直接串扰：喷墨打印微制造技术的直接串扰作用及消除方法

在剪切模式中，压电材料的强的剪切变形成分被用于使油墨室壁产生变形。定向的电场与极化方向垂直，d₁₅模型被用于通过一个剪切模式变形，使油墨室壁产生变形。这导致平行于极化方向的剪切变形，如图5.1所示^[2]。

在图5.1中，展示了两个版本的剪切喷墨模型，共壁原则，其中该压电陶瓷也是通道板，与驱动器作为一个独立外层的剪切模型，其中独立外层覆盖通道板。在共壁原则下，通道切块在压电材料本身上，并覆盖有固体板^[3，4]。极化方向沿着通道壁的高度方向，电场则垂直通过通道壁。

在剪切模式驱动的共壁设计下，由两个通道之间的壁被用于通道横截面产生变形这一事实，引起了一个很高的直接串扰作用。两个相邻通道的横截面变形大约是开动通道变形的50%，甚至一个在相邻通道上的脉冲计数器被用于保持串扰在一个特定水平下。另外，同时开动两个相邻的通道是不可能的，只有每三个通道中的一个可在同一时间被启动^[5，6]。

随着驱动器作为外部的变形层，这个问题不会出现，直接串扰作用也因此更少了。只有一些电串扰产生，因为一小部分电场方向沿着极化的方向，这导致驱动器的扩展，进而导致通道壁的变形^[7]。

在弯曲模式中，一个墨室壁的弯曲被用于喷射墨滴^[8，9]。在第一个打印头中，外壁使用压电陶瓷胶合在其上的隔膜制成。电场被用于压电材料的极化方向上，不仅在极化方向上的变形被使用了，而且从垂直到极化方向的变形也被使用。由于压电陶瓷胶合在一个被动膜上，则驱动器会弯曲。

图5.1 剪切模式原理，在中心和外电极之间施加一个电场后，在驱动方向上所计算出的变形。显示了两个被用于压电打印头的版本

只有一个激活层的弯曲模式驱动器也被叫做单压电晶片驱动器^[10]。有几种类型的弯曲模式驱动器，双压电晶片驱动器是用两个压电层做成的，这种驱动器的操作不是与同向双层电极串联，就是与反向电极并联^[11]。一个变体是双压电晶片驱动器增加一个金属垫片，以增加可靠性和机械强度。具有完整性结构的驱动器也被称为单体^[12]。在所有这些情况下，驱动器的弯曲是因为不同层的延伸率不同。

变形的形状和位置或多或少类似于作为外层的剪切模式，所以弯曲模式的直接串扰也是非常低的。现在只有一个弯曲力矩在通道壁上，有像石墨这样的软通道板材的存在，这仍旧会导致一些直接串扰产生。(www.xing528.com)

在也被叫做碰撞模式的推挤模式下，一个压电元件推挤一个墨室的壁进而使墨室产生变形。电场被施加在极化方向上，而且变形的方向与极化方向相同或者垂直。

为了能够使墨水通道产生变形，压电元件必须有一个能提供反作用力的基板为其支撑。这个方面的一个重要的结果是产生了机械应力，这降低了压电元件的有效压电行为。减少有效压电损失的一种方法是充分利用形状因素^[1]。在垂直于压电元件的高度方向上至少有一个尺寸应该比元件的高度要低得多，然后来自基板的机械约束只能延伸到压电元件高度的一个类似的小部分，则有效压电损失会像被用在一些商业打印头上一样减少很多^[13，14]。

作为一个例子，在一个1mm的AlO_x的基板上，一个驱动器被用于500μm高的PZT元件，这个驱动器被粘附在拥有与压电元件有相同分辨率通道的通道块上，譬如，一个75通道/in的分辨率。一个25μm的钽箔覆盖了一个220μm宽的通道，这个箔必须被取代超过几十纳米。在被基板支撑的压电元件处于激活的情况下，相应的反作用力会被引导到未激活的元件上，则未激活的通道也将产生变形，这个如图5.2第一个例子中用黄铜做成的120μm高的通道所示。这引起的相邻通道的变形与之前的变形相反，这些对喷出墨滴是必要的，这会导致一个几乎50%的直接串扰作用^[1]。当一个相邻通道被同时激活时，墨滴下落的速度将会更低。

图5.2 一个碰撞模式通道结构和通道结构的计算变形的前视图。色度光→暗是13nm→-27nm在第一个示例a中，在图中，变形被放大2000倍。基板的反作用力被引导到相邻的元件上，这导致相邻的通道产生一个相反的形变。在第二个示例b中，显示了覆盖有10μm的聚酰亚胺箔片的石墨中220μm宽通道的估算变形。色阶现在对应一个0～60nm的位移范围。基板的反作用力被引导到通道壁，这消除了直接串扰作用。在第三个示例c中，图中在石墨中的 220μm宽通道的计算变形被放大了1000倍。在中间通道中的压力是1bar，这导致 箔片在驱动方向上大约2nm/bar的位移

基板的反作用力必须要被引导到打印头的另一个部分，从而抑制直接串扰作用。一个简单的方法就是利用通道壁。对于220μm宽的通道，其有足够的空间使压电元件的分辨率增加一倍。在减少压电元件的宽度以及间距从169μm减到84.5μm后，压电元件的数量会增加一倍。压电元件的一半被用作驱动器，另一半被用于支撑通道壁，这会产生一个环绕每个激活通道的力。

力环的刚度必须比产生变形的通道的刚度要高，在这个例子中，一个25μm的钽箔的刚度与500μm高的压电元件的刚度有相同的顺序，而且在第一个相邻通道中的串扰作用仍旧是10%^[1]。所以，箔片的柔韧性是很重要的。当有一个10μm薄的聚酰亚胺箔片时，箔片在驱动方向上的刚度会少很多，而且直接串扰作用会消除，这如图5.2b所示。压电元件的驱动导致开动的通道的箔片40nm的位移，在相邻通道中的位移少于1nm。