T01
Tintenstrahldruck

Überblick

Mit Tintenstrahldruckern gedruckte Bilder bestehen aus Tintentröpfchen mit einem Volumen von wenigen Pikolitern. Die genaue Positionierung der einzelnen Tröpfchen auf dem Substrat ist ein entscheidender Faktor für die Druckqualität, während das Auftreffen der Tröpfchen und die anschließende Ausbreitung Form und Größe der einzelnen Punkte bestimmen. Auf undurchlässigen Substraten führt das Zusammenwachsen benachbarter Tröpfchen außerdem dazu, dass die Tröpfchen relativ zur Düsenposition verschoben werden. Zusätzlich werden Aufprall, Ausbreitung und Koaleszenz der Tintentröpfchen durch Wärme- und Stoffübertragungsprozesse beeinflusst.

Projektbeschreibung

Um die Wechselwirkungen im Druckprozess zwischen Wärme- und Stofftransport auf der einen und der Hydrodynamik auf der anderen Seite besser zu verstehen, werden im Rahmen dieses Teilprojekts numerische Simulationen mit der algebraischen Volume-of-Fluid-Methode durchgeführt. Durch Einbeziehung geeigneter Materialmodelle wird der Einfluss der Temperaturverteilung und der Tensidkonzentration auf die Hydrodynamik im numerischen Modell berücksichtigt. Im Rahmen des Teilprojekts soll auch die Ad-/Desorption von Tensiden an der Flüssigkeit-Dampf-Grenzfläche und der Feststoff-Dampf-Grenzfläche untersucht werden. Die Ad-/Desorptionsprozesse an den Grenzflächen führen zu konvektiven Strömungen wie der Marangoni-Strömung und beeinflussen auch die Tensidkonzentration. Die Ad-/Desorption an der Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche wird mit Hilfe der Langmuir-Freundlich-Kinetik modelliert, und die entsprechenden kinetischen Parameter werden in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt C01 mit Hilfe der Blasendrucktensiometrie bestimmt.

Der Prozess der Ad-/Desoption an der Fest-Flüssig-Grenzfläche soll in das numerische Modell einbezogen werden. Dementsprechend sollen in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A09 die zur Modellierung dieses Prozesses notwendigen kinetischen Parameter mittels Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Quarzkristallmikrowaage (QCM) ermittelt werden. Daran anknüpfend ist das wissenschaftliches Ziel des Teilprojekts, den Einfluss der Eigenschaften von bereits aufgetragenen Farbschichten, zu verstehen. Konkretes Ziel aus anwendungstechnischer Sicht ist es, auf Basis eines besseren Verständnisses der Wechselwirkungen der Benetzungs- und Transportprozesse die Tintenzusammensetzung und Prozessparameter gezielt zu gestalten und so die Druckqualität zu erhöhen.

Team

  Name Kontakt
Peter Stephan
Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan
+49 6151 16-22260
L2|06 200
Apl. Prof. Dr. Tatiana Gambaryan-Roisman
+49 6151 16-22264
L2|06 201
Tejaswi, Josyula
Tejaswi Josyula Ph.D.
+49 6151 16-22691
L2|06 216

Publikationen und Konferenzbeiträge

2020

Gründing, D., Smuda, M., Antritter, T., Fricke, M., Rettenmaier, D., Kummer, F., Stephan, P., Marschall, H., Bothe, D.: A comparative study of transient capillary rise using direct numerical simulations, Appl. Math. Model. 86, 142-165, https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.04.020, 2020.

Antritter, T., Mayer, M., Hachmann, P., Wörner, M.: Suppressing artificial equilibrium states caused by spurious currents in droplet spreading simulations with dynamic contact angle model, Prog. Comp. Fluid Dyn. 20(2), 59-70, https://doi.org/10.1504/PCFD.2020.106403, 2020.

2019

Antritter, T., Hachmann, P., Gambaryan-Roisman, T., Buck, B., Stephan, P.: Spreading of micrometer-sized droplets under the influence of insoluble and soluble surfactants: a numerical study, Colloids Interfaces 3(3), 56, https://doi.org/10.3390/colloids3030056, 2019.