CN101746147A - 在多层中激光钻孔流体端口的方法 - Google Patents
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Abstract
一种方法包括将多个层贴附于具有至少一个入口端口的流体分配子总成至少一部分的背侧以形成流体分配总成，将激光对准该流体分配总成的对应该入口端口的区域，以及使用激光在该区域形成至少一个孔，该孔完成通过这些层到该入口端口的路径。一种流体分配总成，其具有具有至少一个入口端口的流体分配子总成，具有至少一个出口的流体歧管，该流体分配子总成和该歧管之间的至少两个层，以及在该出口和该入口端口之间在该至少两个层中的流体路径，该流体路径具有平滑的壁和基本上一致的宽度。
Description
背景技术
流体分配总成通常包括将流体带到该总成内或在本地存储的结构、将其按路线发送到合适输出端口的结构、选择性地使得该流体输出端口的驱动器以及控制该驱动器选择和启动的控制电路。在一些情况下，将油墨按路线发送到输出端口的结构以及驱动器所操作的结构可包含在流体分配子总成中。
一个这样的流体分配总成由印刷头组成，或者用于液体油墨或者用于熔化的固体油墨。通过一个具体的例子通常可以帮助理解所讨论的问题的各个方面，但是这个例子并不是为了限制。在印刷头的示例中，流体分配子总成通常由一系列金属板组成，通过钎焊或者其他方式粘合在一起。这里为了讨论的目的，将把喷射层叠当作由至少由驱动器所操作的膜片、至少一个“主体”板以及包含出口孔的喷嘴板组成，术语“主体”适用于膜片和喷嘴板之间的任何板。
在一些例子中，印刷头包括油墨歧管，其在本地存储油墨并将油墨分配到喷射层叠。为了实现高密度，去除内部的歧管是有好处的。流体分配总成仍然需要一些装置来将油墨从油墨贮存器传送到输出端口。
理想地，对于印刷头的例子，对于喷嘴板中每个喷嘴或者一般来说对于每个输出端口，这个传送通过单个端口发生。这产生许多必须通过多层并保持对准的“垂直”端口。这些层包括薄膜，或者在该驱动器之间驱动器通过任何支座或绝缘体所操作的其他结构，用于控制电路的线路板和任何所需的加热器(如固体油墨打印机中)。这些入口的较小尺寸使其非常难以将这些层组装而没有错位，以及难以在存在任何错位的情况下保持一致的流体特性。
发明内容
在一个实施例中，提供一种方法，其包括：将多个层贴附于具有至少一个入口端口的流体分配子总成至少一部分的背侧以形成流体分配总成；将激光对准该流体分配总成的对应该入口端口的区域；以及使用激光在该区域形成至少一个孔，该孔完成通过这些层到该入口端口的路径。
在另一实施例中，提供一种流体分配总成，包括：具有至少一个入口端口的流体分配子总成；具有至少一个出口的流体歧管；该流体分配子总成和该歧管之间的至少两个层；以及在该出口和该入口端口之间，在该至少两个层中的流体路径，该流体路径具有平滑的壁和基本上一致的宽度。
附图说明
图1示出具有多个独立喷流入口的流体分配总成的示例。
图2示出具有多个独立喷流入口的流体分配总成的更详细的示例。
图3示出能够具有组装后形成的入口的流体分配总成的实施例。
图4示出正经历入口形成的流体分配总成的实施例。
图5示出正经历入口形成的流体分配总成的可选实施例。
图6示出完成的流体分配总成的实施例。
图7示出用于形成入口的系统的实施例。
具体实施方式
一些流体分配总成包括本地流体源和流体分配子总成。该本地流体源可位于该流体分配总成内一个或多个贮存室或多个室中。印刷头作为流体分配总成的示例，具有喷射层叠作为后面将更详细讨论的流体分配子总成。
这里所使用的术语打印机适于任何类型的按需喷墨(drop-on-demand)式喷射器系统，其中响应某种类型的传感器的驱动而迫使流体滴通过一个孔。这个包括打印机(如热喷墨打印机)、多种应用中使用的印刷头，如有机电路制造，生物检验，三维结构建造系统等。术语“印刷头”不是为了仅适于打印机也不应当暗示这种限制。该喷射层叠位于打印机的该印刷头内，该术语打印机包括上面的示例。
