压电喷墨打印头喷墨腔室的设计与制作

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喷墨打印技术因其独特的优势成为日常生活不可或缺的一部分，其应用范围日益扩大，从传统的图像打印扩展到柔性集成电路、电化学电池和生物芯片的打印等。喷墨腔室是压电喷墨打印头的重要组成部分，其制作工艺直接决定了墨滴的喷射质量和效果，本文研究了结合光刻与键合工艺制作喷墨腔室的方法。主要研究内容有：（1）依据材料特性和腔室制作要求对比分析了聚二甲硅氧烷、聚对二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和SU-8光刻胶等不同材料，最终选取物理化学性能优良的SU-8光刻胶作为腔室制作材料，并提出一种结合光刻与热键合工艺制作喷墨腔室的方案。（2）分析了压电驱动器振动理论及流体理论，并结合COMSOL软件模拟仿真优化了喷墨腔室各部分的尺寸。本文设计的压电喷墨打印头腔室尺寸为：1000×120×140μm，限流部尺寸为：1500×35×140μm，喷孔为外径20μm、内径30μm的倒锥孔，喷孔板厚度为40μm。（3）依据热键合机理、交联机理和聚合物力学性能确定了热键合参数；喷孔板的交联程度直接决定其玻璃点温度和杨氏模量，从而在热键合过程中影响腔室变形率、键合强度和键合率，通过实验对喷孔板的交联程度进行了优化。最终确定键合温度为85℃、键合时间10min、键合压力80KPa，喷孔板的前烘温度为75℃、交联程度为40%，得到了腔室变形率为3.27%、键合强度为0.57MPa的喷墨腔室，通过点施压的方法得到了100%的键合率。（4）分析了三种光学曝光方式，提出了适合制作倒锥孔的邻近式曝光法；研究了菲涅尔衍射原理，并利用MATLAB软件建立了衍射模型，分析了光刻胶各深度处的光强分布和曝光间隙对喷孔锥度的影响，通过实验对曝光间隙进行了优化。最终采用直径30μm的掩膜版孔径、30μm的曝光间隙制作出喷孔外径为20μm、内径为30μm、孔深40μm的喷孔板。（5）详细阐述了压电式喷墨打印头喷墨腔室的制作工艺流程，首先在基底上制作全交联SU-8胶开放腔室，其次在PDMS软基底上制作弱交联SU-8胶喷孔板，最后在键合对准装置下将开放腔室与喷孔板对准，施加压力与温度使其键合在一起；通过该工艺既能得到较高的键合强度又能得到理想的孔径大小与孔型，缩短了制作周期，同时也解决了腔室显影不彻底、喷孔不通等问题。最后对制作的压电喷墨打印头喷墨腔室进行了充墨测试和喷墨测试，成功观测到墨滴喷射过程。

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作者
伊茂聪;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科精密仪器及机械
授予学位硕士
导师姓名邹赫麟;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;
关键词
喷墨打印头; 设计;

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