压电声学喷墨打印中喷嘴出口的选择性蒸发

在喷墨打印的实际应用中，打印头中的喷嘴会有间歇的空闲期，在此期间墨水可能从喷嘴出口蒸发。墨水通常是多组分的，每种组分都有其自身的特征蒸发速率，从而在墨水中产生浓度梯度。这些梯度可能直接以及间接（通过马兰戈尼流）改变喷射过程，进而影响其可重复性和所得打印质量。在本工作中，我们研究了水-甘油混合物从喷墨喷嘴的选择性蒸发。通过实验、解析建模和数值模拟，我们考察了混合物组成随干燥时间的变化。通过监测打印头内的声学信号，并随后将系统建模为质量-弹簧-阻尼系统，可以获得混合物组成随干燥时间的变化关系。解析模型的结果使用控制打印头流动和压力场的完整流体力学方程的数值模拟进行了验证。此外，数值模拟揭示出我们在实验中观察到的与时间无关的浓度梯度是由于通过打印头的水通量的稳态所致。最后，我们测量了在该系统中喷嘴内混合物浓度恢复到初始（干燥前）值之前所需的液滴形成事件次数，并发现所需液滴形成事件次数呈现强于指数的趋势。这些结果揭示了与打印头喷嘴处墨水干燥相关的复杂物理化学流体动力学，并有助于提升喷墨打印的稳定性和可重复性。