图1示出流体分配总成的一个例子。在这个例子中，为了容易讨论，该流体分配总成是印刷头。该印刷头10具有线路板12，来自该歧管13的油墨移动通过该线路板以到达该流体分配子总成14。在这个例子中，该流体分配子总成将由该印刷头的该喷射层叠组成。
流体分配子总成可看作具有许多组件。首先，该驱动器组件可由使得该流体离开该子总成的传感器(如压电传感器)21、该传感器所操作的薄膜28和形成压力室的主体板29或板组成。其次，入口组件由该端口孔24以及进入该喷射层叠的路径组成，该路径将来自该歧管的流体引导朝向该压力室。接着，该出口组件将来自该压力室的流体引导至该孔或喷嘴25。最后，该孔将流体分散出该印刷头。
运行中，接受从特定的喷嘴分配流体的信号，如通过电路线路16。然后，这个信号传送通过接触垫和导电粘结剂18到达该传感器层22中的该传感器21。当该传感器运行，其按压该薄膜28，然后使得该流体通过喷嘴25喷到印刷衬底或表面上。
该喷射层叠和该线路板之间存在多个结构层。该层22是传感器层，其可以是多个独立传感器21(压电传感器)组成的层，与该喷射层叠中每个喷嘴对准。类似地，传感器之间的区域必须与通过该线路板12的油墨入口24对准，该薄膜中存在的孔也一样。这个区域26在图2中更详细地示出。
图2中，该油墨入口24示为其通过该线路板12。支座20和该传感器层22中的聚合物必须使油墨端口孔30和32与该油墨入口24和该薄膜28中的开口27对准。
这产生多个问题。例如，更高质量的打印需要该喷射层叠中高密度的喷流。为了给喷流提高必要的油墨，需要大量的入口，其必须穿过该印刷头中多个层。这些入口每个必须精确对准以确保全部喷流的一致流体流量。非一致性以及该印刷头中的压力和流体波动会影响墨滴尺寸和速度，其转而会导致较低质量的印刷。另外，对准的这些紧密公差增加了制造成本。
也可以通过在形成该油墨入口的孔之前将这些层装配在该喷射层叠的背面而减轻这些问题。一旦装配这些层，那么就形成通过所有这些层的孔。为了完成这个，这些层需要是“可钻孔的”或能够在它们中间形成孔。一种可能性是由聚合物形成各种不同的层，在该聚合物中摆开任何关键部件以避开将要钻孔的区域，但是具有更宽松的公差。
图3示出组装后的还没有经历油墨入口形成的印刷头30的一部分。外部歧管未示。该喷射层叠34将通过传感器层42与其余层交界。该喷射层叠或流体分配子总成将具有入口端口45以允许油墨进入该喷射层叠。如后面更详细讨论的，聚合物层在孔形成期间具有一些好处。该传感器层42需要对准，从而该传感器在该支座40的区域中与导电粘合剂(如38)接触，但是不要求像该油墨入口所要求的对准精度。通常，该传感器将在它们之间具有一些类型的填隙材料(如聚合物固化环氧树脂或聚酰亚胺)以平坦化该传感器层。
类似地，该支座40(可以由丙烯酸粘合剂制成)可具有预先切割的孔以配合该传感器，但是再次说明，公差比当它们必须对准高密度的用于该油墨入口的非常小的孔时宽松得多。该支座通常也由聚合物层组成。进而，多个粘合剂层用来将该层贴附于该流体分配子总成以及彼此贴附。这些粘合剂可在形成孔之前固化。然而，这些层将在该粘结剂没有完全固化的情况下粘结在一起。该粘结剂的完全固化将在形成该油墨入口之后进行。
使用柔性电路衬底32有多种好处，尽管可以使用刚性电路衬底。柔性电路衬底，也称为柔性电路，通常由电路线路和聚合物衬底(如聚酰亚胺)表面上的被动部件组成。如之前所提到的，该电路线路可摆开或定位为它们避开任何要钻孔的区域。
图3的印刷头部分还示出加热器层46。对于固体或相变油墨打印机，通常加热油墨路径以将油墨保持在液态。例如，加热器层由在一个或两个表面上具有金属加热器线路的聚酰亚胺衬底组成，其可作为该印刷头一部分而存在。该加热器层可布置为任何金属线路避开要钻孔的区域。必须注意这里描述的本发明的这些方面不限于相变油墨打印机并且也不应当这样解释。因此，该加热器层是可选的，但是证明可以包括这样的结构并仍具有这里阐述的实施例的益处。
类似地，尽管在这里示出以证明多个额外的层仍可使用本发明的这些方面，但是歧管贴附粘结剂44也是可选的。这可以是允许该油墨歧管(如图1所示的)贴附于该上面讨论的组装好的印刷头结构的粘结剂。粘结剂层来自许多类别的粘合剂，包括丙烯酸、环氧树脂、酚醛树脂或硅酮或其组合。然而，该油墨入口的孔通常在贴附该歧管之前形成。
