CN101855089B - 液滴选择机构 - Google Patents
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Abstract
为连续印刷机提供了一种方法和液滴选择装置以选择性地喷出第二液滴(61)并使其与预定的第一液滴(62)相撞。具体地,该装置包括第一液滴喷出系统(10),第一液滴喷出系统(10)被设置以由从排出通道(5)喷出的流体(60)生成第一液滴的连续流(6);以及第二液滴喷出系统(100),第二液滴喷出系统(100)被设置以生成第二液滴从而使第二液滴与第一液滴碰撞,从而选择性地使第一液滴从预定印刷轨迹偏转。第二液滴喷出系统包括控制回路(11)以选择性地喷出第二液滴并使第二液滴与预定的第一液滴相撞。
Description
技术领域
本发明涉及用于连续印刷系统的液滴选择装置。就此,通过连续喷射印刷技术意欲连续生成可选择性地用于预定印刷工序的滴液。与根据预定印刷工艺产生滴液的所谓按需滴落技术相比,滴液的供应是连续进行的。
背景技术
例如在US 4,341,310中描述了一种公知装置。该文献公开了一种所谓连续喷射印刷机,其使用第一液滴喷出系统来印刷材料,其中第一液滴喷出系统被设置以由从排出通道喷射出的流体生成连续的第一液滴流。在流体经过排出通道离开的过程中,压力调节机构以预定的规律性使与流出口邻近的粘性流体压力产生变化。这导致从流出口流出的喷射流体中出现扰动。这种扰动导致喷射流体的收缩,而这种收缩又接着导致喷射流体分裂为滴液。这将产生具有均匀分布特性如滴液尺寸均匀分布的连续外出(egressive)滴液流。
该文献还公开了第二液滴喷出系统,第二液滴喷出系统被设置为生成第二液滴以使第二液滴与第一液滴碰撞,从而选择性地使第一液滴从预定的印刷轨迹偏转(deflect)。第二液滴喷出系统具有连续的特性并使用极性流体以使第二液滴流偏转到第一液滴喷出系统的连续流中。
发明内容
一个方面,本发明旨在提供用于使第一液滴的连续流偏转的连续液滴喷出系统的可替代方案。另一方面,本发明旨在提供使用极性流体的偏转机构的可替代方案。
根据本发明的一个方面,提供一种液滴碰撞装置,其包括:第一液滴喷出系统和第二液滴喷出系统,第一液滴喷出系统被设置以由从排出通道喷出的喷射流体生成第一液滴的连续流;第二液滴喷出系统被设置以喷出第二液滴从而使第二液滴与第一液滴碰撞,第二液滴喷出系统包括控制回路以选择性地喷出第二液滴并使第二液滴与预定的第一液滴相撞。
根据本发明的另一方面,提供一种使来自从连续印刷机喷出的喷射流体液滴碰撞的方法,其包括:由喷射流体生成第一液滴的连续流;生成第二液滴以使第二液滴与第一液滴碰撞,其中,使第二液滴选择性地喷出并与预定的第一液滴相撞。
非限制性地,在液滴小于80微米的情况下,液滴频率可约为2-80kHz。
此外,利用高压可以印刷具有相当高粘度的流体,诸如,例如在被处理时具有300·103Pa·s或更高的粘度的粘性流体。具体地,预定压力可以为达到600巴的压力。
附图说明
通过说明书并结合附图,其它特点和优点可以显而易见。
图1示意性地示出用于本发明的印刷系统的第一实施方式;
图2示出引起两个液滴合并的直接碰撞;以及
图3示出引起两个液滴回弹(bouncing)的偏轴碰撞。
具体实施方式
图1示出根据本发明连续印刷机头1的第一示意性实施方式。印刷头1包括第一液滴喷出系统10,第一液滴喷出系统10被设置以由从排出通道5喷射出的喷射流体60生成第一液滴6的连续流。液滴喷出系统10包括由壁4限定的腔室2。腔室2适于容纳例如通过泵或通过加压供应系统(未示出)加压的加压流体3。腔室2包括排出通道5,加压喷射流体60经过排出通道5从通道中喷出并分裂成液滴6的形式。如图示意性地所示,致动器7形成于排出通道附近且可以是振动式压电构件。通过致动器7的致动形成压力脉冲,从而使喷射流体分裂并因此形成小的单分散液滴6。
流出口5包含在相对较薄的喷嘴板4中,喷嘴板4可以是由金属箔制成的板,其厚度为0.1-3mm,例如为0.3mm。在该示例中,板4中的流出口5的直径为50μm。流出口5的横向尺寸可处于2-500μm的区间内。作为压力调节范围的大小的读数,作为示例其可达到600巴(≡600x105Pa)的平均压力。印刷头10还可以设置有支撑喷嘴板4的支撑板40,使得喷嘴板4不会在腔室中的高压作用下破坏。振动式致动器的示例例如可在WO2006/101386中找到并可以包括设置在排出通道5附近的振动式柱塞销。
