CN101896351B - 液滴选择机构 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于连续打印机的用于从预定打印轨迹选择性地偏转液滴的方法和液滴选择装置。具体地说，提供一种用于连续打印机的液滴选择装置，包括：液滴喷射系统(10)，该系统布置成产生从出口通道(5)喷射出的第一流体产生连续的液滴(6)的流；以及射流系统(70)，该射流系统布置成产生用于使射流与液滴流碰撞的第二射流(61)。该射流系统包括偏转器(71)以选择性地使第二射流偏转到连续的液滴流内，从而从预定打印轨迹选择性地偏转液滴。

Description

液滴选择机构
技术领域
本发明涉及一种用于连续打印系统的液滴选择装置。在这方面，连续喷墨打印技术是指连续地产生液滴，可选择性地利用这些液滴进行预定打印过程。与根据预定打印过程产生液滴的所谓按需滴落技术相反，液滴是连续供给的。
背景技术
例如，在US3,709,432中描述了一种已知的装置。该文献揭示了一种所谓的连续喷射打印材料的打印机，该打印机使用布置成产生从出口通道喷出的流体的第一液滴的连续流的第一液滴喷射系统。在流体退出出口通道的过程中，压力调节机构以预定规律提供流出开口附近的粘性流体的压力变化。这导致在流出该流出开口的流体射流中发生扰动。这种扰动导致射流收缩，射流收缩接着又导致射流分裂成液滴。这就使得喷出液滴的连续流在诸如液滴尺寸之类的性质方面有均匀分布。
该公开物示出选择性地偏转液滴的喷气机构。该流体射流长度受到由调节机构产生的液滴的控制。液滴的偏转特性不同于该射流的特性，从而可选择性地偏转液滴。
发明内容
一方面，本发明的目的是提供用于偏转第一液滴的连续流的连续液滴喷射系统的一种替代形式。
根据本发明的一方面，提供一种用于连续打印机的液滴选择装置，所述液滴选择装置包括：液滴喷射系统，该液滴喷射系统布置成从出口通道喷出的第一流体产生连续的液滴流；以及射流系统，所述射流系统布置成产生用于使射流撞入液滴流的第二射流，其中射流系统包括使第二射流选择性地偏转到连续的液滴流内的偏转器。
根据本发明的另一方面，提供一种从连续打印机喷射的流体射流选择液滴的方法，包括：从出口通道喷出的第一流体射流产生连续的液滴流，产生用于与液滴碰撞的第二射流，从而从预定打印轨迹选择性地偏转液滴，其中第二射流被选择性地偏转并与预定第一液滴碰撞。
应当注意，在这方面，术语“射流”用于指移动通过空间的材料的连续纵向形状的体积，从而表示与(一系列)液滴相反，每个液滴形成大致球形的独立体积。
并非限制，液滴频率可以是2-80kHz量级，液滴小于80微米。
此外，借助高压，可打印具有极高粘度的流体，例如粘性流体在被处理时的粘度大于300·10-3Pa·s。具体地说，预定的压力可以高达600巴。
附图说明
其它的特征和优点将在结合附图的描述中变得显而易见，在附图中：
图1示意地示出了用于本发明的打印系统的第一实施例；
图2示出偏转喷射系统的第一实施例；
图3示出偏转喷射系统的第二实施例；
图4示出偏转喷射系统的第三实施例；以及
图5示出偏转喷射系统的替代实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的连续打印头1的第一示例性实施例。打印头1包括第一液滴喷射系统10，该系统布置成产生从出口通道5喷出的流体的第一液滴6的连续流。该液滴喷射系统10包括由壁4限定的腔室2。腔室2适于容纳加压流体3，例如通过泵或通过加压源(未示出)而加压。腔室2包括出口通道5，加压流体射流60通过该出口通道5喷出该通道并断裂成液滴6的形式。示意性地示出的致动器7形成在出口通道5附近，且可以是振动压电件或磁致伸缩件。通过致动致动器7，形成压力脉冲，断裂流体射流并因而形成较小的单分散性液滴6。
流出开口5包含在相对较薄的喷嘴板4中，该喷嘴板4可以是由金属箔片制成的板，厚度为0.3mm，例如为0.1-3mm。在该实例中，板4中的流出开口5的直径为50μm。流出开口5的截面尺寸可以是2-500μm的范围。作为压力调节范围的大小指示，例如平均压力高达600巴[≡600×105Pa]。打印头10还可设有支承板40，该支承板40支承着喷嘴板4，从而喷嘴板4在腔室内的高压下不会塌陷。在例如WO2006/101386中可发现振动式致动器的实例，该振动式致动器可包括布置在出口通道5附近的振动式柱塞销。
振动式柱塞销的距离范围可取决于流体的粘度。当打印流体具有高粘度时，从端部到流出开口的距离较佳地相对较小。对于在高达5巴[≡5·105Pa]的压力下作业的系统来说，该距离例如为1.5mm的量级。对于更高的压力，该距离较佳地显著较小。对于打印例如尤其高粘度的，例如300-900·10-3Pa·s的粘性流体的特定应用中，可使用15-30μm的距离范围。振动式销较佳地具有相对小的集中表面区域，例如1-5mm2。一般而言，粘度的适当范围可以是20-900·10-3Pa·s之间。
