基于有限元优化压电式喷头结构研究

作者：秦新智; 叶芸^*; 段燕宇; 李思杰; 陈恩果; 徐胜; 郭太良^*

来源：真空科学与技术学报, 2022, 42(03): 217-222.

DOI：10.13922/j.cnki.cjvst.202110008

• 压电式喷墨打印
• 数值仿真
• 正交实验
• 墨滴体积

压电式喷墨打印作为非接触、高效率、高灵活性的数字化薄膜制备工艺，广泛应用于多种领域。针对高精度压电式喷头制作难度大、价格昂贵等问题。本文基于有限元分析建立了压电式喷头驱动模型，分析了正弦波振幅、PZT材料的厚度和石英毛细管道的厚度三个因素对压电式喷头径向位移的复合作用，并通过正交实验法确定了三因素对径向位移的影响主次顺序。数值仿真及正交实验结果表明：PZT材料厚度为0.1 mm、石英管厚度为0.1 mm，驱动波形振幅达到120 V时，压电式喷头内部径向位移达到最大值0.15μm。在压电式喷头处形成的墨滴出射顺利，且下落状态稳定。此外对压电式喷头内部结构进行数学建模，得到了墨滴体积与喷头径向位移的经验公式。本文通过仿真模型的建立与分析，向压电式喷头的核心制造工艺提供了理论基础，降低了其制造难度与成本，对于大力发展高精度压电式喷墨打印技术具有重要意义。