선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이러한 작업을 통해 실제 사용 가능한 작동유체의 물성의 범위를 대략적으로 설 정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 작동유체의 물성과 노즐의 접촉각이 변함에 따라 피에조 잉크 젯 헤드의 노즐에서 생성되는 액적 토출 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 CFD-ACE™ 상용 코드를 이용하여 수치해석하고 그 경향에 대해 고찰해보고자 한다.
- 2에 나타냈다. 본 계산에서 입구 속도 조건을 이와 같이 고정하고 작동유체의 물성을 바꿔가며 그 토출 특성을 고찰했다.
- 피에조 잉크젯 헤드에서 액적이 토출되는 현상 을 이해하기 위해 수치해석을 수행하였으며 본 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- Feng°)은 FL0W3D® 상용 해석 코드를 이용하여 DOD (Drop-on-Demand) 잉크젯 헤드의 액적 토 출 현상에 대한 수치해석을 수행했다. 입구 유동 조건은 플러그(plug) 유동으로 간략화하고 노즐 입 구 속도, 구동부 유지 시간, 작동유체의 물성 등을 변화시켜가며 액적의 체적, 속도, 초기 형상 등의 변화를 고찰했다.
- 최근에 Yang 등㈣은 CFD-ACE™ 상용해석 코드를 이용하여 Picojet® 프린트 헤드의 액적 토출 특성을 계산했다. 그들 은 총 17 가지 경우의 다른 조건을 이용한 수치해 석을 통해 메니폴드(manifold)의 길이, 입구 유로의 두께, 노즐의 직경, 토출 시간 그리고 작동유체의 물성이 액적의 토출 성능에 미치는 영향을 고찰했 다. 특히 작동유체로 물, C7H8O, PEDOT, MEH-PPV 을 이용하여 액적의 크기와 속도 등을 비교하여 작동유체의 물성이 Picojet® 프린트 헤드의 성능 에 미치는 영향을 비교했다.
- 다양한 물성의 작동유체를 이용하여 잉크젯 노 즐에서 액적이 토출되는 현상을 수치해석하기 위해 최근에 multi-scale/multi-physics 해석에 많이 도입되고 있는 CFD-ACETM 상용 전산 수치해석 코 드를 이용했다. 노즐의 외부로 밀려난 작동유체 는 공기 중에서 자유표면을 형성하여 노즐 면에서 떨어지면서 액적이 되어 기판 위의 목표점으로 날 라간다.
- 이에 대한 고찰을 위해 노즐 면의 접촉각 변화에 따른 액적 토출 특성을 계산했다. 본 계산 에서 접촉각의 히스테르시스에 의한 전진각과 후 진각은 고려하지 않고 정적 접촉각만을 계산에 고 려했다. Fig.
- 본 수치해석에 사용된 작동유체의 물성은 밀도 를 1000 kg/m3 으로 고정하고 점도와 표면장력을 각각 0.001 ~ 0.02 kg/(m・s)와 0.02 ~ 0.07 N/m 범위 내에서 변화시켜가며 액적의 토출 특성 변화를 상호 비교했다.
- 노즐의 직경은 30 gm 이다. 압력 챔버에서 발달된 유동은 내부의 각종 유로를 거쳐 노즐에 이를 때는 거의 축대칭 흐름 으로 진행되고 또한 노즐 내에 이상 거동이 있지 않는 한 액적이 축대칭 모양으로 토출되므로 모든 계산은 축대칭 좌표계에서 수행되었다. 사용된 격 자수는 약 24, 000 개 이다.
- 이때 노즐 면과 노즐 내벽의 접촉각 의 크기에 따라 메니스커스의 거동이 영향을 받게 된다. 이에 대한 고찰을 위해 노즐 면의 접촉각 변화에 따른 액적 토출 특성을 계산했다. 본 계산 에서 접촉각의 히스테르시스에 의한 전진각과 후 진각은 고려하지 않고 정적 접촉각만을 계산에 고 려했다.
