CN103118874A - 液滴沉积装置及用于制造该装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种形成用于液滴沉积装置的部件的方法，包括以下步骤：提供保护材料，以填充流体室，及；将高功率的激光指向部件，以使与相应的过滤室连通的喷嘴的阵列消融。保护材料起到在消融期间阻止对室的壁损坏的作用，诸如阻止对内部钝化涂层或对设置在室的壁上的电极的损坏，并且保护材料可以例如通过用热的溶剂冲洗来除去。

Description

液滴沉积装置及用于制造该装置的方法

本发明涉及液滴沉积装置(droplet deposition apparatus)及用于制造这种液滴沉积装置的方法。其在用于制造喷墨印刷头的方法中可发现特别有益的应用，其中该制造喷墨印刷头的方法涉及在具有多个室的装置上使用激光消融。

典型的液滴沉积装置结构涉及流体室的阵列，每个室设置有相应的孔，在装置的使用期间流体被强制以液滴形式通过该孔。

多种可选的流体可通过这样的装置来沉积：在喷墨印刷应用中油墨的液滴可移至例如纸张或其它基底以形成图像；可选地，流体的液滴可被用于构建结构，例如电力激活的流体可沉积在基底诸如电路板上以实现电气装置的原型设计。

为了实现这种液滴沉积，装置可设置有电力可致动设备，诸如一个或多个电阻元件，其可引起室中的流体根据所施加的电压而迅速加热，或者电致伸缩元件诸如压电构件，其可根据所施加的电压而变形以将力施加到室中的液体。因此，电力可致动设备可增加给定的流体室的内部的压力且因此引起流体液滴穿过相应的孔而释放。电力可致动设备通常可以例如通过电极系统而电连接到控制电路，以便可控制来自所述阵列的液滴沉积。

时常，电力可致动设备的一部分与用于这种设备的电连接一起可与室阵列紧密地偶合，并且实际上，可提供室的壁的一部分，尤其是当电力可致动设备包括电致伸缩元件诸如压电构件时。电连接件可例如通过布置在由电镀和图案化(patterning)电极层产生的内表面上而类似地形成室壁的一部分。

为了提供在高分辨率下可操作以使滴沉积的液滴沉积装置，可能希望提供具有非常精细间隔的室的阵列，这相应地需要用于室的孔以类似的精细间隔来布置。另外，为使由所有室产生的液滴均具有一致的所希望的大小，可能希望用于室的孔以高精度来形成。

为了提供这些要求，液滴沉积装置的制造可以涉及使用一个或多个辐射束(诸如由高功率激光产生的那些辐射束)以通过消融而形成用于室的孔。室可通过多种制造方法来形成，诸如影印石版术、湿法蚀刻或干法蚀刻，或机械加工，例如利用嵌有金刚石的刀片锯开。

在一些结构中，室将主要形成于一个部件的面中，喷嘴板部件被附接到所述部件以封住室。所述部件可以是例如致动部件，并且可设置有通向流体供给部的一个或多个连接。喷嘴板部件然后可由以下材料形成或包括以下材料：该材料加速喷嘴的形成；例如，可容易地被消融的聚合材料可被用于要形成喷嘴的区域。

利用这样的结构，可以在将喷嘴板部件附接到承载有室的部件之前或之后在喷嘴板部件中形成喷嘴。然而，已发现，使预先形成的喷嘴与室对齐是复杂的，并且更重要地，通常不如用于形成喷嘴的过程那么准确。发现，这在通过激光消融以高精度形成喷嘴的情况下尤其如此。因为这一原因，通常优选的是在将喷嘴板部件附接之后进行喷嘴的形成。在将喷嘴板部件附接之后进行的喷嘴形成还可能因为喷嘴板部件在被附接到其它部件时所增加的机械和热稳定性而是优选的。

而且，在不包括喷嘴板部件的其它结构中，由于喷嘴形成过程的高精度，尽管如此，通常发现在装置的组装的后期进行喷嘴形成是有利的。

更通常地，在组装的后期在装置中形成喷嘴降低了由例如结合材料而导致的喷嘴的污染或堵塞的风险。

由液滴沉积装置的制造而产生的共同的问题确是，阵列内中的某些室在使用期间是有缺陷的或不能操作的，这是因为其不能产生希望大小的液滴或者根本不能产生液滴。如果装置中存在太多这样缺陷的室，则可能必须放弃该装置，从而降低了总体制造过程的效率。实际上，可接受的这样缺陷的室的数目通常是非常小的，且因此总体过程的效率对这样的缺陷可能是非常敏感的。而且，鉴于原材料的相当大的花费及该过程的复杂性，制造效率的任何降低将是代价高的。

申请人已发现，某些种类的缺陷可能至少部分地在用于室的孔的消融期间产生。

图1(a)、(b)、(c)和(d)显示了经受这样的消融过程的示例性装置的横截面图。图1(a)显示了消融步骤之前的装置；示例性装置设置有以阵列方式并列布置的多个流体室(10)，及以相应的多个压电构件(11)形式的电力可致动设备，所述相应的多个压电构件(11)被布置为分离室的阵列(10)的壁。压电构件(11)通过由覆盖每个室的内部的图案化的金属镀层形成的电极系统(12)来提供电连接。在示例性结构中，板形状的孔构件(13)接触这些壁的顶表面，并且板形状的支撑构件(14)接触底表面。

如图1(b)中所示，辐射束(30)对准装置的顶表面，且因此接触室(10)上方的孔构件(13)的顶表面。随着开孔穿过孔构件(13)形成，材料随后消融，使得直接在束(30)的接触点下方提供用于室(10)的孔(16)。

在所显示的实施例中，束(30)聚焦于孔构件(13)的表面上方的焦点(32)，使得孔(16)向外逐渐变窄。通过适当地改变焦点(32)且更通常地改变束(30)的形状，可获得各种各样形状的孔(16)。

