压电式喷头的基本原理和应用|工业压电喷头
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压电式喷头的基本原理和应用
周峰江
杭州开源电脑技术有限公司（３１００１１）
摘要在直接制网设备中，大量采用的是压电式喷头。本文介绍了压电式喷头的基本结构和工作原理，讨论了在设计制网机时针对压电式喷头所采用的一些设计方法。
叙词：筛网印花筛网制备喷嘴压电式中圈分粪号：ＴＳｌ９４．３７３
１
前言
盲接制网设备由于具有生产效率、精度和质量高
的优点，被广泛应用于印染行业。过去的大幅面激光成像技术虽然能表达精细云纹图案．但在制网中却无法完全克服接缝和精细网点损失问题，而且限制了印花布的花样设计和加工。直接制网设备的使用，可显著提高目Ｊ染行业的劳动生产率和产品质量，拓宽了国内印花的产品品种，降低生产成本，提高产品的附加值，缩短产品更新周期，不仅满足现代人不断提高生活质量的需求，更可以提高国内印染企业在国际上的竞争力。同时，由于该产品使用无胶片喷蜡制网，消除了激光成像显影冲洗对环境造成的污染。
直接制网设备与传统制网设备相比，在提高产品晶质、生产稳定性和降低生产成本等方面具有明显优势，因此替代激光成像机制网已成为大势所趋。直接制网设备有喷蜡制网机、喷墨制网机和激光制网机等。现国外有ＣＳＴ、荷兰斯托克（ｓＴＤＲＫ）、瑞士ＬＵＥＳＣＨＥＲ等公司生产该产品；国内有开源电脑技术公司自主研发的圆网和乎网喷蜡制网系统。目前圆网喷蜡制网系统的制刚精度达１５６０ｄｐｉ，制网速度６ｍｉｎ／ｍ２，重复精度±２０ｔｔｍ。该系统已通过原国家纺织工业局的鉴定，达到当前国际先进水平；乎网喷蜡制网系统也已推出样机，并已在用户中使用。
在喷蜡制网机中，使用的喷头是压电式喷头。压电式喷头具有工作性能稳定、使用寿命长等优点，所以被广泛地应用在各类图像输出没备，印染行业中的直接制刷机也不例外。
２压电式喷头的工作原理
压电晶体有两个显著特性。一是在外力作用Ｆ，由于晶体的变形导致电荷从晶体中释放而产生电压。这种现象表现在闩常生活中常常见到，如打火机的点火就是给压电晶体突发的外力使之产生放电而形成火花；另・个特性就是在给压电晶体加・电压时，晶体会产生变形，这是与前一特性完全相反的现象。如果把
万
方数据这一特性用在喷头上，就形成了压电式喷头。
所谓压电式喷头，就是在设计好的一个结构中，利用压电晶体在外加电压下变形这一特性．给压电晶体加一个强脉冲电压，结构中存储液体装置的体积会发生突然变化，从而让流体从固定的小孔中喷出，达到喷出墨滴的目的。在设计中，根据外加电噩的方向和大小不同，压电晶体的变形方式也不同。通常有拉伸模式和剪切模式两种模式，如图１所示。
ａ拉伴模式
渤衡
ｂ剪切模式
图１压电晶体变形模式压电式喷头结构和喷头喷出墨点的过程大致如图２所示。
图２喷头结构和喷出墨点过程
如图２所示，／ｉｔ表示压电晶体上电，晶体变形让腔内体积变太；ｂ为压电晶体没电．腔内体积开始缩小；ｃ表示在体积缩小的过程中，墨被挤压出喷嘴；ｄ则表示完成一次喷墨过程，回到初始状态。
图２描述了单个喷嘴的喷点过程。通常情况下，一个喷头有上百个喷嘴组成。如杭州开源电脑技术公司的喷蜡机使用的喷头由２５６个喷嘴组成一排。在生产喷头过程中，由于加工的误差和压电晶体本身特性的误差．不可能使每个喷嘴喷出的墨点的性能完全一
致。墨点的误差包括墨滴量的误差，喷出墨点运动轨
迹的偏差以及加在压电晶体上电压脉冲频率和幅值的偏差等。这些误差或者偏差都会影响机器打印图案的效果。所以设计打印机时，必须尽量避免这些不利因素同时起作用，从而使打印的图案最大限度地完美。３
喷头的墨滴量偏差
在设计喷头时，一个重要的参数是墨滴量。每种
