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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: 發表時間: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,并不局限印刷,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,熱量耗散將成為未來的主要問題。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。
    超越印刷目標的其他熱噴墨技術新應用領域正與日俱增,例如準確地摻入化合物和燃料注射等。盡管這些新的應用的基本工作原理與熱噴墨印刷相同,但由于流體與墨水很不相同的本質,操作溫度明顯不同。實驗室應用的芯片依賴于精確的流體路徑和加熱器,為熱噴墨技術按長周期運轉時間和制造成本要求提供重新設計工藝,例子之一是聚合酶連鎖反應過程,通過連鎖反應使分塊的DNA樣本實現倍增。這種過程涉及多個加熱周期的精確溫度定位點、加熱和冷卻交替作用。
    例如首先加熱s左右達到超過度,以改變DNA的本質或使其雙螺旋結構斷裂成兩個單一的絞合螺旋;緊接著實施初級“退火”步驟,要求在大約Imin內冷卻到- 60度,獲得需要的DNA絞合螺旋“模板”區域;最后是初級擴張工藝,加熱作用的目標溫度在度左右。問題的關鍵在于必須盡可能快地完成從一種步驟改變到另一種步驟,才能實現良好的輸出目標。一般來說,實驗室芯片以每秒鐘超過度的加熱速率和每秒鐘度的冷卻速率可以提供要求的生產效率,步驟的變化只需要幾分之一秒的時間。與加熱速率同等重要的是溫度控制,可采用腔體肉放置傳感器的方法通過保持閉環反饋信息予以實現。然而,溫度的均勻性必須得到保證,盡管硅可以確保理想的熱腔,但由于其高的導熱率使專業人員面臨挑戰,要求以微機械加工實現腔體的隔離,以保持溫度的均勻性。
    對于循環加熱腔體的加工方法歸結為按不同的區域燒蝕或刻蝕出流體通路,例如包含DNA樣本的流體將緩慢而曲折地通過不同的區域,每一個區域對應于聚合酶連鎖反應過程必須的三個步驟之一,借助于微泵作用獲得流體運動,利用熱量建立的氣泡推動流體。
    目前有大量的微機械電子系統應用,以熱能作為目標功能的推動力,例如用于生物分子識別的微熱量計、熱微泵(利用熱能生成的微氣泡使流體以一定的速度運動,流速從低于每分鐘納升到幾毫升)和微閥門,或建立在熱能激勵雙金屬薄膜或鈦鎳合金基礎上的電熱驅動器,經受得起塑性變形,通過熱的應用以激光恢復原來的形狀。