压电式静电微液点喷射系统试验研究

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微液点喷射的研究和发展已经有了很多年的历史,随着计算机、通信、消费类电子产品向微型化、集成化与便携式快速发展,电子制造过程中涉及到的微液点喷射工艺越来越多,对微液点喷射技术在微小性、精量性、均匀性与可靠性等方面的要求也越来越高,由此形成了多种形式、多个门类的微液点喷射的专门技术与设备。对于微液点喷射技术而言,该技术无需Z轴运动,与工件不接触,可以在极小的缝隙内作业,具有喷射精度高、速度快、一致性好等优点而获得了快速发展,成为近年电子制造领域最为重要的高新技术与装备之一。压电式静电微液点喷射系统是利用圆形压电振子作为驱动元件,通过压电振子的规律振动改变控液仓腔体容积,使腔体内流体压力产生变化,进而使喷嘴处液体形貌发生改变,形成微液点的按需喷射。以压电振子作为驱动元件,其本身变形速度快、精度高、体积小,可实现对微液点喷射过程的精确控制。本文围绕压电式静电微液滴喷射技术的仿真分析与试验研究展开,首先阐述了压电式静电微液点喷射系统的压电控制模块,对压电振子的性能进行了理论分析与仿真分析,通过试验的方式确定了控液仓腔体的最佳高度。根据流体力学与电动力学的理论对压电式静电微液点喷射过程进行理论分析,建立了压电式静电微液点喷射的数学模型。在数学模型的基础上,使用COMSOL软件采用多物理场耦合的方式模拟仿真分析了微液点的喷射过程,通过分析数据获得了微液点喷射液滴的直径与压电振子振幅、频率以及静电场电压之间的影响规律,为压电式静电微液点喷射系统的设计提供了理论基础和依据。结合理论推导和模拟分析结果,为了继续研究压电振子的振动频率、振幅以及静电场电压对微液点喷射液滴直径的影响,制作了压电式静电微液点喷射装置,以此为基础构建了微液点喷射试验系统,其中包括:压力动态调节模块、电场电压模块、运动平台模块和显微相机取像模块等。最后选用正交试验的方式,探究压电振子的振幅、频率以及静电场电压对微液点喷射液滴的直径的影响。试验选用大粘度液体甲基硅油作为喷射对象。选用脉冲信号驱动压电振子进行微液点喷射试验。试验结果表明,在入口压力为80Pa,喷嘴处电压为5kV,压电振子输出位移为0.03mm,输出频率为200Hz时,试验所喷射形成的点的直径最小,最终测得喷射所产生的微液点直径的平均值为53.5mm。
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