專利名稱：單系帶液體分配的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在包括文本和圖形打印、立體自由加工和生成電子器件的許多應(yīng)用中，使用噴墨技術(shù)用于材料沉積。當(dāng)用來形成需要的圖像時，傳統(tǒng)的噴墨分配器在指定位置將離散液滴噴射到打印介質(zhì)上。選擇離散滴的位置，使得這些小滴將接近一條連續(xù)線。然而，實(shí)現(xiàn)高精度打印圖像和直線近似常常較困難，因?yàn)楫?dāng)一系列離散滴到達(dá)一個打印介質(zhì)位置時，和打印介質(zhì)的接觸可能導(dǎo)致鋸齒狀邊緣和間隙。此外，被錯誤引導(dǎo)的衛(wèi)星滴可能偏離理想的目標(biāo)區(qū)域，而進(jìn)一步降低所形成圖像的精度。
背景技術(shù)：
類似的，立體自由加工方法可以結(jié)合噴墨技術(shù)，以一個理想的圖案或者定向來噴射制造和/或支持材料的離散滴，以形成一個理想的三維物體。這些立體自由加工方法和任何其他的依靠離散滴分配而近似連續(xù)線的噴墨分配應(yīng)用，由于在指定位置分配離散液滴的特性，也遇到了缺乏連續(xù)性或平滑性的問題。
當(dāng)用一噴墨分配器選擇性地沉積液體時，用于平滑邊緣的一個傳統(tǒng)方法是增加分配器的分辨率。通過增加分配到每平方英寸上的離散滴(dpi)的數(shù)量，可以獲得更精確和隨之而來的更平滑的分配物體邊緣。然而，為了增加由分配器產(chǎn)生的每平方英寸的小滴，需要更高的小滴噴射頻率和/或更長的分配持續(xù)時間。
作為另一種選擇，傳統(tǒng)上通過插入額外的更小的小滴到沿沉積液體邊緣產(chǎn)生的空間中，來平滑二維線或圖像的粗糙邊緣。雖然這個方法在平滑線或圖像邊緣中有一定效果，但為了既形成生成的圖像又為了沉積更小的小滴，必須發(fā)展一種操作噴墨液體沉積裝置來輸出多種尺寸液滴的方法，或必須添加專門用于多種液滴尺寸的分開的噴嘴，從而增加了液體分配裝置的成本，有時候會過于昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
液體單系帶(single ligament)分配的方法包括從噴墨分配器朝著一底層噴射第一液體定量，然后從噴墨分配器朝著該底層噴射第二液體定量，其中第二液體定量以足夠的頻率從噴墨分配器噴出，使得第二液體定量趕上第一液體定量，從而在接觸底層前形成液體的單系帶。


附圖舉例說明了本方法和系統(tǒng)的多個實(shí)施例，是說明書的一部分。所說明的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的實(shí)例，且不限于本公開的范圍。
圖1是用來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)和方法的示范實(shí)施例的打印系統(tǒng)的透視圖；圖2是用來實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)和方法的示范實(shí)施例的立體自由加工系統(tǒng)的透視圖；圖3A是根據(jù)一個示范實(shí)施例可執(zhí)行本方法的熱噴墨分配器的等比例截面視圖；圖3B是根據(jù)一個示范實(shí)施例的熱噴墨分配器的剖面視圖；圖4是一個根據(jù)示范實(shí)施例說明分配單系帶液體方法的流程圖；圖5A、5B、5C和5D是根據(jù)示范實(shí)施例說明一個執(zhí)行本方法的步驟的熱分配器的剖面視圖；圖6是一個根據(jù)示范實(shí)施例的壓電分配器的簡化剖面視圖；圖7是根據(jù)示范實(shí)施例說明從壓電分配器分配單系帶液體的方法的流程圖；和圖8A、8B、8C、8D和8E是根據(jù)示范實(shí)施例說明執(zhí)行本發(fā)明步驟的壓電分配器的剖面視圖。
在全部附圖中，同樣的參考數(shù)字標(biāo)明了相似但未必相同的元件。
具體實(shí)施例方式
在此描述了從噴墨分配器分配液體的單系帶的方法和設(shè)備。更明確地說，描述了這樣一種方法通過調(diào)節(jié)噴墨構(gòu)造、激勵波形、脈沖間距和/或材料特性，使用壓電或熱噴墨分配器來形成液體的單系帶。
如在本說明書和后附的權(quán)力要求書中使用的，術(shù)語“系帶”應(yīng)該被廣泛理解為任何聯(lián)合的或充分連續(xù)的分配液體流。此外，術(shù)語“頭部”應(yīng)該被理解為已噴射液體單元的引導(dǎo)部分。類似地，術(shù)語“尾部”應(yīng)該指已噴射流體量的尾部或者端部。
