CN101072684A - 液体供应方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体供应方法及装置。提供一种用于向采用通流原理的沉积设备或打印头供应液体的方法及装置。通过相应的压力控制器在打印头处直接控制进入和离开打印头的液体的压力，上述压力控制器优选为转换器和控制系统或溢流堰。压力控制器可以结合在一起并且安装在打印头上或进一步与打印头结合在一起。该供应系统优选形成包括远距离储存器在内的封闭环路，并且整个系统能够布置成使得整个自由液面平均暴露于负的表压。

Description

液体供应方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于液滴沉积装置的液体供应系统，并且具体地涉及一种用于根据通流原理(through-flow principle)工作的按需即喷式的喷墨打印头的墨水供应系统。

背景技术

在现有的通流式装置中，从打印头除去墨水，以便去除可能堵塞打印头喷嘴的脏物以及气泡，并且去除来自喷墨机构的可能改变墨水粘度从而影响打印质量的热。用合适温度下的已过滤墨水补充打印头。墨水的去除和补充通常连续进行，对去除的墨水进行过滤和冷却，之后将其供给回打印头。通流可能被限制到打印头集管或者可以通过各打印头喷射腔，在打印头喷射腔处通流能够去除可能存在于相应喷墨喷嘴内的任何脏物或气泡。

从属于本申请人并通过引用而并入本文的WO 00/38928可以获知这样的配置，图1再现了该装置。例如从属于本申请人并且通过引用而并入本文的WO 91/17051可以获知的该类型通流打印头2010被设置成其通道阵列水平布置并且其喷嘴定向为朝下喷射，如2020处所示(尽管非水平布置同样可行)。如现有技术所公知的那样，通道由至少一个壁限定，该壁能够横向于通道的纵轴线移位，借此在通道内的液体中产生压力波，该压力波又实现从喷嘴喷出液滴。所述壁在压电致动器的作用下而移位，该压电致动器有利地位于壁自身内并且以剪切模式工作，如现有技术中也公知的那样。

经由空气过滤器2041而通向大气的上储存器2040通过软管3060对中央入口集管2030进行供给。上储存器又通过泵2060而供应有来自下储存器2050的墨水。通过在上储存器内的传感器2070如此控制泵2060，使得在该上储存器内的液面高度2080保持在高于喷嘴平面P的恒定高度H_U。在下储存器2050中，通过传感器3010使液面高度3000保持在低于喷嘴平面P的恒定高度H_L，该传感器3010控制连接至墨水储存罐(未示出)的泵3030。过滤器3020起到与上储存器中的过滤器相同的作用。下储存器2050通过管路3050连接到打印头的出口集管2035。

通过上储存器向打印头入口集管施加的正压与通过下储存器向打印头出口集管施加的负压一起产生如上所述穿过所述阵列的液体腔的流动。在通流式打印头中，通道表现出相对较高的液流阻力，通常比集管的阻力高出一个量级。因此，为了保持以所需流速通过通道，必须在入口和出口集管之间保持相对大的压差。在WO 00/38928中提到，通过通道的墨水流速等于从通道喷嘴喷射出的墨水的最大流速的十倍，该数字也应用于本发明。此外，在每个打印头喷射腔的喷嘴处建立起微小的负压(低于大气的压力)，从而确保喷嘴内的墨水弯液面不会破裂，即使受到在打印头工作过程中由于墨水供应管的移动、来自供纸机构的振动等等而通常产生的一类适度正压脉冲也是如此。可以想到的是，上述配置需要精心控制墨水供应储存器和打印头的相对垂直间距H_U、H_L。此外，人们发现在储存器和打印头之间必须采用大内径的墨水管，以便确保流向或流出打印头的墨水流的变化(因此以及从打印头实际喷射出的墨水量)不会不适当地影响打印头处的压力，上述变化是由于打印图案的变化而引起的。但是，这些需要也限制了安装打印头的方式。特别的是，难于进行其中打印头安装在横越基片运动的滑架上的扫描安装，这还需要能够使打印头和墨水管都运动的滑架机构。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种液体供应装置，该装置用于向液滴沉积设备供应液体，该液滴沉积设备具有入口、出口并且包括与喷射喷嘴相连通的至少一个压力腔，所述装置包括：液体储存器，该储存器用于向液滴沉积设备供应液体并且接受来自液滴沉积设备的液体；入口压力控制器，该入口压力控制器适于接受来自所述储存器的液体并且将所述入口处的液体的压力保持在第一预定值；出口压力控制器，该出口压力控制器适于使液体返回到所述储存器并且将所述出口处的液体的压力保持在第二预定值；所述第一值和第二值之间的差值驱动液流通过所述至少一个压力腔。

