光栅编码器电纺直写精确喷印

郑高峰; 姜佳昕; 康国毅; 张恺; 郑建毅

doi:10.37188/OPE.2021.0092

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光栅编码器电纺直写精确喷印

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-11-01

- 光栅编码器电纺直写精确喷印
- Optical grating encoder via precise electrohydrodynamic direct-writing
- 光学精密工程 2021年29卷第10期页码：2393-2399
- 作者机构：
  
  厦门大学仪器与电气系，福建厦门 361102
- 作者简介：
  
  [ "郑高峰（1984-），男，福建泉州人，博士，副教授，博士生导师，2006年于武汉科技大学获得学士学位，2011年于厦门大学获得博士学位，主要从事静电纺丝和微纳米系统制造方面的研究。E-mail： zheng_gf@xmu.edu.cn" ]
  [ "郑建毅（1983-），男，福建漳州人，博士，副教授，2006年于杭州电子科技大学获得学士学位，2011年于浙江大学获得博士学位，主要从事信号检测技术方面的研究。E-mail： zjy@xmu.edu.cn郑建毅（1983-），男，福建漳州人，博士，副教授，2006年于杭州电子科技大学获得学士学位，2011年于浙江大学获得博士学位，主要从事信号检测技术方面的研究。E-mail：zjy@xmu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  福建省自然科学基金资助项目(2020H6003;2018J01082);厦门市科技计划项目(3502Z20193015);福建省增材制造创新中心开放课题基金项目(ZCZZ202-31)
- DOI：10.37188/OPE.2021.0092
  中图分类号： TQ340.6;TH744
- 收稿日期：2021-02-26，
  
  修回日期：2021-03-30，
  
  纸质出版日期：2021-10-15
- 稿件说明：
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郑高峰,姜佳昕,康国毅等.光栅编码器电纺直写精确喷印[J].光学精密工程,2021,29(10):2393-2399.

ZHENG Gao-feng,JIANG Jia-xin,KANG Guo-yi,et al.Optical grating encoder via precise electrohydrodynamic direct-writing[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2393-2399.
郑高峰,姜佳昕,康国毅等.光栅编码器电纺直写精确喷印[J].光学精密工程,2021,29(10):2393-2399. DOI： 10.37188/OPE.2021.0092.

ZHENG Gao-feng,JIANG Jia-xin,KANG Guo-yi,et al.Optical grating encoder via precise electrohydrodynamic direct-writing[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2393-2399. DOI： 10.37188/OPE.2021.0092.

摘要

提高射流稳定性实现精确微图案喷印与微器件集成制造是电纺直写技术应用研究的重点。引入模糊控制器构建闭环控制系统突破带电射流干扰参数多、控制模型缺乏的不足，研究了射流行为、纺丝电流与喷印微结构尺寸的演变规律；喷印制造了直线与环形两种光栅编码器，可分别应用于线速度和角速度的检测，构建了速度传感检测系统分别测试两种光栅编码器。实验结果表明，闭环系统可以有效提高射流的稳定性和喷印结构的均匀性，直写微纳结构的线宽分布区间由40~140 µm减少到50~100 µm；分析了速度传感检测系统的测试结果，直线光栅编码器对线速度的测量范围为0~100 mm/s，误差优于0.87%，环形光栅编码器对角速度的测量范围为0~100 （°）/s，误差优于0.74%。模糊闭环控制极大提高了电纺直写技术稳定性和微器件集成制造精度，有助于促进微纳喷印技术的产业化应用。

Abstract

Precise deposition of micro/nano patterns， and integrated manufacturing of micro functional devices are key to the application of electrohydrodynamic direct-writing （EDW）， a phenomenon that highlights the urgent requirement for a stable jet. A fuzzy controller was introduced to build a closed-loop controlling system to overcome the shortcomings of multi-interference parameters， and lack of controlling models in EDW technology. The jet behaviors electrospinning current， and line width of printed micro pattern were investigated. Two optical grating encoders with linear and circular structures were direct-written to measure respective linear and angular velocities. A velocity sensing system was constructed to measure the performance of these two direct-written optical grating encoders. Jet stability and uniformity of printed structures were enhanced by the closed-loop controlling system， which decreased line width range from 40-140 µm to 50-100 µm. The measurement ranges of the direct-written linear optical grating for linear velocity and the ring optical grating for angular velocity were 0-100 mm/s and 0-100 （º）/s， and the measurement errors were less than 0.87% and 0.74%， respectively. A fuzzy closed loop control is a promising method for increasing the stability of EDW technology and integrated manufacturing accuracy of micro devices， which would accelerate the industrial application of micro/nano inkjet technologies.

关键词

Keywords

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