專利名稱：液滴選擇機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)打印系統(tǒng)的液滴選擇裝置。在這方面，連續(xù)噴墨打印技 術(shù)是指連續(xù)地產(chǎn)生液滴，可選擇性地利用這些液滴進(jìn)行預(yù)定打印過(guò)程。與根據(jù)預(yù)定打印過(guò) 程產(chǎn)生液滴的所謂按需滴落技術(shù)相反，液滴是連續(xù)供給的。
背景技術(shù)：
例如，在US3，709，432中描述了一種已知的裝置。該文獻(xiàn)揭示了一種所謂的連續(xù) 噴射打印材料的打印機(jī)，該打印機(jī)使用布置成產(chǎn)生從出口通道噴出的流體的第一液滴的連 續(xù)流的第一液滴噴射系統(tǒng)。在流體退出出口通道的過(guò)程中，壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以預(yù)定規(guī)律提供 流出開(kāi)口附近的粘性流體的壓力變化。這導(dǎo)致在流出該流出開(kāi)口的流體射流中發(fā)生擾動(dòng)。 這種擾動(dòng)導(dǎo)致射流收縮，射流收縮接著又導(dǎo)致射流分裂成液滴。這就使得噴出液滴的連續(xù) 流在諸如液滴尺寸之類的性質(zhì)方面有均勻分布。該公開(kāi)物示出選擇性地偏轉(zhuǎn)液滴的噴氣機(jī)構(gòu)。該流體射流長(zhǎng)度受到由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn) 生的液滴的控制。液滴的偏轉(zhuǎn)特性不同于該射流的特性，從而可選擇性地偏轉(zhuǎn)液滴。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明的目的是提供用于偏轉(zhuǎn)第一液滴的連續(xù)流的連續(xù)液滴噴射系統(tǒng)的 一種替代形式。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于連續(xù)打印機(jī)的液滴選擇裝置，所述液滴選擇 裝置包括液滴噴射系統(tǒng)，該液滴噴射系統(tǒng)布置成從出口通道噴出的第一流體產(chǎn)生連續(xù)的 液滴流；以及射流系統(tǒng)，所述射流系統(tǒng)布置成產(chǎn)生用于使射流撞入液滴流的第二射流，其中 射流系統(tǒng)包括使第二射流選擇性地偏轉(zhuǎn)到連續(xù)的液滴流內(nèi)的偏轉(zhuǎn)器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種從連續(xù)打印機(jī)噴射的流體射流選擇液滴的方 法，包括從出口通道噴出的第一流體射流產(chǎn)生連續(xù)的液滴流，產(chǎn)生用于與液滴碰撞的第二 射流，從而從預(yù)定打印軌跡選擇性地偏轉(zhuǎn)液滴，其中第二射流被選擇性地偏轉(zhuǎn)并與預(yù)定第 一液滴碰撞。應(yīng)當(dāng)注意，在這方面，術(shù)語(yǔ)“射流”用于指移動(dòng)通過(guò)空間的材料的連續(xù)縱向形狀的 體積，從而表示與(一系列)液滴相反，每個(gè)液滴形成大致球形的獨(dú)立體積。并非限制，液滴頻率可以是2-80kHz量級(jí)，液滴小于80微米。此外，借助高壓，可打印具有極高粘度的流體，例如粘性流體在被處理時(shí)的粘度大 于300 · 10_3Pa · s。具體地說(shuō)，預(yù)定的壓力可以高達(dá)600巴。


其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)合附圖的描述中變得顯而易見(jiàn)，在附圖中圖1示意地示出了用于本發(fā)明的打印系統(tǒng)的第一實(shí)施例；圖2示出偏轉(zhuǎn)噴射系統(tǒng)的第一實(shí)施例；