通过在液滴沉积设备的入口和出口处直接控制压力，能够独立于向所述设备(优选为多喷嘴的打印头单元)供应液体以及从所述设备接受液体中的任何波动或干扰而精确地保持喷嘴处的压力。可以独立地控制入口和出口的压力。由于精确制造打印头，从而入口和喷嘴之间的阻力以及喷嘴和出口之间的阻力已经达到了较高的精确程度，并且在打印头的使用寿命内基本恒定。因此，能够基本独立于供应装置中的任何压力变化保持喷嘴压力，上述压力变化是由于磨损、移动以及打印图案导致的液流变动而引起的。

优选的是，液体绕供应装置连续地循环，该系统包括储存器，这意味者系统内的所有液体会周期性地通过所有部件，从而确保供应中的液体的均匀性，并且使与墨水停滞位置相关的问题最小化。通过控制供应装置的每个部件内的液体状况，这种连续循环能够使墨水污染的可能性最小。在特别有利的设置中，储存器保持在部分真空的状态下，并且连续的墨水循环确保供应内的所有液体平均受到负压作用。这种负压基本能够防止气体进入液体，从而减小了打印头因墨水中存在气泡而发生故障的可能性。

所述沉积设备和储存器可以相对移动，在这种情况下，压力控制器有利地定位成相对沉积设备呈固定空间关系。以这样的方式随打印头运动的压力控制器防止由相对移动所产生的任何压力脉冲影响打印头入口和出口处的压力并因此影响打印头的正确工作。这在需要打印头相对于基片扫描的应用中特别有用。入口和出口压力控制器优选安装在沉积设备上，并且可以有用地结合为单一单元。这提供了单一单元，该单一单元能够容易地安装在滑架上，通过柔性的流动和返回管道供给(可选地通过用于压力和控制管线的总管)。如上所述，由于在打印头处控制压力，因此不需要精确维持流动和返回管道中的压力。所述压力调节器确保由软管运动所引起的任何压力变化不会影响打印头。此外，扫描质量被最小化。

公知的是，应该控制进入打印头的液体的温度，并且应该使其与流出打印头、已被打印头加热的液体绝缘。因此当入口和出口压力控制器被集成时，理想的是入口流路与出口流路绝缘。

在优选的实施例中，入口和出口压力控制器包括墨罐，该墨罐具有液体的自由表面，该表面限定了入口和出口处的液体静压头。入口和出口压力还可以通过所述自由表面之上的空间中的压力进行控制。控制所述自由表面之上的压力使得可将压力控制器放置在相对于液滴沉积设备的任意高度上。通过将这些压力选择为使得入口墨罐上方的压力为大气压而出口墨罐上方为负压，所述控制器能够位于相同高度并且仍然维持喷嘴压力略微为负值。理想的是通过溢流堰来确定所述墨罐内的所述自由表面的高度。

所述墨罐可以直接安装在液滴沉积设备上，并且管道可以将该墨罐连接到所述入口和出口。经过该管道的压降相比于经过设备的压降是可以忽略的。该管道优选是刚性的，并且理想的是长度短于200mm，更理想的是短于100mm。最理想的是，该管道不长于50mm。有利的是管道的内径大于5mm，并且可以选择成与液滴沉积设备的入口孔和出口孔相配。

所述系统可以包括多个沉积设备，这些沉积设备由所述储存器供应。此外，所述多个沉积设备可以以并联的方式连接到所述压力调节器，该压力调节器维持所述多个沉积设备的入口和出口处的压力处于理想值。这可能适合于为了提高打印分辨率和/或打印幅宽而并排布置多个打印头的情况。理想的是，多个打印头可以与入口和出口压力控制器结合为单个单元。

根据第二方面，本发明提供一种用于向液滴沉积设备供应液体的方法，该液滴沉积设备具有入口、出口，并且包括与喷射喷嘴相连通的至少一个压力腔，该方法包括：在通往所述液滴沉积设备的入口处接收来自远距离供应源的液流；以第一预定压力向所述入口施加所述液体；以独立于所述第一压力的第二预定压力从所述液滴沉积设备的所述出口接收液体；和从所述液滴沉积设备的出口将液流返回到所述远距离供应源；其中，所述第一和第二预定压力之间的压差驱动液流通过所述至少一个压力腔。

本发明的第三方面在于一种液滴沉积系统，该系统包括沉积设备，该沉积设备具有液体入口、液体出口以及至少一个用于喷射液滴的喷嘴；液体供应组件，该液体供应组件包括液体储存器和液体供应管路，该供应管路用于循环液体，使液体从所述储存器开始，经由所述入口和所述出口而通过所述沉积设备并返回所述储存器；该系统布置成使得所述系统内液体的全部自由表面上的平均压力低于环境压力。

