均一微滴的行使异常平常，天生形式越来越高效可控。本文阐扬了射流扰动均一微滴造备本事和按需可控均一微滴造备本事的道理。基于脉冲力酿成的道理分别，均一微滴造备本事分为压电式、电磁致动式、磁流形式、气压脉冲式和激光流体共振式，总结了5种形式的道理和本事近况。梳理了均一微滴造备本事正在电子封装范围、喷墨彩印本事范围、微型件3D打印范围和生物造药等范围的行使近况，并预测了均一微滴造备本事的发达趋向。

　　均一微滴造备本事所成形的微滴均一性好、本钱低、定位精度高和省俭原料等明显上风，依然平常行使到电子封装、喷墨彩印本事、微型件3D打印和生物造药等范围中。依照均一微滴出现的道理，均一微滴造备本事可分为射流扰动均一微滴造备本事（CIJ）和按需可控均一微滴造备本事（DOD）。

　　射流扰动均一微滴造备本事以射流不坚固表面为根本。喷射腔内流体正在压力效用下从喷嘴喷射出射流液柱，正在方圆气体介质的气动力、表面张力、黏性力和重力的效用下，射流液柱端头断裂酿成微滴，再通过安排脉冲力频率和气压，使不坚固的射流液柱端头断裂形式得以调控，酿成均一微滴，如图1（a）所示。

　　按需可控均一微滴造备本事是诈骗喷嘴上方施加的脉冲力造胜喷嘴出口处的表面张力和黏性力以杀青喷嘴出口处微液柱的出现。当喷嘴上方施加的脉冲力消逝后，正在表面张力及喷嘴出口处微液柱惯性力的效用下，喷嘴出口处微液柱断裂酿成均一微滴，如图1（b）所示。

　　无论是按需可控仍然射流扰动本事均需求坚固一律的周期性脉冲力。目前，可出现周期性脉冲力的形式有5种：压电形式、电磁致动形式、磁流体形式、气压脉冲形式以及激光流体共振形式。如表1所示。

　　本文正在先容射流扰动微滴造备本事与按需可控微滴造备本事的分类根本上，连结国表里探索近况，阐扬射流扰动微滴造备本事与按需可控微滴造备本事出现均一微滴所涉及的百般形式道理及优谬误，并对微滴造备本事的发达趋向举办预测。

　　压电形式均一微滴造备本事是诈骗信号源和功率放大器出现的高频可变电信号把持压电陶瓷出现脉冲力，正在脉冲力的效用下可杀青按需可控和射流扰动两种形式造备均一微滴。遵照压电陶瓷中陶瓷片安放名望的分别可分为弯曲构型、挤压构型和推杆构型。

　　压电弯曲构型是把压电陶瓷密封正在驱动腔体上方，以确保驱动腔体内的流体充满全面驱动腔体内部。当电压驱动信号驱动压电陶瓷运动时，将会正在喷嘴上方出现周期性脉冲力。压电弯曲构型所运用的压电陶瓷与流体的接触面积较大，出现的变形驱动较大，可通过按需可控本事造备均一微滴，同时因为压电陶瓷的耐温性差，故多抉择水或其他常温流体动作实践原料，组织道理如图2所示。

　　压电挤压构型的道理是将压电陶瓷密封正在驱动腔体边际，当电压驱动信号驱动压电陶瓷运动挤压驱动腔边际时，将会正在喷嘴上方出现脉冲力。目前该本事用于按需造备均一微滴，同时因为压电陶瓷的耐温性差，故多抉择水或其他常温流体动作实践原料，其组织道理如图3所示。

　　因为弯曲构型的压电陶瓷与液体直接接触，而压电陶瓷的耐温性差，是以弯曲构型微滴造备实践中多抉择水或其他常温流体动作实践原料。为管理温度条方针范围题目，探索职员提出了液体与压电陶瓷不直接接触的压电推杆构型。压电推杆构型首要由叠层式压电陶瓷、推杆、喷嘴职责腔和微喷孔等组成。通过推杆将压电陶瓷与液体阻隔，杀青高温金属颗粒的造备。正在低频条目下脉冲力效用期间长，能够杀青按需可控均一微滴造备；而正在高频条目下出现的脉冲力较幼，脉冲力通报到液柱，把持液柱端头断裂形式，杀青射流扰动均一微滴造备，如图4所示。

