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打印机喷头清洗装置设计,打印机,喷头,清洗,装置,设计
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目 录1.绪论51.1 3DP制造技术概述51.2 压电式喷头概述61.3压电喷头堵塞状况71.4清洗方案的确定81.5清洗流程的确定92超声波清洗机的设计92.1超声波清洗机理简介92.2超声波清洗机结构设计102.3超声波清洗频率的选择102.4清洗液的选择112.5超声波清洗槽的设计122.3.1清洗槽的材料选择122.3.2超声波清洗槽的形状设计122.3.3超声波清洗槽尺寸的设计122.4超声波发振方式132.5超声波换能器选择132.5.1超声波换能器的布置142.5.2超声波换能器与清洗槽的连接方式142.6超声波发生器152.7喷头保持架153低压清洗回路的设计163.1喷头清洗工况的分析163.2系统原理图的拟定163.3水泵选型的方法163.3.1列出基本数据：163.3.2确定流量和量程173.3.3确定泵的种类173.4管道的选取193.6选择辅助元件203.6.1过滤器的选用203.6.2油箱的选用20参考文献21摘 要3DP也被称为喷墨打印技术。从工作方式来看，三维印刷与传统二维喷墨打印最为接近。其工作原理是通过压电式喷头喷出粘结剂与粉末材料连接起来。所以喷头正常工作对打印成品的精度有着至关重要的影响。然而，在实际运行中受到粘结剂粘度，张力和粘结中的杂质，和空气中各种杂质的影响，压电式打印头不可避免的被堵塞。如何快速，有效的清洗压电式打印头，保障设备正常运行，变得至关重要。关键词： 3DP打印 压电式喷头 超声波清洗 液压清洗Abstract3DP is also known as inkjet printing technology. In terms of working mode, 3d printing is the closest to traditional 2d inkjet printing. The working principle is that the binder is connected with the powder material through the piezoelectric nozzle. Therefore, the normal operation of the nozzle has a crucial impact on the accuracy of the printed product. However, in actual operation, due to the influence of binder viscosity, tension and impurities in the bond, and various impurities in the air, the piezoelectric print head is inevitably blocked. How to quickly and effectively clean the piezoelectric print head, to ensure the normal operation of equipment, has become crucial.Key Words: ThreeDimensionalPrinting Piezoelectric sprinkler Ultrasonic cleaning Hydraulic clean第一章 绪论1.1 本文的研究目的与意义近年来，随三维打印技术的迅迅猛发展，适用于铸造生产的增材制造装备也取得了突破性进展。砂型打印跟传统铸造方式相比，不仅可以提高产品质量、生产效率。而且可以改善生产环境。因此被称为第三次工业革命的标志性技术之一。砂型打印设备的工作原理如图1所示，首先在砂箱工作台上均匀的铺上一层粉末材料，接着喷头按照零件截面形状，将粘结材料有选择性地喷射到已经铺好的粉末层上，使零件截面有实体区域内的粉末材料粘接在一起，形成截面轮廓，一层打印完后工作台下移一定高度，然后重复上述过程。