附图说明

下面将参照附图以示例方式来描述本发明，附图中：

图1表示现有技术的墨水供应装置；

图2表示闭合的再循环墨水供应；

图3是对图2的改进，其中包括反馈；

图4和图5表示图2的墨水供应的另一实施例，包括入口和出口溢流堰(weir)；

图6是根据本发明的喷墨打印系统的实施例的示意图；

图7是所述系统的打印头模块的实施例的示意图；

图8是所述打印头模块的优选实施例的剖视图；

图9是系统的第一、储存器模块的示意图；

图10是储存器模块的优选实施例的剖视图；

图11是系统的第三、控制器模块的示意图；

图12表示本发明的采用两个打印头的实施例；

图13表示本发明的采用两个打印头的另一实施例；

图14表示本发明的采用多个打印头的实施例；

图15表示用于多个打印头的压力控制单元。

具体实施方式

图2表示闭合的、热控制的、再循环贯通喷射腔(recirculating-throgh-ejection chamber)液体供应系统，其在喷嘴处具有负压。该液体供应系统具有完全与大气隔离(除了在喷嘴处之外)，从而不存在吸入空气的问题的优点。而且该系统简单从而成本较低。该系统还紧凑，并且就部件布置、特别是其高度而言，系统是灵活的。泵在上游产生正压，在下游产生负压，而且泵速选择为维持超过最大的打印头喷射流的流动。流动通常是最大喷射速率的10倍，并且可以高达最大喷射速率的30倍。

位于泵和喷嘴之间的包括打印头内部流路的泵送环路(pumpingcircuit)在其液体阻力方面大致对称，但是为了产生喷嘴处所需的较小负压，环路向打印头提供入流的一侧具有稍高的阻力。人们注意到，对称布置是最方便的，这是因为这最有利于使泵远离打印头，但是可以构造非对称的实施方式，从而管道阻力相应不对称。

墨水储存器保持在适于其在环路中位置的压力下。在所示实施例中，在储存器接近泵入口定位的情况下需要小真空度；人们已知，这由于能够减少墨水脱气(gassing)而比较有利。如果墨水容纳在可紧缩的储存器内是比较有利的，这可以使得空气不会接触泵送环路中的墨水。可以通过适当地改变施加的压力而将储存器设置在环路中的任何位置。例如，对喷射性能(液滴形成)的观察可以用于获知墨水系统的状况，以及对施加到储存器上的压力进行的校正调整。此外，如果系统部件需要位于特定的高度，则可利用储存器压力来校正喷嘴压力。

该系统需要仔细设计部件和加工液体，以使得液体阻力能够被适当控制。由于液体粘度的均匀性也影响液体阻力，因此希望能够例如通过热控制而精细地控制液体温度。并且还希望的是环路内的墨水体积较小，从而热质量较小，这样可以在启动之后的短时间内达到运行温度。

泵应该是平稳的，这样压力脉冲不会破坏喷嘴弯液面(喷嘴处的压力)。齿轮泵是合适类型的一个示例。

有利的是储存器会起到缓冲器的作用(由于内部液体的体积(bulk)以及柔顺性(compliance)，更重要的是由于容器/袋自身的柔顺性)，从而在选择泵的种类时允许有更大的自由度。热控制单元(加热器和/或冷却器和/或热交换器)表现出类似的特性。最终，可以是管线(或其区域)提供足够的柔顺性。理想的是，泵送流和返回管线都具有柔顺性/缓冲。

有利的是，该系统可以构造成没有墨水易受到大气的脱气(除了在喷嘴自身处之外，这里问题不大)。

总而言之，该第一实施例包括打印头、泵、管路、储存器以及连接在环路中的热控制器。实际上，由于制造公差以及部件磨损(比如泵)，从而很难保持所需的公差，而且液体类型/批次的变化会导致系统压力的变化。

图3表示一可选系统，在该系统中采用反馈回路来控制泵送环路中的压力。一个(或多个)压力传感器位于打印头处或位于打印头附近，并且所述压力传感器通过控制系统来控制系统压力。在所示实施例中，所示的流速(泵速)或施加到储存器上的压力受到控制。同样的改变可以施加到系统阻力上(例如通过限流器改变管道直径)。

有利的是，能够通过包含有反馈系统而节约成本。可以拆下热控制器而采用精度低的部件。但是，包含有热控制器仍与本实施例相容。

在传感器P_IN(在入口处)和喷嘴之间的阻力，以及在喷嘴和传感器P_OUT(位于出口处)之间的阻力是已知的并且被很好地控制(借助于打印头制造中使用的精确制造方法容易实现这一点)。这使得喷嘴处的压力可由反馈回路确定并且被反馈回路精密地控制。

