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　　實(shí)驗(yàn)名稱：壓電噴墨打印實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)集成與控制研究

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

　　液滴的穩(wěn)定噴射是決定印制導(dǎo)電線路產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，本文圍繞液滴均勻穩(wěn)定形成的調(diào)節(jié)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)進(jìn)行控制研究。其中，利用工業(yè)相機(jī)定時(shí)拍攝的功能實(shí)時(shí)觀測(cè)持續(xù)噴射的液滴是否發(fā)生左右擺動(dòng)以及偏離壓電噴頭的中心軸線，根據(jù)反饋的液滴噴射情況來(lái)調(diào)節(jié)儲(chǔ)液瓶的液體重心位置和改進(jìn)脈沖電壓參數(shù)，可以避免衛(wèi)星滴的產(chǎn)生和大幅地改善液滴噴射的效果。對(duì)壓電噴頭入口壓力進(jìn)行了定量分析，并研究如何有效提升壓電噴墨打印的效率。調(diào)制出液體的粘度和表面張力與納米銀溶液接近的新溶液，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方式來(lái)綜合確定打印該新溶液的調(diào)節(jié)與控制方法。

　　測(cè)試設(shè)備：功率放大器、數(shù)字示波器、函數(shù)發(fā)生器、計(jì)算機(jī)、壓電噴頭等。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

　　圖1：壓電噴墨打印實(shí)驗(yàn)控制原理圖

　　壓電噴墨打印實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由壓電驅(qū)動(dòng)模塊、液壓供應(yīng)模塊和光學(xué)相機(jī)模塊三大模塊組成，壓電驅(qū)動(dòng)模塊可以為壓電噴頭的徑向擠壓變形提供動(dòng)力來(lái)源，液壓供應(yīng)模塊可以為壓電噴頭提供適當(dāng)?shù)娜肟趬毫σ岳趪娚涑鲂螒B(tài)穩(wěn)定的液滴，而光學(xué)相機(jī)模塊可以觀測(cè)液滴是否發(fā)生左右擺動(dòng)以及飛行軌跡是否偏離壓電噴頭中心軸線，根據(jù)觀測(cè)的液滴噴射情況對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)模塊和液壓供應(yīng)模塊的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得噴射形態(tài)穩(wěn)定的液滴，壓電噴墨打印實(shí)驗(yàn)的控制原理圖如上圖所示。

　　一、將壓電打印頭的插入式插頭改裝成BNC接口，可以連接到高壓放大器，此時(shí)能夠聽(tīng)到壓電噴頭內(nèi)部發(fā)出輕微的蜂鳴聲，表明其受到脈沖電壓的激勵(lì)在正常地工作。

　　二、搭建液壓供應(yīng)模塊，通過(guò)合理調(diào)節(jié)壓電噴頭的入口壓力，以實(shí)現(xiàn)壓電噴墨打印實(shí)驗(yàn)中對(duì)腔室液體彎月面(meniscus)的精準(zhǔn)控制。本文使用的打印溶液是乙醇液體，將打印液體充滿液路管以及壓電噴頭腔室，通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)液瓶中液體的重心位置使打印液體既不倒吸回腔室，也不溢出形成彎月面。

　　圖2：光學(xué)相機(jī)模塊裝置圖

　　三、光學(xué)相機(jī)模塊采用像素尺寸為4.8μm，幀率為210幀/秒的工業(yè)相機(jī)，液滴觀測(cè)需要用到的實(shí)驗(yàn)器材有工業(yè)相機(jī)、1倍放大鏡頭、LED燈及其控制器，光學(xué)相機(jī)模塊裝置圖如圖2所示。為了確保獲得的液滴圖像比較清晰，作用于工業(yè)相機(jī)拍照的觸發(fā)脈沖時(shí)間通常比較短，因此本文將該觸發(fā)脈沖時(shí)間設(shè)置為30μs。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖3：液滴穩(wěn)定形成的入口壓力。(a)入口壓力隨電壓幅值變化關(guān)系圖；(b)不同入口壓力對(duì)應(yīng)的液滴噴射速度

　　設(shè)置不同的電壓幅值，測(cè)得液滴穩(wěn)定形成對(duì)應(yīng)的最大入口壓力和最小入口壓力，如圖3(a)所示。從該圖可以看出，當(dāng)電壓幅值由25V增加到50V時(shí)，壓電噴頭的最大入口壓力和最小入口壓力都在不斷地增大，并且兩者之間的壓強(qiáng)差由480Pa縮小為270Pa。表明輸入的電壓幅值越大，越難以調(diào)制出噴射穩(wěn)定的液滴，對(duì)測(cè)試溶液以及其它操作參數(shù)的要求就會(huì)越高。

　　圖3(b)描述的是30V激勵(lì)電壓的作用下，液滴速度與入口壓力之間的關(guān)系?？梢钥闯觯旱嗡俣入S著入口壓力的減小而呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，當(dāng)入口壓力從-500Pa變化到-900Pa時(shí)，液滴速度從0.28m/s增加到1.03m/s。若此時(shí)入口壓力繼續(xù)減小，則液滴的噴射會(huì)出現(xiàn)散霧狀，不利于液滴的穩(wěn)定形成。因此合理控制壓電噴頭的入口壓力，不僅可以獲得噴射形態(tài)穩(wěn)定的液滴，還能有效提高液滴的出口速度。

　　電壓放大器推薦：ATA-3080C

　　圖：ATA-3080C功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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