消融碎片(31)通常呈羽状物向后朝向束源移出开孔(在图1(b)中向上)。然而，虽然大部分消融碎片(31)因此由于孔(16)的形成而被除去，但是认为，通常，一旦辐射束(30)穿透相应的室(10)的一个壁并进入其内部时，如图1(c)中所示，损坏便可由与室的相对的壁接触的束(30)造成，在其中引起不希望的消融或烧焦，还如图1(d)中由电极(12)上的烧焦痕迹(41)所示。

而且，还认为，一旦辐射束(30)穿透室(10)的一个壁并进入其内部时，消融碎片(31)便可通过进入和粘附或以其它方式污染室(10)的内部表面而引起室壁的损坏。因此，在使用装置的期间，流体沉积可通过消融碎片(31)与流体的反应来被阻挡。这可例如由流体中的组分的絮凝(例如在凝胶流体的情况下)或沉降或者流体的性能的其它变化而引起。而且，碎片(31)可与流体形成腐蚀性混合物。此外，即使在使用装置之前，仍可能的是，消融碎片(31)可与室(10)的内部的材料直接反应。

通常，进入孔构件(13)的切口的深度通过限制所施加的辐射能量的量来控制，例如通过限制束(30)入射到表面上的时间段来控制。在一些情况下能量可通过许多脉冲的方式来传递，其中这些脉冲的数目和/或能量被限制为控制所施加的能量的总量。这样的孔形成过程可通过调节穿过用于形成各个孔的一系列脉冲的束能量来优化。

然而，尽管这样的设备对传递到表面的辐射能量的总量的限制是可实现的，但是由制造过程而产生的表面性质上的不可避免的改变使阻止施加过量的辐射能量的努力受挫。例如，如果孔构件(13)比所预期的薄，则过量的辐射能量仍然可传递到通道(10)的内表面，如以上所描述的，这可引起多种问题。同样地，特定位置处的材料可能较不容易被消融。

而且，过分地小心传递的辐射的量同样可导致装置中的缺陷，因为辐射束(30)可能未能完全形成希望的孔(16)。

另外，发现一些材料最好用一种中等能量束(或大量中等能量脉冲)来消融以除去大部分材料，(可通过大量的脉冲来被再次传递的)高能量精制束被用于确保对孔(16)的内表面的高质量精加工。EP1393911B中讨论了这样的方法。然而，考虑到以上理由，这样的过程还增加了由过量的辐射能量而产生的损坏的风险，因为在束穿透进入室中的时间点之后，辐射通量仍然可能很高。

如以上描述和图1中所示例的，因为室的壁将通常包括电力可致动设备(11)的部分和/或电极(12)，其中电力可致动设备(11)引起液滴沉积，电极(12)用于对这样的电力可致动设备施加电压信号，因此对室的壁的损坏可导致室(10)完全不能发挥作用。应注意，就这一点而言，这样的部件可能对辐射和/或热是特别敏感的。

此外，先前已提出在制造期间将涂覆材料通过或通入液滴沉积装置以提供涂覆层或钝化层(15)，其形成流体室(10)的壁的内表面的一部分，或者在一些情况下形成流体室(10)的壁的内表面的基本上全部(如例如在WO2006/129072中所讨论的，其中使用帕利灵)。从而该涂覆层(15)可减小室中的流体和部件之间的化学、电化学和/或物理相互作用，其中所述部件可以以其它方式形成室壁的内表面的一部分，所述部件诸如以上提到的电力可致动设备(11)和电极(12)。图2(a)显示了在经受通过消融而形成孔之前的结构，该结构大致类似于图1(a)中所示的结构，但是以以上所描述的方式另外被涂覆。

本领域的技术人员将认识到，许多可选的涂覆过程是已知的，诸如视线沉积过程(line-of-sight deposition process)，并且可适当地使用可选的涂覆材料诸如氮化硅。

应注意，虽然通常用于这样的涂覆过程的材料诸如帕利灵在降低室壁的材料和室内流体之间的化学和物理相互作用中大体上是有效的，但是其可能具有较弱地抵抗用于使孔消融的辐射的趋势。因此，在孔(16)的消融期间涂层(15)通常将对装置几乎不提供保护。

申请人已发现，当在具有以这样的方式涂覆的室(10)的装置中使孔(16)消融时，消融碎片(31)和辐射束(30)也可影响这样的涂覆层(15)，从而将形成室壁的一部分但以其它方式由涂覆层(15)覆盖的部件暴露至室内的流体。这显示于图2(b)中，其中覆盖室的底部的涂覆材料的部分(42)已被消融，露出用于所述室(10)的电极(12)且因此允许室内的流体接触用于所述室的电极。从而流体可侵蚀或氧化电极且因此使得室不能操作。

还应注意，在涂覆层(15)共形地形成于室(10)的所有内表面上的情况下的结构诸如图2(a)和图2(b)中所示的结构可以是优选的，这是因为涂覆过程可在组装的后期进行，且因此室(10)中存在的任何灰尘、污垢或其它物质均被涂覆。然而，发现这样的结构特别难以在不引起室的壁的损坏的情况下控制充分地形成孔(16)所需的辐射能量的量。认为这部分地是由涂覆材料可被简易地消融而引起，这是因为涂覆层(15)是为了形成喷嘴而必须被穿透的最终层，且因此消融过程在其最关键时刻之一时对过量的辐射能量变得更敏感。将理解，通过使用如以上所描述的高功率精加工束可使其进一步加重。

对涂覆层(15)的这种损坏(42)还可导致由流体内组分的絮凝(例如在凝胶流体的情况下)、沉降或流体性能的其它改变而实现的流体从室沉积的失败，因此暴露至室内部的下面的材料。尤其是，当使用传导性流体时，这些流体可接触室(10)内的电极，由于流体内的传导性颗粒的团聚而在装置中引起堵塞或流动限制。

应注意，即使涂覆层(15)没有完全除去，这样的问题也可发生，因为随着时间的流逝涂覆层(15)会不可避免地磨损掉且因此即使较小的损坏也引起装置的预期的操作寿命的减少。

