随着喷墨印刷产业的繁荣发展和压电按需喷墨技术在其他工业领域中的应用越来越广,压电喷墨打印头的需求也越来越高。至今,国内市场上仍缺乏具有自主知识产权的压电喷墨打印头。本文对一种自主研发的压电打印头的结构尺寸及加载电压波形进行了优化设计。通过对压电振动板的振动机理和墨滴喷射过程的分析以及利用计算机数值模拟,合理设计压电打印头的参数以达到高喷射性能的目标。(1)为了获得优良的液滴喷射性能,本文利用计算机数值模拟软件COMSOL对压电打印头的尺寸进行了模拟优化。对SiO2基板厚度和PZT层厚度和宽度进行的模拟仿真显示,存在一个最优尺寸使压电打印头的喷墨性能达到最好。通过模拟和测试发现,随着振动板宽度的增加,振动板的振动峰值也随之线性增加。当PZT宽度增加时,压电振动板的振动峰值先增加后下降。为了更好地以低电压获得高振幅,文中对一种双PZT结构进行了模拟。模拟结果显示,同等条件下双PZT结构的振幅为单PZT结构的两倍。本文结合工艺要求和喷墨性能要求对喷嘴层的厚度进行了模拟分析,在保证喷嘴层结构强度和应力极限的情况下尽量降低了喷嘴层的厚度。(2)除了压电打印头的结构尺寸,加载电压波形是另一个影响压电打印头液滴喷射性能的重要因素。在加载电压波形设计方面,本文利用压力波叠加的原理设计了一种加载电压波形的方法。利用该方法设计的双梯形加载电压波形各段时间分别为t1=4μs, t2=14μs, t3=1μs, t4=33μs, ts=4μs。同时,为了使该打印头在高频下工作,本文还利用负反馈的原理设计一种可以主动抑制残余振动的电压波形。通过模拟发现,当加载该消振波形时,压电打印头的余振得到了很好的抑制。(3)为了评估压电打印头在制作过程中的性能,本文对压电振动板和压电打印头成品进行多普勒激光位移测试。在关于电压变化的多普勒测试结果中发现,压电振动板的振幅随电压逐渐上升,并在60V以后上升趋势变缓。而且压电打印头在60V时的疲劳寿命只有10min,因此压电打印头的加载电压幅值需小于60V。在对多种加电压波形的多普勒测试结果中发现,相对于其他波形(正弦波、三角波和方波),双梯形加载电压波形表现出了格外优良的墨水吸入能力和液滴喷射能力。(4)最后,对压电打印头成品进行了墨滴喷射频闪观测。该测试结果验证了压电打印头结构和加载电压波形的有效性。