P_IN和P_OUT之间的压力差确定了通过打印头的流速，该流速应该远大于最大喷射速度。当没有液体从喷嘴中喷出时，该流速在再循环系统内是恒定的。

尽管承受较小的负压，但储存器中的液体会继续溶解大气气体。为了防止吸收气体，负压必须显著低于在喷嘴处所需的负压(500-2000Pa)。储存器处的压力应该选择为可克服从打印头出口开始的返回管的阻力，该阻力不仅取决于管子的长度。图4的实施例结合有由限流器(在管线较短(系统被紧密集成)的情况下)或者由管道本身(在管道较长或者直径较小的情况下(例如在打印头紧密组装在一起的应用中或者在扫描应用中))提供的额外阻力。

有利的是，墨水储存器现在能够承受较大的负压，这能够防止吸气并且能够主动引起脱气，同时按照之前的实施例保持打印头附近的压力。储存器现在应该是敞开式的，从而自由表面上施加有低于大气压的空气(或气体)，致使溶解在液体内的气体易于逸出。理想的是，例如通过使筒形储存器具有切向入口而使进入的液体在表面上“旋转”，从而将储存器设置成使进入储存器的液体在一段时间内仍留在表面附近。使供应系统内的液体暴露至负压的另一优点是，(不含水的)液体可以进行除湿或干燥。对于这样的液体来说，通过提供负压的真空泵除去水蒸气。这些处理可以通过在储存器内精心设置流路而得到加快。与上文一样，该系统也可以兼容热控制器(但没有示出)。

图5表示本发明的另一实施例，其中包含溢流堰的设备结合有缓冲和压力调节功能。来自泵出口的液体流入溢流堰，该溢流堰保持一液位，过量的液体流出溢流堰并返回储存器。向入口溢流堰上方的气体量施加压力，以及/或者可选地构成静压头高度。溢流堰所保持的墨水量供给打印头入口。通过打印头出口流出的墨水返回第二溢流堰，在该第二溢流堰处施加有气压和/或静压头。溢流堰起到保持喷射液体具有自由表面的作用。由于溢流堰内的墨水量非常小(相比于储存器内的墨水量而言)，因此液体的脱气被最小化，且由于再循环速度而定期改变，并且暴露至气体的液体面积也很小。

此外，施加给墨水储存器的较大负压被用于从补充储存器中汲取液体，采用系统液位传感器来控制补充阀。补充储存器可以位于墨水储存器的上方或下方。还值得注意的是，向墨水储存器内理想地加入“新”液体，以使得该液体在供应至打印头之前得到合适的处理(脱气、加压、加热/冷却和过滤)。

图6对应于图5的实施例，但是包括控制阀和返回出口溢流堰的入口溢流。总而言之，其包括打印头、泵、具有高阻力的管线、储存器以及压力调节装置。

参照图7，根据本发明的喷墨打印系统包括第一、储存器模块10，其通过入口和出口管线12、14连接到第二、压力调节模块16，该压力调节模块通过另外的管线64、66连接到打印头20，该打印头20如箭头18所示沉积墨水。如图2中的虚线所示，通过另外的控制器模块100可以控制各个部件。

打印头20相对于储存器模块10可以移动，例如在21处示出的打印机滑架上，为此目的，管线12、14可以是软管。压力调节器16与此相反不能相对于打印头移动，而也可以安装到打印机滑架21上。通过本发明，压力调节器16确保例如由软管12、14随着打印头扫描的移动而产生的压力波动不会传递到打印头。压力调节器和打印头之间的固定的空间关系进一步确保不会在连接二者的管子64、66内产生压力波动。如图8所示，模块16包括打印头20，该打印头20具有墨水入口24、用于喷墨的喷嘴阵列22以及墨水出口26。通过缆线27向打印头提供电子致动信号。墨水如箭头28、30所示循环通过打印头，从而去除否则会影响打印头工作的脏物、气泡以及热。

如公知的那样，令人满意的操作需要对打印头内的压力以及入口和出口之间的压力差进行控制。为此目的，墨水从入口墨罐32供应到入口24，该入口墨罐32具有通过可选的过滤器58暴露至大气压且被供应有来自入口管线12的已处理墨水的溢流堰36维持的自由墨水面34。机械调节装置(未示出)允许对墨水表面34高出喷嘴22的高度H进行调整，H的典型值为250mm。当H需要变大的时候，例如当需要将打印头20定位在压力调节器16之下的一定距离时，所产生的墨水压头可能超过打印头入口24的工作压力范围。在这种情况下，低于周围的气压可以通过过滤器58施加到自由墨水表面，从而校正打印头入口24处的压力。

出口26处的压力也取决于出口墨罐42内的自由表面40，而出口罐42通过真空管线46暴露至表压通常为一70mbar的负力。从打印头出口26供应的溢流堰44维持表面40。从出口墨罐42流出的溢流50通过出口管线14返回墨水储存器。

