CN102514373B - 一种喷射墨滴的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种喷射墨滴的方法及装置，该装置主要由直线步进电机、螺杆、活塞、压缩空气管、墨水存储室、喷头、发热元件等部件组成。该装置主要由直线步进电机产生动力，并通过螺杆推动活塞使存储室内的墨水从喷头喷出，同时存储室内装有压缩空气管，当活塞运动的同时，由压缩空气对墨水产生脉动压力，使之喷出均匀连续的墨滴，并起到清洗存储室的效果。位于流体存储室内的发热元件可以对墨水加温，降低喷射液体的粘度，改善喷射性能。该喷墨方法及装置操作简单，实用性强，适用的流体材料广泛，产生的墨滴均匀连续，且喷墨量及喷墨速度可控，该方法及装置可广泛应用于喷墨打印成像系统及喷射流体力学研究中。

Description

一种喷射墨滴的方法及装置

技术领域

本发明涉及喷墨流体及喷射方法，包括印刷行业中广泛采用的喷墨印刷及流体动力学研究中的射流现象，具体涉及一种喷射墨滴的方法及装置。

背景技术

墨滴喷射成形技术广泛应用于喷墨印刷、机械、化工等行业，其基本组成由喷嘴、供料器、动力装置等组成，微滴喷射成形可以达到很高的分辨率，且喷射频率高，结构紧凑，可应用的流体材料较广。目前的墨滴喷射系统主要是热泡式喷射和压电式喷射装置，在热泡式墨滴喷射系统中，利用脉冲电流瞬时将喷头内的电热元件加热至几百度，与电热元件表面接触的墨水被迅速汽化，形成的气泡挤压喷嘴中的流体，使其以微滴的形式喷射出去；在压电式喷射系统中，依靠压电器的机械运动产生动力使喷嘴中的流体喷出。上述两种喷射系统对于流体的物性要求比较严格，流体的粘度要低，且制造加工比较复杂，而且喷嘴容易堵塞，该发明所涉及的墨滴喷射方法及装置不仅加工制造简单，而且喷射强度大，适用的流体材料范围广，喷射流量可控，清洗方便，

本发明根据现有墨滴喷射装置的不足之处，自行设计开发了一种喷射墨滴的方法及装置，该装置主要由直线步进电机、螺杆、活塞、压缩空气管、墨水存储室、喷头、发热元件等部件组成。该装置主要由直线步进电机产生动力，并通过螺杆推动活塞使存储室内的墨水从喷头喷出，同时存储室内装有压缩空气管，当活塞运动同时，由压缩空气对墨水辅助产生脉动压力，使之喷出均匀连续的墨滴，并起到清洗存储室的效果。位于流体存储室内的发热元件可以对墨水加温，降低喷射液体的粘度，提高喷射性能。该喷墨方法及装置操作简单，实用性强，适用的流体材料广泛，产生的墨滴均匀连续，喷墨量可控，且喷射速度可以计算得出，该方法及装置可广泛应用于喷墨打印成像系统及喷射流体力学研究中。

发明内容

本发明专利的目的在于克服现有微滴喷射方法及装置的不足，提供一种依靠电机动力及压缩空气动力使流体喷射的飞方法及装置。

本发明的另一目的在于提供实现上述方法的装置。 

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种喷射墨滴的装置，包括箱体3、墨水存储室5、直线步进电机1、螺杆2、活塞4和喷嘴7；所述直线步进电机1通过螺杆2与活塞4连接，所述墨水存储室5一端设有喷嘴7，另一端与箱体固定，所述活塞置于墨水存储室5中，并沿墨水存储室5的侧壁运动。 

还可以在所述墨水存储室5内设加热元件6；一种实施方式是所述螺杆和活塞为空轴，加热元件6伸入螺杆和活塞内部，一直延伸浸入到墨水中。

所述墨水存储室的壁上还可以设有连接空气压缩泵的压缩空气管8。

优选所述喷嘴直径在2mm-20mm，所述墨水存储室5的侧壁为筒形，活塞为圆柱形。

所述的装置喷射墨滴的方法，包括下列步骤：

（1）直线步进电机启动；

（2）直线步进电机通过螺杆推动活塞运动，对墨水存储室内的墨水产生压力喷出墨滴。

当所述墨水存储室5的侧壁为筒形，活塞为圆柱形时，还包括通过调整直线步进电机转速，控制墨水喷射速度的步骤；

所述墨水的喷射速度计算公式为:                                                      

其中，d——喷嘴的直径，单位：m

      ——流体的喷速，单位：m/s

D——活塞直径，单位：m

      N——电机转速，单位：r/s，

      S——螺杆的导程，单位：m。

还包括压缩空气泵通过压缩空气管向墨水存储室提供压缩空气，对墨水辅助产生脉动压力，喷出均匀连续的墨滴的步骤。

还包括墨水存储室内的加热元件加热墨水步骤。

还包括直线步进电机停止工作，压缩空气泵通过压缩空气管向墨水存储室提供压缩空气，对墨水存储室内进行清洗的步骤。

 优选墨水存储室5的水平截面直径在10mm-200mm之间，加热元件可以是电阻丝，例如镀金钨丝且外面包有绝缘材料，喷嘴采用在不锈钢薄板上激光打孔的方法制作，喷嘴的孔径根据需要在10um-300um之间，压缩空气管8的直径在2mm-20mm之间，喷射墨水的粘度在0.1-500（mPa.s）

