噴墨打印技術背面的波形淺析

時間：2025-01-31 08:49:53 作者：147小編點擊：次

噴墨打印技術很大程度上已然作為微電子產業不可或缺的一環。然則怎樣實現有效率，高良率的電子打印依舊是當下最棘手的問題。本文將從噴墨打印中最關鍵的一環——波形入手，帶你解開噴墨打印的奧秘。

噴頭構造

為了幫忙解釋波形的用途，讓咱們看一下噴頭的噴嘴腔。下圖描述了一種被叫作為“填充-開火”的噴射過程，這種噴射過程被廣泛應用于噴頭的構造設計中。在這種狀況下，壓電陶瓷材料PZT(壓電陶瓷材料)在施加電壓時出現變形，改變墨室的體積，引起墨室內的油墨移動，最后噴射出去。將這個電壓準確的施加到PZT上的調控程序便是波形。

噴墨原理描述

在噴頭的設計上，各類品牌大致相同，都是基于疊層壓電陶瓷（PZT）設計而成。PZT僅有在施加電壓的狀況下才會被擴展，因此在插進打印頭之前不會有變形。一旦供電，噴頭保持一個特定的電壓，引起PZT拉長并保持其非噴射位置(左)。倘若電壓降低，PZT縮回并在腔內產生膨脹，將油墨吸進腔內(中心)。為了噴射出一個液滴，電壓恢復到原來的值，腔體縮小，多余的墨水被擠出(右)。這個過程每秒重復數千次。

市面上平常的幾類噴頭設計

需要重視的是，打印頭能夠由正向脈沖或反向脈沖驅動，這取決于區別機構的技術考量。不管基于何種設計，波形中最重要的是波形傾斜部分的計時與保持計時。即電壓保持在那個水平(高或低)多久后才回到初始位置。脈沖計時決定了當腔體的體積恢復到穩定狀態時噴嘴處的噴墨狀態，這是構建波形的第1步。

脈沖時間

經過以上介紹，咱們已然大致認識墨水是怎樣被噴出來的，在脈沖電壓的功效下，形變的墨水腔擠壓墨水，這種壓力的傳播實質上是以聲波的形式傳導的，此過程接近以聲速快速進行。

倘若打印時你站在打印頭旁邊，你乃至可能會聽到它“唱歌”，這取決于打印運用的頻率。你能聽到它的原由是由于驅動器產生聲波。當然，這兒面最重要的是墨水本身產生的聲波，由于噴射壓力的變化是由于其來定義的。

聲波隨著電壓脈沖的變化

當電壓降低時，墨水腔收縮引起聲波產生，此聲波振幅會隨著時間而消失。此過程伴同著墨水的彌補。當新的脈沖來臨時，腔體壓力變大，聲波的信號重新加強，最后墨水被成功噴射出來。但此時亦伴同著新的問題，倘若新的脈沖信號在錯誤的時間被引入，墨水特別有可能會在即將噴射的瞬間，被重新引入腔體，引起不可夠順利噴射或效果極差。因此呢，咱們要充分思慮脈沖連續時間（pulse width），它太短或太長，那樣PZT的產生的聲波、壓力和運動就會區別步。倘若油墨在壓力增多的時候無向正確的方向移動，那樣就不會安穩地增多沖量，沖量可能會被抵消。這就像推秋千上的孩兒同樣。倘若你在正確的時間推動秋千，動量就會增多，它們就會擺動得更高。倘若你在錯誤的時間推她們，她們會猛烈地停下來。

聲波震蕩時間與脈沖時間比較

聲波連續時間因墨水的區別而區別。但一般狀況下，一個聲波連續的時間大約為100微秒，在設置新的波形時要充分思慮此要求，并進行優化。

共振狀況

共振現象描述

在一種打印頻率下工作良好的波形在另一種頻率下可能工作欠好，這是很平常的。這一切都歸結于墨水在腔內來回移動時脈沖的時間。隨著頻率的增多，由給定脈沖產生的聲波和運動起始與前一個脈沖相互功效。在必定的頻率下，這種是加強噴墨的共振，就像圖中最上面的例子。當打印頻率越高，下一個液滴和壓力波顯現時，前一個壓力越有可能尚未衰減到零，導致噴墨不良的可能性亦就越大。倘若油墨仍在移動，先前的脈沖亦可能會增多壓力(更高的速度與潤濕)。倘若需要打印速度是靈活多變的，那就必須對墨滴在必定頻率下的噴墨狀況進行優化，以保證最后打印速度不落在出現共振的頻率范圍內。

多重脈沖

在硬件設備準許的要求下，亦能夠運用多脈沖信號以實現更有效的噴墨打印。多脈沖的波形一般依賴于壓力波中的第1或第二共振。這寓意著當油墨向噴嘴移動時，第1個脈沖會增多油墨的壓力。有些墨水會噴出來，其余的會從噴孔彈出去，回到腔身體。一旦墨水再次向噴嘴移動，第二個脈沖將增多其動量。脈沖應仔細調諧，由于這種二次加強，動量很大，能夠極重的加強墨滴體積與噴墨效果。

多重脈沖描述

多重脈沖的優點遠不僅限于增大墨滴體積，在低粘度溶劑打印的過程中，溶劑會不由自主滴落。這種多重脈沖，能夠有效掌控低粘度溶劑在施加脈沖前（單一脈沖）的滴落問題。另一，多重脈沖能夠改善在單一脈沖要求下，半月板形變的問題。這般能夠準許用戶去加強滴墨頻率與打印速度。下圖為一多重脈沖波形的專利描述，供大眾發散思維。