通过不断在该横截面上重复铺粉、喷涂、粘接，逐渐形成立体的物体。从砂型打印设备的工作的原理我们不难看出，在物体的塑形过程中粘合剂和粉末的喷涂起着极为重要的作用。因此，喷头是砂型打印设备的核心部件，喷头是否正常工作直接决定了制件质量的好坏；喷头的数量决定了打印的效率。从而喷头是砂型打印设备解决商业化运用的关键所在。现在国内砂型打印机普遍采用的是压电式的打印喷头来完成设备的按需喷墨，从而完成打印工作。1.2 压电式喷头概述目前，应用于砂型打印设备中的压电式喷头主要为北极星PQ256喷头。所谓压电式喷头，就是在设计好的一种结构中，利用压电晶体在外加电压下变形这一特性，给压电晶体加一个强脉冲电压，结构中存储液体装置的体积会突然发生变化，从而让流体从固定的小孔中流出，达到喷墨的效果。喷头入口喷嘴板压电式喷头由压电陶瓷片、喷嘴和小容腔组成。液体分别从两个喷头的入口流入，汇集在小容腔内，小容腔内的液体经过各个细小的通道储存在细小的压电腔内。在压电陶瓷片上未施加驱动信号时，压电腔中液体的压力足够低（或为负压），液体由于表面张力而保持在压电腔腔中；需要喷射时，在压电陶瓷片上施加一个脉冲电压，压电陶瓷片立即发生微米级变形，在此作用下，隔膜（又称为振动片、压力片）发生弹性变形，使与其相连的小容腔的体积迅速缩小，产生朝向喷嘴的压力波，此压力被克服喷嘴中的压力损失和液体的表面张力，使喷嘴处开始形成一个液滴，并从喷嘴喷出。然后，压电陶瓷片和隔膜恢复原状，由于表面张力的作用，新的液体进入喷头的压电腔内，如此反复，实现喷头的按需喷墨。双喷头入口图 11.2 国内外研究现状及发展趋势目前，针对现有的压电式喷头的清洗研究依旧处于探索阶段。现有普遍采用注射器清洗的方法来实现喷头的清洗工作。用注射器吸取清洗液，通过硅胶管注射到喷头内，缓慢推动喷头使喷头内的杂质在压力的作用下，排出喷头，这种方法普遍使用于堵塞情况轻微的喷头。2007年，复旦大学刘天西等人，发明了一种新的清洗方法。该方法针对喷头堵塞颗粒或纤维情况，设置清洗脉冲频率，对喷头施加脉冲，使得喷头内压电晶体产生脉冲形变，引起喷头内管壁上附着的颗粒和杂质发生共振，从而使其松，从喷头管壁内脱落。同时通过清洗液的冲洗和倒吸，使喷头内的杂质随着清洗液从喷头内排出。此外，利用超声波的空化效果，将附着在喷头内的杂质从管道内剥离下来。然后通过清洗液的冲洗和倒吸，使喷头内的杂质随着清洗液从喷头内流出。1.3压电喷头堵塞状况在砂型打印中，喷头通常用来喷射呋喃树脂，使其与砂箱中的固化剂与砂子发生化学反应。呋喃树脂是糠醇与尿醛、酚醛、酮醛合成物的总称，为棕红色、琥珀色液体，微溶于水，易溶于酯、酮等有机溶剂。在实际工作过程中，受到粘结剂粘度，张力和粘结中的杂质，和空气中各种杂质的影响，压电式打印头不可避免的被堵塞。被堵塞的喷头无法正常工作，不仅会造成砂型报废，还会导致工厂停止正常运行，给工厂带来不必要的损失。通过将堵塞的喷头送往检测公司检测。根据检测公司反馈的检测报告，确定了压电喷头相关区域的堵塞情况。区域堵塞情况特征压电腔出墨口压电腔出墨口有墨色胶体，形态与压电腔通道杂质相似。墨水出墨通道墨水出墨通道有较多孔已被堵塞。压电腔通道压电腔通道有少量黑色胶体附着，边界通墨口堵塞严重。喷头过滤网表面有部分孔被杂质附着。喷孔板喷孔板上有少量胶状物，孔径边缘有少量杂质。通过对光学显微镜观察结果分析得出，压电腔出墨口及压电腔通道边缘都有黑色胶状杂质，其外观形态相似并都易脱落，及透明胶体附着但都未堵塞通道，过滤网与喷孔板未出现严重堵塞，压电胶通道边上的小孔堵塞严重；墨水出墨通道有三分之一的孔被堵塞，为堵塞最严重的区域，堵塞杂质形态上为胶体；根据光学显微镜观察结果，对喷头不同部件的杂质多的位置进行电镜分析，从结果中可看出各部位都有少量 微的颗粒和胶体类杂质，其中形态和数量最多的为墨水出墨通道；黑色胶体杂质主要有C、O、Ni等元素，其它少量的金属元素为压电腔脱落的元素，加速有机絮凝物的生成。这些有机絮凝物主要包含SiO2、Fe（OH）3、CaCO3、KCl等。由此可以看出，墨水出墨通道的堵塞最为严重，所以让喷头正常工作，取决与墨出墨通道是否畅通。1.4清洗方案的确定目前的主要清洗方法有注射器清洗法、超声波清洗法、脉冲共振清洗三种方法。我们将对以上三种方法进行比较，从而选出最优清洗方案。 