在以下描述中，出于解釋的目的，為了徹底的理解形成液體的單系帶的本系統(tǒng)和方法，提出了許多詳盡的細(xì)節(jié)。然而，對于本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的普通人員來說，很顯然，實(shí)踐本方法時可以不需要這些詳盡的細(xì)節(jié)。說明書中參考“一個實(shí)施例”或“一實(shí)施例”表示就該實(shí)施例所描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性至少包含在一個實(shí)施例中。本說明書中出現(xiàn)的詞組“在一個實(shí)施例中”未必都指相同的實(shí)施例。
示范結(jié)構(gòu)圖1舉例說明了一個噴墨打印機(jī)100，其配置將本單系帶液體分配方法接合在根據(jù)一個示范實(shí)施例的具有二維特性的產(chǎn)品中。如圖1所示，噴墨打印機(jī)100可包括一個機(jī)殼110和安置在機(jī)殼110上的打印介質(zhì)120。圖1所示的噴墨打印機(jī)100的機(jī)殼110可以是足以覆蓋噴墨分配器和執(zhí)行本材料分配方法所必需的任何相關(guān)硬件的任意形狀或尺寸。機(jī)殼110可包含一個或多個分配器、打印介質(zhì)定位輥?zhàn)踊驇ё?、伺服機(jī)構(gòu)和/或計(jì)算設(shè)備。
噴墨打印機(jī)100可以從通訊耦合計(jì)算設(shè)備130中接受打印任務(wù)，打印任務(wù)包括所需圖像的數(shù)字描述。打印任務(wù)可以轉(zhuǎn)換為隨后由噴墨打印機(jī)100使用的動作和分配命令，從而在打印介質(zhì)120上沉積形成圖像的液體，以形成所需圖像。當(dāng)分配形成圖像的液體時，任何合并入圖1所示噴墨打印機(jī)中的噴墨分配器都可應(yīng)用此處所描述的方法。由噴墨打印機(jī)100所使用的用來執(zhí)行本方法的噴墨分配器可以是任何能夠按應(yīng)用要求執(zhí)行打印的噴墨分配器，其包括但決不限于熱激活噴墨分配器、機(jī)械激活噴墨分配器、電激活噴墨分配器、磁激活噴墨分配器和/或壓電激活噴墨分配器。
現(xiàn)在參考圖2，舉例說明包括本單系帶液體分配方法的一個立體自由加工系統(tǒng)200。如在圖2中所示，一個立體自由加工系統(tǒng)可包括一個制作箱柜202、一個可移動平臺203和一個包括了許多控制和顯示的顯示面板204。
在圖2中所示的制作箱柜202可構(gòu)造為接收和簡化在底層上制造所需三維物體。制造所需三維物體需要制造材料和支撐材料的沉積。制造或支撐材料可包括但決不限于聚合體、石蠟或者其他相似可熔材料或者其適當(dāng)?shù)幕衔铩ｋm然在圖2中舉例說明的立體自由加工系統(tǒng)200作為一個單一的、單機(jī)的、獨(dú)立的自由加工系統(tǒng)被展示，但可將本單系帶液體分配方法接合入任何按噴墨型分配器的要求利用液滴的自由加工系統(tǒng)中，而不管該自由加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或者構(gòu)造。此外，本單系帶液體分配方法可與任何使用噴墨分配器來選擇性的以連續(xù)方式沉積液體的系統(tǒng)相結(jié)合。僅作為例子，當(dāng)形成二維圖像、三維物體或者包括但決不限于晶體管、示蹤器、電容器、電阻器、天線、顯示器和/或無線電頻率識別牌的電路和電路元件時，噴墨分配器可結(jié)合本單系帶分配方法。當(dāng)形成電子元件時，該液體可以是但決不限于柵極介質(zhì)如苯環(huán)丁烷(BCB)、聚硅氧烷、聚乙烯苯胺和/或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；半導(dǎo)體如并五苯、聚乙烯噻吩和/或聚乙烯芴和MEH-PPV(聚乙烯[2-甲氧基-5-(2’-乙烷基-己氧基)]-P-亞苯基-次亞乙烯基)的混合物；和無機(jī)和聚合導(dǎo)體如聚乙烯苯胺(例如與聚乙烯混合等)和/或聚乙烯噻吩。