本发明的原理：直线步进电机产生动力，通过螺杆推动活塞对存储室内的流体产生压力喷出墨滴，同时压缩空气可对流体辅助产生脉动压力，增大喷射动力，提高喷射精度，进而形成更加稳定连续的墨滴，存储室内的加热元件对流体进行加热，降低墨水粘度，提高墨滴喷射效果。

该装置可以通过调节步进电机的转速有效控制喷墨量，并且可以计算得出墨滴喷射的速度。墨水从喷嘴喷出时，其流量计算如下式：

                                      (1)

式中：Q——喷嘴流量（m³/s）

      d——喷嘴的直径（m）

      ——流体的喷速（m/s）

由于流体喷速流量由活塞推进的距离决定，因此：

                       (2)

式中：D——活塞直径（m）

      N——电机转速（转/s）

      S——螺杆的导程（m）

联立（1）式（2）式，可以计算得出墨水的喷射速度v:

                          (3)

该发明与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、该方法及装置产生的喷射动力大，压缩空气产生的辅助脉动压力有助于形成连续稳定的墨滴，这在喷墨印刷及喷射流体力学的研究中具有重要的意义。

2、该方法及装置操作简单，加工容易，且适用的流体的范围较广，尤其可以针对粘度较高的流体进行喷射，且液体中可以含有一定的固体微粒，体积可达总体积的60%。

3、该装置不易堵塞，压缩空气可以很好清洗墨水存储室。

4、流体存储室内的发热元件可以对墨水加温，降低喷射液体的粘度，有效挺高喷射性能

5、该方法及装置通过调节电机转速可以精确控制喷墨量及计算流体的喷射速度。

附图说明

图 1为本发明一种喷射墨滴的方法及装置示意图：

图中示出： 1－直线步进电机、2－螺杆、3－箱体、4－活塞、5－墨水存储室、6－加热元件、7－喷嘴、8－压缩空气管（接空气压缩泵）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种喷射墨滴的方法及装置，包括1－直线步进电机、2－螺杆、3－箱体、4－活塞、5－墨水存储室、6－加热元件、7－喷嘴、8－压缩空气管（接空气压缩泵）。

一种喷射墨滴的装置，包括箱体3、墨水存储室5、直线步进电机1、螺杆2、活塞4和喷嘴7；所述直线步进电机1通过螺杆2与活塞4连接，所述墨水存储室5一端设有喷嘴7，另一端与箱体固定，与箱体固定可以使用螺栓固定，所述活塞置于墨水存储室5中，并沿墨水存储室5的侧壁运动。箱体和步进电机靠轴2来定位，即两者位于同一轴线上，共同放置在平台上，两者间有一定的距离，步进电机可以随时更换。

墨水粘度为150（mPa.s），该装置墨水存储室的截面直径及活塞直径为0.02m，长度为0.3m，螺杆导程为0.05m，喷嘴直径为200um，工作时首先打开装置箱体，在墨水存储室装入一定量的流体，启动步进电机，打开压缩空气管及开启装置的加热元件，调整步进电机的转速在30/min时，喷射的墨滴连续均匀，此时根据(3)式计算得出流体的喷射速度为v=20m/s。

根据喷射墨滴的成形情况，阶段性开启压缩空气管，使喷射的墨滴更加连续均匀。墨滴喷射完成，关闭步进电机和压缩空气管，如果要清洗液体存储室则继续开启压缩空气管，使残余液体从喷嘴喷出。

Claims (6)

1.一种喷射墨滴的装置，其特征在于，包括箱体（3）、墨水存储室（5）、直线步进电机（1）、螺杆（2）、活塞（4）和喷嘴（7）；所述直线步进电机（1）通过螺杆（2）与活塞（4）连接，所述墨水存储室（5）一端设有喷嘴（7），另一端与箱体固定，所述活塞置于墨水存储室（5）中，并沿墨水存储室（5）的侧壁运动；其中在墨水存储室（5）内设加热元件（6）；所述墨水存储室的壁上设有连接空气压缩泵的压缩空气管（8）；所述螺杆（2）和活塞（4）为空轴，加热元件（6）伸入螺杆（2）和活塞（4）内部，一直延伸浸入到墨水中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴直径在10微米-300微米之间，所述墨水存储室（5）的侧壁为筒形，活塞为圆柱形。

3. 一种使用权利要求1-2之一所述的装置喷射墨滴的方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）直线步进电机启动；

（2）直线步进电机通过螺杆推动活塞运动，对墨水存储室内的墨水产生压力喷出墨滴；所述方法还包括通过调整直线步进电机转速，控制墨水喷射速度的步骤；

所述墨水的喷射速度计算公式为:                                                      

其中，d——喷嘴的直径，单位：m

      ——流体的喷速，单位：m/s

D——活塞直径，单位：m

      N——电机转速，单位：r/s，

      S——螺杆的导程，单位：m。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括压缩空气泵通过压缩空气管向墨水存储室提供压缩空气，对墨水辅助产生脉动压力，喷出均匀连续的墨滴的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括墨水存储室内的加热元件加热墨水步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括直线步进电机停止工作，压缩空气泵通过压缩空气管向墨水存储室提供压缩空气，对墨水存储室内进行清洗的步骤。