在图1中，喷射系统70布置成产生第二射流61。第二射流61方向朝向液滴6的流，并能够撞击到目标液滴以选择性地从预定打印轨迹3朝向基体8偏转液滴。该射流包括流体，通常是气体-快速自旋回波(gas-fase)材料。喷射系统70设有偏转系统71，该偏转系统71将第二射流61从液滴6的连续流偏转或将第二射流61偏转到液滴6的连续流内。射流61因而相对于预定打印轨迹朝向基体8沿横向移动。在图1中，示出从喷射系统70射出的流体射流61与特定液滴62碰撞。因而液滴6的流的液滴62未落在基体8上，而是例如落入收集槽9内。在较佳实施例中，收集槽9内的打印材料包括射流材料61和液滴材料62的混合物，该打印材料被分开以使打印液体3再循环通过打印头10和/或将打印液体提供给偏转系统70。通常，打印头10可确定为连续打印头。通过控制电路11提供对喷射系统70的控制，尤其是对偏转器71的控制。控制电路11包括控制偏转器71的致动的信号输出12和指示第一液滴喷射系统10的液滴产生频率的信号输入13。此外，控制电路11包括同步电路14以使偏转器71对偏转射流61的偏转运动与打印头10的第一液滴6的喷射频率同步。通过控制电路11，液滴62可分别选择性地偏转出打印头10的液滴流6。在本发明的一方面，打印头10的液滴频率高于20kHz。具体地说，使用这些频率，液滴直径可小于100微米，尤其是小于50微米。除了8m/s或更高的喷射速度以外，偏转器71的偏转速度非常适合选择连续流6的预定液滴62，以使其与流体射流61碰撞来选择性地从预定打印轨迹偏转液滴62。考虑到射流材料60的所选粘度(范围可能为300-900·10-3Pa·s)，并考虑到它们可能由绝缘的打印材料(即，没有极性的打印材料)形成，产生的液滴6很难通过电磁场来偏转。本发明原理可提供适当的替代方式，该替代方式可以是对专用于各个液滴62的。因而，通过根据图1中所示本发明实施例的偏转方法可得到较高的动态范围。在一方面，第一液滴6具有较高粘度和/或绝缘打印材料。在该方面，流体射流61的特性通常是具有非常低粘度的气体或流体。使用图1中所揭示的布置，可提供一种从连续打印头10喷射的流体射流60选择液滴6的方法。这些液滴可用于多种目的，包括图像打印、快速制造、医疗器械和聚合物电子。具体地说，该方法适于不能响应静电学或电动学偏转方法的打印流体。因而，对于来自流体射流60的第一液滴6的连续流，通过从出口通道5喷出的第一流体射流60产生液滴的连续流6来提供偏转方法。产生用于与液滴6碰撞的第二射流61，从而选择性地从预定打印轨迹偏转液滴6。第二射流61被选择性地偏转并与预定第一液滴62碰撞。应当注意，轨迹变化的时间量程非常小，从而其可用于高频率的打印方法，具体是大于20kHz的频率。此外，以上说明的偏转方法与现有技术方法相反，对液滴尺寸变化或液滴电荷量变化相对不敏感，这不会显著影响偏转行为。
图2示出图1中所示偏转器71的具体实施例。具体地说，在转动盘72上设置空气喷嘴73。通过转动空气喷嘴73，可通过使该转动与流6的液滴频率同步来使射流61偏转，可选择性地将液滴62从预定打印轨迹朝向基体8偏转。因而，喷嘴73布置成将射流转动进入液滴6的预定轨迹内或转动出该预定轨迹。
图3示出偏转器71的替代性实施例。这里，流体射流61借助于例如附连到喷嘴73的振动式压电件通过喷嘴73的运动而侧向平移。因而，振动件74联接到喷嘴73以相对于预定轨迹将喷嘴侧向平移，从而产生侧向平移到液滴流6内或平移出液滴流6的射流61。
图4示出偏转器71的另一替代性实施例。这里，由射流发生器70产生的射流61被弯曲表面75偏转，该弯曲表面75布置成与射流61接触。通过“接触”该射流61，柯恩达原理会提供射流偏转，该偏转提供射流相对于液滴6的轨迹的侧向移位。因而，通过与流体射流接触的弯曲表面75提供偏转器71。
图5示出偏转器71的替代性实施例。具体地说，空气喷嘴73设置成可相对于射流61的喷射方向侧向转动。通过转动空气喷嘴73，可通过使该转动与流6的液滴频率同步来使射流偏转，可选择性地将液滴62从预定打印轨迹朝向基体8偏转。因而，喷嘴73布置成将射流转动进液滴6的预定轨迹内或转动出该预定轨迹。应当注意，根据液滴62相对于喷嘴73的距离，喷嘴73的微小转动或倾斜可能足以使射束平移相关的距离。因而，各个液滴选择可能具有高于20dHz的频率。
在一方面，通过冲击移动的偏转可用于使第一液滴选择性地从预定打印轨迹朝向打印基体8偏转。
或者，射流偏转方法可用于化学活化第一液滴62，从而例如通过流体射流61选择性地改变液滴62的特性，从而得到预定打印行为。例如，这可能是通过混合改变温度或改变化学特性。
此外，通过液滴与流体射流61撞击，可提供被包裹的液滴的特定形式。这样，可提供特定液滴成分，例如具有亲水侧和疏水侧的液滴，或具有多个有色侧的液滴，例如黑色侧和白色侧或具有红色侧、绿色侧和蓝色侧的液滴。