圖3示出偏轉(zhuǎn)噴射系統(tǒng)的第二實(shí)施例；圖4示出偏轉(zhuǎn)噴射系統(tǒng)的第三實(shí)施例；以及圖5示出偏轉(zhuǎn)噴射系統(tǒng)的替代實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)打印頭1的第一示例性實(shí)施例。打印頭1包括第一 液滴噴射系統(tǒng)10，該系統(tǒng)布置成產(chǎn)生從出口通道5噴出的流體的第一液滴6的連續(xù)流。該 液滴噴射系統(tǒng)10包括由壁4限定的腔室2。腔室2適于容納加壓流體3，例如通過(guò)泵或通 過(guò)加壓源(未示出)而加壓。腔室2包括出口通道5，加壓流體射流60通過(guò)該出口通道5 噴出該通道并斷裂成液滴6的形式。示意性地示出的致動(dòng)器7形成在出口通道5附近，且 可以是振動(dòng)壓電件或磁致伸縮件。通過(guò)致動(dòng)致動(dòng)器7，形成壓力脈沖，斷裂流體射流并因而 形成較小的單分散性液滴6。流出開(kāi)口 5包含在相對(duì)較薄的噴嘴板4中，該噴嘴板4可以是由金屬箔片制成的 板，厚度為0.3mm，例如為0. l-3mm。在該實(shí)例中，板4中的流出開(kāi)口 5的直徑為50 μ m。流 出開(kāi)口 5的截面尺寸可以是2-500μπι的范圍。作為壓力調(diào)節(jié)范圍的大小指示，例如平均壓 力高達(dá)600巴[ε 600 X IO5Pa]。打印頭10還可設(shè)有支承板40，該支承板40支承著噴嘴板 4，從而噴嘴板4在腔室內(nèi)的高壓下不會(huì)塌陷。在例如W02006/101386中可發(fā)現(xiàn)振動(dòng)式致動(dòng) 器的實(shí)例，該振動(dòng)式致動(dòng)器可包括布置在出口通道5附近的振動(dòng)式柱塞銷。振動(dòng)式柱塞銷的距離范圍可取決于流體的粘度。當(dāng)打印流體具有高粘度時(shí)，從端 部到流出開(kāi)口的距離較佳地相對(duì)較小。對(duì)于在高達(dá)5巴[ε 5 · I05Pa]的壓力下作業(yè)的系 統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該距離例如為1.5mm的量級(jí)。對(duì)于更高的壓力，該距離較佳地顯著較小。對(duì)于打印 例如尤其高粘度的，例如300-900 · KT3Pa · s的粘性流體的特定應(yīng)用中，可使用15-30 μ m 的距離范圍。振動(dòng)式銷較佳地具有相對(duì)小的集中表面區(qū)域，例如l_5mm2。一般而言，粘度的 適當(dāng)范圍可以是20-900 · 10_3Pa · s之間。在圖1中，噴射系統(tǒng)70布置成產(chǎn)生第二射流61。第二射流61方向朝向液滴6的 流，并能夠撞擊到目標(biāo)液滴以選擇性地從預(yù)定打印軌跡3朝向基體8偏轉(zhuǎn)液滴。該射流包 括流體，通常是氣體_快速自旋回波(gas-fase)材料。噴射系統(tǒng)70設(shè)有偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)71，該偏 轉(zhuǎn)系統(tǒng)71將第二射流61從液滴6的連續(xù)流偏轉(zhuǎn)或?qū)⒌诙淞?1偏轉(zhuǎn)到液滴6的連續(xù)流 內(nèi)。射流61因而相對(duì)于預(yù)定打印軌跡朝向基體8沿橫向移動(dòng)。在圖1中，示出從噴射系統(tǒng) 70射出的流體射流61與特定液滴62碰撞。因而液滴6的流的液滴62未落在基體8上，而 是例如落入收集槽9內(nèi)。在較佳實(shí)施例中，收集槽9內(nèi)的打印材料包括射流材料61和液滴 材料62的混合物，該打印材料被分開(kāi)以使打印液體3再循環(huán)通過(guò)打印頭10和/或?qū)⒋蛴?液體提供給偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)70。通常，打印頭10可確定為連續(xù)打印頭。通過(guò)控制電路11提供對(duì) 噴射系統(tǒng)70的控制，尤其是對(duì)偏轉(zhuǎn)器71的控制。控制電路11包括控制偏轉(zhuǎn)器71的致動(dòng) 的信號(hào)輸出12和指示第一液滴噴射系統(tǒng)10的液滴產(chǎn)生頻率的信號(hào)輸入13。此外，控制電 路11包括同步電路14以使偏轉(zhuǎn)器71對(duì)偏轉(zhuǎn)射流61的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與打印頭10的第一液滴6 的噴射頻率同步。