- Feng°)은 FL0W3D® 상용 해석 코드를 이용하여 DOD (Drop-on-Demand) 잉크젯 헤드의 액적 토 출 현상에 대한 수치해석을 수행했다. 입구 유동 조건은 플러그(plug) 유동으로 간략화하고 노즐 입 구 속도, 구동부 유지 시간, 작동유체의 물성 등을 변화시켜가며 액적의 체적, 속도, 초기 형상 등의 변화를 고찰했다. Wu 등(3)은 SOLA(Solution Algorithm)기 법 을 기반으로 VOF(Volume-Of-Fluid) 알고리즘과 PLIC(Piecewise Linear Interface Construction) 기법을 결합한 수치해석 기법을 개발 하여 스퀴즈(squeeze) 모드의 피에조 잉크젯 헤드 의 액적 토출 특성을 계산하고 실험결과와 비교 했다.
- 사용된 격 자수는 약 24, 000 개 이다. 주 액적과 세터라이트의 자유표면을 정확하게 포착하기 위해 액적이 형성 되는 대칭축과 노즐 내에 격자를 밀집시켰다.
- 이들은 노즐 입구에 가해지는 압력 펄스와 노즐의 형상 그리고 노즐내의 접촉각 등의 변화에 따른 액적 토출 특성을 고찰했다. 최근에 Yang 등㈣은 CFD-ACE™ 상용해석 코드를 이용하여 Picojet® 프린트 헤드의 액적 토출 특성을 계산했다. 그들 은 총 17 가지 경우의 다른 조건을 이용한 수치해 석을 통해 메니폴드(manifold)의 길이, 입구 유로의 두께, 노즐의 직경, 토출 시간 그리고 작동유체의 물성이 액적의 토출 성능에 미치는 영향을 고찰했 다.
- 그들 은 총 17 가지 경우의 다른 조건을 이용한 수치해 석을 통해 메니폴드(manifold)의 길이, 입구 유로의 두께, 노즐의 직경, 토출 시간 그리고 작동유체의 물성이 액적의 토출 성능에 미치는 영향을 고찰했 다. 특히 작동유체로 물, C7H8O, PEDOT, MEH-PPV 을 이용하여 액적의 크기와 속도 등을 비교하여 작동유체의 물성이 Picojet® 프린트 헤드의 성능 에 미치는 영향을 비교했다.
- 노즐 입구의 압력분포는 음파(acoustic wave) 의 전파이 론(propagation theory)으로부터 구하여 수 치해석에 이용했다. 특히, 이 연구에서 액적이 기 판 위에 떨어진 후에 퍼져 나가는 과정도 계산하여 최종 유체 박막이 기판 위에 형성된 형상도 수 치해석을 통해 보였다. Kim 과 Son°)은 LS(Level Set) 방법을 이용하여 미세노즐에서의 액적 형성 에 관한 특성을 규명하고자 수치해석을 수행했다.
대상 데이터
- 압력 챔버에서 발달된 유동은 내부의 각종 유로를 거쳐 노즐에 이를 때는 거의 축대칭 흐름 으로 진행되고 또한 노즐 내에 이상 거동이 있지 않는 한 액적이 축대칭 모양으로 토출되므로 모든 계산은 축대칭 좌표계에서 수행되었다. 사용된 격 자수는 약 24, 000 개 이다. 주 액적과 세터라이트의 자유표면을 정확하게 포착하기 위해 액적이 형성 되는 대칭축과 노즐 내에 격자를 밀집시켰다.
