用(yong)于(yu)工業(ye)(ye)(ye)相(xiang)機拍照的(de)觸(chu)發(fa)脈(mo)沖時間通常比較(jiao)短(duan)，因(yin)此本(ben)文將該觸(chu)發(fa)脈(mo)沖時間設(she)置為(wei)30μs。

　　實驗結果：

　　圖3：液滴穩(wen)定形成的入口(kou)壓力(li)。(a)入口(kou)壓力(li)隨電壓幅值變(bian)化關系(xi)圖；(b)不同入口(kou)壓力(li)對應的液滴噴射(she)速度

　　設(she)置(zhi)不(bu)同的(de)(de)電壓(ya)(ya)(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)(zhi)，測得液(ye)滴穩(wen)定形成(cheng)對(dui)應(ying)的(de)(de)最(zui)大(da)入(ru)口(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和最(zui)小入(ru)口(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)，如圖3(a)所示。從該圖可以看出，當電壓(ya)(ya)(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)(zhi)由25V增加到(dao)50V時，壓(ya)(ya)(ya)(ya)電噴(pen)頭的(de)(de)最(zui)大(da)入(ru)口(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和最(zui)小入(ru)口(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)都在不(bu)斷地增大(da)，并且兩者之間的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)強差由480Pa縮小為270Pa。表明(ming)輸入(ru)的(de)(de)電壓(ya)(ya)(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)(zhi)越(yue)大(da)，越(yue)難以調制(zhi)出噴(pen)射穩(wen)定的(de)(de)液(ye)滴，對(dui)測試(shi)溶液(ye)以及其它操作參數的(de)(de)要求就會(hui)越(yue)高。

　　圖(tu)3(b)描述(shu)的(de)(de)(de)是30V激勵(li)電壓(ya)的(de)(de)(de)作用下，液(ye)滴(di)(di)速度(du)(du)(du)(du)與入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)壓(ya)力(li)之(zhi)間的(de)(de)(de)關(guan)系(xi)。可(ke)以看(kan)出(chu)，液(ye)滴(di)(di)速度(du)(du)(du)(du)隨著入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)減(jian)小而呈現不(bu)斷上(shang)升的(de)(de)(de)趨勢，當入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)壓(ya)力(li)從-500Pa變化到(dao)-900Pa時，液(ye)滴(di)(di)速度(du)(du)(du)(du)從0.28m/s增加到(dao)1.03m/s。若此(ci)時入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)壓(ya)力(li)繼(ji)續減(jian)小，則液(ye)滴(di)(di)的(de)(de)(de)噴(pen)(pen)射會出(chu)現散(san)霧狀，不(bu)利(li)于(yu)液(ye)滴(di)(di)的(de)(de)(de)穩定(ding)形成(cheng)。因此(ci)合理(li)控制壓(ya)電噴(pen)(pen)頭的(de)(de)(de)入(ru)(ru)(ru)口(kou)(kou)壓(ya)力(li)，不(bu)僅可(ke)以獲得噴(pen)(pen)射形態穩定(ding)的(de)(de)(de)液(ye)滴(di)(di)，還(huan)能(neng)有效提高液(ye)滴(di)(di)的(de)(de)(de)出(chu)口(kou)(kou)速度(du)(du)(du)(du)。

　　電壓放大器推薦：ATA-3080C

　　圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

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