因此，本发明的各方面的目的是克服或改进在液滴沉积装置的制造期间由消融而引起的所述缺陷和/或故障中的一些或全部。

因此，根据本发明的第一方面提供一种形成用于液滴沉积装置的部件的方法，该部件包括流体室的阵列，该方法包括以下步骤：提供保护材料，以至少部分地填充所述室；将至少一个辐射束指向所述部件，以便通过使所述部件消融而形成孔的阵列，每个孔延伸穿过所述部件的一部分以便与相应的室连通，使使用中的流体以待被沉积的液滴的形式穿过所述孔从所述室中释放；其中所述保护材料在所述消融期间起到阻止对所述室的壁的损坏的作用；及除去所述保护材料。

适当地，所述保护材料通过吸收来自所述辐射的能量可至少部分地阻止损坏。特别地，这样的能量吸收可涉及保护材料的相变。相变可包括熔化，该术语旨在包括从无定形固体、蜡、玻璃或类似物至液体的转变。另外，当保护材料被除去时，保护材料通过捕捉并带走由消融步骤产生的碎片可阻止损坏。

适当地，在通过消融形成用于室的孔之前，该室至少部分地填充有保护材料。优选地，在通过消融形成用于室的孔之后将所述保护材料从室中除去。保护材料的所述除去可包括使冲洗流体流过装置。所述冲洗流体优选地可被加热和/或可以是用于保护材料的溶剂。

在一些实施方案中，可以在形成孔的所述步骤的同时使保护材料流过所述室。

可由高功率激光提供一个或多个辐射束。

优选地，紧接在将至少一个辐射束指向部件的所述步骤之前，所述保护材料处于不可压缩状态。在至少一个辐射束指向部件的所述步骤期间，未吸收大量的辐射的保护材料可保持处于不可压缩状态。因此或以其它方式，可对室的穿过其形成有孔的壁提供机械支撑。有利地，保护材料从而在所述消融步骤期间减少室的穿过其形成有孔的壁的移动。这样的移动可由冲击波造成，冲击波通过引起装置移动可导致差的孔质量。

优选地，紧接在将至少一个辐射束指向部件的所述步骤之前，保护材料是固体。仍然更优选地，保护材料优选地被提供为液体且然后固化。在至少一个辐射束指向部件的所述步骤期间，未吸收大量的辐射的保护材料可保持固体状态。

可选地，保护材料可被提供为液体。优选地，在消融步骤期间，可使该液体连续地流过室。适当地，室在所述保护材料被装入的时刻可基本上被封住。这种连续的流动可改进从室中除去消融碎片。另外，优选的是，当辐射束穿透在其中形成有孔的室壁的即刻，束将接触保护材料从而阻止消融碎片遍布室。这还可增强保护材料对穿过其形成有孔的室壁的机械支撑的能力。

为了实现这一方面或其它方面，方法还可包括在将至少一个辐射束指向部件的所述步骤之前，从所述流体室中排出基本上所有气体材料并对所述流体室应用不漏流体的密封。

适当地，对于形成有连通孔的每个室来说，孔可延伸通过室的一个壁，且另外所述保护材料可填充室以便邻接所述壁而基本上不留出邻近所述壁的空间。再次地，这在辐射束穿透其中形成有孔的壁时可阻止碎片在室内散布，并且还可增强该壁的机械支撑。

任选地，方法还可包括提供界定所述流体室的板，以形成流体室的所述壁的至少一部分。优选地，所述孔延伸穿过所述板。板可包括聚合材料，并且实际上可完全由聚合材料组成。聚合材料可允许所述孔的精确形成。适当地，保护材料的连续流动可后续地提供至所述板。

而且，方法还可任选地包括在提供所述保护材料之前将涂覆材料通入所述室中的步骤，所述材料的至少一些被沉积为涂覆层，以形成流体室的所述壁的至少一部分。从而涂覆层可形成连续层，该连续层提供室中的至少一些室的壁的内表面。优选地，在所述部件的使用期间，所述涂覆层中的至少一些涂覆层保留以保护所述室免受容纳在其中的流体的影响。因为这一原因或者其它原因，涂覆材料可以是化学惰性物质，诸如例如聚对二甲苯或聚氯对二甲苯。

任选地，方法还可包括在将保护材料通入所述室中的所述步骤之前提供一个或多个压电构件，该一个或多个压电构件可操作成在使用期间引起流体穿过所述孔从所述流体室中释放。压电构件可被布置为将所述阵列内的邻近的室分隔开的细长的壁，室也是细长的且其长度平行地延伸。

根据本发明的另一方面，提供一种用于液滴沉积装置的部件，该部件包括多个室，每个室设置有致动设备，该致动设备在使用期间可操作成引起所述室内的流体的压力改变，所述室至少部分地填充有包含蜡质材料的保护材料，其中所述保护材料起到在与所述室连通的孔的消融期间阻止对所述室的壁的损坏的作用。

根据本发明的又一方面，提供一种用于液滴沉积装置的部件，该部件包括多个室，每个室设置有致动设备，该致动设备在使用期间可操作成引起所述室内的流体的压力改变，所述室至少部分地填充有保护材料，所述保护材料在50℃和150℃之间且优选地在60℃和130℃之间经受相变，其中所述保护材料起到在与所述室连通的孔的消融期间阻止对所述室的壁的损坏的作用。

优选地，这样的部件还包括界定所述流体室的板，以形成流体室的所述壁的至少一部分。板可包括聚合材料，并且实际上可完全由聚合材料组成。聚合材料可允许所述孔的精确形成。

现将参照附图来描述本发明的实施方案，在附图中：

图1显示了液滴沉积装置通过消融来形成孔的现有技术方法；

图2显示了类似于图1的方法的现有技术方法，但是还包括对壁的内表面施加涂覆层；

图3显示了在根据本发明的第一实施方案的方法中在通过消融形成孔之前适合用于“侧面发射式(side-shooter)”构型的工件；

图4示出了图3所示的工件中的孔的消融；

图5示出了应用于与图3所描绘的工件类似的工件的根据本发明的另一个实施方案的方法，其中在设置保护材料之前附接将室关闭的板；

图6显示了在通过消融形成孔之前适合用于“端部发射式(end-shooter)”构型的工件；

图7示出了根据本发明的又一实施方案的方法的图6的工件中的孔的消融；

图8示出了根据本发明的又一实施方案的方法，其中在过程中在附接覆盖构件之前设置保护材料以提供图6的具有孔的工件；

图9示出了根据本发明的又一实施方案的方法，其中在将压电晶片切割成与图6的工件类似设计的两个工件之前设置保护材料；及

图10显示了“端部发射式”结构的可选方案，其中可利用图7所示出的方法的改良来设置孔。

现参照图3和图4，在本发明的第一实施方案中，喷墨印刷部件(其在使用时可形成打印头的部分)通过包括聚合喷嘴板(13)的激光消融的过程来制造，该聚合喷嘴板(13)覆在压电致动构件(9)上。