型号的喷头都有墨滴量的设计值。但在生产时，每一个喷嘴的墨滴量有偏差。如在每个喷头上按喷嘴的排列顺序编号，２５６喷头有２５６个喷嘴，编号是从１到２５６号。如果每个喷嘴的实际墨滴量都被精确的测量出来，可以描绘成一个按喷嘴编号为横坐标的墨滴量曲线图，墨滴量的偏差是随机的，无规律可寻。
在设计打印机时，一个重要的步骤是数据的转换。就是将图像数据转换成每个喷嘴的数据。这个转换称为ＲＩＰ。一般图像数据（如ⅡＦ或ＢＭＰ格式）是以ｘ和Ｙ两个坐标来定位，而对喷头来说，加给每个喷嘴的数据只有一个坐标，多个喷嘴组合就形成单坐标固定宽度的数据格式，这个转换设计叫ＲＩＰ设计。
在设计ＲＩＰ时，要避免各喷嘴的墨滴量偏差被集中表现在某个图像区域，从而造成图像的颜色有明显偏差。如喷头中有几个喷嘴墨滴量相对较小（１００号到１６０号喷嘴），如果图案在某个区域内全部是用这些喷嘴打印的，没有用到其他墨滴量较大的喷嘴去喷这个区域的图案，最终的图案在这一区域内用墨的总量就会小于其他区域的图案，颜色就会偏浅。反之，用墨滴量相对较大的喷嘴去喷某一区域的图案，颜色就会偏深。所以在设计ＲＩＰ时，要尽量避免这个问题的发生。解决的方法是让图案的相邻两个象素点，用不相邻的喷嘴去喷，而且喷嘴相隔越远越好。
４喷头工作频率和电压
喷头是在一定频率的驱动电压的作用Ｆ完成图案打印的。在一定的打印精度下，频率越高打印速度越快，但是由于受喷头内部液体流动的因素影响，喷头打印频率是有限的。一般为１０
ＫＨｚ一３０
ＫＨｚ。设计时
打印频率选得越低，打印质量越好。打印频率过高会影响打印图案的质量。对生产喷头的厂家来说，设计好喷头内部的液体流动性和提高喷头的打印频率是今后的发展方向。频率与墨滴量也有关联。不同的频率打印出的墨滴量不同。其关系如图３所示。这些因素都是在喷头应用中应加以注意。
驱动喷头打印电压的幅值是作用在压电晶体上电
万
方数据图３打印驱动电压波形
压的大小。一般幅值越大，压电晶体的变形越大，墨滴量也越大。反之，幅值越小，墨滴量也越小。由于打印电压通常较高，在１００—２００ｖ之间。所以在设计电路时要注意产生高电压脉冲的上升沿和下降沿的斜率。如图３所示是打印电压的一个脉冲波形．上升沿应该陡一点。如果整个脉冲宽度是５斗ｍ，上升沿的时间要控制在１．５ｐｔｍ之内。下降沿不能过陡，过陡会影响墨滴的形状，甚至造成墨滴的分体．设计时选用了３Ｉｚｍ。
稳定时间是用来稳定电压的振荡，稳定时间过后到下
一个脉冲到来之前用来传送图像数据。
５
打印机机械传动误差分析
机械运动的误差有两个，一个是总的精度（称制造
公差），另一个是由于喷头在横移过程中有周期性的传动误差。这周期性的传动误差往往会与ＲＩＰ的周期性重合产生共振现象，应加以避免。
喷头的水平位置，实际是与滚筒的水平轴相平等。检查喷头水平安装质量的一个较好方法是，设计～种ＲＩＰ，有规律地让某喷头的头尾两个喷嘴打相邻两个象素点（ｐｉｘａｌ）。让其尽可能多地产生网点增益。用这种方法打印水平直线，即可看出喷头安装是否水平。
６提高打印质量的措施
６．１速度选择原则上取决于喷头的工作频率。频率越低，效果越好。
６．２精度选择精度的选择直接影响打印速度和用墨量。精度越高，打印越慢和用墨量越大，而且容易产生网点增益（因墨点重台程度不均而产生的密度有规则的波动）。反之则打印速度快、用墨量少，但容易引起色块，打印不实。
６．３喷头离打印介质表面要近。６．４设计一个好的打印驱动电压波形。
∞
（收稿日期：２００３—０２～０５
压电式喷头的基本原理和应用
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周峰江
杭州开源电脑技术有限公司,310011印染
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