在圖2中舉例說明的立體自由加工系統(tǒng)200的可移動平臺203是一個可移動分配器，其可包括多個噴墨分配器，用于分配制造或結(jié)構(gòu)材料?？梢苿悠脚_203可由計(jì)算設(shè)備(圖中未示)控制，并且可由例如軸系統(tǒng)、帶系統(tǒng)、鏈系統(tǒng)等可控制地移動。當(dāng)可移動平臺203工作時，顯示面板204告知使用者工作條件并給使用者提供用戶界面。當(dāng)形成需要的三維物體時，計(jì)算設(shè)備可發(fā)送數(shù)據(jù)指示立體自由加工系統(tǒng)200可控制地定位可移動平臺203，并且指導(dǎo)一個或者多個分配器在制作箱柜202內(nèi)的預(yù)定位置可控制地噴射液體。由立體自由加工系統(tǒng)200使用的一個或者多個噴墨分配器可以是一個構(gòu)造為執(zhí)行本單系帶液體分配方法的熱噴墨分配器。僅因?yàn)榉奖憬忉專韵聦⒔Y(jié)合圖3A到5D描述本發(fā)明，文中的熱噴墨分配器被包括在與圖2中說明類似的立體自由加工設(shè)備中。
圖3A舉例說明了可執(zhí)行本單系帶分配方法的一個示范實(shí)施例的熱噴墨分配器300的等比例截面視圖。如在圖3A中所示，構(gòu)造為執(zhí)行本方法的熱噴墨分配器300可包括一個材料噴射室360和一個與材料噴射室360相連的孔310。在圖3A中也顯示了與另一個材料噴射室相連的第二孔315的一部分。本系統(tǒng)和方法可被包括在熱噴墨分配器300內(nèi)，在其孔盤320上以預(yù)定方式布置有單孔或者多孔。在工作期間，通過腔室入口380給材料噴射室360供給液體，作為該液體可蒸發(fā)的成分從加熱結(jié)構(gòu)340經(jīng)局部加熱被蒸發(fā)的結(jié)果，該入口構(gòu)造為補(bǔ)充從孔310排出的液體。由孔盤320、層狀硅底層350和噴射室壁370，330生成的壁圍成了材料噴射室360。
圖3B是從加熱結(jié)構(gòu)340處截取的材料噴射室360的剖面視圖，以進(jìn)一步說明熱噴墨分配器的部件。在圖3B中，形成熱噴墨分配器300基底的硅底層350被擴(kuò)展了，從而提高其結(jié)構(gòu)特性。在該視圖中假定，在工作期間，材料噴射室包含墨水或其他需要的液體，且存在液體、蒸氣和空氣界面。如圖3B中所示，一個容積為P型的硅331的硅底層350的基底覆蓋有熱場氧化物和化學(xué)蒸氣沉積的SiO2作為底層332。由傳統(tǒng)方法在基底表面沉積鋁化鉭層333，因?yàn)槠渚哂邢鄬Ω叩碾娮瑁纬闪艘粋€電阻層。通過光刻法的掩模和顯影，鋁導(dǎo)體層334隨后選擇性的沉積在鋁化鉭層333上，留下鋁化鉭的開放區(qū)域。因?yàn)殇X層334相對低的電阻，除開放區(qū)域外，鋁層334有效減小了鋁化鉭層333的高電阻。結(jié)果形成能夠傳遞熱的電阻器區(qū)域，該熱由在該開放區(qū)域?yàn)檎舭l(fā)液體的目的電阻加熱鋁化鉭層333所產(chǎn)生。
在電阻器以下的區(qū)域應(yīng)能夠耐由快速液體蒸發(fā)和隨后的氣泡破裂產(chǎn)生的熱極限、機(jī)械沖擊和化學(xué)侵蝕。因此，鈍化層335如一個典型的SiNx化合物，可以在該結(jié)構(gòu)上沉積。此外，鉭(Ta)構(gòu)成的氣穴阻擋層336可以沉積在鈍化層上并且從鈍化層335有選擇的在材料噴射室中蝕刻，從而免于受到破裂氣泡產(chǎn)生的沖擊。沿噴射室壁330，370的氣穴阻擋層336和孔盤320形成了材料噴射室360；圖3A。
如上所討論，分配器300可構(gòu)造為選擇性地分配單系帶的液體。因此，噴墨構(gòu)造、由熱噴墨產(chǎn)生的激勵波形、熱噴墨的脈沖間距和/或材料特性可按如下說明進(jìn)行調(diào)節(jié)。
示范實(shí)施和操作圖4是根據(jù)一個示范實(shí)施例說明本單系帶液體分配方法的流程圖。如在圖4中所說明的，本方法可以由從熱噴墨分配器噴射第一數(shù)量的所需液體(步驟400)開始。一旦噴射了第一數(shù)量的所需液體，液體的額外量可以以一個足以趕上先前數(shù)量的液體的頻率噴射(步驟410)。一旦多重?cái)?shù)量的液體從熱分配器噴射出并且形成一個單系帶液體，頸縮現(xiàn)象可被控制住，以防止頸縮和新形成的單系帶分離成獨(dú)立的系帶(步驟420)。當(dāng)一個或者多個液體定量被噴射時，或者同時噴射多個液體定量時，分配器可控制地移動，并且計(jì)算設(shè)備隨后確定該液體分配操作是否完成(步驟440)。如果液體分配操作完成(是，步驟440)，不再噴射進(jìn)一步的液體定量。然而，如果當(dāng)計(jì)算設(shè)備確定液體分配操作未完成時(否，步驟440)，熱噴墨分配器可以以足以捕獲先前噴射的液體定量的頻率再次噴射額外的液體定量(步驟410)，并且再一次執(zhí)行該過程?，F(xiàn)在將參考圖5A到5D對以上提到的每一步進(jìn)行詳細(xì)解釋。
