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噴墨打印機打印頭的熱轉移控制介紹

文章出處:人氣: 发表时间:2018-03-20 10:59:59
現在,包括寫真機在內的噴墨打印機的打印頭結構必須更廣泛地使用微機械電子系統,而微機械電子系統的應用正進入不同的領域,並不局限印刷,當前的微觀尺度設備將很快轉移到納米尺度設備,從而面臨更高的能量需求,熱量耗散將成爲未來的主要問題。熱噴墨打印頭正在追求更好的噴嘴排列密度,以及與墨滴重量減少關聯的更高的墨滴噴射頻率,要求以大約w的功率運轉,某些領域的功率要求甚至達到或超過w。在提高基本結構功率的同時,也要求更高的功率密度,例如超過W每平方米。
    超越印刷目标的其他热喷墨技术新应用领域正与日俱增,例如准确地掺入化合物和燃料注射等。尽管这些新的应用的基本工作原理与热喷墨印刷相同,但由于流体与墨水很不相同的本质,操作温度明显不同。实验室应用的芯片依赖于精确的流体路径和加热器,为热喷墨技术按长周期运转时间和制造成本要求提供重新设计工艺,例子之一是聚合酶连锁反应过程,通过连锁反应使分块的DNA样本实现倍增。这种过程涉及多个加热周期的精确温度定位点、加热和冷却交替作用。
    例如首先加热s左右达到超过度,以改变DNA的本质或使其双螺旋结构断裂成两个单一的绞合螺旋;紧接着实施初级“退火”步骤,要求在大约Imin内冷却到- 60度,获得需要的DNA绞合螺旋“模板”区域;最后是初级扩张工艺,加热作用的目标温度在度左右。问题的关键在于必须尽可能快地完成从一种步骤改变到另一种步骤,才能实现良好的输出目标。一般来说,实验室芯片以每秒钟超过度的加热速率和每秒钟度的冷却速率可以提供要求的生产效率,步骤的变化只需要几分之一秒的时间。与加热速率同等重要的是温度控制,可采用腔体肉放置传感器的方法通过保持闭环反馈信息予以实现。然而,温度的均匀性必须得到保证,尽管硅可以确保理想的热腔,但由于其高的导热率使专业人员面临挑战,要求以微机械加工实现腔体的隔离,以保持温度的均匀性。
    对于循环加热腔体的加工方法归结为按不同的区域烧蚀或刻蚀出流体通路,例如包含DNA样本的流体将缓慢而曲折地通过不同的区域,每一个区域对应于聚合酶连锁反应过程必须的三个步骤之一,借助于微泵作用获得流体运动,利用热量建立的气泡推动流体。
    目前有大量的微机械电子系统应用,以热能作为目标功能的推动力,例如用于生物分子识别的微热量计、热微泵(利用热能生成的微气泡使流体以一定的速度运动,流速从低于每分钟纳升到几毫升)和微阀门,或建立在热能激励双金属薄膜或钛镍合金基础上的电热驱动器,经受得起塑性变形,通过热的应用以激光恢复原来的形状。