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1、ISSN1000-0054清华大学学报(自然科学版)2004年第44卷第8期27/37CN11-2223/NJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2004,Vol.44,No.81107-1110压电微滴喷射装置的设计魏大忠,张人佶,吴任东,周浩颖(清华大学机械工程系,激光快速成形中心,北京100084)摘要:基于微滴喷射的快速制造技术是快速成形发展的[1]材料的数字微滴喷射是其关键技术。数字微滴喷重要方向之一,压电微滴喷射装置是其核心技术。该文建立射技术对喷射装置提出了很高的性能指标,要求响了典型的压电微滴喷射装置模型,通过对腔体内部流体运动应速度快、动作频率高、精确可控、
2、耗能少并有一定的简化,推导出形成微滴喷射的两个数学判据。在此基础上,的输出功率,同时要求体积小,易于集成化,加工方提出了压电驱动器和腔体结构的设计方法,包括压电驱动器便。压电驱动微滴喷射装置的出现满足了数字微滴形式和材料的选择,压电驱动器变形量和工作频率的计算,喷射技术的需要。研究了电源参数对喷射效果的影响。根据此方法设计的压电微滴喷射装置能实现黏度范围在0～100mPas内流体的可压电驱动微滴喷射装置的基本原理如图1所控离散喷射,喷射频率为0.4～1kHz,喷孔直径最小为示,根据压电陶瓷的逆压电效应,压电陶瓷膜片在垂0.08mm。直于其表面的电场作用下,会产生膨胀、收缩变形。关键词
3、:工艺设计;快速成形;微滴;喷射当压电陶瓷膜片与金属薄膜用粘结的方法复合在一起时,陶瓷片的膨胀收缩会引起金属膜的弯曲变形。中图分类号:TH162文献标识码:A文章编号:1000-0054(2004)08-1107-04若复合膜片固定在储液腔体一端,复合膜的弯曲变形引起腔体体积变化,导致腔体内压力波动,液体就Designofpiezoelectric从腔体另一端的小孔喷出。控制压电驱动器的运动,micro-dropletinjector就能形成可控的喷射。WEIDazhong,ZHANGRenji,WURendong,ZHOUHaoying(CenterofLaserRapidProto
4、typing,DepartmentofMechanicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Rapidmanufacturingtechnologybasedonmicro-dropletjettingisoneofthemaindirectionsofrapidprototyping(RP)development.Thepiezoelectricmicro-dropletinjectoristhepivotal图1压电驱动式微滴喷射原理示意technology.Apiezoelectricmicro
5、-dropletinjectormodeldescribingthefluidmovementinthecavityandthedropletformationwasused由于压电陶瓷膜片的振动位移非常小,一般只todefinetwocriteriaformicro-dropletformation.Thecriteriawere有几个微米,因此设计压电驱动微滴喷射装置的关usedtodesignthepiezoelectricactuatorandcavitystructure,includingtheselectionofthepiezoelectricactuatorforma
6、nd键是在对微滴形成条件的透彻分析上,对装置尺寸materials,thecalculationofthepiezoelectricactuatordistortion,进行定量的分析和设计,充分利用压电膜片的微小andtheworkingfrequency.Theinfluenceofpowersupply位移产生尽可能大的压力波动。本文将对压电微滴parametersonthejettingwasalsodescribed.Thenewpiezoelectricinjectorprovidescontrollablediscretejettingatfrequenciesfrom0
7、.4喷射装置的设计方法进行系统的讨论。to1kHzwithamaximumfluidviscosityof100mPasandaminimumorificediameterof0.08mm.收稿日期:2003-09-10Keywords:processdesign;rapidprototyping(RP);micro-droplet;基金项目:国家自然科学基金资助项目(50105008)injector作者简介:魏大忠(1977-),男(汉)
