液体形成、补充和润湿-喷墨打印有关的微制造技术

声学测量可以检测到墨水通道内的压力波影响的现象。液滴的形成过程改变了喷嘴内墨水的数量，这些墨水通过喷离一定量的液体产生。墨水在喷嘴中的质量直接影响着声学性质。喷嘴是墨水通道内压力波的局部封闭边界条件。喷嘴内的少量墨水将导致一个较低的喷嘴声学阻抗，声压力波的反射将在开口端发生改变。喷嘴内少墨水压力波的反射将导致喷嘴较低的压力振幅和通道内的高振幅。

为了持续发射液滴，喷嘴液滴形成循环后需再次填满。在短时间范围内，也就是说，只要声压力波不衰减，不对称加速的墨水喷嘴是喷嘴补充背后的主要驱动力。在一个正压力峰值到达喷嘴时，弯液面表面收回，小规模的墨水喷嘴获得一个大的内部速度。在负压力峰值到达喷嘴时，弯液面表面移至外表面，大量墨水在喷嘴内获得了个小加速度。这导致净位移外移，在短时间内填补了喷嘴，即压力卸载之前时间已经结束，这通常是不到100μs。

墨水表面张力γ和生成一个毛细管压力喷嘴的p_c与R_n半径的关系是

在喷嘴出口锐利的边缘处，cosθ等于1。毛细管压力是另一个喷嘴充满的驱动力。这种压力将推动弯液面位于平衡位置，也在压力波逐渐减弱之后。泊肃叶流的压力剖面的喷嘴长度L_n和u=∂z_n/∂t的关系如下：

式中，η为墨水的黏度。

从弯液面的位置得到Washburn方程：(www.xing528.com)

这将导致喷嘴填充相当缓慢，例如填充时间为几百微秒。两种效果在正常打印头的操作中的影响会导致灌装喷嘴的变化。在图10.3中，最上面的图显示的是喷射喷嘴过度充满的例子^[12]。液滴形成周期开始阶段的填充水平直接影响液滴性能。

图10.3 a）顶视图烧制32μm喷嘴的周期为100μs。过度充盈时导致墨水边缘积累在喷管开口处。b）一样的喷嘴在过度充盈时导致润湿。也就是说，喷嘴出口有墨水。 c）声信号减少墨层厚度的效应。油墨层厚度是20μm时，在液滴形成周期开始 以及减少到16μm、12μm、8μm、4μm、3μm、2μm、1μm时的下一个周期

由于具有喷嘴的自由表面流和声学的墨水通道，因此将喷嘴设计成具有良好的再填充能力。这使得高液滴重复率的可能更大。然而，一个强大的再填充过程导致喷嘴的过度充盈和过度充盈的喷嘴可以使喷嘴板润湿，特别是当喷嘴周围的区域有机械和化学的缺陷时，如划痕或墨水的相关部件受损（见图10.3b）。

喷嘴板喷嘴周围的墨层对液滴形成过程有很大的影响^[16]。墨层导致在喷嘴处有大量墨水，喷嘴处的大量墨水导致惯性更大，这减慢了液滴的速度^[17]。在喷嘴处的墨的额外质量改变了墨水通道内的压力波。因为再填充效果导致的过度充盈，喷嘴的阻抗将增加。湿喷嘴的反射压力波将导致在喷嘴处更高的压力振幅和在通道内更低的振幅，但效果比过度充盈强得多。在图10.3c中，在消失的墨层的振幅中，声学信号会显示出来。