實驗名稱：EHD微滴打印系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

測試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、探頭、顯微攝像頭、計算機等。

實驗過程：

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)成高壓電信號發(fā)生模塊。長焦距顯微鏡與高速攝像機連接，并將攝像機與計算機進行通信，構(gòu)成攝像模塊，實時監(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上，平移臺的三維位移帶動待打印襯底進行高精度定位對準。構(gòu)成位置對準模塊。通過USB電子通訊接口將計算機與高速相機、雙向微量精密注射泵、三坐標位移裝置、函數(shù)發(fā)生器連接，通過計算機對各個儀器進行程控操作。

高壓脈沖信號發(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)放大器的輸出信號放大1000倍，產(chǎn)生千伏級電壓。在高壓操作環(huán)境下進行實驗較危險，因此輸出電流應控制在毫安級范圍。高壓放大器電壓放大倍數(shù)最高可達1000倍，頻率1KHz，輸出電流6mA。

實驗結(jié)果：

根據(jù)微熱板的打印需求，設(shè)計并搭建了EHD打印的硬件和軟件系統(tǒng)。選擇能夠滿足參數(shù)標準的儀器設(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。并通過儀器的USB接口將儀器與計算機通信，使計算機完成對電壓模塊、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觀測打印過程和打印效果的人機交互操作界面。在用戶操作的界面上，可以實現(xiàn)同時對多信號發(fā)生器、微量精密注射泵和三坐標平移臺進行控制以及一鍵識別打印的操作按鈕。此外，軟件部分還嵌入了Matlab編寫的圖像識別與自動對準模塊，程序控制各個儀器協(xié)調(diào)工作，自動識別微熱板的圖形和位置，移動并打印微熱板，提高系統(tǒng)自動化程度。在人機界面中，可以同時觀察到打印針頭和襯底待打印的微熱板圖形。在識別打印微熱板的同時，能夠?qū)崟r觀測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，能夠及時調(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高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