一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法

本发明涉及喷墨打印机提升打印精度的，更具体的说是涉及一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法。

背景技术：

1、近年来，随着喷墨打印技术的快速发展，打印机的使用领域已不仅限于大型印刷厂和办公用途，小型打印机已经越来越多的进入了家庭，一些小型高精度彩色喷墨打印机，因其使用方便、体积小、打印精度亦可满足需求，也成为了从事摄影专业或爱好摄影人士打印照片的首选。随着喷墨打印机制造行业相关技术的发展，新款打印机的尺寸更小，打印速度更快，应用程序使用更加方便，但是对于打印精度的提升是一个永远绕不开的话题，因为评价一台打印机品质的最关键参数就是打印精度。

2、虽然，国内外学者在提升喷墨打印精度方面的研究已有大量的研究成果，但现有提升方案大多以提升控制精度或喷头精度为切入点，这些方案虽然也可以得到提升效果，但最终都会受限于精度提升所带来的高昂的技术成本而遇到瓶颈。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明针对上述现有技术缺失，从改进墨水性能以及喷墨速度的角度，提出了一种基于分子动力学模拟微观尺度下液滴撞击固体表面动力学特性的提升喷墨打印精度的方法，以有效解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，不改变喷头参数和墨水性能，只对喷墨速度的选择进行优化，具体步骤包括：

4、(a)根据选取的打印机型号，确定对应的打印机喷墨喷头的固有参数；

5、(b)根据对应的打印机精度参数以及固有参数，计算打印机喷墨液滴的直径范围；

6、(c)获取打印机墨水参数，包括：喷墨液滴的密度、粘性系数和表面张力；

7、(d)根据所述打印机墨水参数，对照分子动力学模拟得到的最大铺展直径的标度关系式βmax～we1/2re1/5以及模拟快照的撞击效果，确定喷墨速度的最优选取参数；其中，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数；we表示无量纲参数，为韦伯数；re表示无量纲参数，为雷诺数；

8、(e)根据所述喷墨速度的最优选取参数，将打印机喷头的可变速率加热装置进行加热速率调整，实现喷墨打印精度的提升。

9、进一步地，所述打印机喷墨喷头的固有参数包括：喷嘴内径和喷墨速度。

10、进一步地，所述打印机精度参数为打印机的最高分辨率。

11、进一步地，所述步骤(d)包括：

12、根据喷墨液滴的密度ρ、粘性系数μ和表面张力γ，作为已知参数；代入公式：we＝ρd0v02/γ，re＝ρd0v0/μ；v0表示液滴的撞击速度；d0表示液滴直径，由所述喷嘴内径确定；

13、并根据标度关系式βmax～we1/2re1/5，获得v0与βmax的一一对应关系；

14、通过控制v0来控制βmax，通过分子动力学模拟观测到铺展较为稳定的βmax区间，从而得到喷墨速度的最优选取参数v0。

15、进一步地，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数，由如下公式获得：

16、βmax＝dmax/d0

17、其中，dmax表示最大铺展时刻的液滴直径。

18、第二方面，本发明还提供一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，改变墨水性能，同时对喷墨速度的选择进行优化：具体步骤包括：

19、(1)根据选取的打印机型号，确定对应的打印机喷墨喷头的固有参数；

20、(2)根据对应的打印机精度参数以及固有参数，计算打印机喷墨液滴的直径范围；

21、(3)获取打印机墨水参数，包括：喷墨液滴的密度、粘性系数和表面张力；

22、(4)根据所述打印机墨水参数，对照分子动力学模拟得到的最大铺展直径的标度关系式βmax～we1/2re1/5以及模拟快照的撞击效果，确定喷墨速度的第一最优选取参数；其中，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数；we表示无量纲参数，为韦伯数；re表示无量纲参数，为雷诺数；

23、(5)通过调整墨水原料配比，改变墨水的密度ρ’和粘性系数μ’，进而计算出喷墨液滴的表面张力γ’，在全新的参数下重新进行分子动力学模拟，对墨滴的铺展动力学进行稳定性分析；