注射器清洗超声波清洗脉冲共振清洗清洗原理利用注射器将清洗剂注入到喷头内，手动调节注射压力。对打印喷头内杂质，附着物及堵塞物进行切削、破碎、挤压、冲刷以达到清洗的目的。利用超声波振动，把液体分子拉裂成空洞，由于周围压力的增大，空化核又被击碎，空化核击碎时对周围形成巨大的冲击波，放出巨大的能量，从而把物体上的杂质剥离下来，从而达到清洗的目的。对打印头施加脉冲，是的打印头压电陶瓷发生脉冲形变，引起堵塞颗粒或纤维发生共振，从而使颗粒或纤维松动，从打印头管壁脱落。同时通过清洗液的冲洗或倒吸，使打印头内堵塞颗粒或纤维排出。优点简单易行，对污染程度比较轻的打印头清洗效果较好。对污染程度比较严重的打印头，清洗效果一般。清洗效果好，清洁度高且清洁度一致性好。清洗速度快。对深孔、细缝亦可清洗干净。并对各种污染物都有一定的清洗效果。对于去除附着在打印头管壁上的各种颗粒和纤维，具有很好的清洗效果。缺点清洗效果有限，而且效率低。同时易对喷头造成损害。成本较高。对喷头造成损伤、对其他污染物清洗效果一般。针对喷头内杂质的分析，对比以上三种方案，我们发现传统的用手工清洗方案无法有效的完成对喷头的清洗，仅能清除喷头内的一些细小颗粒及一些轻微附着在喷头内的杂质。脉冲共振清洗虽然对喷头管壁上的颗粒和纤维有着很好的清洗效果，但是对其他污染物的清洗效果不大，同时也会对喷头造成一定程度的损伤。而超声波清洗不仅对附着在管壁上的颗粒有着良好的清洗效果，同时对其它污染物也有良好的清洗效果。综合分析之后，决定采用超声波清洗方案，并附加以正负压冲洗。利用超声波的空化作用将附着在喷头内的杂质击碎，并使其脱落。再通过正负压冲洗将杂质从喷头中运送出来，使喷头恢复正常工作。1.5清洗流程的确定根据已经确定的清洗方案，确定以下清洗流程。清洗剂超声波空振浸泡喷头超声波清洗喷头回路清洗正压清洗抽吸清洗装测试头，打印测试页根据测试页结果，将喷头按喷墨情况分类，分开放置。2超声波清洗机的设计2.1超声波清洗机理简介声波在液体中传播，在空间和时间上形成压力的焦炭变化。在某一时刻，有些区域的压力超过了环境静压力P0,而另一些区域则低于P0。我们把低于环境静压力的低压称为负压。只有当压力波的幅度足够大，所能产生的负压足够低，才能破坏液体的结构，形成空腔。也就是说，液体中的声波压力幅度必须超过某一阈值才能发生空化。我们将液体中产生空化所需的最低压力幅度称为空化阈值。空化阈值是反映液体被压力波空化的难易程度。设P0为液体的静压力，Pm为声波交变声压幅值，则液体中压强的变化为P0Pm。当PmP0时，形成负压。此时在负压作用下空化核膨胀；当P0-PmP时，形成空化。含有半径为R0的空化核的液体，空化阈值为Pc=P0+Pt将Pt表达式代入，则空化阈值为Pc=P0-Pv+233(2R0)3P0-PV+2R0上式中PV58.93kPaR010-5-10-617.0mN/mP0101.325 kPa超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射，使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡就会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中，气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局调温，这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中，蒸汽型空化对污垢进行直接反复冲击。超一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即“钻入”振动使污层脱落，由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化、固体粒子自行脱落，超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见，凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用，其特点适用于表面形状非常复杂的零件的清洗。尤其是采用这一技术后，可减少化学溶剂的用量，从而大大降低环境污染。