FLOW-3D中国分公司/三维流动贸易(上海)有限公司

应用FLOW-3D于喷墨制程的热传/流体分析

作者:Christopher N. Delametter, KODAK

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报告摘要

1)喷墨制程之模拟分析概论
2)薄膜结构与相邻流体之间的热分析细节设定
3)均匀热气泡模型的详细结果说明
4)喷嘴设计的验证(包含了 chamber structure, reservoir, 以及 nozzle)
5)液滴生成模拟
6)结论

喷墨制程的模拟分析

  1. 研究分析软件采用FLOW-3D商业版本。
  2. 分析时采用简化的轴对称流体模型仿真典型的热气泡喷墨制程机构
  3. 在 0~1μs 之间,施加能量于位在流体下方的薄膜堆栈电阻加热机构。
  4. 大约在 1 μs 时,与加热机构相邻的流体达到过热温度限制,并且开始形成气泡。
  5. 气泡迅速膨胀,驱动流体通过相邻的孔洞,喷出液滴。
  6. 气泡继续扩大,当薄膜层不足以支撑气泡形成时,气泡就会破裂。
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薄膜结构与相邻流体之间的热分析细节设定

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均匀热气泡模型的特征

当气泡开始形成时,流固界面温度达到预定的过热温度限制 。
假设气泡为均匀的,并且为理想气体 (equation-of-state) ,可由Clapeyron方程式描述的相变化饱和压力加以说明。
通过流体/蒸汽边界的质量流率可由动量定律求解而得。

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应用FLOW-3D于喷墨制程的热传/流体分析

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Open Pool 实验(2003 年完成,感谢Dr.David Trauernicht提供此实验照片

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Open Pool模拟(FLOW-3D)

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Ejector设计的考虑重点

输出特征:

  1. Drop Volume and Velocity

  2. Drop Quality

  3. Maximum Firing Frequency

关键设计参数:

  1. Chamber Height

  2. Nozzle Plate Thickness
  3. Nozzle Shape
  4. Reservoir Impedance
  5. Heater Size
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液滴生成模拟

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之前的模拟与结果对照(circa 2002,分析结果与实验比对相当合理)

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感谢Dr.David Trauernicht提供此实验照片

结论

  1. FLOW-3D提供柯达 (Kodak)相当完善的技术支持以及相关的研究协助,并且能够在有限的时间内提供相当可靠的研究数据。
  2. FLOW-3D的VOF技术证明了分析预测的模拟结果与真正的实验相比非常吻合。

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