Methode zur Beschreibung von Piezo-Inkjetsystemen mit der Netzwerktheorie am Beispiel eines Labordruckers

Das Ziel dieser Arbeit ist, die im Bereich der Mechatronik und Mikrosystemtechnik bekannte Netzwerktheorie auf Piezo-Inkjetsysteme zu übertragen, um eine Modellabbildung zu erhalten. Diese soll das dynamische Verhalten fluidabhängig wiedergeben und den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsparametern in Piezo-Inkjetsystemen beschreiben. Weiterhin soll ein Labordrucker im Modell abgebildet werden, um die Übertragbarkeit der Netzwerktheorie auf Piezo-Inkjetsysteme zu validieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Modellabbildung der wesentlichen physikalischen Elemente der Piezo-Inkjetsysteme in der Netzwerktheorie vorgestellt, die Eigenschaften der physikalischen Elemente von Piezo-Inkjetsystemen mit Modellparametern verbindet. Anschließend wird ein Modell des Labordruckers erstellt. Um Modellparameter für den Labordrucker festzulegen, werden die Geometrie und die Eigenschaften der wesentlichen physikalischen Elemente des Labordruckers bestimmt. Unter anderem wird der Einfluss der geometrischen und physikalischen Eigenschaften auf die errechneten Modellparameter und das dynamische Verhalten analysiert. Das Modell des Labordruckers wird anschließend durch optische und elektrische Messungen validiert. Optische Messungen dienen dabei der Bestimmung der Stabilität der Tropfenbildung im Labordrucker, um die herstellungstechnischen Abweichungen in den Experimenten zu bestimmen. Abschließend werden elektrische Messungen vorgenommen und das dynamische Verhalten des Labordruckers bestimmt. Die gemessene Übertragungsfunktion liefert einen direkten Vergleich mit der modellierten Übertragungsfunktion, so dass eine Validierung des Modells vorgenommen werden kann. Die Ergebnisse der Validierung belegen, dass die Netzwerktheorie mit einer guten Übereinstimmung auf den Labordrucker übertragen werden kann und durch das Modell sowohl das dynamische Verhalten als auch der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsparametern fluidabhängig wiedergegeben werden.

The aim of this work is to transfer the network theory to piezo inkjet systems in order to provide a model of those. The theory is well-known in the field of mechatronics and microsystems technology and describes the transfer behaviour of piezo inkjet systems in dependence with the filled fluid. Furthermore, the relationship between input and output parameters in piezo inkjet systems can be described. To validate the applicability of the network theory on piezo inkjet systems, a lab printer is modelled. For this purpose, the physical elements of the lab printer are modelled and the model parameters are combined with the physical properties and geometry of these physical elements. To specify the model parameters of the lab printer, the geometry and the properties of the physical elements are determined in an experiment. After this, a model of the lab printer is implemented. Furthermore, the influence of the geometry and physical properties of the physical element on the model parameters and the transmission behaviour of the lab printer are analysed. Optical and electrical measurements are performed to validate the model of the lab printer. Optical measurements represent the stability of the drop formation in the lab printer and determine the deviations in the experiments due to the lab printer manufacturing deviations. The electrical measurements determine the transmission behaviour of the lab printer. The measured transfer function provides a direct comparison with the modelled transfer function and the model of the lab printer can be validated. The comparison of the modelled and measured transmission function verifies that the network theory can be applied to the lab printer and consequently to other piezo inkjet systems. Moreover, the transmission behaviour of piezo inkjet systems can be described in dependence with the filled fluid as well as the relationship between input and output parameters can be determined.