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内容大纲
喷墨打印是以墨滴为基础，集喷射工艺、扩散沉积过程分析及计算机辅助设计于一体的先进微加工制造技术。本书立足于墨滴产生、滴落和碰撞的科学机理，系统地介绍了喷墨打印复杂过程、材料工艺等影响因素和喷墨各阶段表征方法。全书详细讨论了墨水从喷墨打印头内喷出，穿过空气然后撞击衬底并扩散，最后形成沉积物的过程；介绍了喷墨打印过程各阶段的数值仿真方法，并阐述了射流与墨滴的可视化与测量以及流体与表面表征的实验技术；最后给出了喷墨打印的一些应用和对未来喷墨打印技术的展望。
本书面向喷墨打印技术相关科研人员和学习喷射流体理论的学生。 -
作者介绍
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目录
译者前言
前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 墨滴的形成
1.3 表面张力和黏度
1.4 喷墨打印相关的无量纲组
1.5 喷墨打印中的长度尺度和时间尺度
1.6 本书结构
参考文献
第2章 喷墨打印中的流体力学
2.1 引言
2.2 流体力学
2.3 量纲和单位
2.4 流体特性
2.4.1 密度
2.4.2 黏度
2.4.3 表面张力
2.5 力、压力、速度
2.6 流体动力学
2.6.1 流体动力学方程
2.6.2 求解流体动力学方程
2.7 计算流体动力学
2.7.1 前处理器
2.7.2 求解器
2.7.3 后处理器
2.8 喷墨打印系统
2.8.1 喷墨建模所面临的挑战
2.8.2 喷墨工艺
2.9 本章小结
参考文献
第3章 喷墨打印头
3.1 热发泡式与压电式喷墨打印机
3.2 热发泡式喷墨
3.2.1 沸腾机制
3.2.2 打印头结构
3.2.3 热发泡式喷墨的喷射特性
3.2.4 热发泡式喷墨中压力和热量的相关问题
3.2.5 水性墨水中水的蒸发
3.3 喷墨打印的未来展望
3.3.1 根据喷墨特性估测打印速度限制
3.3.2 控制高速干燥过程引起的渗色
3.4 连续喷墨
3.5 案例及问题(热发泡式喷墨)
3.6 压电式喷墨打印头
3.6.1 引言
3.6.2 驱动原理
3.6.3 墨水流道性能
3.6.4 喷墨打印头的控制
3.6.5 工业应用
参考文献
第4章 喷墨打印中墨滴的形成
4.1 引言
4.1.1 连续喷墨打印
4.1.2 按需喷墨打印
4.2 连续喷墨打印中墨滴形成过程
4.2.1 瑞利-普拉托不稳定性
4.2.2 卫星墨滴形成机理
4.2.3 墨滴最终速度
4.3 按需喷墨打印中墨滴成形分析
4.4 样例
4.4.1 纯惯性情况下拖尾形成
4.4.2 瑞利-普拉托不稳定性的色散关系
致谢
参考文献
第5章 喷墨打印中的聚合物
5.1 引言
5.2 聚合物的定义
5.3 基于来源和架构的聚合物分类
5.4 分子量和大小
5.5 聚合物溶液
5.6 聚合物的结构和物理形态对喷墨配方性能的影响
5.7 高剪切环境中聚合物的齐姆解释
5.8 含聚合物喷墨流体的可打印性
5.9 高分子量聚合物喷墨打印的仿真模拟
5.10 按需喷墨打印中聚合物分子量的稳定性
5.11 连续喷墨打印中聚合物分子量的稳定性
5.12 按需喷墨打印中缔合聚合物分子量的稳定性
5.13 喷墨配方中使用聚合物的案例研究
5.13.1 聚合物结构的作用
5.13.2 聚(3,4-二氧乙基噻吩)：聚(苯乙烯磺酸)的喷墨打印
5.13.3 石墨烯和碳纳米管复合材料的喷墨打印
参考文献
第6章 墨水配方中的胶体粒子
6.1 引言
6.2 染料墨水和颜料墨水
6.3 胶体稳定性
6.3.1 DLVO理论
6.3.2 范德瓦耳斯力
6.3.3 静电斥力
6.3.4 胶体分散系的稳定性
6.4 粒子-聚合物相互作用
6.4.1 空间位阻稳定作用
6.4.2 桥连絮凝
6.4.3 空缺絮凝
6.5 其他墨水成分对胶体相互作用的影响
6.5.1 表面活性剂
6.5.2 黏度调节剂
6.5.3 保湿剂
6.5.4 乙二醇醚
6.5.5 贮存液、缓冲剂和杀菌剂
6.5.6 其他添加剂
6.6 胶状分散体的特征
6.6.1 动态光散射
6.6.2 电泳迁移率(ZETA电位)
6.6.3 流变
6.6.4 大体积胶状分散体
6.6.5 喷射
6.7 沉淀/沉降
6.8 本章小结
参考文献
第7章 喷墨仿真方法
7.1 引言
7.2 建模的关键考虑因素
7.3 一维模拟
7.3.1 长波近似
7.3.2 简单连续喷墨模型
7.3.3 简单连续喷墨模型的误差分析
7.3.4 瑞利理论对模型的验证
7.3.5 探索参数空间
7.3.6 数值实验
7.4 轴对称模拟
7.4.1 连续喷墨
7.4.2 按需喷墨
7.5 三维模拟
参考文献
