實(shí)驗(yàn)名稱：柔性襯底的電流體噴印實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?a target="_blank">設(shè)計(jì)制造了靜電聚焦電極，有效克服了襯底效應(yīng)對(duì)電流體噴印的影響，除此之外，設(shè)計(jì)制造了組合噴針，通過重塑噴頭周圍靜電場(chǎng)的分布削弱了柔性襯底極化和電荷累積對(duì)電流體噴印的影響，并進(jìn)一步研究了工藝參數(shù)對(duì)打印微結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)現(xiàn)了在柔性襯底PET上微圖案的電流體按需噴射打印。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、上位機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：電流體噴印實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖

電流體噴印平臺(tái)的功能組成包括硬件設(shè)備和軟件控制系統(tǒng)，電流體噴印的硬件設(shè)備由五個(gè)子模塊組成，如圖1所示，包括電場(chǎng)控制模塊、流體供給模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、加熱模塊和視覺模塊。電場(chǎng)控制模塊在導(dǎo)電噴針座和襯底之間建立電場(chǎng)，流體供給模塊將液體以所需的流速供應(yīng)到噴嘴，運(yùn)動(dòng)控制模塊提供打印所需要的各種運(yùn)動(dòng)形式，通過Labview將整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的集成、協(xié)調(diào)控制。

電場(chǎng)控制模塊由函數(shù)發(fā)生器和高壓放大器構(gòu)成，函數(shù)發(fā)生器用于產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的電壓波形，高壓放大器將函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的波形放大到實(shí)驗(yàn)所需的電壓范圍。上位機(jī)與函數(shù)發(fā)生器可以通過USB、RS232或GPIB接口建立遠(yuǎn)程通信，函數(shù)發(fā)生器與高壓放大器采用BNC連接器連接以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的低損耗傳輸，經(jīng)高壓放大器放大的信號(hào)采用SHV高壓電纜連接至導(dǎo)電的噴針座。函數(shù)發(fā)生器在系統(tǒng)中扮演了激勵(lì)源的角色，實(shí)驗(yàn)所用的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生16種標(biāo)準(zhǔn)波形，還可以根據(jù)用戶的需求自定義波形，具有邊沿時(shí)間可調(diào)的功能，而且可以采用手動(dòng)或軟件編程的方式控制波形的參數(shù)，在電子測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。高壓放大器按波形極性的不同可以分為單極性高壓放大器和雙極性高壓放大器，其中單極性高壓放大器只能放大波形方向不變的信號(hào)，如穩(wěn)恒直流信號(hào)、直流脈沖信號(hào)；雙極性高壓放大器可以放大交流信號(hào)，其價(jià)格通常比單極性高壓放大器的價(jià)格貴好幾倍。考慮到實(shí)驗(yàn)需求和成本效益，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用的高壓放大器是單極性高壓放大器，該放大器的輸出電壓范圍為0~2000V，可接受信號(hào)源帶寬為0~10kHz，該放大器采用全固態(tài)設(shè)計(jì)，可全面保護(hù)其免受電弧放電和短路的影響，使器件的性能更穩(wěn)定可靠，而且即使在高電容負(fù)載中也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的輸出響應(yīng)和高壓擺率，具有高可靠性和低噪聲操作的特性。噴針座用于固定噴針的位置，采用不銹鋼材料制成，噴針座和高壓放大器之間采用SHV高壓電纜連接以建立噴針和襯底之間的電場(chǎng)。

流體供給模塊由泵、流體連接裝置和噴頭組成，如圖3所示。根據(jù)原動(dòng)機(jī)種類的不同，用于電流體噴印的泵可分為精密注射泵和氣泵，相應(yīng)的流體連接裝置也就有所不同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同需求需要采取不同的流體連接裝置。

圖3：流體供給模塊連接示意圖

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制卡、轉(zhuǎn)接板、驅(qū)動(dòng)器和三軸位移平臺(tái)構(gòu)成。加熱模塊主要由電加熱元件、襯底支撐板、溫度傳感器和溫控器構(gòu)成。視覺模塊主要由CCD相機(jī)和光源構(gòu)成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

研發(fā)了一套電流體噴印的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，詳細(xì)介紹了各功能模塊的組成和原理，根據(jù)墨水粘度的大小設(shè)計(jì)制造了兩種不同的流體控制裝置，在此基礎(chǔ)之上，基于Labview軟件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了一套電流體噴印平臺(tái)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可以按照用戶指定的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行打印，并且可以打印任意復(fù)雜的二維圖形，將整個(gè)系統(tǒng)都有機(jī)結(jié)合起來(lái)了，實(shí)現(xiàn)了各功能模塊之間的集成、協(xié)調(diào)控制。

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審核編輯 黃宇