在图1中,第二液滴喷出系统100被设置以选择性地喷出第二液滴61。第二液滴61指向从印刷头10连续喷出的液滴流6,并且第二液滴61指向预定的第一液滴62以使第一液滴62与第二液滴61相撞从而选择性地使第一液滴62从预定的印刷轨迹偏转。因而,通过使第二液滴61与第一液滴62碰撞,第一液滴62并未被接收在基板8上而是例如被接收在收集槽9中。在优选的实施方式中,收集槽9中由液滴61和62混合组成的印刷材料分层或撇离以使印刷流体3再循环到印刷头10和/或将印刷机流体30提供到印刷头100。通常,印刷头10可被称为连续型印刷头,其中印刷头100可被称为按需滴落(drop on demand)型印刷头。至此,与腔室20流体相通的第二印刷头100包括本领域公知类型的致动器70,致动器70被设置以选择性地将第二液滴61经过排出通道50喷出。由控制回路11提供致动器70的控制。控制回路11包括对致动器70的致动进行控制的信号输出12以及指示第一液滴喷出系统10的液滴生成频率的信号输入13。此外,控制回路11包括同步电路14以使第二液滴61的液滴喷出与印刷头10的第一液滴6的喷出频率同步。通过控制回路11,可使液滴62选择性地在单个的基础上从印刷头10的液滴流6偏转开。在本发明的一个方面中,印刷头10的液滴频率高于20kHz。具体地,以这样的频率,液滴的直径可以低于100微米,具体地低于50微米。除了8m/s或更高的喷射速度之外,按需滴落型印刷头100还尤其适于对连续流6的预定液滴62进行选择以使该预定液滴62与第二液滴61相撞。具体地,由于液滴的尺寸小,传统的静电偏转机构难以实施。由于所选择的喷射材料60的粘度可以处于300-900 10-3Pa.s的范围,并且由于喷射材料60可由电绝缘印刷材料即非极性的印刷材料形成,因此所生成的液滴6难以通过电磁场来偏转。目前创造性的原理可以提供适当的可替代方案,与传统的连续偏转系统相比,该可替代方案对单个的液滴可以非常有效。例如,对于液滴的连续流6的单个液滴62而言,液滴的局部速度差异可被解释为例如由连续流的第一液滴以不同的速度被喷出的效应而产生的速度差异。这种效应可能是因为周围的大气的摩擦作用而产生的。因此,通过根据本创造性实施方式的偏转方法可以获得高动态范围。一个方面,第一液滴因此具有高粘度并由绝缘(isolating)印刷材料或具有低于500mS/cm的低导电率的印刷材料形成。在该方面中,第二液滴的特性可具有另一种粘度,通常是对于普通印刷目的而言是正常的粘度,即,远低于300mPa.s的粘度。通过图1中所公开的装置,可以提供用于对来自从连续印刷机头喷出的喷射流体60的液滴进行选择的方法。液滴可用于多种目的,包括图像打印、快速制造、医疗应用和聚合体电子。具体地,该方法适用于无法对静电偏转方法或电力学偏转方法做出响应的印刷流体。因此,通过生成第二液滴61以使其与具有预定印刷轨迹的经选择的第一液滴碰撞,为来自喷射流体60的第一液滴6的连续流提供偏转方法。第二液滴的喷出被单个地且选择性地设置以与来自液滴的连续流60的多个液滴6中的预定的一个相撞。
在一个方面中,可以使用通过冲量转移进行的偏转来选择性地使来自预定印刷轨迹的第一液滴向印刷基板8偏转。
可替代地,如图2的显微图所示,例如,可以使用液滴碰撞方法以使第二液滴61与第一液滴62合并,从而选择性地改变来自第一喷射流体60的液滴62的特性以获得预定的印刷性能。例如,这可以是例如改变温度,或通过混合改变化学特性。
参照图3的实施方式,其中示出通过以偏轴碰撞的方式使第一液滴与第二液滴碰撞而形成的液滴回弹。在该情况下,未发生任何混合,第一液滴与第二液滴仅仅相对彼此回弹并可以被单独地收集(图3)。这种特定情况允许对可能不同的材料进行简单的回收。
此外,通过使液滴回弹或碰撞,具体地可以通过多重碰撞提供特定形式的封装液滴。例如,可以提供关于第一液滴的连续流相对设置的两个液滴喷出系统,以选择性地将第二液滴射向连续流。由此,可以提供特定的液滴组合物,例如具有亲水侧和疏水侧的液滴,或者具有呈多种色彩侧例如黑色侧和白色侧的液滴,或者具有红色、绿色和蓝色侧的液滴。