如圖4的流程圖所示，本方法開始于熱噴墨分配器噴射第一液體定量(步驟400)。圖5A舉例說明了與在圖3B中所示的相似的熱噴墨分配器300如何可控制地噴射第一液體定量。一旦計(jì)算設(shè)備可控制地發(fā)信號通知立體自由加工設(shè)備(200；圖2)噴射一液體定量，由電阻加熱來產(chǎn)生熱分配器的鋁化鉭層333中的熱量。熱量隨后通過熱噴墨分配器300的各層330傳遞到氣穴阻擋層336，熱量在此局部蒸發(fā)與之接觸的液體510。液體510的氣化是將液體加熱到超過其液體沸點(diǎn)溫度從而產(chǎn)生晶核效應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)液體500集結(jié)并擴(kuò)散時，其置換了大量液體510，該大量液體隨后被迫流出孔310形成一些可噴射到所需底層540的液體定量530。
一旦第一液體定量530從熱噴墨分配器噴射，熱噴墨分配器可以以第二液體定量的頭部捕獲第一液體定量尾部的頻率，噴射第二液體定量(步驟430；圖4)。為了讓隨后的液體定量“捕獲”先前被噴射的液體定量，如在圖5B中所說明的，必須細(xì)微調(diào)整許多因素。
如在圖5B中所示，第一液體定量530包括前導(dǎo)頭部部分532和尾部部分534。通常在一個噴射的液體定量530的尾部部分534和隨后形成的液體定量520的頭部部分之間存在間隙550。一個可調(diào)節(jié)的以便有助于隨后形成的液體定量520“捕獲”先前形成的液體定量的尾部(步驟430；圖4)的因素是隨后液體定量的發(fā)射頻率。本質(zhì)上來說，為了將噴射液體定量的尾部部分534和隨后形成的液體定量520的頭部部分之間產(chǎn)生的間隙550最小化，可以調(diào)節(jié)隨后液體定量的發(fā)射頻率。然而，對所需流動速率的需要，通常限制了熱噴墨分配器300的頻率。為了使連續(xù)系帶情況變得容易，發(fā)射頻率可以在流動速率約束的范圍內(nèi)取得最大。當(dāng)熱噴墨分配器在更高的發(fā)射頻率下工作，不僅由于縮短了液體定量之間的時間而且因?yàn)樵谶@些頻率下腔室的補(bǔ)充情況，從而使連續(xù)系帶情況變得容易。
一旦第一液體定量530從熱噴墨分配器300噴射出，噴射的液體定量530的速度通常保持穩(wěn)定。然而，當(dāng)?shù)谝灰后w定量朝著所需底層噴射時，會出現(xiàn)拉伸現(xiàn)象。由于表面張力，當(dāng)?shù)谝灰后w定量530的尾部部分534附著到其被噴射出的孔區(qū)域時，導(dǎo)致了此拉伸現(xiàn)象。此表面張力在第一液體定量530的尾部部分534施加了一個力，導(dǎo)致尾部部分534以比頭部部分532較慢的速率行進(jìn)。在頭部部分532和尾部部分534之間速率的相對差別導(dǎo)致了第一液體定量530拉伸，由此有助于單連續(xù)系帶液體的形成。
在第一液體定量530從熱噴墨分配器300噴射后，用來噴射第一液體定量的晶核泡500破裂形成一個負(fù)壓。該負(fù)壓在材料噴射室的再填充中起主要作用，特別是在更高頻率下。當(dāng)在更高的發(fā)射頻率下工作時，在隨后的噴射期間材料噴射室中顯現(xiàn)的液體定量少于其在穩(wěn)定狀態(tài)下(例如當(dāng)噴射第一液體定量時)的量，因?yàn)樵陔S后的噴射之前，材料噴射室的再填充沒有機(jī)會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，隨后的晶核泡500作用于比第一液體定量小的液體體積上，當(dāng)這些液體離開孔310時，導(dǎo)致了隨后液體定量的速率比先前液體定量的速率更高。速率的增加不僅有利于隨后液體定量520的頭部部分捕獲先前噴射的液體定量530的尾部部分534，而且也可以使隨后液體定量520的長度伸出。
此外，可以調(diào)整除噴射頻率外的其他因素，以減慢材料噴射室的再填充，因此減少了由晶核泡作用的液體定量。可調(diào)整的一些因素包括但決不限于增加反壓力，增加液體粘性(因此減慢其流入噴射室)，減少孔阻力，和/或增加腔室入口阻力?？梢哉{(diào)整這些或者其他趨向減慢材料噴射室再填充的因素，以使隨后從部分填充的材料噴射室中噴射的液體定量增加的速度和長度更明顯。