在激光消融之前，压电材料块被固定于氧化铝基底(14)。然后致动构件(9)由压电材料块通过在其顶表面中锯开多个紧密间隔的细长通道而形成。这些通道的长度从压电材料块的一个边缘平行地延伸到相对的边缘，以便每个通道具有两个相对的开口端。如以下将描述的，之后这些通道的开口顶部被关闭，以提供并列布置的流体室的阵列(10)。

然后，支撑构件(17)被固定于压电致动构件(9)的两侧，从而完成图3中显示的结构。

图3的结构还包括在基底(14)内的流体入口端口(18)和流体出口端口(19)，其分别允许在所完成的部件中的室(10)与入口集流腔和出口集流腔之间的流体连通。在装置的使用期间，由此可建立穿过沿着室的长度的室的阵列(10)中的每一个室的从入口集流腔到出口集流腔的流动。

然后，将图3的结构放置于室中，同时涂覆材料诸如帕利灵(蒸汽沉积的包括聚对二甲苯和聚氯对二甲苯的化合物的商标名)沉积在暴露表面上，如图4(a)所示，其为沿着通道的长度的横截面图。该过程产生基本上连续的涂覆层(15)，其减少了室中的流体和装置内的部件之间的物理和化学相互作用。

然后，保护材料(8)被引入流体室(10)中。保护材料(8)可以是蜡质材料，并且在特定的实施方案中是2，6-二异丙基萘。这样的蜡质保护材料可通过加热来软化，并从结构的顶表面施加到流体室(10)中，如图4(b)中所示。入口端口(18)和出口端口(19)被塞住以使蜡质材料保留在结构内。然后，压力被施加于保护材料(8)以使其填充顶表面存在的开口空间。可提供过量的保护材料(8)以使保护材料高出流体室(10)，确保所有室完全被填充。

允许保护材料(8)硬化，并且例如通过从顶表面研磨使整个结构(包括保护材料)平整，使得顶表面基本上是平的，并且将涂覆层(15)中的一些或全部从顶表面除去。优选地，由于其高成本，仅小量的材料从压电致动构件(9)除去。然后，将可包括用于改进的喷嘴形成的聚合材料的喷嘴板(13)固定到如此变平的顶表面，如图4(c)中所示，密封每个通道的顶部，以便界定以均匀间隔开的阵列形式并列布置的多个细长的室(10)，其中室的长度基本上是平行的。

因为在喷嘴板(13)被附接之前结构的顶表面基本上是平面的，所以保护材料(8)接触喷嘴板的底表面，留下非常小的间距。

其后，高功率激光所产生的束(30)指向喷嘴板(13)的顶表面，以便形成与相应的室(10)连通的孔(16)。束(30)使来自喷嘴板(13)的材料消融，形成开孔；在该过程中，碎片(31)呈羽状物向上排出，如图4(d)中所示。当束(30)穿透喷嘴板(13)时，其基本上立即接触包含在室(10)内的保护材料(8)，这是因为在喷嘴板的底部和保护材料(8)的顶表面之间基本上没有间隙。因此，避免了消融碎片(31)涌进室(10)中并阻止引起对室的内表面的损坏。另外，已发现，由于压力的突然减少，携带碎片(31)的气体形成冲击波，其可将大量的能量传递到装置的靠近孔(16)的部分。保护材料(8)对喷嘴板提供一定水平的机械支撑，因此减小了这样的冲击波的作用。

激光束(30)在接触点附近加热保护材料(8)；从而保护材料(8)吸收来自高功率激光束(30)的能量，并进一步辅助阻止对流体室(10)的内表面产生损坏。

更具体地，在保护材料(8)是蜡质材料的实施方案中，使接触点附近的该蜡质材料的一部分被熔化或升华。从而来自辐射的能量被吸收，并被用于提供在保护材料(8)中引起相变而所需的潜热。因此，蜡质材料能够减少所吸收的被转化成热能的能量的量，且因此使室(10)内的温度适中。

穿透喷嘴板(13)之后，将激光(30)停用并再指向不同的室(10)上的喷嘴板(13)上的点。然后，重复消融过程，直到形成与相应的室(10)连通的希望数目的孔(16)。消融过程完成之后，通过以下方式将保护材料(8)从装置中除去：例如，将冲洗流体从入口端口(18)至出口端口(19)穿过装置，和/或使用装置将保护材料(8)以液滴的形式沉积。而且，在保护材料(8)是蜡质材料的实施方案中，保护材料(8)可通过以下方式来除去：如图4(e)所示，除去将入口端口(18)和出口端口(19)封闭的塞子，温和地加热装置以使蜡质材料熔化，且然后使其从端口(18、19)排出。另外或替代地，如以上所描述的，蜡质材料可通过使热的冲洗流体穿过装置来除去。

类似于保护材料的引入，(热的或其它条件的)冲洗液体可从入口或出口引入头部中，并且可通过出口或入口和/或喷嘴而离开头部。冲洗液体的基本要求可包括：与装置或印刷头的相容性(不腐蚀/损害头部)；及保护材料在冲洗流体中的溶解度，或在保护材料的熔点之上与保护材料物质的溶混性(充分可混溶以便不形成使通道或室堵塞的保护材料的附聚物)。

