应用于微滴喷射的墨水特性参数仿真研究及验证

本文针对微滴喷射过程中存在的墨雾、卫星滴以及喷头堵塞问题,使用COMSOL仿真软件通过水平集方法对微滴喷射过程进行仿真分析,得到墨水黏度、表面张力等工艺参数对液滴喷射过程中形态的影响规律。采用CCD液滴观测仪对微滴喷射过程进行实时观测和图像采集,将观测图像与仿真结果进行对比,得到微液滴在打印过程中最佳的工艺参数,确定墨水最优的打印温度,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的可行性。     

银墨水/树脂双材料微滴喷射过程数值模拟与分析

针对银墨水/树脂双材料微滴喷射一体化成形精度调控需求,建立基于气液两相流耦合的VOF流体体积函数模型以及微滴沉积模型,研究材料黏度、表面张力以及喷射速度等参数对微滴成形效果的影响,并进行了微滴喷射对比实验。结果表明,黏度影响微滴成形距离及微滴体积,黏度增大会增加成形时间,并增大微滴体积;表面张力影响微滴断裂距离及底板铺展面积,表面张力越大则成形距离越短,在底板上的铺展面积越小;喷射速度影响微滴成形距离及成形形态,其中断裂距离和卫星滴数量与喷射速度成近线性关系。实验结果证明,当喷嘴直径为60μm时,树脂材料在3.58 m/s的喷射速度下可以产生直径为70μm的微滴,验证了微滴喷射仿真结果的有效性。     

新型电磁铁驱动的撞针式微滴喷射装置

液滴喷射技术具有广泛的应用前景和技术优势,结合现有技术设计了一种能够实现有效的微滴喷射的装置,该装置基于电磁铁驱动,采用撞针式结构。本装置包括电磁铁、滑轨、撞针、喷嘴、弹簧、垫圈等几个主要部分,通过电磁铁驱动撞针撞击喷嘴从而使液滴从喷嘴中喷射出。整体而言其结构简单、成本较低、易于加工,可实现液滴稳定喷射。以甘油溶液(丙三醇)作为喷射实验材料,进行了多粘度溶液及多种喷嘴直径的喷射实验,并对实验结果进行分析,总结了该装置液滴喷射的相关性能,实现了粘度为0～1 410 mpas的多种粘度液滴的稳定喷射,丰富了微滴喷射装置的结构设计。     

PZT压电薄膜无阀微泵的制备工艺及实验研究

介绍了一种基于PZT薄膜的无阀压电微泵。该微泵利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为泵膜,自制的压电圆型薄膜片作为驱动部件,采用收缩管/扩张管结构,压电圆型致动片和PDMS泵膜的组合可产生较大的泵腔体积改变。在对微泵制备工艺研究的基础上,对其性能进行了实验研究,结果表明:电压和频率对流速均有显著影响。在7.5 V1、80 Hz的正弦电压驱动下,该压电微泵的最大输出流速为2.05μL/min。该文制作的微泵具有流量稳定,驱动电压较低,性能稳定可靠和易控制等优点,可满足微流体系统的使用要求。     

压电印刷OLED优化及其应用

有机电致发光显示器(OLED)因具备低功耗、自发光、高柔性、色彩丰富和响应速度快等优势,被认为是未来显示的发展方向.随着压电喷墨打印的无接触、液滴精准定位和大面积快速印制等技术的引入,使得大尺寸OLED的量产应用成为可能.印刷喷射过程中的液滴均匀性对高质量OLED功能层的形成起着至关重要的作用,为此,本文综述了压电印刷...     