2.3影响超声清洗效果的因素超声清洗的主要机理是超声空化作用,超声空化的强弱与声学参数和清洗液的物理化学性质有关。所以要达到良好的清洗效果,必须选择适当的声学参数和清洗液。2.3.1超声波清洗频率的选择一般常见的超声波频率分为：25KHZ、28KHZ、40KHZ等；清洗精密和比较脆弱的物件时应选择40KHZ或者以上的高频来清洗；在低频情况下，空泡生长的时间长，空化气泡大、数量少，低频空化强度高，故适用于污染物与清洗件表面结合强度高或者大清洗件表面的场合，但是，不易清洗表面形状复杂的和穿透深孔的部件，且噪声大；虽然较高频率空化强度较弱，空化气泡小、但是数量多，适用于表面形状较复杂、狭缝及污物与清洗件表面结合力弱的清洗。清洗液的温度升高，可以导致液体的粘滞系数和表面张力系数下降，从而导致空化阈值下降，从而使空化易于产生；但是清洗液温升，也会导致蒸气压增大会降低空化强度。温度同样影响空化效率和清洗中化学反应的速度。对空化强度而言，不同的清洗剂有不同的最佳温度。因为压电式喷头的结构比较复杂，而且具有微小的深孔。所以采用40KHZ。2.3.2声强的选择超声波清洗是利用液体的空化效果。要使液体产生超声空化，必须使超声波清洗槽中的声强高于其空化阈值。对于一般液体，空化阈值为1/3 W/cm2。声强增加时，空化强度增大，有利于清洗。但是声强过高，会产生大量无用气泡。这些气泡会形式一道声屏障，削弱清洗效果。声强一般选择在1-2 W/cm2的范围。超声波的声强越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好。但对于精密的、表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高声强清洗会对物件表面产生“空化”侵蚀。产生空化作用的功率密度临界点与所选频率有一定的关系。当工作频率在16-20KHz时，功率密度临界点在0.3-0.4W/cm2。工作频率在26-30KHz的时候，功率密度临界点在0.5-0.8 W/cm2。工作频率在30-40KHz时，功率密度临界点为1-1.2 W/cm2。2.3.3清洗液的选择通常的工业清洗配用的清洗液有：水基溶液、石油溶剂、有机溶液有丙酮、酒精等。其中可以与超声波清洗协调配用的常用溶剂也有很多种，根据喷头内污染物的性质，其选择原则如下：（1）能够清除喷头出墨通道内所吸附的污染物，无刺激性气味。（2）有利于超声波的空化，使超声波空化效应应充分利用。因此，所选用的清洗溶液应该具有粘度小、超声波经过衰减小的特点。（3）安全、无毒、环保、不可燃等。（4）如在现有的清洗工艺中引入超声，所使用的溶剂一般不必变更。目前，普遍采用共享集团研发的一种3D呋喃树脂用强效清洗剂清洗3DP设备中压电式喷头。该清洗剂主要包含以下化学成分：乙醇、丙酮、丙二醇甲醚、异丙醇、甲基乙基酮、稳定剂。该清洗剂具有以下特点：（1）化学性能稳定、不与清洗物发生反应、成本低、沸点低、可以自行干燥。（2）该强效清洗剂清洗污垢的速度快，溶垢彻底，对3D呋喃树脂有很强的分散、溶解能力，在有限的工期内，可较彻底地除去污垢及树脂结晶物；（3）该强效清洗剂对3D型砂打印设备无腐蚀溶胀作用，不会伤及3D型砂打印机机体表面及打印头；（4）该清洗剂所用主要原材料便宜易得，并立足于国产化；清洗成本低，不造成过多的资源消耗；（5）该清洗剂在生产过程中选用对人体和生产环境相对温和的原材料，在最大程度上减少了对身体和环境的伤害；（6）该清洗剂清洗条件温和，在常温条件下即可完成清洗工作，不需要加热及使用其他助剂，只需要轻轻擦拭即可清除干净；（7）该清洗剂在清洗过程中，不会在3D型砂打印机表面残留下不溶物，不会产生新污渍，能有效的避免在机体表面产生二次污染，降低工作量，提高工作效率。（8）同时作为超声波清洗剂，其具有合适的空化阈值、含气量、粘度、表面粘度、蒸汽压等，能够产生足够的空化强度。2.4超声波发振方式我国乃至世界，超声波洗净虽然原理都一样，但超声波发生器采用的发振方式有所不同，要有下列几种；频率发振变化振幅交互式频率变化同时多种频率发振聚能型发振只采用单一的振动频率发振，这种发振方式虽然能够产生较强力的超声波，但可能有超声波照射不到的盲区出现，我国目前生产的超声波清洗机主要采用此方式。