冲洗流体的作用可以是(通过施加压力)物理地置换保护材料，或者作为介质以从自室运输大量的保护材料，或者用作溶剂来溶解且然后除去保护材料。溶解度可以是足以使得在后续的处理温度下冲洗后头部中所留下的任何材料将保留在溶液中，并且可以在之后的另外的冲洗程序中被除去，该另外的冲洗程序可利用拟用于与装置一起使用的液滴流体。

图5(a)显示了本发明的另外的实施方案，其中初始地提供了一种结构，该结构类似于参照图4(a)所描述的、但是在涂覆步骤之前的结构。进一步与图4的实施方案相反，在引入保护材料(8)之前附接喷嘴板(13)。

更具体地，如图5(b)所示，例如通过从顶表面研磨使图5(a)的结构平整，以使全部最上面的表面基本上是水平的，且然后附接喷嘴板(13)。

还如图5(b)所示，附接喷嘴板(13)之后，通过入口端口(18)和/或出口端口(19)将涂覆材料(8)通入每个流体室(10)中，以在结构的且尤其是每个流体室(10)的内表面上提供基本上连续的涂覆层(15)。

然后，如图5(c)所示，通过入口端口(18)和/或出口端口(19)将保护材料(8)(诸如参照图4所描述的蜡质材料)引入装置的内部中。为了确保在该过程中流体室(10)完全被填充，装置可被布置成使得基底(14)以及入口端口(18)和出口端口(19)被垂直向上定向，且因此重力将引起室(10)填充。在此阶段，可能希望或者需要搅动装置，以便除去装置内的残留气囊。可选地，填充过程可在真空或减压下进行。然后可将入口端口(18)和出口端口(19)塞住，以便使装置内的保护材料(8)密封。如果使用蜡质材料，则此时可允许硬化。

用保护材料(8)填充装置之后，通过在喷嘴板(13)的顶表面处施加高功率激光束(30)而可使喷嘴板(13)中的孔(16)消融，如图5(d)所示。如参照图4(d)所描述的，保护材料(8)吸收来自高功率激光束(30)的能量，且因此阻止对流体室(10)的内表面产生损坏。

当孔(16)的消融完成时，入口端口(18)和出口端口(19)可以是未堵塞的，并且以与参照图4(e)所描述的方式类似的方式除去保护材料(8)，且保护材料(8)被排出，如图5(e)所示。

在图5的实施方案的任选的改良中，在附接喷嘴板(13)之前可施用涂覆材料(15)，如图4的实施方案中。

诸如图4和图5中描绘的那些结构(其中孔(16)或喷嘴被布置在室(10)的关于其长度的一侧)通常被称为“侧面发射式”结构。应理解，本发明同样可应用于制造具有细长的室的装置，其中孔或喷嘴在室的关于其长度的一端处形成；这样的结构通常被称为“端部发射式”，其实例显示于图6中。

在图6的结构中，以与参照图3所描述的方式类似的方式在压电材料块(9)的顶表面中已锯开多个通道(10)。然而，与图3的结构中形成的通道对比，图6中的压电块(9)的顶表面中形成的通道不从块的一个边缘延伸到另一个边缘；而是，每个通道在每个通道的一端的通道终止部分(10b)处突然终止并平滑地减小深度，而通道(10a)的另一端是开口的。

然后覆盖构件(20)被附接到压电材料块(9)的顶表面(附接由图6中的大箭头所显示)，基本上封闭通道的开口顶部，以提供以阵列形式并列布置的细长的流体室(10)的阵列，室的长度彼此平行地延伸。任选地，在附接覆盖构件(20)之前，压电块的顶表面可被碾磨以使其基本上是水平的。覆盖构件(20)包括可连接集流腔的端口(21)，使每个室(10)(经由通道终端)和集流腔之间实现流体连通。

而且，坏料喷嘴板(13)(其中尚未形成孔的喷嘴板)被附接以封闭通道(10a)的开口端。图7(a)是垂直于室(10)的长度截取的横截面，清楚地显示了当前被喷嘴板(13)封闭的每个通道(10a)的开口端和在通道的相对的端部处的通道终止部分(10b)。

然后，如图7(b)所示，保护材料穿过覆盖构件(21)中的端口流入每个室(10)中。在此阶段一定要小心以避免空气滞留在室(10)内；因此在此阶段可搅动工件以除去气囊。如果蜡质材料被用作保护材料(8)，则此时允许硬化。与图4和图5的实施方案一样，可以优选地允许室(10)完全填充有保护材料(8)，以便在喷嘴板(13)后面没有间隙或空间。

其次，如图7(c)所示，高功率激光(30)指向喷嘴板(13)的前面，以便通过使喷嘴板(13)的消融为相应的室(10)形成孔(16)。根据需要来重复这一过程，以产生提供与各自的室(10)流体连通的孔的阵列(16)。

使孔(16)消融之后，将结构倒转并使保护材料(8)通过覆盖构件(21)中的端口而排出，如图7(d)所示出的。如在以上所描述的实施方案中，保护材料可以另外或可选地通过以下方式来除去：使冲洗流体流过装置和/或通过启动装置以使保护材料(8)沉积为液滴。在蜡质材料被用作保护材料(8)的实施方案中，装置可被加热和/或可使用加热的冲洗流体。

图8示出了根据本发明的又一实施方案的方法，其中在覆盖构件(20)和喷嘴板(13)被附接之前，保护材料(8)被引入类似于图6中所示结构的“端部发射式”结构中。替代地，可释放板构件(22)被附接到压电材料块(9)的前面以封闭通道(10a)的开口端，如图8(a)所示。

其后，如图8(b)所示，通道(10)填充有过量的蜡质保护材料(8)，以使保护材料(8)高出压电材料块(9)。在这个阶段允许保护材料(8)硬化。

然后研磨结构的整个顶表面(包括保护材料(8))，以提供平坦的顶表面，覆盖板(20)诸如图6中所示的覆盖板被附接到该平坦的顶表面，如图8(c)中所示。还如图8(c)所示，将可释放板(22)除去并替换为喷嘴板(13)。其后，将该喷嘴板(13)中的孔(16)消融并排出保护材料(8)，如参照图7(c)和图7(d)所描述的，从而提供图8(d)中所示的结构。

