解析事例 インクジェットプリンタノズルの 圧電 - 構造 - 流体連成解析

インクジェットプリンタノズルの 圧電 - 構造 - 流体連成解析

公開日:2019年3月

インクジェットプリンタノズルの一般的な設計には、インクキャビティ周囲の構造体を押し込むために使用される圧電材料が含まれています。結果として生じる流体圧力による力の増加によって、インクの液滴がノズルから吐出されます。圧電材料、構造体、インクキャビティ内の流体圧力の応答は相互に依存しています。連成場解析を使用することでインクの液滴形状、体積、および吐出速度を予測できます。

目次

製品

ANSYS® Fluent®、ANSYS MechanicalTM、ANSYS WorkbenchTM

キーワード

インクジェットプリンタ、圧電材料、連成場解析

説明

図1は、インクジェットノズルの構造図です。電圧プロファイルが圧電ボディに適用されて変位が起き、その変位が、取り付けられているノズルに転送されます。電圧および構造の自由度を持つ連成フィールド要素を使用して圧電ボディとノズルの両方が ANSYS Mechanical でモデル化されています。図2はノズル内の流体キャビティを示しており、これはANSYS Fluentを使用してモデル化されています。

図 1 : 押し込まれてインク液滴を吐出するノズルの圧電ボディ、構造を示すインクジェットノズルの構造図
図 1 : 押し込まれてインク液滴を吐出するノズルの圧電ボディ、構造を示すインクジェットノズルの構造図

図 2.インクで満たされた流体キャビティと吐出されたインク液滴を示すインクジェットノズルの流体図
図 2.インクで満たされた流体キャビティと吐出されたインク液滴を示すインクジェットノズルの流体図

構造的変位は、ANSYS Workbenchのシステムカップリングコンポーネントを介してFluentの壁に転送されます。CFDメッシュはメッシュスムージングを使用して変形されています。結果として生じるインクキャビティ内の圧力変化によって、流れのシミュレーションが駆動されます。流体力はシステムカップリングを介して構造とカップリングされ、双方向FSI応答が生成されます。Fluentでは、ノズル外部の周囲の空気がモデル化され、VOF手法が使用されて、インク液滴の自由表面形状が捉えられます。Fluentモデルには、表面張力効果および壁面付着効果が含まれています。

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