洗净过程中超声波可发生振幅变化，一般采用变化电感值的大小的方式来实现。这种发振方式的洗净、脱气效果都很好，但噪音太大。两种不同频率的振子同时发振工作，但经验表明频率高的振子很容易出现故障。采用交互式工作方式的优点能减少盲区，但因为总是一半振子在工作，声强降低了，所以不会获得强力超声波。是近年来发展起来的新技术，采用一种振子同时超声35种频率的超声波工作，能够产生均匀的声场，但也不能获得强力超声波。是将振子的发射端通过工具头聚集在很小的面积上，功率密度从而增加10倍以上，具有超强的洗净能力，但也不能获得强力超声波。综合分析之后，采用单一频率发振方式可以达到清洗效果的同时，不仅可以降低成本，而且会使超声波清洗机结构变得紧凑。所以我们采用单一频率的发振方式。2.5超声波清洗槽的设计2.5.1 清洗槽的材料选择不同材料对超声波的吸收情况是不同的，作为清洗液的容器，清洗槽对超声波的吸收应该越少越好，于是应该首选金属或者玻璃等对超声波反射效果好的材料，而不宜采用塑料件。故一般超声波清洗槽采用耐腐蚀的不锈钢材料制作。其厚度一般在1.53mm之间，过于厚会影响声波的辐射，槽的内壁，尤其是粘有换能器的辐射板要平整抛光，不能有伤痕，否则易产生空化腐蚀，缩短使用寿命。这里我们采用厚度为1.5mm厚的SS304不锈钢钢板，氩弧焊接而成。2.5.2超声波清洗槽的形状设计清洗槽的形状是超声波清洗机清洗效果的重要影响因素之一。超声波以机械波的形式向清洗液中传递能量，声波遇到清洗槽壁和液面均会发生反射，并与其他的波进行叠加，形成一定的声场，这个声场的均匀性直接影响到清洗的均匀性。传统意义上的清洗槽一般有圆筒形和多边形两种，由于圆筒形清洗槽无法与超声波有效耦合，故而超声波清洗机中应选用长方形槽体。2.5.3超声波清洗槽尺寸的设计内槽的尺寸要根据清洗件的大小和形状而定。清洗件的总体积不应大于内槽的体积。当超声波换能器的设计分布在清洗槽的底部，由于超声波的有效作用范围是510cm,水位过高时，超声波换能器将无法起振；水位过低时，会存在大量的从液面反射回底部的超声波，易对清洗槽造成空化气蚀。液体中的超声波会因行波、回波的相互干扰及强合结果，将形成“驻波”现象，波节处振幅很小，波幅处振幅大造成清洗不均匀，因此最佳选择清洗物品位置应放在波幅处。只有被清洗部分完全浸入清洗剂中，此时超声波清洗才会产生效果。确定产生驻波的液体深度，能得到最好的超声波辐射效果。产生驻波的液体深度，可用下面公式计算。液深=声速/频率2=1168m/s40kHZ2=14.6mm这个液体深度的正整数数值，也是最适合的深度。这里取3倍，则液深为43.8mm。清洗液的体积一般占清洗槽容积的三分之一到二分之一，因为清洗工件较小，并且所需清洗部位也比较小，所以清洗槽高度设计为100mm。喷头的尺寸为128mm，综合考虑并留有一定的余量后，清洗槽的尺寸设计为：长168mm 宽80mm高100mm。2.6超声波换能器选择用于超声清洗的换能器有两种类型。一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换能器。磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低，而且金属镍材料价格昂贵，制造工艺复杂，所以目前很少采用。我国目前主要采用压电换能器，这种换能器的电声转换效率高，原材料价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不同的清洗要求。压电换能器又有很多种，如圆柱形、喇叭型等。在低超声波频段（20-100KHZ）超声波清洗机，目前工业上绝大多数是采用单螺钉夹紧的夹心式压电超声波换能器（复合换能器），结构上的差别主要在辐射体（与不锈钢板粘结的铝块）的形状，其中一种是锥体喇叭，另一种直棒形状。喇叭状换能器的声辐射效率比棒状换能器高，即同样的输入电功率。在清洗槽中的得到较大的声功率，而消耗在换能器上的电功率较少，因而换能器发热也低。当输入换能器的电功率相同时，由于喇叭辐射面的面积比棒状换能器大，所以辐射面的声强较低，与其粘结的不锈钢板表面空化腐蚀小。清洗槽(或浸入式换能器)的寿命延长。发射功率=功率密度发射面积=0.616880=80.64W1.电极片 2.压电陶瓷片 3.后盖板 4.螺栓 5.