Numerical Simulation of Droplet Based on Electrostatic Hydrodynamics
- Alternative Title
- Numerical Simulation of Droplet Based on Electrostatic Hydrodynamics
- Abstract
- 인쇄전자는 프린팅 공정기법으로 만들어진 전자 소자 혹은 전자 제품을 의미하며, 이러한 인쇄전자 제품으로는 2차원 3차원 형상의 프린팅 패턴과 구조체, 이를 기능성 잉크로 프린팅한 도선, 저항, 캐패시터, 인덕터 등의 수동소자, TFT 등의 능동 소자가 있으며, 이들의 집합체로 이루어진, RFID Tag, E paper, Solar Cell, Printed Sensor 등이 있다.
잉크젯 프린팅의 응용 범위가 인쇄전자의 출현으로 상당히 확장되었으며, 잉크젯 프린팅은 전자 부품 제조산업에서 비용의 효율성과 함께 높은 유연성을 선도하는 새로운 전망을 가능하게 한다. 잉크젯은 유일한 비접촉 프린팅 방식이며 따라서 다양한 기판의 사용이 가능하게 한다.
잉크젯 프린팅의 기본적인 원리는 미세한 잉크의 액적을 프린트 헤드 노즐을 통하여 기판에 전달하고 원하는 이미지를 형성하는것이다. 최종적으로 프린트의 특성은 잉크, 기판, 프린터 헤드 성질 및 이들간의 상호작용에 달려있다.
잉크젯 기술은 연속적인 방식과 DOD 방식으로 분류가 되며, DOD 방식에서는 잉크 액적이 필요할때마다 생성이 되는 방식으로 일반적으로 열과 압전으로 구동이 되는 방식이 있다.
그러나, 최근의 연구는 기계적인 운동 제한 때문에 정전기력 접근법으로 변화하고 추세이다. 정전기력 시스템은 기계적인 작용력을 줄이며, 높은 주파수에서도 더욱더정밀한 시스템을 만들수 있다. 또한, 작은 노즐 크기에서도 미세하고 집중화 된 액적을 얻을 수 있다.
정전기력 접근법에서는 전극에 가하는 전기 포텐셜에 의한 전기장이 형성되기 때문에 액적의 생성은 정전기력에만 좌우되며, 이러한 포텐셜에 의하여 노즐로부터 잉크를 분리하기 위한 당기는 힘이 시스템에 가해진다.
또한, 정전기력을 통한 액적 생성은 공급 전압, 전극과 그라운드와의 간격, 노즐 직경 등에 좌우되며, 정전기력 잉크젯 프린트 헤드 설계를 위해서는 이러한 변수에 대한 철저한 이해가 연구되어야한다.
본 논문에서는 정전기력 잉크젯 시스템을 설계하기 위하여 노즐 직경, 공급 전압 및 주파수 등 변수들에 대한 다양한 수치 시뮬레이션을 수행하였으며, 미세하고 우수한 액적을 생성하기 위하여 다양한 노즐 형태의 헤드 시뮬레이션을 구현 하였다.
또한, 멀티 노즐 잉크젯 시스템을 설계하기 위한 중요한 고려사항은 인접한 노즐간의 정전기력 간섭(cross talk)인데, 이러한 정전기력 간섭 문제를 분석하기 위한 시뮬레이션을 수행하였으며, 간섭 영향을 최소화하는 방법론을 제안하였다
- Issued Date
- 2009
- Awarded Date
- 2009. 8
- Type
- Dissertation
- Alternative Author(s)
- Khalid Rahman
- Affiliation
- 제주대학교 대학원
- Department
- 대학원 메카트로닉스공학과
- Advisor
- 최경현
- Table Of Contents
- ABTRACT………………………………………………...............................................1
1. INTRODUCTION ………………………………………………..............................3
1.1. Continuous Inkjet ............................................................................................... 3
1.2. Drop-on-Demand Inkjet ..................................................................................... 4
1.2.1 Thermal Inkjet ............................................................................................ 5
1.2.2 Piezoelectric inkjet ......................................................................................6
1.2.2.1 Squeeze mode actuator .......................................................................6
1.2.2.2 Bend mode actuator ............................................................................7
1.2.2.3 Push mode actuator .............................................................................8
1.2.2.4 Share mode actuator ...........................................................................8
1.2.3. Electrostatic Inkjet .....................................................................................9
1.3. Overview of the Thesis ......................................................................................10
2. CFD MODELING ....................................................................................................11
2.1. Volume of Fluid Method ...................................................................................13
2.2 Level Set Method ................................................................................................14
2.3. CFD Behind of the Electrostatic Inkjet System .................................................14
2.4. Simulated Model ................................................................................................17
2.4.1 Capillary Nozzle.........................................................................................17
2.4.2 Pole Type Nozzle.........................................................................................20
2.4.3 Electric field on different types of nozzles .................................................23
2.4.4 Multi-nozzle cross talk ...............................................................................26
2.4.5 Ejecting fluid ..............................................................................................27
3. RESULTS AND INTERPRETATIONS .................................................................28
3.1 Capillary Nozzle .................................................................................................28
3.2 Pole Type Nozzle ................................................................................................32
3.3 Electric Field on Different Types of Nozzles .....................................................37
3.4 Multi-Nozzle Cross Talk ....................................................................................38
4. SUMMARY ...............................................................................................................42
4.1 Conclusions .........................................................................................................42
4.2 Future Work ........................................................................................................44
REFERENCES…………………………………………………………......................45
- Degree
- Master
- Publisher
- 제주대학교 대학원
- Citation
- 카리드래만. (2009). Numerical Simulation of Droplet Based on Electrostatic Hydrodynamics
- Appears in Collections:
- Faculty of Applied Energy System > Mechatronics Engineering
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