基于示例性实施方式对本发明进行了描述,但是本发明并不限于该实施方式。在本发明的范围内还可以进行各种变体。例如,应当考虑到提供可调加热元件以对通道中的粘性印刷流体在15-1300℃的范围内进行加热。通过调节流体的温度,流体可以获得用于处理(印刷)目的的具体粘度。这使得印刷粘性流体如不同种类的塑料以及金属(如焊料)成为可能。
Claims (18)
1.一种液滴碰撞装置,包括:
第一液滴喷出系统,被设置以由从排出通道喷出的喷射流体生成第一液滴的连续流;以及
第二液滴喷出系统,被设置成喷出第二液滴以使所述第二液滴与所述第一液滴碰撞,其中,
所述第二液滴喷出系统是按需滴落型系统,包括控制回路,其中所述控制回路包括:信号输入,指示所述第一液滴喷出系统的液滴生成频率;以及同步电路,使所述第二液滴的液滴喷出与所述液滴生成频率同步,其中所述控制回路还包括对所述第二液滴喷出系统的致动器进行控制的信号输出以选择性地喷出所述第二液滴并使所述第二液滴与预定的第一液滴相撞。
2.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,其中,所述控制回路被设置成选择性地使所述第一液滴从预定的印刷轨迹向印刷基板偏转。
3.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,还包括温度控制器,所述温度控制器被设置以控制所述第二液滴的温度,从而通过使所述第二液滴碰撞来改变所述第一液滴的温度。
4.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,其中,所述排出通道的直径处于2-500微米的区间。
5.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,其中,所述排出通道的直径处于5-250微米的区间。
6.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,其中,所述排出通道的直径处于5-100微米的区间。
7.根据权利要求1所述的液滴碰撞装置,其中,所述排出通道的长度处于0.1-3毫米的区间。
8.一种使来自从连续印刷机喷出的喷射流体的液滴碰撞的方法,包括:
由喷射流体生成第一液滴的连续流;
生成第二液滴以使所述第二液滴与所述第一液滴碰撞;其中
选择性地使所述第二液滴从按需滴落型系统喷出并使所述第二液滴与预定的第一液滴相撞,其中所述按需滴落型系统包括控制回路,所述控制回路接收指示所述第一液滴的连续流的液滴生成频率的输入信号,所述控制回路使所述第二液滴的液滴喷出与所述液滴生成频率同步,所述控制回路提供对所述按需滴落型系统的致动器进行控制的输出信号。
9.根据权利要求8所述的液滴碰撞方法,其中,所述第一液滴和第二液滴相撞以选择性地使所述第一液滴从预定的印刷轨迹偏转。
10.根据权利要求8所述的液滴碰撞方法,其中,所述第一液滴和第二液滴以偏轴方式相撞以引起所述第一液滴和第二液滴的回弹。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述第一液滴和第二液滴返回以用于回收。
12.根据权利要求8所述的方法,其中,所述第一液滴和第二液滴由绝缘印刷材料或具有低于500mS/cm的低导电率的印刷材料形成。
13.根据权利要求8所述的方法,其中,所述第一液滴由粘度达到900mPa.s的材料形成。
14.根据权利要求8所述的方法,其中,所述第一液滴由粘度处于300-900·10-3Pa.s之间的材料形成,其中所述第二液滴由粘度低于300·10-3Pa.s的材料形成。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,碰撞的液滴被接收并被分层。
16.根据权利要求8所述的方法,其中,连续流的液滴频率高于2kHz。
17.根据权利要求8所述的方法,其中,连续流的液滴频率处于5-150KHz的范围内。
18.根据权利要求8所述的方法,其中,连续流的液滴频率处于10-70KHz的范围内。
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