应注意，具有从一个边缘延伸到仅部分地穿过块的点的通道(诸如图6中所示的通道)的压电材料块可以以多种方式形成。图9(a)、9(b)和9(c)示出了一种特定的方法，通过该方法可形成这样的压电材料块。

图9(a)显示了从基本平面的压电材料块(9)的上面的视图，并示出了可由嵌有金刚石的锯进行的切割图案(51、52)。在压电材料块(9)的顶表面中制成多个平行切口(52)。如图9(b)和图9(c)中可见的，图9(b)和图9(c)分别是垂直于平行切口(52)截取的横截面图和等轴视图，平行切口(52)没有完全延伸穿过块，以便其在块中形成顶部敞开的通道(10)。

还如图9(a)、9(b)和9(c)中所示，与多个平行切口(52)成一角度或者更优选地垂直于多个平行切口(52)来制成穿过块的分离切口(51)。该分离切口(51)将压电材料块分成两个较小的块(9a、9b)，每个具有从一个边缘部分地穿过压电材料块延伸的多个通道。

然后，如图7或图8所示，可以用保护材料填充如此形成的压电材料块。

然而，可选地，在实施分离切口(51)之前，可将保护材料(8)引入通道中。更具体地，图9(d)显示了制成多个平行切口(52)后即刻的压电块(9)的横截面图，该视图垂直于平行切口(52)截取以便显示如此形成的顶部敞开的通道(10)。然后，可将保护材料(8)引入通道(10)中，如图9(e)所示。优选地，与先前的实施方案一样，使用过量的保护材料(8)，以使保护材料高出顶表面以确保通道完全被填充。

然后，如图9(f)所示，可以例如通过从顶表面研磨使结构平整，以使压电块(9)和保护材料(8)提供基本上平面的顶表面。

如图9(g)所示，然后与多个平行切口(52)成一角度且更优选地垂直于多个平行切口(52)来制成分离切口(51)，以将压电块(9)分成两个较小的压电材料块9(a)和9(b)，每个具有从一个边缘部分地穿过相应的压电材料块(9a、9b)的顶表面延伸的通道(10)，其中通道填充有保护材料(8)。

在制成分离切口(51)之前，优选地使保护材料(8)固化或粘性基本上增加，以便保护材料(8)可保留在被分割开的压电材料块(9a、9b)的通道(10)内。如果蜡质材料被用作保护材料(8)，则可适当地允许其硬化。

虽然未显示，但可结合图7、8和9的实施方案任选地使用涂覆材料。可在覆盖构件(20)和喷嘴板(13)的附接之前以与参照图4所描述的方式类似的方式引入该涂覆材料，或者可在覆盖构件(20)和喷嘴板(13)的附接之后以与参照图5所描述的方式类似的方式将其引入。

应注意，已提出“端部发射式”结构，其中可建立沿着以阵列形式的室的长度的从一个集流腔到另一个集流腔的流动。这可通过垂直地延伸到流体室(10)的长度的小供给通道(23)的阵列来完成。

在图10中所示的实例中(除存在多个这样的供给通道(23)以外，其基本上类似于图6中所示的结构)，每个供给通道(23)与流体室(10)对准，供给通道(23)在一端处与所述流体室(10)连通，并且在另一端处与流体供给集流腔连通。因此，在装置的使用期间可通过供给通道(23)和流体室(10)建立从一个供给集流腔到另一个供给集流腔的流体的流动。供给通道(23)可被形成为在喷嘴板部件(13)中或在压电材料块(9)的面中的凹槽或者通过任何其它合适的方式形成为凹槽。

在这样的结构中，应理解，在消融之前保护材料(8)可沿着与填充室(10)类似的路径流动。因此，可实施与参照图7所描述的方法类似的方法，但却降低了由于保护材料流过每个室(10)而形成气囊的风险。

更通常地，如果以上结构设置有入口端口(18)和出口端口(19)两者，或者如在图10的实施方案中具有主要端口(21)和供给通道(23)，则在消融过程期间可建立保护材料通过装置的连续流动。这将辅助带走来自消融过程的碎片和热两者。

以这种方式，保护材料可通过相同的路径被引入和/或除去，该路径被用于在装置的使用期间的油墨或沉积流体。然而，油墨或沉积流体路径的使用可表明保护流体的连续流动是否被提供。尽管如此，将理解，在油墨或沉积流体供给系统允许油墨或沉积流体连续流动的情况下，保护材料的这样的连续流动尤其可以简单地实现。

而且，在保护材料的这样的连续流动存在(或者实际上不存在)的情况下，在消融过程期间在装置的流体室内的保护材料保持负静压可能是优选的。负压(低于装置外部的大气压)可确保当消融束穿透室时保护材料仍然被容纳在室中。应注意，在负静压下对油墨或液滴流体的控制可由现有流体供给系统来提供，以使这样的系统可适应于对保护材料提供类似的效果。

虽然以上实例中的某些实例使用蜡质材料作为保护材料，但是对于本发明的操作来说这当然不是必须的。保护材料实际上可以是液体、凝胶、无定形固体、玻璃、结晶固体，或者实际上是任何其它合适的状态。

对于被希望在消融过程期间保护材料连续流过装置的布置，可以优选地使用为液体或凝胶的保护材料。还可优选的是，在消融期间这样的保护材料保持该状态并且不经受相变。

这样的过程可以是有利的，因为其可在低温下进行和/或在不需要除去保护材料的冲洗步骤的情况下进行。如上所述，液体或凝胶保护材料可使用现有的液滴流体供给系统，然而应注意热熔性流体供给系统同样可用于引入蜡质保护材料。

如上所述，在一些应用中，保护材料根据辐射的施加而展现出相变可能是优选的。该相变可从室内的更敏感的部件中引出能量。

另外或可选地，在适度地超过室温的温度下保护材料可经受从固体或高粘性状态至液体或低粘性状态的相变。这通过温和地加热装置或通过用合适的加热流体冲洗来允许保护材料以其低粘性或液体状态而容易地被引入和除去。以这种方式，引起相变所需要增加的温度不可能损坏装置的任何敏感部件。