出口墨罐42具有在溢流堰44下游的浮阀54，该浮阀54用于维持液体的工作液位高于通向管线14的入口，并且防止在液位下降时空气进入系统从而无法维持真空状态，比如当打印头以最大喷射速度工作时可能产生这种情况。通过手动调节主储存器70内为-450mbar的标称真空而将浮阀54保持在大约中间范围内。这样，该浮阀54通过上升或下降而分别阻碍流出更多或更少，借此来控制出流与流入墨罐42的总体入流(返回流30和入口墨罐溢流48之和)相符。

从入口墨罐32进入出口墨罐42的溢流48通过例如针阀57的阀而受到控制，该阀仅需要初始的手动调节。随后，通过控制墨水在阀上的压头而保持流过该阀的液流大致恒定，该墨水压头又由从泵72经入口12供给到墨罐的墨水量来确定。具体而言，浮体52与传感器53相结合可以提供指示墨水液位的信号56，该信号随后被发送给控制器100、102，该控制器100、102控制供墨泵72的速度，下文会对此详细介绍。这避免了空气进入排出流48以及溢流堰36漫灌(因而增大了相关的液体压头)这两个极端现象。

在出口墨罐42上如55所示的位置处可以安装类似的传感器，两个墨罐上的传感器起到指示浮阀或浮体离开其范围并且警告操作者发生故障的作用。

还可以设置其他阀(可以是电磁操作阀)来处理极端的液位变化，以进行启动和关闭。

墨罐32和42一起限定了压力调节器60，该压力调节器60与打印头20一起形成了打印头模块16。如上文所述，理想的是使(冷的)入口墨水和(热的)出口墨水之间热绝缘。在所述配置中，旁流48只从入口流向出口，因此不成问题，但是需要注意的是，特别是在墨罐32和42结合成单一单元时，应该设置一定程度的热绝缘。

为了使调节器与相应的打印头入口及出口之间的压力差的变化最小化，优选将调节器60设置成在打印头20上方固定的垂直距离处，有利的是占据与打印头相同的台面面积(尽管可以采取其他的取向，例如通过不同弯曲的连接)。类似地，为了使流量变化对入口和出口压力的影响最小化，调节器和打印头之间的连接64和66的直径优选较大，在上述装置中内径通常为6mm。这通常会导致大约100mm每秒的墨水流速，以及分别大约为0.5和1mbar的相应动压和摩擦压降。如上所述，这可以随着墨水流变化+/-5％而变化+/-5％。然而，+/-75微巴的变化与打印头的入口和出口集管之间的60mbar的压降相比是可以忽略的。实际上，打印头入口和出口之间的压降变化达到4mbar，即变化+/-7％，被认为对打印头的工作不会产生任何不良影响。在极限情况下，可以通过将压力调节器集成到打印头自身的集管上而完全省却调节器/打印头的连接。

打印头模块16中的压力调节器60允许不必考虑打印头20的压力要求而选择入口和出口管线12、14。小内径的软管可以使打印头移动方便，并且可以与真空管线46以及打印头输入信号缆线27以及其他用于传送浮体位置数据、阀控制信号等的引线一起结合到单个共用总管线中。

而且，小内径的管子能够确保其中的墨水的速度较高，增加了在打印头入口处的传感器和在墨水供应模块内的加热器之间的热控制响应时间。尽管在管内平均速度为1米/分钟的情况下能够实现可以接受的控制，但是高于或等于大约16米/分钟的速度导致具有更好适于扫描应用的较大柔性的细管。

图9是结合有上述元件的打印头模块16的优选实施例的剖视图。经过打印头的标称流速为200ml/分钟(根据通过喷嘴喷射的墨水量而有+/-5％的变化)，打印头入口和出口之间的压差的典型数值在50至80mbar的范围内，标称为70mbar，而在喷嘴处的标称负静压为负10mbar表压(+/-1mbar)，但是已发现压力低至-30mbar也可顺利工作。

来自入口管线12的墨水被供应给入口墨罐32，该入口管线12在溢流堰36所限定的墨水表面液位34之下延伸。同时，该管线还设有在墨水表面液位之上的一个或多个开口33，所述开口能够消除管线内的任何压力波动(例如由泵72引起，如下文所述)，从而不会影响对打印头的供应。此外，还可以将开口33制成沿着墨水流动方向(管线12的纵轴线方向)较短，从而使墨水暴露至墨水表面34上方空间内的空气的时间量最小(在上述结构中可缩短至大约20ms)。此外，空气可以扩散进入的墨水流的任何外层流出开口33并进入溢流堰34下游的堰池中。