一旦兩個或者多個材料定量從熱噴墨材料分配器中噴射出來并且消除了在先前噴射的材料量的尾部部分534和隨后噴射的材料量520的頭部部分552之間的間隙，如在圖5C中所示，單個材料定量可以形成朝著所需底層540移動的液體單系帶(560；圖5D)，如在圖5D中所示。在材料定量的噴射期間和在單個材料定量形成液體單系帶560后，一個需要關(guān)注的問題是通過控制頸縮現(xiàn)象來保持液體單系帶中的材料(步驟420；圖4)。通常，由于表面毛細(xì)波的增長，液體單系帶在飛行中具有斷開的傾向。這種通常稱作瑞利不穩(wěn)定的現(xiàn)象，是由克服在表面毛細(xì)波谷處的慣性效應(yīng)的表面張力產(chǎn)生的。為了延遲液體單系帶的毛細(xì)斷開，可調(diào)整材料特性。相對的頸縮率(對于局部區(qū)域中材料截面區(qū)域減小的敏感度)依賴于表面張力和粘性的比率。增加液體粘性和降低液體表面張力可以降低頸縮率并且隨后可減少毛細(xì)斷開的可能性。液體材料510的表面張力決定了將液體材料擠壓成單獨(dú)的段的力。類似的，液體材料510的粘性決定了液體材料對于表面張力的抵抗率。
由于典型的噴墨設(shè)備設(shè)計(jì)為噴射離散液滴，可以改變所使用液體510的表面張力和粘性值，以實(shí)現(xiàn)和保持分配單系帶的液體。僅作為例子，典型的構(gòu)造為噴射離散液滴的熱噴墨設(shè)備可以利用具有1厘泊(cP)的標(biāo)稱粘性的液體。增加該數(shù)值到2厘泊或者更多會延伸系帶的長度，而降低毛細(xì)斷開的可能性。通過選擇具有高粘性的液體和/或調(diào)整熱噴墨分配器的工作溫度，可實(shí)現(xiàn)粘性的提高。此外，使用的液體的標(biāo)稱表面張力通常強(qiáng)烈依賴于設(shè)定基礎(chǔ)液體組成的應(yīng)用。傳統(tǒng)方法包括具有在50達(dá)因/厘米到25達(dá)因/厘米之間范圍內(nèi)的表面張力的液體。高表面張力傾向于將噴射液滴的尾部部分朝著頭部部分拽拉以形成球狀液滴。然而，當(dāng)執(zhí)行本方法時，通過降低使用的液體的表面張力，可以降低縮短系帶長度的趨勢，因此形成更長的系帶并且降低頸縮率。
減小頸縮現(xiàn)象(步驟420；圖4)允許噴射的液體保持單液體系帶，直到其沉積到所需底層540。與液體噴射和單液體系帶在所需底層上540的沉積同時，可如圖5D中的箭頭所示平移熱噴墨打印頭300，以選擇性的沉積液體510。一個計(jì)算設(shè)備(130；圖1)可用來給多個伺服機(jī)構(gòu)(圖中未示)發(fā)出指令，該伺服機(jī)構(gòu)有選擇地定位熱噴墨分配器300，以在底層540上的指定位置沉積液體。另外，分配單系帶液體的優(yōu)勢允許熱噴墨分配器在距離所需打印介質(zhì)1/4毫米處工作。
再返回到圖4，在每一液體定量從熱噴墨分配器噴射后(步驟410)，計(jì)算設(shè)備(圖中未示)確定液體分配過程是否完成(步驟440)。根據(jù)一個示范實(shí)施例，如果計(jì)算設(shè)備確定液體分配過程已完成(是；步驟440)，熱噴墨分配器停止噴射液體定量(510；圖5D)。然而，如果計(jì)算設(shè)備確定液體分配過程未完成(否；步驟440)，則計(jì)算設(shè)備使熱噴墨分配器以足以“捕獲”先前噴射的液體定量的頻率噴射額外的液體定量(步驟410)，并且在圖4中說明的過程再次開始。
雖然利用包括在一個立體自由加工設(shè)備中的熱噴墨分配器解釋了上述方法，但本方法也可以引入到許多二維或三維的打印設(shè)備中，其包括但決不限于噴墨打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)等。另外，本方法很易與任何選擇性地分配液體以制造元件的加工設(shè)備結(jié)合，這些元件包括但決不限于電路或電路部件，例如晶體管、示蹤器、電容器、電阻器、天線、顯示器、射頻標(biāo)識牌等。此外，雖然利用熱噴墨分配器型液體分配器解釋了本方法，但本方法可與任何數(shù)目的選擇性沉積分配器結(jié)合，這些分配器包括但決不限于熱激活噴墨分配器、機(jī)械激活噴墨分配器、電激活噴墨分配器、磁激活噴墨分配器和/或壓電激活噴墨分配器。