合适的保护材料可包括蜡质材料，诸如2，6-二异丙基萘，这至少是由于以下原因：其展现出从在室温下的非常高的粘性状态至在适度地超过室温的温度下的低粘性状态的这样的转变。如以下将讨论的，保护材料当然可以包括其它蜡质材料，诸如石蜡。

具体地，可以希望，相变发生在50℃和150℃之间，或更优选地在60℃至130℃之间。以上提到的示例性保护材料——2，6-二异丙基萘——在大约70℃时展现出急剧下降的粘性。

本领域的技术人员将理解，也可使用实现相变的其它方法。例如，可使用具有复杂流变的流体，在高剪切条件下其变得粘性显著降低。同样，通过应用高频率机械振动可引入和除去颗粒物质。

另外，保护材料可以优选地根据消融过程中使用的辐射的一个或多个波长来被选择。因此，保护材料在该波长下比在其它地方可展现出在其吸收光谱中的更高的吸收率。更具体地，设想由保护材料提供的衰减比空气大至少10倍，更优选地比空气大100倍，且又更优选地比空气大1000倍。可选地或另外地，保护材料在其吸收光谱中在±50nm的辐射波长内的可具有峰，且优选地在±25nm内具有峰。吸收光谱中的这种峰可以是主峰。

而且，虽然某些材料诸如2，6-二异丙基萘可展现出希望的辐射吸收性能以及希望的相变性能，但是可以将针对所使用的辐射的一个或多个波长具有希望的辐射吸收性能的材料组合，并且可以将这样的辐射吸收剂与另外的组分组合以提供展现出希望的坚固性或粘性的保护材料。

这样的组合的实例将是包含炭黑和石蜡的混合物：炭黑用作有效的辐射吸收剂，而石蜡用作载体并确保混合物在室温下是高度粘性的、但是随着温度适度增加而呈适当低粘性的，以便混合物可被容易地引入或除去。同样，当液体辐射吸收剂适合于特定的一个或多个波长时，这样的辐射吸收剂可以与固体胶凝剂混合以形成以凝胶相形式的保护材料。通过适当地改变混合物中组分的比，相变可被设定为在希望的温度下发生。

另外的合适的材料对于技术人员来说将是明显的。例如，如果希望提供液体保护材料，而不是利用载体和辐射吸收剂的混合物，则可以利用液体辐射吸收剂自身，特定的实例是二异丙基萘(混合异构体)。

更通常地，申请人设想，以下化学物质可作为用于一定范围的不同波长的合适的辐射吸收剂：

2，6-二异丙基萘；

二异丙基萘(混合异构体)；

吖啶；

反式肉桂酸乙酯；

3，3-(4，4-亚联苯基)双(2，5-二苯基-2H-氯化四唑)；

萘；

蒽；

苝；

苯并(a)芘；

廷纳芬360；

廷纳芬328；

炭黑；

二氧化钛；

叔丁醇甲酚2，6-二甲基苯酚乙酸叔丁酯；

辛苯酮二甲苯酚过氧化乙酸叔丁酯3-三氟甲基苯酚对甲氧基肉桂酸2-乙基己酯；

对甲氧基肉桂酸异戊酯；

2-苯基苯并咪唑磺酸；

3-(4′-甲基亚苄基)-d，l-樟脑；

5-叔丁基-2-甲基苯酚2-苯基-2H-苯并三唑2-甲基-2H-苯并三唑2-甲基-4-叔辛基苯酚紫外线吸收剂UV-P(benazol p)2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑4，4′-叔丁基联苯甲烷2-氨基-4-叔戊基苯酚2-(5-叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑辛基苯酚4-叔辛基苯酚2，2′-亚甲基双[6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-(1，1，3，3-四甲基丁基)苯酚]；

2，2′-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚]；

双[3-(苯并三唑-2-基)-2-羟基-5-叔辛基苯基]甲烷；

2，2-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1，；

亚甲基双苯并三唑基叔辛基苯酚]；

亚甲基双苯并三唑基四甲基丁基苯酚；

2，2′-亚甲基双(6-(2h-苯并三唑-2-基)-4-(1，1，3，3四甲基丁基)苯酚)；

苯酚，2，2-亚甲基双6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1，1，3，3-四甲基丁基)-苯并三唑；

2，2′-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1，1，3，3-四甲基丁基)苯酚)；

双-[2-羟基-5-叔辛基-3-(苯并三唑-2-基)-苯基]-甲烷；

2，2″-亚甲基双[6-(苯并三唑-2-基)-4-叔辛基苯酚]；

双[2-羟基-5-叔辛基-3-(苯并三唑基)苯基]甲烷；

2，2′-亚甲基双[2-羟基-5-(1，1，3，3-四甲基丁基)-1，3-亚苯基]双(2H-苯并三唑)；

2，2′-亚甲基双[4-(1，1，3，3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2-基)苯酚]；

2，2′-亚甲基双[4-叔辛基-6-2H-苯并三唑-2-基)苯酚]；及

亚甲基双苯并三唑基四甲基丁基苯酚。

而且，申请人设想，以下化学物质可作为用于辐射吸收剂的合适的载体：

石蜡；

锂皂石在水中的分散体；

羧甲基纤维素在水中的分散体；

羟乙基纤维素在水中的分散体；

聚丙烯酸酯在水中的分散体；及

形成凝胶的水溶性树胶。

另外，申请人设想，以下化学物质可作为用于辐射吸收剂的合适的胶凝剂：

有机粘土；

氢化蓖麻油；及

乙基纤维素分散体。

应理解，保护材料的使用当然不限于参照附图所显示并描述的特定的结构。技术人员将理解，根据本发明的方法可用于在室的阵列既不是线性的也不是均匀间隔的情况下的结构。而且，这样的方法可被应用于二维阵列的室，正如以上所描述的线性阵列一样。

还应理解，虽然以上实施方案涉及具有压电致动元件的装置，但是这些是电力可致动设备的简单的实例，其中该电力可致动设备可操作成引起液滴从流体室中受控地释放。如上所述，这样的电力可致动设备同样可包括可操作成加热室内流体的电阻元件。