一旦组装好图3中的印刷头部分，就可以形成这些孔。图4示出通过激光形成这些孔的方法的一个实施例。激光束(如50)将钻透或者烧蚀该歧管贴附粘合剂和该喷射层叠之间的层。激光可以使用标准视觉对准系统来对准对应该喷射层叠中油墨结构的印刷头区域。这些孔可在对尺寸和形状紧密控制下进行切割，保证纵贯该印刷头的多个喷流的流体特性的一致性。
图4的实施例中，从该印刷头总成的该部分的“歧管”侧钻孔。这是该印刷头上该歧管将会位于的一侧。在一个实施例中，在该流体分配子总成或喷射层叠完全未受损伤的情况下形成该油墨入口，包括该喷嘴板48。
图5示出从该印刷头的喷嘴板或流体分配子总成侧形成孔的工艺的实施例，其中该喷嘴板本身不贴附于该流体分配子总成或喷射层叠的其余部分。激光或其他孔形成设备将形成穿过连接到该歧管的该流体分配子总成中的油墨路径的孔。然后，该喷嘴板将对准该流体分配子总成的出口并在这些孔形成之后贴附。
然而，形成这些孔，不管是通过激光切割、烧蚀或其他工艺，所完成的没有歧管的印刷头部分表现出某些方面类似图6所示的。如可见的，该油墨入口52具有平滑的壁以及通常一致的周长或宽度。穿过该聚合物层的入口可小于该油墨分配子总成中的油墨入口。当与图1的对准相比较时，可以看出这些特征在横向完美地对准。如上面所提到的，这缓解了非一致流体流及导致的图像伪影的问题，以及由非一致流产生的系统运行问题。
有许多形成该孔的方法。用于形成孔的激光源的具体选择将取决于待处理材料的成分和物理属性、该多个层每个的厚度、该聚合物层总的厚度、所需要的空间分辨率、所希望的表面质量和经济方面的考虑(如能耗、设备成本、维护成本和处理速度)。可以使用的激光包括、但不限于，激发物、CO2、二极管泵浦固态、铜蒸汽和纤维激光。根据多个因素可使用孔成像和扫描激光切割两者。
图7示出使用成像烧蚀方法的系统60。该激光源62发射激光辐射64，其通过可变天线66和波束成形台68处理。该激光通过掩模70，其在切割图案中传输光线(未示)。该图案化的辐射由镜72引导通过适当的透镜74，其将该掩模成像到如图3-5所示的印刷头总成(如30)上。将该成像的激光图案对准使用视觉对准或其他对齐手段对齐的该油墨端口孔的所希望的位置。
该激光源62、可变天线66、掩模70和切割台78每个在运行中可连接到合适的控制器80。该激光用来照射该掩模并形成待在该印刷头总成上切割的区域的激光图像。来自该激光源的合适数目的脉冲可通过烧蚀工艺来去除不希望有的材料。该成像方法的一种改变还可扫描激光束照射器、掩膜和原材料的一些组合。这些方法每个都被本发明所包含，以及对于本领域及人员基于当前的公开内容显而易见的变化也包含在本发明中。
在这个系统中，该油墨入口的许多端口孔可通过由该激光照射的成像的孔同时形成。可通过步进并重复的工艺形成额外的油墨端口，其中该印刷头随后以精确的方式移动到新的位置，以及该激光为这些位置每个激活。
在另一实施例中，激光源62可以是二极管泵浦固态激光，该激光可以电流计扫描以顺序切割每个油墨端口。扫描器视野区域内的所有油墨端口被顺次切割。如果部件大于视野范围，可以移动该部件直到创建所有端口孔。
可以认识到，多种上面公开的、以及其他特征和功能或其替代物可按照需要组合为许多别的不同系统或应用。并且各种各样的当前未预见的或未预知的替代物、修改、变化或改进可由本领域技术人员作出，其也被本申请的权利要求所包含。
Claims (4)
1.一种流体分配总成，包括：
具有至少一个入口端口的流体分配子总成；
具有至少一个出口的流体歧管；
该流体分配子总成和该歧管之间的至少两个层；以及
在该出口和该入口端口之间，在该至少两个层中的流体路径，该流体路径具有平滑的壁和基本上一致的宽度。
2.根据权利要求1所述的流体分配总成，该流体分配总成包括印刷头。
3.根据权利要求1所述的流体分配总成，其中该至少两个层包括传感器层、支座、电路衬底、加热器层、歧管粘合剂和粘合剂中的至少两个。
4.根据权利要求3所述的流体分配总成，其中该电路衬底是柔性或刚性的。
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