喷墨打印技术并不是一种单一的技术，而是包含了各种互相关联的、不同领域的复合型技术。今天我们就从其中的一个小点切入，以按需喷墨打印（DOD）中压电喷墨门类下的剪切力型喷头（Top down schematicof a shear mode print head）为例为大家介绍一下这种全新的打印技术。接下来，请大家跟着小墨滴来一趟说走就走的旅行吧！

  出发前的准备

  剪切力型的DOD打印头上有一个小腔室，腔室的一侧连接有供给管，供给管连接着储存墨水的墨囊，在腔体的另一侧有喷嘴出口。小墨滴进入小腔室之后，便开始等待旅行的开始。

图2剪切力型打印喷头

  喷头喷射

  压电元件（PZT）靠近腔体通道的上半部分，在PZT上施加电压后，由于压电效应，通道的上半部分变形，下半部分不变，使得通道成为人字形。腔体体积的突然减小，将产生能够喷出小液滴所需的脉冲压力。由于压力波会将液体从喷孔处推挤，形成一个长液带因此，如果有足够的能量可以克服液体的表面能，液体就会由喷孔喷出（图3）。

图3液体在喷口附近的受力情况

  紧接着，压力波经过在容腔内的传递，由闭口端反射而来的负压力波将喷出的液体带回，使得喷嘴喷出的细流发生缩颈和剪断，形成有球茎状头端的无约束液带。小液滴也就终于从打印喷头上脱落下来开始自由飞翔啦。

  墨滴飞行

  图中第一行右侧可以看出，在飞行过程中，小液滴身后往往还会有个小尾巴。这个因小曲率半径而被剪断的尾巴末端压力较高，尾部的液体向小液滴的球茎状头端流动，出现长液带退缩现象。在长液带收缩期间，靠近球茎状头端的第二个缩茎逐渐发展，缩茎的半径不断缩小，直至一个小液滴分裂成了两个，其中大的叫做主液滴，小的叫做卫星液滴。

图4通过机器视觉系统捕捉的一组墨滴下落瞬间的照片

  卫星液滴与主液滴合并时，剩余的表面能会转换为液滴中液体的动能，当能量在动能和表面能之间来回转换时，小液滴的表面将发生振荡，情况如上图（图4）第二行右侧所示。小墨滴的实际飞行中还有可能碰到各种各样的意外情况，例如：在喷墨过程中，当点间距相同的情况下，在PZT上施加的脉冲电压频率越高，喷墨打印的效率越高。但是，如果液滴的喷射频率太高，会使得喷头上相邻喷头所连接的腔体之间发生串扰，脉冲电压需要保证在一定范围之内。

  墨滴安家

  小墨滴在空中飞行时，实际的飞行路线还会受到气流颠簸的影响，但不论如何，小墨滴现在终于平安到达了基底。为了保证打印图形的精度，以及保证打印的图形电路能够完成特定的功能，我们需要小墨滴整齐的在基底上手拉手排好队。

  小墨滴单个沉积在基底上就是一个点，不过，当墨滴与墨滴相互非常接近的时候，它们就会组建成新的结构。下图显示了一组打印的线条，墨滴的点间距从左往右逐渐减小。

图5一组打印在特定基底上的墨滴线段

  上图中，c线中的小墨滴是排队最整齐的，队伍的边缘最光滑，队伍的形状最优。队伍的形状也和基底的温度有关，但如果小液滴中的溶剂易挥发，即使是基底温度不是很高，在大量材料沉积，或者点间距很小的情况下，打印出来的线条也会出现膨胀（图4d）甚至堆叠出硬币的形状（图5e和图6）。小墨滴会堆叠出硬币形状是因为前一个墨滴落在基底上后，溶剂已经部分挥发，后一个墨滴再滴上时与第一个墨滴的会形成重叠与边界区域。此外，小液滴还存在一定的流动性，这种流动性也会影响边界的具体形态（图7）。

图6打印的电子元件线条出现硬币状堆叠

图7边界的边缘部分的流动出弧线形

  将数据罗列在下图（图8）中的二维坐标上，可以发现针对含有特定溶剂的墨滴需要在特定的温度下打印，这就要求保证小墨滴落下的时间间隔（delay）与墨滴间距（dotspacing）在一个合适的组合范围内。过高的基底温度、过长的时间间隔、或者过小的墨滴间距都有可能导致打印线条堆叠成硬币状；而在基底温度较低的情况下，过短的时间间隔或过大的墨滴间距，又会导致打印出的线条于基底上扩散等一系列其他问题。

图8时间间隔与墨滴间距对于打印线条的影响

  至此为止，小墨滴从墨囊出发，由腔室经过喷头喷射、飞行、冲击、扩散，最终在基底这一新家上凝固，有序地入住新居！小墨滴的旅程也就告一段落了。