另一實(shí)施例根據(jù)圖6中說明的另一實(shí)施例，本單系帶液體分配方法可與壓電激活噴墨分配器結(jié)合。如圖6中所示，壓電激活噴墨分配器600可包括一個如壓電陶瓷的壓電傳感器650，由多個引線640電力聯(lián)結(jié)到電源(圖中未示)上。如在圖6中所示，可將壓電傳感器650連結(jié)到柔軟膜片680上，形成可控制致動器690?？煽刂浦聞悠?90連結(jié)到多個腔室壁630，670和帶有一個孔610的孔盤620上，以形成一個材料噴射室。雖然在圖6中說明的壓電分配器顯示了定位于材料孔610對面的可控制致動器690，但本方法可應(yīng)用于任何壓電分配器結(jié)構(gòu)，包括但決不限于擠壓變形模式分配器、彎曲變形模式分配器、推動變形模式分配器或剪切變形模式分配器。此外，可控制致動器690可置于側(cè)壁上或者在彈性張力傳感器內(nèi)，其中柔性薄膜既作為可控制致動器690又作為孔盤620。
在圖7中說明了從壓電噴墨分配器分配液體單系帶的方法。類似于以上解釋的由熱噴墨分配器使用的方法，壓電噴墨分配器(600；圖6)通過脈動噴射第一液體定量開始形成單系帶(步驟700)。一旦脈動噴射第一液體定量，以這樣的方式脈動噴射第二液體定量在其從孔盤出來前，隨后的液體定量趕上在先前液體定量末端處緩慢移動的液體(步驟710)。一旦脈動噴射出若干液體定量以形成單液體系帶，控制頸縮現(xiàn)象以防止隨后單液體系帶的分離(步驟720)。當(dāng)壓電噴墨分配器繼續(xù)分配液體時，為了有選擇地分配液體，可移動壓電噴墨分配器(步驟730)。如果在沉積液體時，系統(tǒng)確定液體沉積過程完成(是，步驟740)，壓電噴墨分配器停止脈動噴射液體。然而，如果系統(tǒng)確定液體分配工作未完成(否，步驟740)，將脈動噴射另一液體定量，使該液體定量趕上在先前脈動噴射的液體定量末端處的緩慢移動的液體(步驟710)，并且過程再次開始?，F(xiàn)在將參考圖8A到8D來簡要解釋本方法。
如在圖8A中所示，可將壓電噴墨分配器600放置于所需底層840或者打印介質(zhì)之上。根據(jù)一示范實(shí)施例，在壓電噴墨分配器600和所需底層840之間的距離850小于3.5毫米。在圖8A中說明的材料噴射室在將液體沉積到所需打印介質(zhì)840之前可先充滿液體。如在圖8A中所示，液體800在材料孔610處形成一個彎液面810。當(dāng)開始圖7中說明的過程時，壓電噴墨分配器600開始從如圖8B中說明的材料噴射室脈動噴射出第一液體定量(700；圖7)。如在圖8B中所示，當(dāng)需要第一液體定量時，有選擇的將多個電信號通過引線640發(fā)送到可控制致動器690。一旦電信號發(fā)送到壓電傳感器650，傳感器移動，使得噴射室內(nèi)的壓力減小。壓力的減小促使彎液面810回縮，如在圖8B中所示。
一旦彎液面810如圖8B中所示回縮，另一個電信號促使可控制致動器690反轉(zhuǎn)其位移，使得材料噴射室內(nèi)壓力突增。如在圖8C中所示，在材料噴射室內(nèi)壓力的突增促使彎液面810凸出，導(dǎo)致液體800的一個數(shù)量830朝著所需底層840噴射。液體800的數(shù)量830包括前緣832和后部834。
一旦液體的第一數(shù)量830朝著所需打印介質(zhì)脈動噴射出來，另一個電信號促使可控制致動器690回縮，如在圖8D中所示。輕輕地回縮可控制致動器690，從而在材料噴射室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。由壓電傳感器回縮引起的負(fù)壓既將液體從材料貯存器(圖中未示)牽引進(jìn)噴射室，又將第一液體定量830的部分略微向后拉。該負(fù)壓引起了液體800的數(shù)量830的前緣832和后部834之間的相對速率差別。相對速率差別對于液體800的數(shù)量830具有拉伸的效果，如在圖8D中所示。
一旦完成回縮，可控制致動器690可以脈動噴射隨后的液體定量。如在圖8E中所示，可以脈動噴射隨后的液體定量，使得在噴射量830的后部834和下一液體定量的前緣832之間沒有間隙出現(xiàn)。通過調(diào)整如上所描述的驅(qū)動力(致動器位移)隨時間變化的形狀、增加液體粘性、減少腔室入口阻力以增加流入噴射室的液體和/或調(diào)整壓力變化脈動(脈動頻率)間的時間的任何組合，可以促進(jìn)間隙的消除。因此，如圖8E中所說明的那樣，可形成脈動液體的單系帶。一旦被脈動噴射，來自第二次增壓的液體的前緣將更接近地移向第一增壓的前緣832，直到其速率降到與第一脈動相同的速率。當(dāng)通過材料孔610和通過由可控制致動器690的回縮產(chǎn)生的負(fù)壓時，脈動液體的每一數(shù)量的速率會減小。
