基于压电效应的流固耦合和气液两相流的打印头快速分步分析方法

摘要

微滴喷射技术具有广泛的应用领域和极高的市场占有率,打印头作为核心部件,其性能严重影响成型件的质量。为了实现更高液滴喷射速度的目标,本文提出了一种基于压电效应的流固耦合和气液两相流的快速分步结构优化分析法。首先通过有限元模拟,建立了压电式打印头的压电-弹性-流体耦合和气液两相流模型,探索了流道腔长度、宽度、深度、压电结构厚度以及振动板厚度对液滴喷射性能的影响规律;通过正交试验方法,确定了打印头结构尺寸的最优组合。运用激光多普勒振动测试系统,对按照优化结果制造出的打印头进行了打印头振动板变形情况的测试,验证了有限元模拟的可靠性,并根据喷射液滴的速度和体积验证喷射的稳定性。结果表明,按照优化结果得到的尺寸来制造出的压电式打印头成功实现了墨滴的喷射,且喷射情况稳定,验证了这种结构优化分析方法的可靠性。