이론/모형
- Wu 등(3)은 SOLA(Solution Algorithm)기 법 을 기반으로 VOF(Volume-Of-Fluid) 알고리즘과 PLIC(Piecewise Linear Interface Construction) 기법을 결합한 수치해석 기법을 개발 하여 스퀴즈(squeeze) 모드의 피에조 잉크젯 헤드 의 액적 토출 특성을 계산하고 실험결과와 비교 했다. 노즐 입구의 압력분포는 음파(acoustic wave) 의 전파이 론(propagation theory)으로부터 구하여 수 치해석에 이용했다. 특히, 이 연구에서 액적이 기 판 위에 떨어진 후에 퍼져 나가는 과정도 계산하여 최종 유체 박막이 기판 위에 형성된 형상도 수 치해석을 통해 보였다.
- 피에조 구동부에 의해 생성된 압력 챔버내의 순 간적인 압력상승은 노즐에서 작동유체의 속도로 변환되어 액적이 토출된다. 본 연구에서는 이러한 현상을 단순화시켜 노즐에서 분출되는 액적의 거 동에 초점을 맞추기 위해 일반적으로 피에조 잉크 젯의 액적 거동 시뮬레이션에서 많이 사용되고 있는 아래 식 (2)와 같은 형태의 속도-시간 관계식을 유로 입구 조건으로 이용했다.
- 노즐의 외부로 밀려난 작동유체 는 공기 중에서 자유표면을 형성하여 노즐 면에서 떨어지면서 액적이 되어 기판 위의 목표점으로 날 라간다. 이러한 액적의 자유표면은 CFD-ACE™ 의 PLIC(Piecewise Linear Interface Construction)기법을 이용한 VOF 모듈에 의해 계산된다. 주어진 유동 장에서 각각의 계산 격자 내에서 액상(liquid)이 차 지하는 체적율(volume fiaction)을 나타내는 F 값의 초기치가 주어지면 아래 식 (1)에 주어진 F 에 대한 수송방정 식 을 풀어 서 F 값의 분포를 구하게 된다.
성능/효과
- (1) 작동유체의 점도가 증가하면 액적의 체적과 속도가 감소한다. 또한 액적의 꼬리가 길어져서 분리시간과 분리거리가 증가하고 세터라이트를 생성할 가능성이 높아진다.
- (2) 작동유체의 표면장력이 증가하면 액적의 속 도와 체적은 감소하며, 노즐 밖으로 밀려난 유체 스트림이 표면적을 작게 하려는 유체의 성질이 강 해져서 분리시간과 분리거리는 감소한다.
- (3) 노즐 면의 접촉각이 증가하면 작동유체가 노즐 표면에 접촉하는 경향이 약해져서 체적과 속도는 증가한다.
- (4) Ohnesorge 수의 역수가 1.0 이하가 되면 분리 시간과 분리거리가 급격하게 증가하여 메니스커스의 안정화에 불리하므로 1.0 이상을 가지도록 작동 유체의 물성과 노즐직경을 조절해야 한다.
- 그런데 일반적으로 작동유체의 점성은 이러한 구동부의 잔류진동을 억제하여 압 력 챔버를 초기의 안정된 상태로 되돌리는 역할을 한다고 알려져 있다.。12)따라서 작동유체의 점도 가 증가하면 메니스커스가 조기에 안정된 상태에 이르게 되므로 피에조 잉크젯 헤드의 작동영역에 맞게 일정한 구간 내에서 작동유체의 점도를 유지 하는 것이 바람직하다. 그러므로 작동유체의 점도 변화에 따른 액적의 토출 특성을 파악할 필요가 있다.
- 수치해석 결과, 0成 > 5 이면 분리시 간과 분리거리에 큰 변화 없이 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 본 연구의 결과 0顶 = 2~3 영역에서 액 적의 토출 특성이 가장 좋은 결과를 얻었다.
- 반면, Oh'1 가 커지면 점도가 감소하고 표면장력이 증가 하여 액적의 꼬리가 짧아지고 액적도 빠른 시간 내에 형성된다. 수치해석 결과, 0成 > 5 이면 분리시 간과 분리거리에 큰 변화 없이 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 본 연구의 결과 0顶 = 2~3 영역에서 액 적의 토출 특성이 가장 좋은 결과를 얻었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.