实验名称：桌面型喷印平台开发及其软件设计

　　测试目的：在实验室搭建的电流体喷印原理样机上验证了压电-电流体喷头的可行性，但是在实验中发现所使用的实验平台运动精度低无法保证墨滴的准确定位，观测相机放大倍数不足难以看清楚喷嘴和基板之间的准确间距，从而影响打印的效果。因此需要证更加先进的电流体喷印装备来验证压电-电流体喷头的性能和指标。

　　测试设备：高压放大器、函数发生器、精密流量泵、观测相机、喷头等。

　　实验过程：

　　图1：桌面型电流体喷印平台：(a)电流体喷印平台整体外观、(b)电流体喷印平台硬件构成

　　桌面型电流体喷印平台的硬件组成按照不同的功能模块系统可以划分为运动系统、视觉系统、喷嘴系统和控制系统，各个模块的详细组成如图1(b)所示。

　　1）喷嘴系统：喷头是一个喷印设备的核心部件，对于电流体喷印设备亦是如此。桌面型电流体喷印平台的喷头系统是一个复合系统，包括供墨模块、电压驱动模块、喷头模块，各个模块的具体功能如下所示。

　　喷头模块：由一个容积为1mL的注射器作为储液腔和一个点胶针头构成，能够用来实现点喷和纺丝工艺。

　　供墨模块：供墨模块在喷印设备中起着供给墨水的作用。使用过程中喷头模块装夹在精密流量泵的推动装置上，启动精密流量泵后，精密流量泵上的推杆会推动喷头模块的活塞运动从而实现溶液的供给。精密流量泵可以通过上位机进行控制，来实现流量的设定，控制喷头模块的快进和快退。

　　电压模块：桌面型电流体喷印平台中的电压模块用来给喷嘴和基板之间施加高压，使得喷嘴和基板之间形成稳定的静电场从而实现电流体喷印。电压模块由一个函数发生器和一个高压放大器构成。函数发生器作为信号源，输出的波形作为高压放大器的输入，函数发生器可以产生直流、方波、正弦波和三角波等，可以通过调节幅值、频率和占空比等参数来调节输出波形的形态。高压放大器的放大倍数为1000倍，函数发生器输出0~5V的波形信号，输入高压放大器后，可以得到0~5000V的高压电，能够满足电流体喷印所需的电压。

　　2）运动系统

　　桌面型电流体喷印平台的运动系统包括X、Y轴两个高精度的直线电机和Z轴的手动滑台。直线电机的定位精度为5μm，重复定位精度为2μm，能够满足压电-电流体喷头的实验需求。X、Y电机通过控制器能够实现直线插补、二次样条曲线插补指令，因此能够完成各种运动轨迹。喷嘴系统中的供墨模块和Z轴固定在一起，通过手动调节滑台来调节喷嘴和基板之间的距离。

　　3）视觉系统

　　视觉系统是喷印设备中不可或缺的一部分，通过视觉系统可以动态的观测喷射过程中喷嘴的状态和墨滴飞行的状态。桌面型电流体喷印平台的视觉系统包括射流观测相机和定位观测相机。

　　4）控制系统

　　桌面型电流体喷印平台的控制系统包括控制电路部分和电机控制器。电机控制器通过WLAN口和上位机进行通信。

　　实验结果：

　　实验中开发了高度集成的桌面型电流体喷印软件系统。首先详细的介绍了桌面型电流体喷印平台的硬件构成并分析了每一项指标，验证了桌面型电流体喷印平台的硬件指标满足压电-电流体喷头的实验需求。

　　高压放大器推荐：ATA-7050

　　图：ATA-7050高压放大器指标参数

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