喷墨式生物 3D 打印这个领域里，要很精准地控制喷出来液滴的大小（也就是直径）和速度，这可太重要了。因为这会直接影响到最后打印出来模型的好坏和效果。在我们这个课题里，用到的喷头最关键的零件是管状压电陶瓷。根据第二章的分析，压电陶瓷管要是收缩起来，就能把里面的液体挤出来，形成一个液柱；要是它舒张开来，就能把这个液柱拉断，这样就形成了喷射出去的液滴。这里面，压电陶瓷管收缩的程度大小，能改变喷射液滴的大小和速度；而它舒张的时间在一定范围内，也会对喷射液滴的大小和速度有影响。那控制压电陶瓷管收缩和舒张靠什么呢？靠施加在陶瓷上的电压和脉宽这两个参数。脉宽这个东西，和频率以及占空比有关系，所以我们得调节电压、频率和占空比这三个物理量。

我们通过高速摄像机实际去观察，找到一个比较稳定的喷射范围。在这个范围里，我们调节温控室里面的温度，再用高速相机看看液滴粘接在一起的状态，这样就能分析温度对液滴粘接有啥影响。在做试验的时候，因为压电陶瓷最大能施加的电压是 144V，所以我们第一次试验就用 144V 的电压，同时保证其他参数都不变。后面的试验就依次降低施加的电压，然后用高速相机看看喷射出来的液滴啥样。从左到右，电压是越来越高的，上面的图片是在同一个时间拍的液滴位置。很明显能看出来，电压越高，液滴跑得越远，这就说明喷射的液滴速度随着电压升高是越来越快的。下面的图片是把液滴直径放大后的样子，能清楚看到喷射液滴的直径随着电压升高明显变大了。在这个试验过程中，保证脉宽不变，电压调节是从 66V 到 144V，每隔 5V 测一次。然后用数据处理软件，把电压和液滴直径、速度的关系画成二维的图。因为压电陶瓷最大电压就是 144V，所以图里没有 144V 以后的数据；当施加电压小于 66V 的时候，因为电压太小，根本产生不了喷射液滴，所以小于 66V 的电压也没有测量数据。从图里能看出来，电压和速度差不多是线性关系，电压和液滴直径的关系也是，随着电压增大，液滴直径也跟着变大。

电压和速度的线性关系比较好，电压升高，液滴下落速度明显变快。电压和直径虽然也有拟合的线性关系，但是拟合方程里的 B1 值特别小，比速度拟合的 B1 值小很多，这就说明电压对速度的影响更大。从测量的数据和拟合的曲线分析就能知道，在液滴直径方面，电压升高，液滴直径就会增加。通过调节电压，能很有效地提高液滴下落速度，而且电压和下落速度拟合得挺好的，所以说电压是决定下落速度的主要因素。要是需要调节到特定的下落速度，主要就调节压电陶瓷两端的电压就行。根据上面这些规律，我们还能推测出在其他没试验的电压下，液滴速度和直径大概是多少。在可以调节的参数里，脉宽对液滴的成形质量影响也很明显。脉宽其实就是在一个周期里供电的工作时间，数值上是周期和占空比相乘得到的，所以只要调节频率和占空比就能得到想要的脉宽。在我们这个试验里，通过控制频率和占空比，能让脉宽在 0 到 2.0ms 之间变化。在保持施加给陶瓷两端电压不变的情况下，调节脉宽大小，用高速相机就能看到不同情况下液滴喷射的状态。