以上措施确保在主储存器70内进行的墨水脱气(或者至少防止吸气)的优点不会受到丝毫损失。如下文所详述的那样，墨水大约有60％的时间位于压力通常为负400mbar的储存器内，并且大约有35％的时间在压力下密封于加热器或管子内。仅在入口墨罐内暴露至大气压下的空气，其中有通常大约为10ml的量在大约10平方厘米的面积上暴露约10秒，之后通过管线48、出口墨罐42和出口管线14返回主储存器。

在图8的示例中，调节器被定位成其上溢流堰位于打印头喷嘴正上方250mm处，并且在调节器和打印头之间的总管线损失大约为3mbar。溢流堰也被制成沿着打印头模块将被扫描的方向较窄，从而使加速影响最小化，在加速度为0.4g的情况下，约25mm宽的溢流堰使储存器中央的液位降低5mm(大致相当于0.5mbar)。

可以理解到，为了使压力调节器的溢流堰正确运行，通过压力调节器泵送的墨水量必须超过流过打印头的墨水量，优选多出至少20％。较高的超出比率(甚至可以为100％)能够减少打印头内的墨水用来在启动之后达到正确工作温度的时间。墨水以上述流速可能要花费20秒钟的时间从单元92的中部到达打印头20，这对应于16米/分钟的流速。结果，温度控制系统的时间段可能是几分钟，而预热时间(从通常的环境启动温度24℃开始)大约为半小时。

通过在启动时将一定的热量(在图4和图6的系统中大约为60kJ)快速地引入系统而加热系统的所有热质量(不考虑局部温度过高)，能够缩短预热时间。循环墨水很快将热量分散开，并且一旦打印头接近其工作温度，则可以启动上述控制系统。具体而言，首先启动单元92内的加热筒一段预定时间，随后借助来自单元92的温度反馈而将加热筒控制到高于打印头工作温度的目标温度，从而使得例如在连接这两个模块的管线12中发生热量损失。在上述装置中，该目标温度通常高于标称的打印头工作温度，高出的温度为打印头工作温度和环境温度之间的温差的50％，例如，对于标称工作温度为40℃并且环境温度为24℃来说，加热器的温度为48℃。一旦系统的温度已经稳定，而且打印头接近其工作温度，控制就切换为来自打印头传感器94的温度反馈，这样就快速将打印头的温度提高剩下的几度达到最终工作温度，使得可以开始打印。如下文所述，这种方式可以由单独的控制器模块执行。此外，控制器可以是自学习型的，其记录环境、加热器以及打印头之间的各个温度差，以便可以在将来的情况下采用合适的加热器占空比。当然，可以根据墨水种类来调节工作温度，以便获得必要的墨水粘度。如人们所知，当墨水是悬浮液时，可以在主储存器和/或副储存器中增设搅拌器。

需要注意的是，通常以降低的速度运行泵72，直到墨水粘度(该墨水粘度取决于墨水温度)接近其工作值。可以理解到，这种降低减小了热量循环通过系统的速度，并且，通过加速提高墨水温度，上述控制方式将会使热量能够全速循环通过系统的时间点提前，从而进一步减少了系统预热的时间。除此之外或者可选的是，可以使用定时开关来提前启动系统，从而在进行打印时刻之前就已经预热。将加热器设置在打印头上的传感器附近或者压力调节器附近也会影响系统的预热性能。

图10和11表示储存器模块10的部件，该模块优选组装为小的块体，适于叠置或架式安装。墨罐70储存工作量的墨水(通常为200ml)，该墨水通过真空连接86而保持在真空下。除了从打印头模块16汲取墨水之外，该真空还防止吸气并且可以主动为墨水脱气(这是由于大约有80％的时间在墨罐70内的墨水分别处于34℃的典型温度以及负450mbar表压的典型压力下)。这还允许新墨水(来自瓶子82和过滤器54)通过电磁阀78被吸入墨罐，每当传感器80所检测的浮体76的高度下降到某一高度之下时，该电磁阀78打开。墨罐70还具有手动排液阀86，以便改变整个系统内的墨水。

墨水通过泵(例如膜片泵72)从墨罐70被泵送至入口管线12，该墨水首先被过滤器(例如5微米囊过滤器74)以及墨水加热/冷却单元92处理。加热/冷却单元可以包括嵌入在铝块88中并且围绕两个加热筒(未示出)的不锈钢线圈90。同样嵌入在铝中的第二外线圈93在需要的时候可以用于冷却水。

可根据来自入口墨罐32或打印头模块的供应管64上的传感器94的信号控制单元92。然而，对于打印头通过长4m、内径为4mm的未包鞘入口管12连接到存储器模块的典型布置来说，