　　北京工业大学于洋等人所正在团队诈骗电磁致动射流扰动本事造备均一焊球，道理为永磁铁与通电螺线管磁力宗旨蜕变惹起振动杆周期性扰动，把持射流液柱断裂酿成微滴。造得200～800µm微焊球，并发觉稀土元素可改进焊球表面。图5（a）为装配示图谋，图6（a）为含稀土焊球示例。

　　正在此根本上，2013年，西北工业大学唐勇等所正在的团队打算杀青了电磁致动式微滴按需造备装配，如图5（b）所示。唐勇通过该装配探索了分别脉冲宽度及分别脉冲频率对水微滴酿成历程的影响次序，正在喷射原料为熔融白腊、喷嘴直径为100µm、喷射频率为10Hz的条目下杀青了电磁致动式按需可控均一微滴的造备，取得了均匀直径约为482.7µm的白腊凸点，直径圭表谬误为26.5µm，如图6（b）所示。实践结果证明：电压脉冲频率和微滴直径呈负合系；电压脉冲脉宽和微滴直径呈正合系。

　　磁流体形式均一微滴造备本事是正在带电液态金属腔体下方修建微细通道喷嘴，并正在带电液体金属表部施加恒定磁场。当电流巨细和宗旨可变的带电金属流体流经恒定磁场时，正在腔体液态金属内出现巨细和宗旨可变的电磁力。高频条目下，脉冲电磁力酿成表面波杀青射流扰动造备；低频条目下，电磁力动作脉冲力杀青按需可把持备，道理如图7。

　　2020年，基于磁流体形式，北京工业大学王同举等人所正在团队提出了电磁射流扰动本事和按需可控本事造备均一焊球，并研造出合系装配。该本事能够杀青分别巨细喷嘴孔径下均一焊球的造备，管理了怎么正在较幼的电磁力范畴内通过压差调控杀青较大孔径范畴内的金属颗粒的按需可把持备。正在喷嘴孔径为0.41mm的条目下，按需造备了直径正在0.60~0.65mm的均一焊球；射流扰动造备了直径正在0.68~0.74mm的均一焊球。探索了喷嘴孔径、电流输入波形、电流频率、压差和电流幅值对射流扰动造备均一金属颗粒的影响。实践结果如图8所示。

　　相较于其他形式，电磁按需可控和电磁射流扰动本事造备均一微滴的驱动力为体积力，杀青了无接触驱动，没有死板磨损，且其表部电源电流的巨细及波形易于把持，可杀青脉冲电流和脉冲电磁力的倏得反映。

　　连结气动膜片式和压电膜片式造备均一颗粒的发动，北京工业大学王同举等提出了电磁膜片本事造备均一水滴，该本事管理了电磁按需可控和电磁射流扰动本事只实用于金属颗粒造备的局部性。电磁膜片射流扰动本事的道理为：电磁力产生器内部加持彼此笔直的永磁铁和电极。Ga 0.75In 0.25合金充满电磁力产生器内的腔体。当电畅通过电磁力产生器的电极，并流经喷嘴上方处于恒定磁场的Ga 0.75In 0.25合金时，将会正在弹性膜片上方出现电磁脉冲力。通过弹性膜片把该脉冲力通报到射流液柱表面酿成表面波，从而把持射流液柱端头断裂酿成均一水滴，如图9所示。探索了喷嘴孔径、压差、扰动频率、射流液柱端头扰动和表面波波长对射流液柱端头断裂成滴动作的影响。正在喷嘴孔径为0.15mm、扰动频率正在2000~2600Hz时，射流液柱端头可断裂酿成均一水滴，直径为0.23~0.27mm。通过调换输入频率和液面气压，取得了输入电流频率和液面气压对水滴酿成历程的影响。

　　2002年，气压脉冲形式均一微滴造备本事由多伦多大学Chandra提出。目前，受限于电磁阀开明频率（最高50Hz），该本事正在按需可把持备均一微滴方面有行使。其道理是诈骗电磁阀通断来把持自正在液体表面倏得出现脉冲驱动气压，以用于正在喷嘴出口处出现均一微滴，每个脉冲周期对应天生一个均一微滴。因为脉冲气压可耐高温，是以该本事正在高温金属造备方面拥有明显上风，但该本事受限于电磁阀开明频率，难以高频造备均一微滴，装配如图10（a）所示。2019年，西北工业大学伊浩等抉择铝合金（Al88%，Si12%）动作原料，诈骗气压脉冲微滴造备本事造备了铝液滴并杀青了液滴重积，正在以石膏和蒸馏水为首要原料的可溶性芯上重积铝液滴，创筑了拥有高质地表里面的金属管，如图10（b）所示。实践结果证明：当重积频率较高时，热聚积效应会导致相邻液滴之间太过统一，毁坏成形精度，降造零件的质地。