绝缘环 6.前盖板所以我们采用功率为80W的喇叭状换能器较好。2.6.1超声波换能器的布置一般来说，超声波换能器具体安装粘贴在槽体的底部、侧面、还是底部和侧面都粘贴换能器，要根据清洗工件的原有特性如大小、材质、形状、以及要清洗的污渍特性等来确定。基本安装方式有：底震式、侧震式、底震+侧震三种。底震+侧震侧震式底震式比如除油清洗，通常情况下采用底震式。如果工件又大又长，几个面还有通孔、盲孔，而且盲孔又深又小，这时需采用低震式+侧震式的方式。因为打印喷头比较小，而且需要清洗的部分比较小，此外需要将重点清洗的出墨通道对准超声源，对于盲孔的清洗，应在盲孔内灌满清洗液，然后将盲孔向下对准超声源，在清洗过程中，必须一直保持孔内充满清洗液，才能取得显著清洗效果。所以我们采用底震式。2.6.2超声波换能器与清洗槽的连接方式常有的换能器与清洗槽的连接方式有法兰连接式和整体粘结式。无论采用哪种连接方式，清洗槽声场强度在垂直方向上都会呈周期性的强弱变化，表现出较强的驻波特性，由低向上总体呈逐渐衰减的趋势，而法兰连接式清洗槽衰减幅度更为明显。从声场总体分布来看，整体粘接式清洗槽声场强度要明显高于法兰式连接，表明超声波换能器与清洗槽整体黏结，更有利于将换能器的高频振动转换为清洗液的空化作用，以增强清洗效果。所以选择整体粘接式连接。换能器与清洗槽的粘结要有良好的机械性能，而且必须保证良好的声传导性。良好的粘结工艺还能有效的降低粘结阻抗，保证换能器的效率。在进行粘结处理前必须对换能器输出面和清洗槽地面进行表面清洗处理，以利粘结胶润湿，提高粘结强度保证粘结质量。首先用砂布打磨表面以去除氧化物，再用丙酮擦洗换能器输出面和清洗槽底面去除污垢和灰尘，晾干后再用砂布进行粗化处理。然后再用丙酮清洗。对于超声清洗换能器和清洗槽的粘结要求使用固化收缩率低且能承受一定范围内温度变化的粘结剂。这样能最大限度的降低粘结应力，保证粘接质量。这里我们选用环氧树脂粘结剂，将调好的环氧树脂和固化剂使用丙酮进行稀释，然后将胶均匀的涂在换能器输出面和清洗槽底面，这层胶要尽量薄和均匀。2.7超声波发生器超声波发生器，通常称为超声波电箱、超声波发生源、超声波电源。它的作用是把我们的市电（220V，50Hz）转换成与超声波换能器相匹配的高频交流信号，并将其放大后，提供给超声波换能器工作的电能。其频率就是超声波换能器的频率。发生器的功率要大于换能器的功率。发生器被称为电源，顾名思义，电源的发出的功率一定要带动震板，所以要大于等于换能器的功率。从放大形式，可以采用线性放大电路和开关电源电路，大功率超声波电源从转换效率方面考虑一般采用开关电源的电路形式。线性电源也有它特有的应用范围，它的优点是可以不严格要求电路匹配，允许工作频率连续快速变化。从目前超声波业界的情况看，超声波主要分为自激式和它激式电源。自激式电路没有信号源，是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为一体，形成一个闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组成一个有功率放大的振荡器，并谐振于换能器的机械共振频率上，一般应用于超声波换能器数量少的小型设备。比较完善的超声波发生器还应有反馈环节，主要提供两个方面的反馈信号；第一个是提供输出功率信号，当发生器的供电电源发生变化时。发生器的输出功率也会发生变化，这时反映在换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定。因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定。第二个是提供频率跟踪信号，当换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，这种改变只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号发生器，使信号发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的谐振频率点，让发生器工作在最佳状态。因此选择频率为40KHZ，功率为120W的自激式线性电源的超声波发生器。