已经基于一示例性实施例来描述了本发明，但是本发明无论如何也不局限于该实施例。多种变型都落入本发明的范围之内。例如，可以想到的是，提供可调节的加热元件以在例如15-1300℃的温度范围内加热位于通道中的粘性打印液体。通过调节流体的温度，流体就可获得用于处理(打印)的特定粘度。这就可以打印诸如不同类型的塑料和金属(诸如锡)之类的粘性流体。

Claims (21)

1.一种用于连续打印机的液滴选择装置，包括：
液滴喷射系统，所述液滴喷射系统布置成从喷出出口通道的第一流体产生连续的液滴流；以及
射流系统，所述射流系统布置成产生用于使射流与液滴流碰撞的第二射流，所述第二射流由移动通过空间的材料的连续纵向形状的体积形成，其中
所述射流系统包括偏转器，从而选择性地将所述第二射流偏转到所述连续的液滴流内。
2.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述射流系统包括控制电路，从而选择性地偏转所述第二射流并使所述第二射流与所述第一流体产生的所述连续的液滴流中的预定的第一液滴碰撞。
3.如权利要求2所述的液滴选择装置，其特征在于，所述控制电路包括表示所述液滴喷射系统的液滴产生频率的信号输入；以及使所述射流系统的所述偏转器与所述液滴喷射系统的频率同步的同步电路。
4.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述偏转器包括转动喷嘴；所述转动喷嘴布置成将所述射流转动到预定轨迹内或转动出所述预定轨迹。
5.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述偏转器包括振动件；所述振动件联接到喷嘴以使所述喷嘴相对于预定轨迹侧向平移。
6.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述偏转器包括弯曲表面；所述弯曲表面与所述第二射流接触。
7.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述出口通道的截面尺寸在2-500微米的区间内。
8.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述出口通道的截面尺寸在5-250微米的区间内。
9.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述出口通道的截面尺寸在5-100微米的区间内。
10.如权利要求1所述的液滴选择装置，其特征在于，所述出口通道的长度在0.1-3毫米的区间内。
11.一种从来自连续打印机喷射的流体射流选择液滴的方法，包括：
从出口通道喷出的第一流体射流产生连续的液滴流；
产生用于与所述液滴碰撞的第二射流，所述第二射流由移动通过空间的材料的连续纵向形状的体积形成，从而选择性地从预定打印轨迹偏转所述液滴；以及
选择性地偏转所述第二射流以使所述第二射流与所述第一流体射流产生的连续的液滴流中的预定的第一液滴碰撞。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述液滴由绝缘打印材料形成。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述第二射流转动到所述预定轨迹内和转动出所述预定轨迹。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述第二射流相对于所述预定轨迹侧向平移。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括使弯曲表面与所述第二射流接触以选择性地偏转所述流体射流。
16.如权利要求11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。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二射流是气体射流。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，碰撞的液滴落下或被分开。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一流体射流产生的所述连续的液滴流的液滴频率高于2kHz。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一流体射流产生的所述连续的液滴流的液滴频率在5-150kHz范围内。
21.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一流体射流产生的所述连续的液滴流的液滴频率在10-70kHz范围内。
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