典型的，按照所需的流動速度的需要，脈動頻率是一個恒定集合。對脈動頻率的一個約束是需要補(bǔ)充材料噴射室。與可控制致動器690的回縮產(chǎn)生的負(fù)壓相比，在高頻設(shè)備中的填充更少取決于噴射孔610處液體彎液面810的毛細(xì)管反應(yīng)。填充不能過于突然，否則壓力可能降到某一點(diǎn)，使得一些液體區(qū)域中的流動將降到噴射液體保持在單系帶形態(tài)下所需的最低值以下。如上所解釋的，可調(diào)整腔室入口的減小的阻力以減少突然填充的效果。
在液體定量噴射期間和噴射后，可控制頸縮現(xiàn)象，以防止單系帶由于瑞利不穩(wěn)定現(xiàn)象分開形成離散液滴(步驟720；圖7)。如上所述參考熱噴墨分配器，增加液體粘性和減少液體表面張力有效減少了頸縮率。通過減少脈動液體830的表面張力，減少了傾向于將液體擠壓成分離系帶的力。類似的，增加脈動液體的粘性就增加了液體對于表面張力的阻力。對于一個典型的壓電噴墨分配器，標(biāo)稱液體粘性可以是10cP。僅因解釋的目的，增加液體粘性到15cP和20cP之間會延伸系帶長度50％，因此增加了本發(fā)明產(chǎn)生單液體系帶的能力。然而，本發(fā)明可以和壓電噴墨分配器相結(jié)合，以產(chǎn)生具有粘性低至5cP的液體的單一的液體系帶。
一旦產(chǎn)生單系帶，如在圖8E中所示，計(jì)算設(shè)備(圖中未示)可以可控制地移動分配器(步驟730)。有選擇地執(zhí)行分配器的移動，以將液體沉積到底層840的所需位置上。兩個或者更多的液體脈動可以在底層840上形成沉積的單系帶。分配液體的單系帶的優(yōu)勢允許壓電噴墨分配器在距離所需打印的介質(zhì)僅1/2毫米距離處工作。此外，當(dāng)分配器在比1/2毫米還要近的距離處工作時，不會發(fā)生凸脹，因?yàn)閬碜苑峙淦鲉螄娚溟L度跨越了分配器和底層之間的距離。如果濕度引起打印介質(zhì)的變形，由于在分配器和打印介質(zhì)間沖擊的可能性，對于在紙張或一些其他介質(zhì)上的二維打印來說，在該距離的分配器的工作一般是不理想的。然而，在SFF和其他工業(yè)應(yīng)用中，可能不存在這些應(yīng)用限制，并且在比1/2毫米更小的距離處打印是可行的而且是本系統(tǒng)和方法所預(yù)期的。
再回到圖7，在每一液體定量從壓電噴墨分配器噴射(步驟710)并且移動壓電噴墨分配器(步驟730)之后，計(jì)算設(shè)備(圖中未示)可確定液體分配過程是否完成(步驟740)。根據(jù)一個示范實(shí)施例，如果計(jì)算設(shè)備確定液體分配過程完成(是；步驟740)，壓電噴墨分配器600停止脈動噴射液體定量。然而，如果計(jì)算設(shè)備確定液體分配過程未完成(否；步驟740)，則計(jì)算設(shè)備促使壓電噴墨分配器600脈動噴射額外的液體定量，并且再次開始在圖7中說明的過程。
在另一個可替代的實(shí)施例中，本發(fā)明可用來在接收介質(zhì)上分配連續(xù)的粘合系帶。根據(jù)此示范實(shí)施例，熱或壓電噴墨分配器可以和一個在接收介質(zhì)上分配單粘合系帶的設(shè)備結(jié)合，如上所解釋。
總之，本單系帶液體分配系統(tǒng)和方法在沒有增加高成本的步驟和分配器的情況下，有效地允許了光滑邊緣沉積物的生成。更明確的說，本系統(tǒng)和方法準(zhǔn)許使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨液體分配設(shè)備通過調(diào)節(jié)設(shè)備噴射頻率和調(diào)節(jié)材料特性來生產(chǎn)連續(xù)液體系帶。由此產(chǎn)生的液體單系帶隨后可有選擇地沉積到所期望的底層上，而不分解為單個的片段。由液體單系帶沉積產(chǎn)生的特性有利于產(chǎn)生更光滑的圖像，在電力部件間產(chǎn)生連續(xù)性，并且減少在SFF物體中的多孔性。