　　为提拔气压脉冲的坚固性，正在气压脉冲造备均一微滴本事的根本上，华中科技大学舒霞云所正在的探索团队提出了气动膜片式均一微滴造备本事。道理如图11（a）所示，气体脉冲力驱动膜片变形，变形膜片挤压腔体导致喷嘴出口处按需酿成均一微滴。华中科技大学肖俊峰等诈骗气动膜片式均一微滴造备装配，以Sn 63Pb 37为实践原料，正在玻璃喷嘴直径为100µm的条目下，造备出直径正在155~196µm的锡铅焊球，如图11（b）所示。肖俊峰通过实践探究了驱动气压、脉冲宽度、频率和放气孔内径对均一微滴天生的影响。实践结果证明：液滴直径随驱动气压增大而变幼；脉冲高电平期间越短，均一微滴天生需求的驱动气压越大；频率对均一微滴造备历程无彰着影响；放气孔内径增大，天生均一微滴需求的驱动气压增大。

　　2021年，Liu等提出激光流体共振形式均一微滴造备本事，其道理为当一连波激光束照耀透后射流液体（如水）时，会正在射流液柱内部出现随期间蜕变的光压力，正在光学压力的效用下射流液柱端头将会断裂酿成均一微滴。Liu以乙醇为实践原料，正在乙醇流速为1.4mL/min、激光波长为520nm等条目下杀青了激光流体共振形式均一微滴的造备。激光流体共振形式微滴造备本事道理如图12所示。

　　微滴喷射本事受到国表里探索职员高度合怀，表2总结了国表里合于均一微滴出现的形式、成滴道理、长处和谬误等。

　　均一微滴运用范围发达请求微滴直径更幼、装配更牢靠缜密。为造备幼直径微滴，科研职员有三种计划：减幼喷嘴孔径易杀青非金属微滴造备但金属微滴易梗塞；大喷嘴孔径下用较大脉冲力造备幼微滴实用于按需可控本事；大喷嘴孔径液柱通过气液滚动聚焦酿成幼液柱再断裂成微滴。

　　1）电子封装范围：均一微滴造备本事既可用于造备电子封装用微焊球，也可正在电途板上直接打印所需电途，也能够按需打印电子器件所需的凸点阵列。

　　2）喷墨彩印范围：目前，喷墨口角打印依然被激光打印本事所庖代，然而均一微滴造备本事正在喷墨彩印本事范围拥有驾御位子。喷墨打印工艺可直接酿成图案化的薄膜而无需掩模版，能够缜密把持溶液重积体积和名望，是一种非接触直印式酿成图案的本事。喷墨彩印能够杀青分别色彩微滴的高效牢靠喷印，或许输出高质舆图像。

　　3）缜密造备范围：基于均一微滴造备本事而发达起来的微型件3D打印成形本事，拥有筑设浅易、无拘束成形和喷射原料范畴广的长处，正在眇幼金属构件和电途板打印方面拥有较高的行使远景。

　　4）生物医学范围：精准输送药物，抬高医治后果；打印构造工程细胞载体框架，管理古代构造工程反复性差和无法模仿丰富组织的题目。

　　均一微滴造备本事正在多范围展现出极大的行使远景，但跟着人们对高品格产物需求的抬高，对微滴的均一性请求越来越高，对微滴粒径需求越来越幼，对均一微滴所属原料的范畴请求越来越广。是以，要进一步饱动均一微滴造备本事的行使和发达，尚需正在以下2方面发展深刻探索。

　　0.1mm以下金属微球造备，需管理金属流体易梗塞喷嘴题目，可商量调换工艺或连结滚动聚焦本事。

　　作家简介：王同举，北华航天工业学院电子与把持工程学院，河北省微纳卫星协同改进核心，讲师，探索宗旨为电子封装本事与合系原料；雷永平（通讯作家），北京工业大学原料与创筑学部，教导，探索宗旨为电子封装本事与合系原料。

　　论文全文宣告于《科技导报》2024年第18期，原题目为《均一微滴造备本事探索发展》，本文有删减，迎接订阅查看。

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