Разработка печатающих головок струйных принтеров для точного нанесения материалов

Fanny Griesmer 04/01/2017
Share this on Facebook Share this on Twitter Share this on LinkedIn

Неудачная конструкция сопла печатающей головки струйного принтера ухудшает качество конечного продукта, независимо от того, идет ли речь о двухмерной или трехмерной печати, изготовлении интегральных схем или синтезе ДНК. Моделирование поможет определить идеальные размеры сопла печатающей головки для высокоточного нанесения материала. Использование программного пакета COMSOL Multiphysics® поможет преобразовать вашу модель в приложение, которым могут воспользоваться другие участники проекта, что позволит сэкономить время.

Сопло печатающей головки принтера: ключевой компонент множества приложений

Струйные принтеры широко применяются для печати двухмерных цифровых изображений и текстов, при этом печатающая головка напыляет небольшие капли жидкости из сопла на лист бумаги по заданному шаблону. Струйная печать используется не только для нанесения изображений на бумагу, но и в процессах трехмерной печати. Печатающая головка перемещается над порошковым печатным материалом определенного типа и распыляет жидкость через сопло на порошок, связывая его в заданную трехмерную форму (с данным процессом можно ознакомиться в этом видео на сайте 3dprinting.com). Печатающие головки струйных принтеров также нередко используются в медико-биологических исследованиях для диагностики, анализа и разработки лекарств. Сопла являются частью более сложного устройства, используемого для высокоточного нанесения микроскопических капель.

Моделирование капель чернил, выбрасываемых из сопла печатающей головки в разные моменты времени.
Сопло печатающей головки выбрасывает каплю чернил, которая проходит через воздух до того, как достигнуть своей цели. Данная модель была создана в программном пакете COMSOL Multiphysics®.

Независимо от типа устройства или механизма, в котором используется печатающая головка для нанесения материала, первоочередное значение имеет точность нанесения. Таким образом, качество конечного продукта зависит от конструкции сопла.

Моделирование потока жидкости в сопле печатающей головки

Размер капли для сопла печатающей головки является ключевым параметром при разработке. Чтобы достигнуть желаемого размера, необходимо оптимизировать конструкцию сопла, а также условия работы печатающей головки. Вместо создания прототипов сопла и их испытания в лаборатории можно воспользоваться программным обеспечением для моделирования, чтобы понять физику эжекции жидкости и определить оптимальную конструкцию устройства. COMSOL Multiphysics® является одним из программных пакетов, позволяющих моделировать подобные процессы.

Использование COMSOL Multiphysics совместно с модулями Вычислительная гидродинамика или Микрогидродинамика позволяет создавать модели, которые помогают понять, как свойства чернил и профиль давления в сопле влияют на скорость и объем капли, а также на наличие капель-спутников.

 

Модель, в которой межфазная граница между воздухом и чернилами рассчитана с помощью метода функции уровня. Цветной график вокруг капли показывает величину скорости в воздухе.

Что происходит внутри сопла печатающей головки в момент выброса жидкости? Сначала сопло наполняется жидкостью. Затем при дальнейшем поступлении жидкости в сопло уже имеющаяся там жидкость вытесняется наружу. Наконец, движение жидкости прекращается, что вызывает отрыв капли. Под действием силы, с которой жидкость в сопле воздействует на каплю, последняя перемещается в воздухе, пока не достигнет своей цели. Если описывать этот процесс языком физики, то можно сказать, что внутри сопла существует однофазный поток жидкости. При движении жидкости в воздухе поток становится двухфазным.

Мы не будем подробно рассматривать построение модели для данного случая, поскольку подробную инструкцию можно загрузить из Галереи приложений.

В большинстве компаний специалисты по моделированию — это особая узкая группа сотрудников, обслуживающих более широкий круг коллег и клиентов, которые используют разработанные модели для принятия важных коммерческих и проектных решений. Было бы замечательно, если бы эти заинтересованные лица могли самостоятельно выполнять повторное моделирование с измененными параметрами, не так ли?