另外，技术读者将理解，虽然以上实例可能提及连续形成的各个孔，但是教导同样可应用于其中同时地形成多个孔的平行过程。在这样的工序的实例中，单一束源可适当地分为多个子束，各自关于不同的孔聚焦(然而，同样地可使用多个分离的源)。

Claims (40)

1.一种形成用于液滴沉积装置的部件的方法，所述部件包括流体室的阵列，所述方法包括以下步骤：

提供保护材料，以至少部分地填充所述室；

将至少一个辐射束指向所述部件，以便通过使所述部件消融而形成孔的阵列，每个孔延伸穿过所述部件的一部分以便与相应的室连通，以能够使使用中的流体以待被沉积的液滴的形式穿过所述孔从所述室中释放；

其中所述保护材料起到阻止在所述消融期间对所述室的壁的损坏的作用；及

除去所述保护材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护材料通过吸收来自所述辐射的能量而至少部分地阻止损坏。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述能量吸收涉及所述保护材料的相变。

4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中紧接在将至少一个辐射束指向所述部件的所述步骤之前，所述保护材料处于不可压缩状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中紧接在将至少一个辐射束指向所述部件的所述步骤之前，所述保护材料是固体。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述保护材料被提供为液体且然后固化。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：在将至少一个辐射束指向所述部件的所述步骤之前，从所述流体室中排空基本上所有气体材料并对所述流体室应用不漏流体的密封。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在所述喷嘴的消融期间提供穿过所述室的所述保护材料的连续流动。

9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中对于形成连通孔的每个室来说，该孔延伸穿过所述室的一个壁，且其中所述保护材料填充所述室以便邻接所述壁而基本上不留出邻近所述壁的空间。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括提供界定所述流体室的板，以形成所述流体室的所述壁的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在提供保护材料的所述步骤之后提供所述板。

12.根据当从属于权利要求8时的权利要求10所述的方法，其中在提供保护材料的所述步骤之前提供所述板。

13.根据权利要求10和权利要求12中任一项所述的方法，还包括以下步骤：提供具有其中形成有多个凹陷的表面的致动构件；及将所述板附接到所述表面，以至少部分地封装所述凹陷内的空间，所述空间至少部分地提供所述流体室。

14.根据当从属于权利要求11时的权利要求13所述的方法，其中所述保护材料被应用于所述表面以至少部分地填充所述凹陷。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述保护材料基本上覆盖所述表面，完全填充所述凹陷。

16.根据权利要求10或权利要求13至15中任一项所述的方法，还包括机械地除去所述保护材料的一部分，以呈现出用于附接所述板的水平表面。

17.根据当从属于权利要求13至15中任一项时的权利要求16所述的方法，其中来自所述致动构件的材料也在机械地除去所述保护材料的所述步骤期间被除去，从而所述致动构件和所述保护材料一起提供用于附接所述板的平面表面。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中所述凹陷被形成为多个平行的细长通道。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述致动构件包括压电材料。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述通道通过包含压电材料的细长的壁而被分隔。

21.根据权利要求10至20中任一项所述的方法，其中所述孔延伸通过所述板。

22.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括在提供所述保护材料之前将涂覆材料通入所述室中的步骤，所述涂覆材料的至少一部分被沉积为涂覆层，以形成所述流体室的所述壁的至少一部分。

23.根据权利要求22所述的方法，其中在所述部件的使用期间，所述涂覆层中的至少一部分涂覆层保留以保护所述室免受容纳在其中的流体的影响。

24.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括在将保护材料通入所述室中的所述步骤之前提供一个或多个压电构件，所述一个或多个压电构件可操作成在使用期间引起流体穿过所述孔从所述流体室中释放。

25.根据任一项前述权利要求所述的方法，还包括在将保护材料通入所述室的所述步骤之前提供用于所述流体室的电极的阵列。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述电极被布置为形成所述流体室的所述壁的至少一部分。

27.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中除去所述保护材料的所述步骤包括加热所述部件以使所述保护材料熔化。

28.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述保护材料优选地吸收在所述至少一个辐射束的波长下的辐射。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述保护材料在所述至少一个辐射束的波长下具有比空气大至少10倍、优选地100倍且更优选地1000倍的衰减。

30.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述保护材料在50℃和150℃之间且优选地在60℃和130℃之间的温度下经受相变。

31.一种用于制造液滴沉积装置的子组件，所述子组件包括多个室，每个室设置有致动设备，所述致动设备在使用期间可操作成引起所述室内的流体的压力改变，所述室至少部分地填充有包含蜡质材料的保护材料，其中所述保护材料起到在与所述室连通的孔的消融期间阻止对所述室的壁的损坏的作用。

32.一种用于制造液滴沉积装置的子组件，所述子组件包括多个室，每个室设置有致动设备，所述致动设备在使用期间可操作成引起所述室内的流体的压力改变，所述室至少部分地填充有保护材料，所述保护材料在50℃和150℃之间且优选地在60℃和130℃之间经受相变，其中所述保护材料起到在与所述室连通的孔的消融期间阻止对所述室的壁的损坏的作用。

33.根据权利要求31或32所述的子组件，还包括界定所述流体室的板，以形成所述流体室的所述壁的至少一部分。

34.根据权利要求33所述的子组件，还包括致动构件，所述致动构件具有其中形成有多个凹陷的表面，所述板被附接到所述表面以至少部分地封装所述凹陷内的空间，所述空间至少部分地提供所述室。

35.根据权利要求34所述的子组件，其中所述凹陷被形成为多个平行的细长通道。

36.根据权利要求34或权利要求35所述的子组件，其中所述致动构件提供所述致动设备。

37.根据权利要求34至36中任一项所述的子组件，其中所述致动构件包括压电材料。

38.根据权利要求35所述的子组件，其中所述通道通过包含压电材料的细长的壁而被分隔。

39.根据权利要求37所述的子组件，其中所述致动设备包括所述细长的壁。

40.根据任一项权利要求所述的子组件，其中所述致动构件包括细长的壁。

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