声发射墨滴喷射过程

8.6.2　声发射墨滴喷射过程

固体油墨声发射技术利用聚焦到液体表面的声波从该液体喷射墨滴，图8－27给出了声发射油墨喷射技术的墨滴喷射原理。实心棒的一端附有压电传感器，另一端为灌入了液体的球形凹坑，除容纳墨水外该凹坑也兼做聚焦声波的“镜头”单元。当压电传感器受到射频能量阶调破裂信号的激励时，传感器产生的声波在实心棒中向“镜头”方向传播;凹坑“镜头”使传播过来的声波朝向液体表面聚焦，经调整后在焦平面上形成能量高度会聚的超声波束;声波撞击引起的破裂导致液体从表面隆起，这种位置高出表面的隆起源于声波的辐射压力效应，如果入射声波的能量足够高，则由于Rayleigh-Taylor不稳定性原理而导致从隆起表面分裂出墨滴，脱离液体表面时墨滴的喷射速度可能达到每秒钟几米高的速度。喷射动作结束后，液体表面松弛下来，在隆起面的附近形成毛细波，以放射形式向外部方向传播。通过上述方式喷射的墨滴尺寸、速度和方向都很稳定。

图8－27　声发射墨滴喷射过程

固体油墨声发射印刷技术产生的墨滴直径与聚焦后声波束的侧向尺寸相当。由于声波的聚焦在典型场合受衍射的限制，因而喷射墨滴尺寸与声波在液体中的波长同一量级，例如当声波频率为150MHz时在大多数水溶性液体中的波长约10μm，生成的墨滴体积在微微升(Picoliter)量级。

声发射固体油墨印刷的优点在于，即使不使用尺寸很小的喷嘴(固体油墨声发射印刷称为墨滴喷射器)也照样能获得极小的墨滴，导致优异的墨滴喷射方向性，而标准喷墨印刷技术的墨滴喷射方向对喷嘴孔的几何误差相对敏感。声发射喷墨的墨滴喷射速度往往受毛细波在墨滴喷射后的稳定时间所限制，典型墨滴喷射速率是kHz的几十个量级。