24、(6)再次对照模拟获得的标度关系式βmax～we1/2re1/5以及稳定性分析结果，重新确定喷墨速度的第二最优选取参数；

25、(7)根据所述喷墨速度的第二最优选取参数，将打印机喷头的可变速率加热装置进行加热速率调整，实现喷墨打印精度的提升。

26、进一步地，所述打印机喷墨喷头的固有参数包括：喷嘴内径和喷墨速度。

27、进一步地，所述打印机精度参数为打印机的最高分辨率。

28、进一步地，所述步骤(4)包括：

29、根据喷墨液滴的密度ρ、粘性系数μ和表面张力γ，作为已知参数；代入公式：we＝ρd0v02/γ，re＝ρd0v0/μ；v0表示液滴的撞击速度；d0表示液滴直径，由所述喷嘴内径确定；

30、并根据标度关系式βmax～we1/2re1/5，获得v0与βmax的一一对应关系；

31、通过控制v0来控制βmax，通过分子动力学模拟观测到铺展较为稳定的βmax区间，从而得到喷墨速度的第一最优选取参数v0。

32、进一步地，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数，由如下公式获得：

33、βmax＝dmax/d0

34、其中，dmax表示最大铺展时刻的液滴直径。

35、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法：

36、方案一：在不改变喷头参数和墨水性能，只对喷墨速度的选择进行优化，可以通过调整升温速率或调整微压电陶瓷的变形速率来实现喷墨液滴速度的精准可控，该方法利用分子动力学模拟软件对微观尺度下的液滴撞击铺展动力学进行模拟分析，在喷墨液滴尺度的微末级别或更小的尺寸下获得了液滴铺展特性与液滴本身固有参数的关系式，弥补了在此尺度下无法通过实验获取数据的缺陷，并以此获得打印精度的显著提升。

37、方案二：改变墨水性能，同时对喷墨速度的选择进行优化，通过对墨水本身材料的改变或配比的调整，改变墨水本身的ρ、γ、μ，再结合对模拟撞击后铺展效果稳定性的分析，根据标度关系计算出结合ρ、γ、μ和v0这4个参数的最佳搭配系数，可以使打印精度进一步提高。

技术特征：

1.一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，不改变喷头参数和墨水性能，只对喷墨速度的选择进行优化，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述打印机喷墨喷头的固有参数包括：喷嘴内径和喷墨速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述打印机精度参数为打印机的最高分辨率。

4.根据权利要求2所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述步骤(d)包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数，由如下公式获得：

6.一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，改变墨水性能，同时对喷墨速度的选择进行优化：具体步骤包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述打印机喷墨喷头的固有参数包括：喷嘴内径和喷墨速度。

8.根据权利要求6所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述打印机精度参数为打印机的最高分辨率。

9.根据权利要求7所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法，其特征在于，βmax表示最大液滴撞击最大铺展因子的归一化参数，由如下公式获得：

技术总结
本发明公开了一种基于分子动力学模拟的喷墨打印精度提升方法,在不改变喷头参数和墨水性能，只对喷墨速度的选择进行优化，可以通过调整升温速率或调整微压电陶瓷的变形速率来实现喷墨液滴速度的精准可控，该方法利用分子动力学模拟软件对微观尺度下的液滴撞击铺展动力学进行模拟分析，在喷墨液滴尺度的微末级别或更小的尺寸下获得了液滴铺展特性与液滴本身固有参数的关系式，弥补了在此尺度下无法通过实验获取数据的缺陷，并以此获得打印精度的显著提升。还提供了另外一种方法，可改变墨水性能，同时对喷墨速度的选择进行优化，通过对墨水本身材料的改变或配比的调整，改变墨水本身的参数，得出最佳搭配系数，可以使打印精度进一步提高。

技术研发人员：张艾萍,崔凯
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14