按需打印模式及喷墨微制造技术

由前面的内容可知，脉冲喷射的频率（f）通过调节直流电压大小来控制。基板的移动速率和喷头的扫描频率f决定了相邻打印点的间距，单个打印液滴的位置无法有效控制^[11]。为解决这个问题，可使用脉冲信号代替直流电信号来控制开启电压的启动和关闭，这样，每一个独立的打印液滴都能由计算机直接控制。这种打印模式即按需打印（Drop-on-Demand），根据需求滴落打印模式，可以有效改善液滴定位。

这种打印模式发展的核心工艺是不降低打印频率（f）。在固定电压的基准上，叠加短促的高脉冲电压，可以使频率达到千赫级，如图4.4所示。高脉冲电压诱导液滴喷射，较低的固定电压控制液滴的电荷聚集、锥形形变、形变回复等过程的循环。固定电压要尽量低，在不施加脉冲电压时不至于引发喷射；脉冲电压要足够高，确保在很短的脉冲时间内完成喷射的引发。

图4.4 在喷墨过程中，时间-电压曲线示意图（反应高频脉冲电压和基准电压情况）

(www.xing528.com)

图4.5 按需打印图案，喷头内径为5μm，控制方式为改变脉冲宽度，墨水为紫外固化的聚氨酯预聚物，打印点直径约为4μm和8μm，点间距约为16μm

（引自参考文献[14]。Mishra S.et al.（2010）J.Micromech.Microeng.，20（9），095026，Copyright IOP Publishing Group）

在按需打印模式中，打印液滴间距（s_d）由脉冲间隔和基板移动速率决定：（s_d）=脉冲间隔×基板移动速率。打印液滴的直径由脉冲宽度、喷头尺寸和压力差控制。通过增加脉冲宽度，在单个脉冲时间内能打印一行点，同样，也可以让很多液滴喷向基板的同一个位置，打印出更大的点。因此，最终的打印点尺寸由每个脉冲阶段喷射的液滴数量决定，与脉冲时间有关。如图4.5所示为按需打印图案的光学显微照片，打印过程中保持一定的脉冲间隔，使用两种不同的脉冲宽度打印出尺寸不同的点（500μs：4μm；2500μs：8μm）。综上，打印分辨率可以在打印输出中自由控制，不需要改变压力和喷头尺寸。