第8章 衬底上的墨滴
8.1 引言
8.2 牛顿液滴撞击可润湿表面的实验观测
8.2.1 初始速度对墨滴撞击和扩散的影响
8.2.2 表面润湿性对墨滴撞击和扩散的影响
8.2.3 流体特性对墨滴撞击和扩散的影响
8.3 量纲分析：白金汉π定理
8.4 墨滴撞击动力学：最大扩散直径
8.4.1 黏性耗散主导表面张力
8.4.2 扁平煎饼模型
8.4.3 动能完全转化为表面能
参考文献
第9章 墨滴聚结和线条的形成
9.1 墨滴聚结对打印图像成形的影响
9.2 墨滴聚结对功能材料和3D打印的影响
9.3 喷墨打印墨滴的聚结
9.3.1 表面上液滴的聚结
9.3.2 墨滴碰撞后聚结
9.3.3 喷墨打印墨滴的聚结
9.4 打印二维特征和线条
9.4.1 墨滴-液珠聚结模型
9.4.2 实验和观察
9.4.3 稳定体系和讨论
9.4.4 结论
9.5 本章小结
9.6 思考题
参考文献
第10章 液滴在衬底表面的干燥过程
10.1 引言
10.2 单一溶剂的蒸发
10.3 混合溶剂的蒸发
10.3.1 二元溶剂混合物的蒸发与拉乌尔定律
10.3.2 马兰戈尼流
10.4 液滴干燥过程中的颗粒输运
10.4.1 咖啡环效应
10.4.2 颗粒迁移
10.5 复杂流体的干燥
10.5.1 接触线的运动
10.5.2 颗粒特征
10.5.3 固体的分离
10.5.4 局部环境
10.5.5 衬底图案化
10.5.6 干燥过程中胶体的不稳定性
10.6 思考题
参考文献
第11章 衬底表面墨滴的模拟
11.1 引言
11.2 基于连续体的液滴动力学建模
11.2.1 有限元分析
11.2.2 自由表面的有限元边界条件
11.2.3 移动接触线问题
11.2.4 流体体积法
11.3 接触角现象
11.3.1 表观接触角
11.3.2 接触角滞后
11.3.3 动态接触角
11.3.4 数值模拟中的动态接触角
11.3.5 弛豫时间效应
11.4 扩散界面模型
11.5 液滴动力学的格子玻尔兹曼模拟
11.5.1 方法的背景和优点
11.5.2 多相流和润湿
11.5.3 捕获接触角滞后
11.5.4 粗糙表面
11.5.5 化学性质不均匀表面
11.6 本章小结
致谢
参考文献
第12章 可视化与测量
12.1 引言
12.2 墨滴和射流的基本成像
12.3 频闪照明
12.4 全息技术
12.5 共聚焦显微镜
12.6 图像分析
参考文献
第13章 喷墨流体特征
13.1 引言
13.2 油墨性能对打印头和喷射效果的影响
13.3 喷墨流体的流变学特性
13.3.1 基础黏度
13.3.2 黏弹性
13.4 喷墨流体线性黏弹性的测量
13.5 喷墨流体拉伸性能的测量
13.6 喷墨流变学特性与打印头性能的关系
13.7 本章小结
致谢
参考文献
第14章 衬底表面表征
14.1 引言
14.2 确定表征需求的流程图
14.2.1 预喷表面质量
14.2.2 液滴撞击行为
14.2.3 功能传递
14.2.4 最终功能化表面
14.2.5 长期表现
14.3 表面表征技术
14.3.1 表面化学分析
14.3.2 表面机械测试
14.3.3 表面电学分析
14.3.4 光学分析
14.3.5 生物分析
14.4 本章小结
14.5 思考题
参考文献
第15章 喷墨打印的应用
15.1 引言
15.2 二维图文打印
15.3 3D打印
15.4 无机材料打印
15.4.1 金属墨水
15.4.2 陶瓷墨水
15.4.3 量子点
15.5 有机材料打印
15.6 生物材料打印
15.6.1 用于分析和传感的生物大分子
15.6.2 用于组织工程的生物大分子
参考文献
第16章 喷墨技术的发展方向
16.1 引言
16.2 作为输送装置的喷墨打印头
16.3 喷墨打印技术的局限性
16.4 当前的主流技术和局限性
16.4.1 热发泡式按需喷墨打印
16.4.2 压电式按需喷墨打印
16.5 当前其他技术
16.5.1 连续喷墨打印
16.5.2 静电式按需喷墨打印
16.5.3 声波喷墨技术
16.6 喷墨打印的新兴科学与技术
16.6.1 Stream喷墨技术
16.6.2 打印头制造技术
16.6.3 弯张式喷墨打印装置
16.6.4 Tonejet技术
16.6.5 墨水再循环
16.6.6 间接喷墨打印
16.6.7 宽幅面印刷
16.6.8 故障检测
16.7 打印头制造的未来发展趋势
16.8 未来对喷墨打印的要求和方向
16.8.1 用于非图文的打印头定制
16.8.2 降低对墨水性质的要求
16.8.3 更高的墨水黏度
16.8.4 更高的稳定性和可靠性
16.8.5 对墨滴体积的要求
16.8.6 更低的成本
16.9 本章小结
参考文献
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