高壓放大器在EHD微滴打印系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：EHD微滴打印系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、探頭、顯微攝像頭、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：EHD打印系統(tǒng)整體框架

圖2：系統(tǒng)硬件裝置示意圖

設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，圖2為EHD微滴打印系統(tǒng)的硬件整體構(gòu)造。主要包括高壓脈沖信號(hào)發(fā)生模塊、供液模塊、攝像模塊和位置控制模塊。打印針頭、導(dǎo)管、微量注射器和微量注射泵共同構(gòu)成供液模塊。高壓放大器將函數(shù)發(fā)生器的電壓信號(hào)放大后，施加到襯底電極板和打印針頭上，構(gòu)成高壓電信號(hào)發(fā)生模塊。長(zhǎng)焦距顯微鏡與高速攝像機(jī)連接，并將攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，構(gòu)成攝像模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控打印情況。待打印襯底樣品置于電極板上，電極板固定在平移臺(tái)上，平移臺(tái)的三維位移帶動(dòng)待打印襯底進(jìn)行高精度定位對(duì)準(zhǔn)。構(gòu)成位置對(duì)準(zhǔn)模塊。通過(guò)USB電子通訊接口將計(jì)算機(jī)與高速相機(jī)、雙向微量精密注射泵、三坐標(biāo)位移裝置、函數(shù)發(fā)生器連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)儀器進(jìn)行程控操作。

高壓脈沖信號(hào)發(fā)生模塊：

高壓模塊中的函數(shù)發(fā)生器需要能夠產(chǎn)生方波、脈沖等多種波形以供打印。函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的電壓最大為5V，需要配置一臺(tái)高壓放大器共同使用，高壓放大器需要能夠跟隨函數(shù)發(fā)生器的頻率，將函數(shù)放大器的輸出信號(hào)放大1000倍，產(chǎn)生千伏級(jí)電壓。在高壓操作環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)較危險(xiǎn)，因此輸出電流應(yīng)控制在毫安級(jí)范圍。高壓放大器電壓放大倍數(shù)最高可達(dá)1000倍，頻率1KHz，輸出電流6mA。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

根據(jù)微熱板的打印需求，設(shè)計(jì)并搭建了EHD打印的硬件和軟件系統(tǒng)。選擇能夠滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備，搭建了系統(tǒng)的電壓模塊、供液模塊、攝像模塊和位置控制模塊。并通過(guò)儀器的USB接口將儀器與計(jì)算機(jī)通信，使計(jì)算機(jī)完成對(duì)電壓模塊、供液模塊、攝像模塊和位置控制模塊的控制操作。

軟件部分利用LabVIEW搭建了一套能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)打印過(guò)程和打印效果的人機(jī)交互操作界面。在用戶操作的界面上，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多信號(hào)發(fā)生器、微量精密注射泵和三坐標(biāo)平移臺(tái)進(jìn)行控制以及一鍵識(shí)別打印的操作按鈕。此外，軟件部分還嵌入了Matlab編寫(xiě)的圖像識(shí)別與自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)模塊，程序控制各個(gè)儀器協(xié)調(diào)工作，自動(dòng)識(shí)別微熱板的圖形和位置，移動(dòng)并打印微熱板，提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度。在人機(jī)界面中，可以同時(shí)觀察到打印針頭和襯底待打印的微熱板圖形。在識(shí)別打印微熱板的同時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)打印針頭的出液情況，在針頭出液口出現(xiàn)漏墨或缺墨等故障時(shí)，能夠及時(shí)調(diào)整針頭液面，避免了漏打微熱板等情況，提高了打印的效率與良品率。

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圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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