通過(guò)控制電路11，液滴62可分別選擇性地偏轉(zhuǎn)出打印頭10的液滴流6。 在本發(fā)明的一方面，打印頭10的液滴頻率高于20kHz。具體地說(shuō)，使用這些頻率，液滴直徑 可小于100微米，尤其是小于50微米。除了 8m/s或更高的噴射速度以外，偏轉(zhuǎn)器71的偏轉(zhuǎn)速度非常適合選擇連續(xù)流6的預(yù)定液滴62，以使其與流體射流61碰撞來(lái)選擇性地從預(yù)定打 印軌跡偏轉(zhuǎn)液滴62。考慮到射流材料60的所選粘度(范圍可能為300-900 · 10_3Pa · s)， 并考慮到它們可能由絕緣的打印材料(即，沒(méi)有極性的打印材料)形成，產(chǎn)生的液滴6很難 通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明原理可提供適當(dāng)?shù)奶娲绞?，該替代方式可以是?duì)專用于各個(gè) 液滴62的。因而，通過(guò)根據(jù)圖1中所示本發(fā)明實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)方法可得到較高的動(dòng)態(tài)范圍。 在一方面，第一液滴6具有較高粘度和/或絕緣打印材料。在該方面，流體射流61的特性 通常是具有非常低粘度的氣體或流體。使用圖1中所揭示的布置，可提供一種從連續(xù)打印 頭10噴射的流體射流60選擇液滴6的方法。這些液滴可用于多種目的，包括圖像打印、快 速制造、醫(yī)療器械和聚合物電子。具體地說(shuō)，該方法適于不能響應(yīng)靜電學(xué)或電動(dòng)學(xué)偏轉(zhuǎn)方法 的打印流體。因而，對(duì)于來(lái)自流體射流60的第一液滴6的連續(xù)流，通過(guò)從出口通道5噴出 的第一流體射流60產(chǎn)生液滴的連續(xù)流6來(lái)提供偏轉(zhuǎn)方法。產(chǎn)生用于與液滴6碰撞的第二 射流61，從而選擇性地從預(yù)定打印軌跡偏轉(zhuǎn)液滴6。第二射流61被選擇性地偏轉(zhuǎn)并與預(yù)定 第一液滴62碰撞。應(yīng)當(dāng)注意，軌跡變化的時(shí)間量程非常小，從而其可用于高頻率的打印方 法，具體是大于20kHz的頻率。此外，以上說(shuō)明的偏轉(zhuǎn)方法與現(xiàn)有技術(shù)方法相反，對(duì)液滴尺 寸變化或液滴電荷量變化相對(duì)不敏感，這不會(huì)顯著影響偏轉(zhuǎn)行為。圖2示出圖1中所示偏轉(zhuǎn)器71的具體實(shí)施例。具體地說(shuō)，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤72上設(shè)置空 氣噴嘴73。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)空氣噴嘴73，可通過(guò)使該轉(zhuǎn)動(dòng)與流6的液滴頻率同步來(lái)使射流61偏 轉(zhuǎn)，可選擇性地將液滴62從預(yù)定打印軌跡朝向基體8偏轉(zhuǎn)。因而，噴嘴73布置成將射流轉(zhuǎn) 動(dòng)進(jìn)入液滴6的預(yù)定軌跡內(nèi)或轉(zhuǎn)動(dòng)出該預(yù)定軌跡。圖3示出偏轉(zhuǎn)器71的替代性實(shí)施例。這里，流體射流61借助于例如附連到噴嘴 73的振動(dòng)式壓電件通過(guò)噴嘴73的運(yùn)動(dòng)而側(cè)向平移。因而，振動(dòng)件74聯(lián)接到噴嘴73以相 對(duì)于預(yù)定軌跡將噴嘴側(cè)向平移，從而產(chǎn)生側(cè)向平移到液滴流6內(nèi)或平移出液滴流6的射流 61。圖4示出偏轉(zhuǎn)器71的另一替代性實(shí)施例。這里，由射流發(fā)生器70產(chǎn)生的射流61 被彎曲表面75偏轉(zhuǎn)，該彎曲表面75布置成與射流61接觸。通過(guò)“接觸”該射流61，柯恩達(dá) 原理會(huì)提供射流偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)提供射流相對(duì)于液滴6的軌跡的側(cè)向移位。