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3D打印喷头中的压电魔法

更新时间: 2025-01-02 09:08:17  查看次数: 71    
压电陶瓷振动的时候,按照振动方向的不同,可以分成两类振动模式哦。其中一类呢,振动方向和极化方向是平行的,这就叫纵向振动;另一类是振动方向和极化方向垂直的,就叫做横向振动。在实际的设备里,会根据不同的需求,去选用不同类型的振动模式呢。有一种现象,当电距不断累加后,晶体就对外显示出电性了,这就叫做正压电效应。而要是晶体受到外部电场的影响,它内部的正电荷和负电荷会在电场力的作用下出现偏移,整个晶体会产生和电场成比例关系的位移,这种情况就叫逆压电效应。那压电陶瓷主要的工作过程是啥样的呀?当在压电陶瓷管的两端加上正电压的时候,因为电场在起作用,会让它内部的电荷发生偏移,这样陶瓷管就会沿着径向做缩小的运动。反过来呢,要是给它加上负电压,电场的方向就反过来了,这时候陶瓷管就会沿着径向做扩张运动。
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我们可以用仿真的办法,更直观地去分析逆压电效应让压电陶瓷管舒张收缩的这个过程哦。因为压电陶瓷管是轴对称的结构,所以只要分析它的二维截面就行啦,那就建立一个静态二维轴对称模型吧。在这个模型里呢,我们只需要分析逆压电效应,所以设定好静电边界条件,就能给它施加不同的电压值了。在材料方面呀,PZT - 5H材料是压电陶瓷常用的一种材料哦,它有个特殊的地方,叫正交各向异性,意思就是在轴向截面上属性是一样的,但是在垂直的界面上属性就不一样了。在仿真的时候呢,采用“压电器件”多物理场接口,只要改变给压电陶瓷施加的电压值,就能影响压电陶瓷管收缩舒张的情况了。给它加上正向电压的时候,压电陶瓷管内部的电势比外部电势高,它内部的正负电荷在电场力作用下发生偏移,这样就会让压电陶瓷收缩。要是施加反向电压呢,压电陶瓷管内部电势比外部电势低,同样因为内部正负电荷的偏移,就会让压电陶瓷舒张。通过给压电陶瓷施加不同的电压,再去分析它的径向位移,就能发现随着电压升高,压电陶瓷管的位移量也跟着增加,而且它们之间有着明显的线性关系呢,这就说明仿真的结果和理论分析是一样的哦。
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喷头可是喷射模块里很重要的一部分呀,它最主要的功能就是通过给压电陶瓷施加交变电压,来产生喷墨用的液滴哦。喷头是由堵头、加热块、节流阀、套筒、压电陶瓷管、支架、喷嘴这些零件组成的呢。加热块的任务就是给整个喷头提供一个特定的、恒定的温度。喷头的核心结构就是压电陶瓷管和喷嘴啦。再结合压电陶瓷的工作原理来说说喷头的工作过程吧。我们可以把这个工作过程分成三个阶段呢。第一个阶段,给压电陶瓷施加高电平,因为逆压电效应,管状的陶瓷就会沿着径向收缩。这个收缩的运动呢,会对里面的打印材料产生挤压的作用,这样打印材料就会经过喷嘴形成一段液柱。第二个阶段,给压电陶瓷施加低电平,这时候陶瓷径向管就会舒张,导致管里面的体积变大了,在喷嘴那里液体就会回流,液柱的尾部会出现径缩的现象,一直到液柱被拉断,这样就产生喷射的液滴啦。第三个阶段,压电陶瓷处于没有电势的状态,这时候因为气压的作用,在喷嘴口那里会出现一个悬挂着的小液滴。后面呢,就依次重复上面这三个阶段,不断地产生喷墨液滴了。