Сэкономьте время, создавая приложения на основе вашей модели

Программный пакет COMSOL Multiphysics включает среду разработки приложений, позволяющую создавать специализированные пользовательские интерфейсы для сложных моделей. Вы можете создавать собственные приложения и предоставлять коллегам или клиентам доступ к определенным аспектам своих моделей, скрывая другие аспекты, которые не требуется изменять или которые слишком сложны, чтобы предоставлять к ним полный доступ. Представьте, что ваши коллеги по разработке или производству желают протестировать качество сопла печатающей головки при различных геометриях сопла и свойствах жидкости. Вместо того чтобы всякий раз обращаться к вам для внесения небольших изменений в базовую модель, они могут вводить различные значения в простые поля и нажимать на кнопку для получения новых результатов моделирования в предоставленном вами приложении. Благодаря тому, что теперь они смогут самостоятельно выполнять расчеты, у вас освобождается время для разработки новых проектов, моделей и приложений.

Чтобы показать, о чем идет речь, и помочь вам приступить к разработке собственных приложений, мы создали демонстрационное приложение на основе нашей учебной модели сопла. В этом примере пользователь может проанализировать различные виды сопла, чтобы определить, в каком из них достигается оптимальный размер капель. Приложение также позволяет учитывать такие параметры, как угол смачивания, поверхностное натяжение, вязкость и плотность жидкости. Как видно из снимка экрана ниже, пользователь может модифицировать форму и работу сопла, изменяя различные входные параметры.

Пример приложения для разработки сопла печатающей головки струйного принтера.
Пример приложения для разработки печатающей головки струйного принтера. В этом демонстрационном приложении пользователи могут изменять свойства жидкости, геометрию модели и интервалы времени моделирования.

Создавая приложения, вы даете возможность другим заинтересованным лицам принимать более быстрые и качественные решения, не предоставляя им полного доступа к базовой модели. Модель лежит в основе приложения, а вы как его разработчик решаете, какие входные данные разрешено изменять пользователям. Исходный файл вашей уникальной модели остается в вашем распоряжении, а различные результаты становятся доступны тем, кому они особенно необходимы.

Попробуйте сами

Чтобы приступить к работе, следует загрузить файл .mph, сопутствующую документацию для учебной модели и демонстрационное приложение из Галереи приложений.

Для загрузки документации требуется только учетная запись COMSOL Access. Для получения файла .mph вам также потребуется действующая лицензия на программное обеспечение COMSOL Multiphysics® либо ее пробная версия. Отметим, что данные файлы также доступны непосредственно из продукта в Библиотеке приложений.

Другие ресурсы


Загрузка комментариев...

Темы публикаций


Теги

3D печать Cерия "Гибридное моделирование" Введение в среду разработки приложений Видео Волновые электромагнитные процессы Глазами пользователя Графен Интернет вещей Кластеры Моделирование высокочастотных электромагнитных явлений на различных пространственных масштабах Модуль AC/DC Модуль MEMS Модуль Акустика Модуль Волновая оптика Модуль Вычислительная гидродинамика Модуль Геометрическая оптика Модуль Динамика многих тел Модуль Композитные материалы Модуль Коррозия Модуль Механика конструкций Модуль Миксер Модуль Нелинейные конструкционные материалы Модуль Оптимизация Модуль Плазма Модуль Полупроводники Модуль Радиочастоты Модуль Роторная динамика Модуль Теплопередача Модуль Течение в трубопроводах Модуль Трассировка частиц Модуль Химические реакции Модуль Электрохимия Модуль аккумуляторов и топливных элементов Охлаждение испарением Пищевые технологии Рубрика Решатели Серия "Геотермальная энергия" Серия "Конструкционные материалы" Серия "Электрические машины" Серия “Моделирование зубчатых передач” Сертифицированные консультанты Технический контент Указания по применению физика спорта