Page 142 - 《应用声学》2023年第6期

1252 2023 年 11 月

径也增大。这归因于内径越大，毛细力越大，液滴需 为使喷印液滴完整、稳定地沉积在基底上，对
要足够大的体积克服毛细力。图 20 为喷嘴内径对 雾化原因进行分析，雾化原理如图 22所示。在重力
液滴尺寸的影响。 与声辐射力的共同作用下，液滴处于快速下落的状
态。随后液滴进入声压节点所在的区域，此时液滴
1.0
受到向上和向下的声辐射力共同作用，受到挤压开
始变形。当声辐射力小于流体内阻力 (表面张力与
0.8
黏性应力) 液滴挤压/拉伸变形但未破碎成小液滴；
0.6
当声辐射力大于流体阻力时，液体的自由表面产生
强烈的扰动，导致液滴内阻力难以保持其几何形态
0.4
的稳定而发生雾化。
0.2
0 ms 1 ms 2 ms 3 ms
0.1

(a) 60 µm (b) 80 µm (c) 100 µm (d) 120 µm (e) 140 µm
图 19 喷嘴内径对液滴打印的影响 1 mm
Fig. 19 Effect of nozzle inner diameter on droplet
4 ms 5 ms 6 ms 7 ms
printing

1200

1150
1 mm
1100
๯ໟᄰय़/µm 1050 Fig. 21 The process of droplet atomization
图 21
液滴雾化过程

1000
ܦᣣ࠱ҧՔʾ ܦԍᓬག ܦᣣ࠱ҧՔʽ
950
(a) (b) (c)
900
40 60 80 100 120 140 160
إٙЯय़/µm
图 20 喷嘴内径对液滴尺寸的影响
Fig. 20 Effect of nozzle inner diameter amplitude
on droplet size

3 实验结果与讨论 图 22 液滴雾化原理

Fig. 22 The principle of droplet atomization
为验证菲涅尔透镜聚焦声泳喷印的可行性
并初步研究其喷印性能，根据上述仿真结果，本 基于超声聚焦声泳喷印原理，减小驻波场内的
文组建了相应的喷印装置并进行实验研究。实 声压可以有效减小液滴所受的声辐射力，使得液滴
验中，采用的超声设备频率为 20 kHz，基底采用 在经过声压节点区域时受到的挤压力减小，但声压
100 mm × 100 mm 的 PMMA 薄板。喷印实验采用 减小会导致生成的液滴尺寸变大。为保持声场中的
高速摄像机对其进行拍摄与记录，在声泳打印过程 声压不变，调整喷嘴与基底的距离，使液滴在下落
中发现，喷印出的液滴在下落过程中发生雾化，雾化 中获得足够快的速度，从而快速通过声压节点区域。
过程如图21所示。 经实验研究，发现当喷嘴与基底距离在11 mm 以上