其主要参数为电源要求AC 220V,50HZ安装尺寸110*105*40mm换能器频率40KHZ2.9喷头保持架在超声波清洗的过程中，喷头需要保持沉浸在清洗液当中。在清洗前后，需要能够快速的更换喷头，以及快速到达合适的位置。其材料为1.5mm的不锈钢。根据出墨通道的长度确定，被清洗件喷头需要浸入清洗液23mm深。则喷头保持架的高度=清洗液到清洗槽顶部的距离+保持架厚度+喷头浸入清洗液深度=50+2+2=54mm3低压清洗回路的设计3.1喷头清洗工况的分析经过超声波的清洗之后，喷头内的杂质都已经从喷头内壁脱落，但都依旧储存在喷头内影响喷头的正常工作。此时启动泵，让清洗液从喷头入口流入喷头内，从喷嘴内流出，并将其内的杂质带出来。3.2系统原理图的拟定泵1泵2泵3换向阀1换向阀2换向阀3换向阀4工作状态+-+-+正压清洗-+-+-+负压清洗-+-+-回路清洗3.3水泵的选型3.3.1列出基本数据工况水气两用是否调速是是否自吸是是否放入水中否介质情况050摄氏度，不含颗粒介质名称3D呋喃树脂专用清洗剂密度1.052g/ml粘度1.2mpa.s腐蚀性无毒性无介质温度常温所需要的流量200m/min可能缺水，需长期空转不损坏且要频繁启停。流量要求小，体积尽可能小。3.3.2所需压力计算墨水填充端口在打印头主体的上表面，端口有倒钩式接头，可插接内径为3.2mm，外径5.6mm的硅胶软管。 其流速为=qA2=q4d22=40.110-3426010-6 m/s=0.132 m/s在未分流之前，其主管的流量为Q=Q1+Q2=100ml/min+100ml/min=200ml/min查流体流速推荐表，将主管流速初选为=0.3m/sd=4qv=40.0123.140.33600=3.76mm查管型手册，选用管外径为6mm,内径为4mm的硅胶管。重新矫正流速：=qA2=q4d22=40.210-3426010-6 m/s=0.265 m/s在正常的水流速范围内，管型选择合适。液体粘度u=1.2mpa.s 密度=1.052g/cm32=1.2mpa.s1.052g/cm3=1.14mm2/s计算雷诺数Re=d2v2=0.2650.0041.1410-6=929.82320(层流)Re=d2v2=0.1320.00321.1410-6=370.52320(层流)当雷诺数2320时为紊流。所以在主管和支管中流体的流动状态为层流。流体在等径直管中流动时，因摩擦和质点的相互扰动而产生的压力损失。直管中液体为层流时，其沿程压力损失与液体粘度、管长、流速成正比、而与管径的平方成反比。当正压清洗时液体总的沿程压力损失为主管的沿程压力损失加分管的压力损失Pf=Ldu22式中=64Re=64929.8=0.068=64Re=64370.5=0.173主管沿程压力损失Pf1=Ldu22=0.0680.80.00410520.26522=502.4Pa分管沿程压力损失Pf2=Ldu22=0.1730.150.003210520.13222=74.3Pa总的压力损失为Pf=Pf1+Pf2=502.4+74.3=576.7Pa在正压清洗时，流体流经管道的突变截面、过滤器、换向阀，三通等局部装置时，流体的方向和流速发生变化，在这些地方形成漩涡、气穴、并发生强烈的撞击现象，由此造成的压力损失称为局部压力损失。局部压力损失Pm=22用上式求突然扩大，或者突然缩小的局部阻力时，式中应取小管处流速。管路系统中总的压力损失为Pm=22Pm=（入+出+阀+三通+过滤器）122+阀222Pm=0.8+1+0.9+2+4.710520.26522+4.710520.13222Pm=390.3Pa总的压力损失P=Pm+Pf=390.3+576.7=967Pa则hf=Pg=0.9671.0529.8=0.094mZ1g+P1+122+We=Z2g+P2+222+hf式中Z1=0.06m，Z2=0.2m，P1=P2=P0=101.325Kpa，1=0，2=0.132 