Inkjetmodellen

Inkjetmodellen zijn wiskundige en fysische representaties die het gedrag van inktdruppels bij inkjetprinters beschrijven. Ze modelleren processen zoals druppelvorming in de nozzle, de vlucht door de lucht, de impact op het substraat en de vorming van satellietdruppels. Het doel is inzicht te krijgen in printkwaliteit en betrouwbaarheid en om ontwerpen en processen te optimaliseren.

Modellen variëren van eenvoudige fenomeenmodellen tot uitgebreide computational fluid dynamics (CFD) simulaties. Ze kunnen gericht zijn op de ejection-dynamiek van de nozzle, de interactie tussen vloeistof en lucht tijdens de vlucht, of de werking bij contact met het ondergrondsmateriaal. Daarnaast bestaan reduced-order modellen en empirische correlaties die snelle evaluaties mogelijk maken.

Bij inkjetmodellen spelen vloeistofdynamica en interfaciale spanningen een centrale rol. Belangrijke parameters zijn viscositeit, dichtheid, oppervlaktespanning en de contacthoek met het oppervlak. Dimensionale getallen zoals de Weber-, Ohnesorge- en Reynoldsgetallen helpen de regimes van druppelvorming te karakteriseren. Boundary conditions reflecteren de nozzle-geometrie en de actuatie (bijv. piezo-elektrische of thermische aansturing).

Methoden die in inkjetmodellen worden toegepast, omvatten Volume of Fluid (VOF), Level-Set en Phase-Field voor de beschrijving van de druppel- en interfaces. CFD-tools zoals OpenFOAM of commerciële pakketten worden vaak gebruikt, vaak in combinatie met experimenten en reduced-order benaderingen voor snelle iteratie.

Toepassingen omvatten het ontwerpen van printkoppen, het kiezen van inktformuleringen en het afstemmen van procesparameters om druppelkwaliteit en printresolutie te verbeteren. Beperkingen zijn onder meer hoge rekentijd, onzekerheden in vloeistofeigenschappen en de complexe interactie met uiteenlopende substraten, vooral bij niet-Newtoniaanse of verdampende inks.