有利的是，用于各种阀、泵、加热器的控制器而且甚至是打印头自身可以有利地位于与储存器模块10相分离的其他模块中，如图12示意性示出的那样。控制器模块100具有部分102和部分104，其中部分102处理来自打印头模块16的浮体信号56以便设置泵72的合适速度，部分104利用温度信号94并通过提供合适的电能来控制加热器92。控制器还控制打印头模块内的阀以便处理浮体高或低的水平，并且控制另外的开关输出以用于指示或报警的目的。可以与厂家的气源112相连，以便驱动真空喷射器106(或内设真空泵)以及两个手动或电动设置的真空调节器108、110，所述真空调节器带有当地压力指示器，用于向储存器10提供高真空(通常为负450mbar表压)并且向打印头模块16提供低真空(通常为负70mbar表压)。由于在每个打印头模块内独立控制压力，因此单个储存器和控制器模块可以用于服务几个打印头。此外，一个控制器可以控制几个储存器模块，向它们提供同样的两个真空水平。

如图13所示，该系统可以包括多个打印头20，这些打印头20可以由单个储存器模块10供应，借此减少所需的储存器模块的数量。此外，单个压力调节器16可以为几个打印头20调节液体压力，如图14所示。这适用于并排设置多个打印头以提高打印分辨率和/或打印幅宽的情况，如本身公知的那样。这一概念的另外扩展如图15所示，其中入口压力控制器102和出口压力控制器104都连接到长的压力总线106。压力控制器分别由入口和出口管103和105以及可选的控制管线和压力管线(未示出)供给。该压力总线应该具有大的截面积(如虚线108所示)，以便确保沿其长度基本没有压力变化。然后，多个打印头110通过短管112沿着总线的长度连接，但是这些打印头也可以直接连接到总线。这为多个可替换的打印头提供了紧凑的打印模块，该模块在打印头处具有直接的压力控制。

应该理解到，以上仅通过示例介绍了本发明，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种修改。特别的是，本发明并不局限于上文所述的特定压力调节器，而是可以采用任何合适装置来将液体压力保持在预定工作范围内。

Claims (50)

1.一种用于向液滴沉积设备供应液体的液体供应装置，该液滴沉积设备具有入口、出口并且包括与喷射喷嘴相连通的至少一个压力腔，所述装置包括：

液体储存器，该储存器用于向所述液滴沉积设备供应液体并且接受来自该液滴沉积设备的液体；

入口压力控制器，该入口压力控制器适于接受来自所述储存器的液体，并且将所述入口处的液体的压力保持在第一预定值；

出口压力控制器，该出口压力控制器适于使液体返回到所述储存器，并且将所述出口处的液体的压力保持在第二预定值；

所述第一值和第二值之间的差值驱动液流通过所述至少一个压力腔。

2.根据权利要求1所述的装置，其中在沉积液滴的过程中，液体从所述出口压力控制器通过所述储存器并向所述入口压力控制器连续循环。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述入口压力控制器独立于供应至所述入口的液体的压力中的任何变化而保持所述入口处的液体的压力。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述出口压力控制器独立于从所述出口返回的液体的压力中的任何变化而保持所述出口处的液体的压力。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述入口压力控制器在空间上相对于所述液滴沉积设备固定。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述出口压力控制器在空间上相对于所述液滴沉积设备固定。

7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述入口和出口压力控制器位于相对于所述液滴沉积设备大致相同的高度。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述入口和出口压力控制器被结合为单个单元。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述压力控制器安装在所述液滴沉积设备上。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述压力控制器和所述液滴沉积设备结合为单个单元。

11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述入口压力控制器包括与所述入口相连的第一墨罐，该第一墨罐内的液体的自由表面限定所述入口处的液体静压头。

12.根据权利要求11所述的装置，其中在所述第一墨罐内的所述自由表面的高度由溢流堰决定。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其中在所述第一墨罐内的所述自由表面受到大气压力。

14.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述出口压力控制器包括与所述出口相连的第二墨罐，该第二墨罐内的液体的自由表面限定了在所述出口处的液体静压头。

15.根据权利要求14所述的装置，其中在所述第二墨罐内的所述自由表面的高度由溢流堰决定。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其中所述自由表面受到负压。

17.根据权利要求12或15所述的装置，其中所述压力控制器还包括溢流液体进入其中的相应槽。

18.根据权利要求17所述的装置，其中进入所述第一墨罐的液流速度根据所述第一墨罐溢流槽内的液体液位进行控制。

19.根据权利要求17或18所述的装置，其中该装置包括用于液流从所述第一墨罐溢流槽流向所述第二墨罐溢流槽的旁通路径。

20.根据权利要求17、18或19所述的装置，其中所述第二墨罐溢流槽内的液体液位控制从所述第二墨罐溢流槽流向所述储存器的流速。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的装置，其中所述压力控制器包括连接所述墨罐和所述入口的管道。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述管道大致是刚性的。

