26、材料喷射技术：原理、方法与建模

材料喷射技术：原理、方法与建模

1. 按需滴落模式（Drop-on-Demand Mode）

1.1 按需滴落模式原理

按需滴落（DOD）模式下，单个液滴直接从喷嘴产生。只有当喷嘴中的单个压力脉冲促使流体排出时，液滴才会形成，这些压力脉冲由热、静电、压电、声学或其他执行器在特定时间产生。据相关研究表明，DOD 方法能够以每秒 0 - 2000 滴的速率沉积直径为 25 - 120μm 的液滴。

1.2 主要执行器技术

当前 DOD 打印行业中，热（气泡喷射）和压电执行器技术占主导地位：
- 热执行器 ：依靠电阻器加热储液腔内的液体，直至形成气泡并膨胀，从而迫使液滴从喷嘴挤出。
- 压电执行器 ：利用压电元件的变形来减小储液腔的体积，进而使液滴喷射而出。压电驱动的 DOD 系统所采用的波形多样，从简单的正方形波到复杂的负 - 正 - 负波不等，其振幅、持续时间等参数会被精确调制以按需产生液滴。

1.3 按需滴落模式优势

与连续喷射（CS）方法相比，DOD 具有液滴尺寸小（通常直径与喷孔相近）和放置精度高的优点，因此在诸多应用中是更优的选择。而且，压电 DOD 比热 DOD 应用更广泛，因为它不依赖于蒸汽泡的形成，也无需加热，从而避免了对敏感材料的损坏。

1.4 实际应用案例

许多研究人员和企业都在使用压电驱动的 DOD 打印技术，例如：
- Gao 和 Sonin 使用该技术沉积两种蜡的 50μm 液滴，这两种蜡在 100°C 时的粘度约为 16cP。