压电驱动膜片式微滴喷射仿真与尺度一致性试验研究

摘要

微滴喷射技术是一种数字化控制微米级液滴产生和分配的技术,在微电子封装和微光学器件制造等领域具有极大的应用前景。提出一种压电驱动膜片式微滴喷射技术,阐述微喷工作原理,基于黏性流体力学进行微喷过程的理论分析并分析影响微滴喷射的关键参数。使用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件基于流体体积法(Volume of fluid,VOF)的二维轴对称模型对微喷过程进行数值仿真,通过数值仿真分析按需喷射的机理和卫星滴产生的原因,并总结参数对微滴直径和微滴喷射速度影响的规律和经验公式。根据仿真研究结果设计压电驱动膜片式微喷装置,并构建微喷试验系统,试验结果与仿真结果吻合较好,说明提出的仿真方法是可行的。该微喷技术可实现1～150 cP黏度范围流体材料的按需喷射,喷射频率可达300 Hz,且微滴尺寸具有良好的一致性。