實驗名稱：桌(zhuo)面型噴印平臺開發(fa)及其(qi)軟件設計

　　測試目的：在實(shi)(shi)驗(yan)(yan)室搭建(jian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)印(yin)原(yuan)理樣機(ji)上驗(yan)(yan)證(zheng)了壓(ya)電(dian)(dian)(dian)-電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)頭(tou)的(de)(de)可行性，但是在實(shi)(shi)驗(yan)(yan)中發現所使用的(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)平臺運動精度低無(wu)法保證(zheng)墨滴的(de)(de)準確(que)定位(wei)，觀(guan)測相機(ji)放大(da)倍數不足難以看清楚噴(pen)嘴和(he)基板之間(jian)(jian)的(de)(de)準確(que)間(jian)(jian)距，從而影響打印(yin)的(de)(de)效(xiao)果。因此(ci)需要證(zheng)更加先進的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)印(yin)裝(zhuang)備(bei)來驗(yan)(yan)證(zheng)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)-電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)頭(tou)的(de)(de)性能和(he)指標。

　　測試設備：高壓放大器、函(han)數發生器(qi)、精(jing)密流量泵、觀(guan)測相(xiang)機、噴頭等。

　　實驗過程：

　　圖1：桌面型(xing)電流體噴印平(ping)臺：(a)電流體噴印平(ping)臺整體外觀、(b)電流體噴印平(ping)臺硬件構成

　　桌面(mian)型電(dian)流體噴印平臺的硬件組(zu)成按(an)照不同的功能模塊系(xi)統(tong)(tong)可以(yi)劃分為運動系(xi)統(tong)(tong)、視覺系(xi)統(tong)(tong)、噴嘴系(xi)統(tong)(tong)和控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)，各個模塊的詳細組(zu)成如圖1(b)所(suo)示。

　　1）噴嘴系(xi)統：噴頭是(shi)一個噴印(yin)設備(bei)的(de)核心(xin)部件，對于電流(liu)體(ti)噴印(yin)設備(bei)亦是(shi)如(ru)此。桌面型電流(liu)體(ti)噴印(yin)平臺(tai)的(de)噴頭系(xi)統是(shi)一個復合系(xi)統，包括供墨模塊、電壓(ya)驅動模塊、噴頭模塊，各個模塊的(de)具體(ti)功能如(ru)下所示。

　　噴(pen)頭模(mo)塊：由一(yi)個容積為1mL的注射器作為儲液腔和一(yi)個點膠針頭構成，能夠(gou)用來實(shi)現點噴(pen)和紡絲(si)工藝。

　　供墨模(mo)塊(kuai)：供墨模(mo)塊(kuai)在噴(pen)印設(she)備中起著(zhu)供給墨水的(de)作用。使用過程(cheng)中噴(pen)頭模(mo)塊(kuai)裝夾在精密(mi)(mi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)泵的(de)推(tui)動裝置(zhi)上(shang)(shang)，啟動精密(mi)(mi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)泵后(hou)，精密(mi)(mi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)泵上(shang)(shang)的(de)推(tui)桿會推(tui)動噴(pen)頭模(mo)塊(kuai)的(de)活塞(sai)運(yun)動從而實現(xian)(xian)溶(rong)液的(de)供給。精密(mi)(mi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)泵可以通(tong)過上(shang)(shang)位機進行(xing)控制，來實現(xian)(xian)流(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)設(she)定，控制噴(pen)頭模(mo)塊(kuai)的(de)快進和快退。

　　電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)模(mo)塊(kuai)：桌面型電(dian)(dian)(dian)流(liu)體噴印(yin)平臺中(zhong)的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)模(mo)塊(kuai)用來給噴嘴(zui)和(he)基板(ban)之(zhi)間施(shi)加高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)，使得(de)(de)噴嘴(zui)和(he)基板(ban)之(zhi)間形成穩定的(de)靜電(dian)(dian)(dian)場(chang)從而實現電(dian)(dian)(dian)流(liu)體噴印(yin)。電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)模(mo)塊(kuai)由一(yi)個函數(shu)(shu)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)和(he)一(yi)個高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)構成。函數(shu)(shu)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)作為(wei)信(xin)號源(yuan)，輸出(chu)的(de)波形作為(wei)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)輸入(ru)，函數(shu)(shu)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)可以產生直流(liu)、方波、正弦波和(he)三角波等，可以通過調(diao)節幅值(zhi)、頻率和(he)占(zhan)空比等參數(shu)(shu)來調(diao)節輸出(chu)波形的(de)形態。高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)放(fang)大(da)倍數(shu)(shu)為(wei)1000倍，函數(shu)(shu)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)輸出(chu)0~5V的(de)波形信(xin)號，輸入(ru)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)后，可以得(de)(de)到0~5000V的(de)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)，能夠滿足(zu)電(dian)(dian)(dian)流(liu)體噴印(yin)所需的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。

　　2）運動系統

　　桌(zhuo)面(mian)型(xing)電(dian)流體噴印平(ping)臺的(de)運(yun)動(dong)系統包括X、Y軸(zhou)兩個高精(jing)度(du)的(de)直(zhi)線(xian)(xian)電(dian)機和(he)Z軸(zhou)的(de)手動(dong)滑臺。直(zhi)線(xian)(xian)電(dian)機的(de)定位精(jing)度(du)為(wei)(wei)5μm，重復定位精(jing)度(du)為(wei)(wei)2μm，能夠滿足壓電(dian)-電(dian)流體噴頭的(de)實驗(yan)需求。X、Y電(dian)機通(tong)(tong)過控制器(qi)能夠實現直(zhi)線(xian)(xian)插補(bu)(bu)、二次樣條曲線(xian)(xian)插補(bu)(bu)指令(ling)，因此(ci)能夠完(wan)成(cheng)各種(zhong)運(yun)動(dong)軌跡(ji)。噴嘴系統中(zhong)的(de)供墨模塊和(he)Z軸(zhou)固(gu)定在一起，通(tong)(tong)過手動(dong)調節(jie)(jie)滑臺來調節(jie)(jie)噴嘴和(he)基板之(zhi)間的(de)距離(li)。

　　3）視覺系統

　　視覺系(xi)(xi)統是噴(pen)印設(she)備中(zhong)不可或缺的(de)一部分，通過視覺系(xi)(xi)統可以動(dong)態的(de)觀測噴(pen)射過程中(zhong)噴(pen)嘴的(de)狀態和墨滴飛行的(de)狀態。桌面型(xing)電流體噴(pen)印平臺的(de)視覺系(xi)(xi)統包括射流觀測相機和定位觀測相機。

　　4）控制系統

　　桌面型電流體噴印平臺的(de)控制系統包括控制電路部分(fen)和電機控制器(qi)。電機控制器(qi)通過WLAN口(kou)和上位機進(jin)行(xing)通信。

　　實驗結果：

　　實驗中開發了高度集成的桌(zhuo)面(mian)型(xing)電(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)印軟件(jian)系(xi)統。首(shou)先詳細的介紹了桌(zhuo)面(mian)型(xing)電(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)印平(ping)臺(tai)的硬件(jian)構成并分析了每一項(xiang)指(zhi)標(biao)，驗證了桌(zhuo)面(mian)型(xing)電(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)印平(ping)臺(tai)的硬件(jian)指(zhi)標(biao)滿足壓電(dian)(dian)-電(dian)(dian)流(liu)(liu)體噴(pen)頭(tou)的實驗需求(qiu)。

　　高壓放大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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