23.根据权利要求21或22所述的装置，其中所述管道的长度小于100mm。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中经过所述管道的压降小于经过所述液滴沉积设备的压降的5％。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，其中经过所述管道的压降小于5mbar。

26.根据权利要求21至25中任一项所述的装置，其中所述管道的内径大于5mm。

27.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中该装置包括将所述远距离储存器保持在低于所述第一或第二预定压力的压力下的真空源。

28.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中该装置包括用于在所述储存器和所述液滴沉积设备之间泵送液体的泵，在所述入口处的液体压力由所述泵、以及所述泵和所述入口之间的液体阻力确定，并且其中所述入口压力控制器监控所述入口处的液体压力，并且控制所述泵以便保持所述第一预定值。

29.根据权利要27所述的装置，其中在所述出口处的液体压力由所述远距离储存器处的负压、以及在所述远距离储存器和所述出口之间的液体阻力决定，并且其中所述出口压力控制器监控所述出口处的液体压力并控制所述真空源以保持所述第一预定值。

30.根据权利要求28或29所述的装置，其中部件之间的所述液体阻力是连接这些部件的液体管道的阻力。

31.根据权利要求28或29所述的装置，其中部件之间的所述液体阻力包括在这些部件之间的一个或多个液体限流器的阻力。

32.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中所述液滴沉积设备相对于所述液体储存器可以移动。

33.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中有一个以上的液滴沉积设备与每个入口和出口压力控制器相关联。

34.根据权利要求33所述的装置，其中所述一个以上的设备并联连接，在每个设备的入口和出口处的压力分别由所述入口和出口压力控制器保持。

35.根据权利要求34所述的装置，其中所述一个以上的设备以及所述入口和出口压力控制器被结合为单个单元。

36.一种用于向液滴沉积设备供应液体的方法，该液滴沉积设备具有入口、出口并且包括与喷射喷嘴相连通的至少一个压力腔，该方法包括：

在通往所述液滴沉积设备的入口处接收来自远距离供应源的液流；

以第一预定压力向到所述入口施加所述液体；

以独立于所述第一压力的第二预定压力从所述液滴沉积设备的所述出口接收液体；和

从所述液滴沉积设备的出口将液流返回至所述远距离供应源；

其中，所述第一和第二预定压力之间的压差驱动液流通过所述至少一个压力腔。

37.根据权利要求36所述的方法，其中以不同于所述第一预定压力的压力在所述入口处接收来自所述远距离供应源的所述液流。

38.根据权利要求36或37所述的方法，其中以不同于所述第二预定压力的压力从所述出口返回流向所述远距离供应源的所述液流。

39.根据权利要求36至38中任一项所述的方法，其中该方法还包括在沉积液滴的过程中使墨水连续循环通过所述远距离供应源。

40.根据权利要求36至39中任一项所述的方法，其中该方法还包括将所述远距离供应源保持在大致低于所述第一压力或所述第二压力的压力下。

41.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中在所述入口处施加液体包括维持所述入口处的液体静压头。

42.根据权利要求36至41中任一项所述的方法，其中从所述出口接收液体包括维持所述出口处的液体静压头。

43.根据权利要求41或42所述的方法，其中所述第一或第二预定压力由所述静压头和施加到限定所述静压头的液体自由表面上的压力确定。

44.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中通过从所述远距离供应源泵送液体的泵、以及所述泵和所述入口之间的液体阻力确立所述第一预定压力。

45.根据权利要求44所述的方法，其中该方法还包括监控所述入口处的液体压力，并且调节所述泵以保持所述第一预定压力。

46.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中通过从所述远距离供应源泵送液体的泵、以及所述泵和所述出口之间的液体阻力来确立所述第二预定压力。

47.根据权利要求46所述的方法，其中该方法还包括监控所述出口处的液体压力，并且调节所述泵以保持所述第二预定压力。

48.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中所述远距离供应源被保持在负压，并且其中通过在所述远距离供应源处的所述负压、以及在所述远距离供应源和所述出口之间的液体阻力来确立所述第二预定压力。

49.根据权利要求48所述的方法，其中该方法还包括监控所述出口处的液体压力，并且调节所述负压，以便保持所述第一预定压力。

50.一种液滴沉积系统，该系统包括：

沉积设备，该沉积设备具有液体入口、液体出口以及至少一个用于喷射液滴的喷嘴；

液体供应组件，该液体供应组件包括液体储存器和液体供应管路，该供应管路用于循环液体，使液体从所述储存器开始，经由所述入口和所述出口而通过所述沉积设备并返回所述储存器；

该系统布置成使得所述系统内液体的全部自由表面上的平均压力低于环境压力。

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