因而，通過(guò)與流體 射流接觸的彎曲表面75提供偏轉(zhuǎn)器71。圖5示出偏轉(zhuǎn)器71的替代性實(shí)施例。具體地說(shuō)，空氣噴嘴73設(shè)置成可相對(duì)于射 流61的噴射方向側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)空氣噴嘴73，可通過(guò)使該轉(zhuǎn)動(dòng)與流6的液滴頻率同步 來(lái)使射流偏轉(zhuǎn)，可選擇性地將液滴62從預(yù)定打印軌跡朝向基體8偏轉(zhuǎn)。因而，噴嘴73布置 成將射流轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)液滴6的預(yù)定軌跡內(nèi)或轉(zhuǎn)動(dòng)出該預(yù)定軌跡。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)液滴62相對(duì)于 噴嘴73的距離，噴嘴73的微小轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜可能足以使射束平移相關(guān)的距離。因而，各個(gè)液 滴選擇可能具有高于20dHz的頻率。在一方面，通過(guò)沖擊移動(dòng)的偏轉(zhuǎn)可用于使第一液滴選擇性地從預(yù)定打印軌跡朝向 打印基體8偏轉(zhuǎn)?；蛘?，射流偏轉(zhuǎn)方法可用于化學(xué)活化第一液滴62，從而例如通過(guò)流體射流61選擇 性地改變液滴62的特性，從而得到預(yù)定打印行為。例如，這可能是通過(guò)混合改變溫度或改 變化學(xué)特性。此外，通過(guò)液滴與流體射流61撞擊，可提供被包裹的液滴的特定形式。這樣，可提供特定液滴成分，例如具有親水側(cè)和疏水側(cè)的液滴，或具有多個(gè)有色側(cè)的液滴，例如黑色側(cè) 和白色側(cè)或具有紅色側(cè)、綠色側(cè)和藍(lán)色側(cè)的液滴。 已經(jīng)基于一示例性實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明無(wú)論如何也不局限于該實(shí) 施例。多種變型都落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可以想到的是，提供可調(diào)節(jié)的加熱元件以 在例如15-1300°C的溫度范圍內(nèi)加熱位于通道中的粘性打印液體。通過(guò)調(diào)節(jié)流體的溫度，流 體就可獲得用于處理(打印)的特定粘度。這就可以打印諸如不同類型的塑料和金屬(諸 如錫)之類的粘性流體。
權(quán)利要求
一種用于連續(xù)打印機(jī)的液滴選擇裝置，包括液滴噴射系統(tǒng)，所述液滴噴射系統(tǒng)布置成從噴出出口通道的第一流體產(chǎn)生連續(xù)的液滴流；以及射流系統(tǒng)，所述射流系統(tǒng)布置成產(chǎn)生用于使射流與液滴流碰撞的第二射流，其中所述射流系統(tǒng)包括偏轉(zhuǎn)器，從而選擇性地將所述第二射流偏轉(zhuǎn)到所述連續(xù)的液滴流內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述射流系統(tǒng)包括控制電路，從而 選擇性地偏轉(zhuǎn)所述射流并使所述射流與預(yù)定的第一液滴碰撞。
3.如權(quán)利要求2所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述控制電路包括表示所述第一 液滴噴射系統(tǒng)的液滴產(chǎn)生頻率的信號(hào)輸入；以及使所述射流系統(tǒng)的所述偏轉(zhuǎn)器與所述第一 液滴噴射系統(tǒng)的頻率同步的同步電路。
4.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)器包括轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴；所述轉(zhuǎn) 動(dòng)噴嘴布置成將所述射流轉(zhuǎn)動(dòng)到所述預(yù)定軌跡內(nèi)或轉(zhuǎn)動(dòng)出所述預(yù)定軌跡。