基于智能手机压电基片上微液滴位置分析章

为了降低微流分析成本,该文提出了基于智能手机检测压电基片上目标微液滴方法,并开发出相应的应用软件,通过分析微液滴颜色信息和几何信息定位目标微液滴位置,结合分析时间获取微液滴输运速度。为验证提出方法的正确性,以5 μL黑色墨水溶液微液滴为研究对象,进行压电基片上微液滴识别和位置分析实验。结果表明,该文所提方法和开发的应用软件可识别和定位压电基片上微液滴,在功率为27.5 dBm时,第2~10 s段内微液滴输运速度为0.416 mm/s。     

压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用

基于机构、驱动、检测一体化的设计思想，研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手，研究了微操作手的建模、驱动与位置检测，给出了静力学建模公式，研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路，并构成高精度位置闭环控制系统，实现了纳米级微动定位。最后以微操作手为核心构成微操作机器人系统，通过微操作手的微动调整，成功完成了直径为Φ0.2mm轴孔零件的微装配任务。     

基于双压电基片油包微液滴微反应器研究

提出了以声表面波为能量源的微反应器.它由两个128°YX-LiNbO3压电基片和弧形聚合物组成,基片A中反应物Ⅰ由其上声表面波驱动经弧形聚合物输运到基片B,并与基片B中的反应物Ⅱ混合,混合反应物在基片B中的声表面波作用下实现反应.实验结果表明,油包封反应物可减少反应物的蒸发速率;声表面波可提高化学反应速率,并随之增大而增大.     

基于微滴喷射成形的多层超材料吸波体设计与制造北大核心CSCD

超材料吸波体朝着多频、宽频的方向发展,多层结构是其增加吸收带宽的重要手段,但对于传统刻蚀加多层粘结的制备方法,其精度难以保证。提出一种基于3D打印技术中微滴喷射成形(MJM)技术制备多层超材料吸波体的新方法,可以一体化成形吸波体结构。首先开展4层吸波体方案设计及吸收率仿真,分析光敏树脂的介电常数/介电损耗、银浆电导率对吸波性能的影响;然后通过制备20×20单元吸波体样品,将实测数据与仿真数据进行对比。实测数据表明,在10.4~19.6 GHz频率范围内的吸收率大于90%,完全覆盖Ku波段,且与仿真数据高度一致,证实了采用MJM技术可以一体化成形多层超材料吸波体结构,减少装配误差,在隐身结构制造领域具有潜在应用价值。     

集成式压电驱动微操作手的位置控制研究

微操作手是微操作机器人的核心部件 ,文章介绍了作者研制的压电陶瓷管驱动三自由度集成式微操作手 ,在此基础上 ,研究了微操作手的位置闭环控制 ,提出了模糊 -比例积分控制方法 ,并通过实验获得了较好的控制效果。通过对微操作手进行动静态测试得到微操作手的性能指标 :操作手末端 X、Y轴的最大输出位移为± 8.5μm,重复定位精度为 2 8nm ,位移分辨率为 10 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s;Z轴最大输出位移为 6 .2μm ,重复定位精度为 17nm,位移分辨率为 4 nm ,动态阶跃响应时间为 5 m s。该微操作手能够实现纳米级微动定位 ,满足微操作要求     

大粘度压电微喷系统的研究

面向航天器内运动部件润滑失效问题,研究设计了一种大粘度压电微喷系统.提出了环形收缩管式微喷头的加工方法,并构建了整个装置试验样机.以50％和95％高粘度的甘油水溶液为实验研究对象,对形成稳定喷射时所需的信号频率、电压、保持时间及液面高度进行了研究.研究结果表明,随着液面高度的增加最佳驱动频率减小,随着喷射溶液粘度的增大喷射所需电压增大;在保证最优保持时间的条件下,液面高度越小所需喷射电压越小,随着喷射溶液粘度的增大,能形成稳定喷射的频率带逐渐变窄.     