前面的描述僅為說明和描述本發(fā)明的示范實(shí)施例。其并不意味著是詳盡的，或?qū)⒈景l(fā)明限制在任何已公開的精確形式中。根據(jù)以上講述，許多改良和變動是可能的。以下權(quán)利要求書確定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用噴墨分配器(300，600)來分配液體單系帶(560)的方法，包括從所述噴墨分配器(300，600)朝著一底層(350)噴射第一所述液體定量(530)；以及從所述噴墨分配器(300，600)朝著所述底層(350)噴射第二所述液體定量；其中所述第二液體定量以足夠的頻率從所述噴墨分配器(300，600)噴射出來，使得所述第一所述液體定量(530)和所述第二所述液體定量在接觸所述底層(350)之前形成所述液體的單系帶。
2.一種用于從熱噴墨分配器(300，600)分配液體單系帶(560)的方法，包括從所述熱噴墨分配器(300，600)朝著一底層(350)噴射帶有頭部和尾部的第一所述液體定量(530)；以及從所述熱噴墨分配器(300，600)朝著所述底層(350)噴射至少帶有頭部的第二所述液體定量；其中所述第二液體定量以足夠的頻率從所述熱噴墨分配器(300，600)噴射出來，使得所述第二液體定量的所述頭部在接觸所述底層(350)之前捕獲所述第一液體定量的所述尾部，因此形成所述液體的單系帶。
3.一種用于從壓電噴墨分配器(300，600)來分配液體單系帶(560)的方法，包括從所述壓電噴墨分配器(300，600)脈動噴射第一液體定量；以及從所述壓電噴墨分配器(300，600)脈動噴射第二液體定量；其中所述第二液體定量以分配連續(xù)液體系帶的頻率從所述壓電噴墨分配器(300，600)脈動噴射出來。
4.一種從熱噴墨分配器(300，600)中噴射的合成物，包括在所述噴墨分配器(300，600)的工作溫度下，粘性大于2厘泊；以及表面張力低于40達(dá)因/厘米；其中所述合成物從所述噴墨分配器(300，600)中噴射時形成一個單系帶。
5.一種設(shè)置為從壓電噴墨分配器(300，600)中噴射的合成物，包括在所述壓電噴墨分配器的工作溫度下，粘性大于5厘泊；以及表面張力低于30達(dá)因/厘米；其中所述合成物從所述壓電噴墨分配器中噴射時形成一個單系帶。
6.一種設(shè)置為噴射液體單系帶(560)的熱噴墨分配器(300，600)，包括一個包括腔室入口(380)和噴射口(310)的噴射室(360)；以及一個與所述噴射室(360)相連的加熱元件；其中所述加熱元件配置為朝著所述底層(350)以足夠的頻率噴射所述液體的連續(xù)定量，以使得所述連續(xù)定量在接觸所述底層(350)之前形成液體的單系帶(560)。
7.一種設(shè)置為噴射液體單系帶(560)的壓電噴墨分配器(300，600)，包括一個包括腔室入口(380)和噴射口(310)的脈動噴射室；以及一個與所述脈動噴射室相連的壓電致動器；其中所述壓電致動器配置為朝著一個底層(350)以足夠的頻率脈動噴射所述液體的連續(xù)定量，以使得所述連續(xù)定量形成液體的單系帶(560)。
8.一個成像系統(tǒng)，包括一個計(jì)算設(shè)備(130)；一個與所述計(jì)算設(shè)備(310)通訊相連的伺服機(jī)構(gòu)；以及一個與所述伺服機(jī)構(gòu)相連的噴墨分配器(300，600)；其中所述噴墨分配器(300，600)配置為分配液體連續(xù)系帶。
9.一種設(shè)備，包括一個制作箱柜(202)；一個用于分配所述制作箱柜(202)內(nèi)的液體的可移動平臺；以及一個與所述可移動平臺相連的噴墨分配器(300，600)；其中所述噴墨分配器(300，600)設(shè)置來分配所述制作箱柜(202)內(nèi)的液體，以形成單液體系帶。
10.一種帶有指令的處理器可讀介質(zhì)，用于接收與液體分配操作相應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及可控制地令分配器以足夠的頻率噴射，以分配液體定量，形成液體材料的單系帶(560)。
全文摘要
一種分配液體單系帶(560)的方法，包括從一個噴墨分配器(300，600)朝著一底層(350)噴射第一液體定量(530)，以及從該噴墨分配器(300，600)朝著底層(350)噴射第二液體定量；其中第二液體定量以足夠的頻率從噴墨分配器(300，600)噴射出來，使得第二液體定量趕上第一液體定量(530)，因此在接觸底層(350)之前形成液體的單系帶(single ligament)(560)。
文檔編號C09D11/00GK1607093SQ20041005666
公開日2005年4月20日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者T·克魯茲-烏里貝, J·A·尼爾森 申請人:惠普開發(fā)有限公司