喷墨打印技术因其独特的优势现已成为现代工业制造中不可或缺的技术,然而,由我国自主研发的喷墨打印头却少之又少,打印头的核心部件主要靠进口。因缺乏喷头制造的核心技术,中国在该领域长期受国外技术的封锁。本文就自主研发的压电喷墨打印头驱动器的结构和驱动波形的设计进行了研究。主要内容包括:(1)介绍压电喷墨打印相关的理论,包括压电驱动器各组成层的性质与作用、驱动器的振动机理、流体喷射理论、墨滴喷射成形过程、墨水特性分析及驱动波形作用于墨滴喷射的机理,为后文压电驱动器结构的模拟优化和驱动波形的设计提供理论基础。(2)以振动板的位移峰值作为评价压电驱动器性能的主要标准,模拟优化压电驱动器各部分的结构及尺寸,并使用激光多普勒测振仪测量不同结构参数的振动板的位移峰值,以验证模拟结果的正确性。通过数值模拟与实验验证,最终确定了压电驱动器的结构与尺寸,即将锆钛酸铅(Lead zirconate titanate,PZT)薄膜设计成弹簧结构,其宽度为90μm,100μm和110μm三个不同的尺寸,厚度为1μm;对应的SiO2振动板的宽度分别为110μm,120μm和130μm,厚度为0.9μm;Parylene保护层的宽度与SiO2振动板的相同,厚度为0.7μm。(3)设计并优化驱动波形。通过数值模拟与实验验证,将电压上升时间tr=3μs,电压保持时间td=16μs和电压下降时间tf=3μs的正极性单梯形波确定为本文所研究喷头的理想驱动波形;将优化的驱动波形用于压电喷墨打印头的喷墨测试,最终喷头成功实现连续喷射,且墨滴速度可达5.6m/s,墨滴大小为11pL,从而验证了本文所设计的驱动波形的有效性和压电驱动器结构的合理性。