Page 138 - 《应用声学》2023年第6期

1248 2023 年 11 月

kPa 的距离为 λ/2 (λ 为声波的波长)，因此单个声辐射
力的作用区域为波长的 λ/4。若要实现液滴的稳定
1.0
滴落，喷嘴应位于声辐射力向下的区域。仿真中发
0.5
现近基底处属于高声压区，声辐射力方向向上，因此
0
在声泳打印过程中喷嘴不宜距离基底太近，否则会
-0.5
出现液滴悬浮或者雾化的现象。
-1.0
ᡔܦฉԧ࠱ቫ᭧

(a) ௄ᤩ᪫

kPa ᰴܦԍӝ
Ͱܦԍӝ
2 (ܦԍᓬག)

1
5 mm 0 ᡔܦฉԦ࠱ቫ᭧
17 mm -1 (a) ܦᣣ࠱ҧᄊͻၹԔေ

-2 ܦᣣ࠱ҧՔʾ ܦᣣ࠱ҧՔʽ

(b) దᤩ᪫

图 6 菲涅尔透镜对声场的影响
Fig. 6 Influence of Fresnel lens on acoustic field
λ/4
表 2 聚焦区域的最大声压 (b) ܦᣣ࠱ҧᄊѬ࣋ৱц
Table 2 Maximum acoustic pressure in
图 8 声辐射力的作用原理及分布情况
focus are
Fig. 8 Principle and distribution of acoustic ra-
类别 菲涅尔透镜聚焦 无透镜 diation force
声压值/Pa 1770 1118
基于上述作用机理，在喷印过程中喷嘴应位于

1.4.3 菲涅尔透镜与基底间距对声场的影响 透镜的聚焦区域 (透镜中心) 附近，本文预设透镜焦
透镜与基底的间距由喷嘴的位置来确定，图 7 距为 3 mm，即透镜下方 3 mm 左右处声压最大。为
为喷嘴、透镜与基底三者的相对位置图。 了使喷嘴中液滴受到最大声辐射力且方向向下，X
应限制为 3 ∼ 7.25 mm。当喷嘴出口与基底间距过
小时，可能导致因声辐射力过大造成的液滴悬浮甚
至雾化。为了保证打印的连续性与稳定性，综合考
ᖧ๖࠷ᤩ᪫ʾ᛫᭧ x 虑透镜、喷嘴和基底三者的相对位置后，L 参数如
表1 所示。图9为L对声场分布的影响，仿真模型中
إٙѣ԰
۳अ↼Ԧ࠱ቫ↽
其他参数如下：H 为 3 mm，U 为 800 V。图 10 为随
透镜与基底间距变化时透镜下方聚焦区域的最大
图 7 透镜与喷嘴的相对位置 声压。
Fig. 7 Relative position of lens and nozzle
仿真结果发现，当透镜与基底间距逐渐增大时，
如图 8(a) 所示的超声驻波场中，分别存在正、 透镜下方声压值先增大后减小，间距为 17 mm 时，
负声压区与声压值为零的压力节点。而声辐射力方 声压值达到最大，且此时透镜下方出现了轮廓清晰
向由高压指向低压，如图 8(b) 所示。由于相邻节点 的聚焦区域，适合放置喷嘴。