Z1g+He=Z2+222+hf0.069.8+He=0.29.8+0.13222+hfHe=0.29.8+0.13222+hf-0.069.8=1.47m当抽吸清洗时液体在直管中的沿程阻力为主管沿程压力损失Pf1=Ldu22=0.0680.80.00410520.26522=502.4Pa分管沿程压力损失Pf2=Ldu22=0.1730.150.003210520.13222=74.3Pa总的压力损失为Pf=Pf1+Pf2=502.4+74.3=576.7Pa局部阻力为Pm=22Pm=（入+出+阀+三通+过滤器）22Pm=（0.8+1+0.9+2+4.7）10520.26522+阀222Pm=0.8+1+0.9+2+4.710520.26522+4.710520.13222Pm=390.3Pa总的压力损失P=Pm+Pf=390.3+576.7=967PaZ1g+P1+122+We=Z2g+P2+222+hf当进行回路清洗时，系统可分为两部分，一部分用来吸取液体，一部分排出液体。对于液体排出系统沿程压力损失为Pf=Ldu22主管沿程压力损失Pf1=Ldu22=0.0680.80.00410520.26522=502.4Pa分管沿程压力损失Pf2=Ldu22=0.1730.150.003210520.13222=74.3Pa总的沿程压力损失为Pf=Pf1+Pf2=502.4+74.3=576.7Pa局部压力损失为Pm=22Pm=（入+出+阀+过滤器）22Pm=（0.8+1+2+4.7）10520.26522Pm=314Pa则总的压力损失为P=Pm+Pf=314+576.7=890.7Pa对于液体吸入系统沿程压力损失为Pf=Ldu22主管沿程压力损失Pf1=Ldu22=0.0680.80.00410520.26522=502.4Pa1分管沿程压力损失Pf2=Ldu22=0.1730.150.003210520.13222=74.3Pa总的沿程压力损失为Pf=Pf1+Pf2=502.4+74.3=576.7Pa局部压力损失为Pm=22Pm=（入+出+阀+过滤器）22Pm=（0.8+1+0.9+4.7）10520.26522Pm=273.3Pa则总的压力损失为P=Pm+Pf=273.3+576.7=850Pa管件和阀件名称值标准弯头45，=0.3590，=0.75全开0.17标准三通1活接管0.04过滤器2进口阻力系数0.5出口阻力系数1宝塔式管接头0.10.15外伸进口1整个管路系统中的管道总阻力为hf=hf值+hf值，3.3.3确定泵的种类微型真空泵、微型水气两用泵微型水泵、微型液泵（隔膜式）微型潜水泵、叶轮泵、离心泵、叶片泵主要功能抽气、抽水两用泵。流量小、噪音低、工作介质可以是单独的水、也可以是水气混合。适用于对流量有一定要求、具有自吸功能、出口有一定压力的场合。适用于对流量有一定要求，具有自吸功能、出水口有一定压力的场合。特点不污染工作介质、低功耗、小体积、噪音小、具有自吸功能。泵的排气（水）端必须通畅，在排气（水）管路中不得有任何阻尼元件。有自吸功能、吸程快、流量小、防漏、耐酸、耐碱、耐腐蚀、体积小、过压、过热自动保护功能。流量超大、体积小、大流量。泵体自带过滤器、可抽含颗粒、杂质、油分等液体；也可以抽粘度较大液体。型号PHW系列、WKA系列ASP系列、BSP系列、BSP-S系列、QZ系列、QD系列、QC系列流量范围0.61.3L/Min0.125L/Min35145L/Min最大输出压力0.0750.09MPa0.10.55MPa0.030.08MPa主要用途主要用于抽取水、气混合型介质或直接抽水。适用于进行液体转移、提升、清洗、喷洒、冲洗、灌溉等。大流量液体转移、低噪音连续工作场合。水族馆、游泳池、喷泉等。喷头属于精密元件，其内部结构比较复杂。其所能承受的压力和所允许流过的流量的大小需要严格控制。因为流经的流量和压力都比较小。所以我们选择用微型泵来完成喷头内部结构的冲洗。在此系统中我们希望泵能够完成自吸功能，能够水气两用、可以长期干转，体积小、低噪音等要求。根据微型泵的选型原则。型号开口流量(L/Min)最大输出压力(Mpa)体积(mm)最大扬程（m）重量(g)ASP系列3.52.64.00.240.551621006010.70.7640800BSP系列16250.270.40.2725011095429003400TF30A-A墨泵0.10.20.40.060.03576315810220用TF30A-A小墨泵。3.4管道的选取墨泵接头外径为5mm，适合接
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