剪式压电微喷的设计及分析

利用压电陶瓷的厚度切变振动,设计出一种新型微喷。介绍了它的结构、工作方式及驱动方法。用弹性薄板模型对微喷进行理论分析,推导出振动位移函数,估算了自由振动基频和受迫振动端部位移。用有限元软件模拟振动模态,其模拟结果与理论计算接近。使用微电子及微电子机械系统(MEMS)工艺,在国内首次制备出该类型微喷,加载驱动波形后达到喷射效果。     

基于压电驱动的多指微操作工具及实验研究

针对目前微纳操作对微纳操作工具的需求,设计并制造了一种结构简单、柔性模块化、高精度的压电驱动的多指微操作工具。通过实验验证了该多指微操作工具在单指、双指及三指工作模式下均能良好地完成相应的微纳操作,操作成功率在85%以上,夹持范围为10~800μm。通过改变执行末端,调整操作策略,可完成对不同尺寸、材质、结构的微球的拾取与释放。同时,使用多指微操作工具完成微球组装与超显微成像微球操作实验,证明了该操作工具具有重要的实际应用意义。     

双晶片压电材料微型驱动系统研究

在微型机器人应用中,双晶片压电材料作为执行器将电势能转化为机械变形。通常,此类执行器使用庞大而笨重的电源进行激励,因此限制了其应用范围。该文采用级联型抽头变压器(CTI)升压级与高电压驱动级进行级联,设计并研制了具有高能效、高增益双晶片压电材料微型驱动系统。该微型驱动系统能量转换效率峰值为68.5%,升压增益为162倍,且具备输出频率为4Hz,输出电压为600V的驱动能力。实验表明,该微型驱动系统可驱动双晶片压电材料,使其能在微型机器人领域中得到广泛应用。     

基于ANSYS的压电微悬臂双梁的有限元分析

提出一种新型的对偶子式的压电微悬臂双梁,采用简化的等效器件建立数学分析模型,利用ANSYS对这种对偶子微悬臂梁进行模拟仿真分析,得出微悬臂梁的振型、固有频率及其在受外加负载时的形变和电压输出。同时分析微悬臂梁的几何尺寸对它们的影响,以便更好地指导实际工艺。     

压电谐振式微质量测量系统

基于压电晶体的正、逆压电效应,对压电谐振器的构成原理及压电晶片谐振频率的质量敏感原理(Sauerbrey方程)进行了分析。基于Sauerbrey测量原理,设计了压电谐振式微质量测量系统,对该系统的设计方案进行了分析。为减小温度等环境因素对压电晶体检测性能的影响,系统采用两个相同的石英晶体振荡电路构成双谐振式的压电晶体振荡器。采用模块化设计思想,对该测量系统各模块进行了设计与实现,并对系统性能进行了测试。结果表明,当测量端加载的质量越大,系统测量出的谐振差频值则越大,实验结果与理论分析结果吻合较好。相对于线性的理论结果,该实验结果的非线性误差为5.5%。该系统实现了压电谐振频率的变化与被测微质量之间的变换,能够实现对微质量进行测量。     

基于微尺度压电振动发电机的微电源设计

为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集成而得,结合Matlab仿真分析可知,其输出电压可达0.24V;无源峰值监测开关电路能保证压电片间电荷的全部输出,与具有经典接口的微电源相比其输出功率提高了3倍。     

管道微机器人中压电执行器的研究

微执行器作为微机械系统的核心单元,一直是微机械发展关键。文章介绍了一种应用于管道微机器人的足式压电执行器。在交变电压作用下,该压电执行器将压电体的弯曲振动转化成其弹性足沿管壁的移动,从而实现执行器的运动。在分析其工作原理的基础上,研制了压电微执行器的驱动电源,并进行了简单的实验研究。研究表明该执行器具有结构简单,易于微型化,响应快,驱动方便等特点。     

压电微作动器相位特性分析与改进

误差补偿作动器相位特性等动态性能对补偿控制系统有着非常重要的影响。该文在对压电陶瓷叠堆微位移作动器电压驱动过程分析的基础上，首次给出完整的相位特性分析，分析了影响压电陶瓷微作动器相位特性的三个主要因素及它们相应引起的相位滞后量。计算结果显示出机械结构引起的相位滞后占整个压电微作动器相位滞后量的主要成分。该文分析方法和结果有助于PMDA控制系统优化设计，并使机床误差实时补偿更有效、精密和容易。