用FLOW-3D分析喷墨制程的热传 / 流体

报告重点

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

一 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。

Fig1. 喷墨过程的模拟 (FLOW-3D)

二 . 薄膜结构与相邻流体之间的热分析细节设定

三 . 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。

Fig2. 均匀热气泡的形成（ FLOW-3D ）

四 . 实验验证

Fig3. Open Pool 实验（ 2003 年完成 , 感谢 Dr. David Trauernicht 提供此实验照片 ）

Fig4. Open Pool 模拟（ FLOW-3D ）

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

五 . 液滴生成模拟

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）

感谢 Dr. David Trauernicht 提供此实验照片

六 . 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。