摘 要

本文针对压电喷印过程中液滴体积的控制，借助流体力学软件Fluent进行喷印仿真研究，并使用Matlab-Siumlink功能作为控制器对于仿真过程中压电驱动波形根据所设要求进行优化。根据压电打印喷头简化设计的仿真模型，设定压力边界为梯形波，经过仿真验证，液滴形成过程在不同时刻内与压电驱动波形转折节点相符合，得到均匀稳定的液滴，证明本文仿真计算过程的结果，对于压电喷印液滴体积控制的参照有一定的正确性与可靠性。

论文主要研究了压电喷墨仿真计算部分，从压电驱动波形和液滴特性两方面出发，研究相关参数对于液滴特性的影响。对于压电驱动波形的优化，采用Fluent-Matlab联合仿真的方法，利用仿真结果，根据评价标准对波形参数采用细菌捕食算法选择需要进行的行为，直至达到所需液滴体积值。对于液滴特性方面，分析得出液滴的粘度、密度、表面张力系数影响液滴成形，从三个方面入手对产生的液滴体积量、速度值、拖尾长度进行影响分析，得出各参数对于压电喷墨仿真液滴状态的影响。

关键词：压电喷印；波形优化；联合仿真；流体特性分析

Abstract

This paper aiming at the control of droplet volume in the process of electro-hydraulic print-ing, the fluid mechanics software Fluent was used to carry out simulation research on the print-ing.and matmatlab -Siumlink function was used as the controller to optimize the piezoelect-ric drive waveform in the simulation process according to the set requirements.Piezoelectric print nozzle to simplify the design of simulation model, according to the set pressure boundary for the trapezoidal wave, through simulation, the droplet formation process in different times and driv-

ing waveform was turning nodes, uniform stability of droplet, proved in this paper, the results of simulation calculation process, for the reference of pressure efi print droplet volume control has certain validity and reliability.

This paper mainly studies the part of piezoelectric inkjet simulation calculation, and studies the influence of relevant parameters on droplet characteristics from two aspects of piezoelectric drive waveform and droplet characteristics.For the optimization of the piezoelectric drive wave-form, the method of Fluent-Matlab joint simulation was adopted. The simulation results were used to select the required behaviors for the waveform parameters according to the evaluation criteria by using the bacteria predation algorithm until the desired droplet volume value was reached.In terms of droplet characteristics, the viscosity, density and surface tension coefficient of the droplet were analyzed and the droplet forming was influenced by them. The volume,velo-city and tail length of the droplet were analyzed from three aspects, and the influence of each parameter on the droplet state of piezoelectric inkjet simulation was obtained.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 3

1.2.1 压电驱动波研究 3

1.2.2 墨水特性的影响 4

1.3 研究意义 5

1.4 本文的研究内容和组织结构 6

第2章 压电喷印理论基础及环境分析 8

2.1 压电喷印成型机理 9

2.1.1 压电膜片变形分析 9

2.1.2 锥流体动力方程分析 11

2.2 液滴成型特征 11

2.3 液滴特性影响 13

2.4 压电驱动波影响 14

2.5 本章小结 15

第3章 压电喷头的建模仿真及分析 16

3.1 压电喷头的建模 16

3.2 网格划分 18

3.3 求解设置 21

3.3.1 流体特性设置 21

3.3.2 求解器设置 22

3.3.3 湍流模型 22

3.3.4 步长设定 22

3.4 本章小结 23

第4章 压电驱动波形优化仿真 24

4.1 联合仿真实现方法 24

4.2 算法介绍 26

4.3仿真参数影响分析 29

4.3.1 电压幅度值的影响 29

4.3.2 电压上升时间的影响 30

4.3.3 电压下降时间的影响 31

4.3.4 间距时间的影响 32

4.3.5 电压保持时间的影响 32

4.4联合仿真结果 33

4.5 本章小结 40

第5章 液滴特性对于压电喷印液滴体积的影响 41

5.1 墨水粘度对液滴体积的影响 41

5.2 墨水密度对液滴体积的影响 44

5.3 墨水表面张力对液滴体积的影响 46

5.4 本章小结 48

第6章 总结与展望 49

6.1 总结 49

6.2 展望 49

参考文献 51

致 谢 53

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

印刷电子（Printed electronics）是利用传统的印刷技术，将无机/有机材料转移到基板上形成无源元件、有源元器件及导线，制造电子器件与系统的科学与技术，基于印刷电子相较于传统硅基微电子，具有打印面积大、柔性化、轻薄、低成本的优点, 在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性显示器、薄膜太阳能电池、印刷RFID等，如图1所示。根据IDTechEX预测，2026年印刷电子市场规模将达3000亿美元，是各个国家争先抢占的科技制高点，同样我国政府高度重视柔性电子领域研究，国家自然科学科学基金“十二五”规划将印刷电子制造作为主要发展方向之一。

(d)

(b)

(c)

(f)

(e)

(a)

图1.1.1 印刷电子的应用.(a)电池测试仪；(b)纸电池；(c)智能医药包装；(d)无线射频识别；(e)太阳能电池；(f)EL显示器；(g)电子纸；(h)刻蚀技术；(i)OLED显示屏；

(g)