5.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)器包括振動(dòng)件；所述振動(dòng) 件聯(lián)接到噴嘴以使所述噴嘴相對(duì)于所述預(yù)定軌跡側(cè)向平移。
6.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)器包括彎曲表面；所述彎 曲表面與所述流體射流接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述出口通道在2-500微米的區(qū)間 內(nèi)，較佳地約為5-250微米，更佳地為5-100微米。
8.如權(quán)利要求1所述的液滴選擇裝置，其特征在于，所述出口通道的長(zhǎng)度在0.1-3毫米 的區(qū)間內(nèi)。
9.一種從來(lái)自連續(xù)打印機(jī)噴射的流體射流選擇液滴的方法，包括 從出口通道噴出的第一流體射流產(chǎn)生連續(xù)的液滴流；產(chǎn)生用于與所述液滴碰撞的第二射流，從而選擇性地從預(yù)定打印軌跡偏轉(zhuǎn)所述液滴;以及選擇性地偏轉(zhuǎn)所述第二射流以使所述射流與預(yù)定的第一液滴碰撞。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述液滴由絕緣打印材料形成。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使所述射流轉(zhuǎn)動(dòng)到所述預(yù)定軌跡內(nèi)和轉(zhuǎn)動(dòng) 出所述預(yù)定軌跡。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使所述射流相對(duì)于所述預(yù)定軌跡側(cè)向平移。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括使彎曲表面與所述流體射流接觸以選 擇性地偏轉(zhuǎn)所述流體射流。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液滴是粘度高于300-900 10_3Pa s 的材料形成。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述射流是氣體射流。
16.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，碰撞的液滴落下或被分開(kāi)。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)流的液滴頻率高于2kHz，較佳地 在5-150kHz范圍內(nèi)，更佳地為10-70kHz。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于連續(xù)打印機(jī)的用于從預(yù)定打印軌跡選擇性地偏轉(zhuǎn)液滴的方法和液滴選擇裝置。具體地說(shuō)，提供一種用于連續(xù)打印機(jī)的液滴選擇裝置，包括液滴噴射系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)布置成產(chǎn)生從出口通道(5)噴射出的第一流體產(chǎn)生連續(xù)的液滴(6)的流；以及射流系統(tǒng)(70)，該射流系統(tǒng)布置成產(chǎn)生用于使射流與液滴流碰撞的第二射流(61)。該射流系統(tǒng)包括偏轉(zhuǎn)器(71)以選擇性地使第二射流偏轉(zhuǎn)到連續(xù)的液滴流內(nèi)，從而從預(yù)定打印軌跡選擇性地偏轉(zhuǎn)液滴。
文檔編號(hào)B41J2/09GK101896351SQ200880120707
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者A·P·奧博斯, G·烏斯特灰斯, R·J·J·布特, R·J·豪本 申請(qǐng)人:荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno