CN103442896B - 用于流体喷射的设备和方法 - Google Patents

Abstract

除其它方面外描述了一种用于流体喷射的设备。设备包括打印头，其包括具有第一和第二端部的流路和与该流路连通的喷嘴。设备还包括与流路第一端部流体联接的第一容器、与流路第二端部流体联接的第二容器和控制器。第一容器具有第一可控内部压力，第二容器具有第二可控内部压力。控制器根据第一和第二模式控制第一内部压力和第二内部压力，以在第一和第二容器之间通过打印头中的流路具有流体流。在任一模式下，在喷嘴喷射时，沿着流路流动的至少一部分流体被输送到喷嘴。第一模式具有比第二内部压力更高的第一内部压力，第二模式具有比第一内部压力更高的第二内部压力。流体根据第一模式从第一容器流向第二容器，并根据第二模式从第二容器流向第一容器。

Description

用于流体喷射的设备和方法

技术领域

本公开总体上涉及在流体喷射器中的流体循环。

背景技术

喷墨打印机通常包括从供墨器件到墨喷嘴组件的墨水通道，墨喷嘴组件包括从中喷射墨滴的喷嘴。通过在墨水通道中用致动器对墨加压可以控制墨滴喷射，其可以是例如压电偏转器、热气泡喷墨发生器或者静电偏转元件。典型的打印头具有一行喷嘴，其具有相应的墨水通道阵列和相关联的致动器，可以独立控制来自每个喷嘴的墨滴喷射。在所谓的“按需滴定”的打印头中，每个致动器被触发，以选择性地在图像的特定像素位置处喷射墨滴，打印头和打印介质相对于彼此移动。

打印头可以包括半导体打印头主体和压电致动器。打印头主体可以由硅制成，其被蚀刻以限定墨室。喷嘴可以形成在硅主体中，或者由附接至硅主体的单独的喷嘴板来限定。压电致动器可以具有压电材料层，其响应于施加的电压而改变几何形状或弯曲。弯曲压电层会在沿着墨水通道定位的泵送腔室中加压油墨。

打印精度可以受若干因素影响，包括打印机中一个或多个打印头的喷嘴所喷出的墨滴大小及速度的均匀性。墨滴大小和滴落速度的均匀性反过来受各因素影响，如墨水通道的尺寸均匀性、声音干扰的影响、油墨流路中的污染以及致动器所产生的压力脉冲的均匀性。在油墨流路中使用一个或多个过滤器可以减少墨流中的污染或杂物。

发明内容

在一个方面中，本公开描述了一种用于流体喷射的设备。该设备包括打印头，打印头包括流路和与流路连通的喷嘴。流路具有第一端部和第二端部。该设备还包括与流路的第一端部流体地联接的第一容器、与流路的第二端部流体地联接的第二容器和控制器。第一容器具有第一可控内部压力，并且第二容器具有第二可控内部压力。控制器根据第一模式和第二模式控制第一内部压力和第二内部压力，以通过打印头中的流路在第一容器和第二容器之间具有流体流。在任一模式下，在喷嘴喷射时，沿着流路流动的流体的至少一部分被输送到喷嘴。第一模式具有比第二内部压力高的第一内部压力，并且第二模式具有比第一内部压力高的第二内部压力。流体根据第一模式从第一容器流向第二容器，并根据第二模式从第二容器流向第一容器。

实现方式可包括下列特征中的一个或多个。流体从第一容器流向喷嘴的方向与流体从第二容器流向喷嘴的方向相反。第一内部压力和第二内部压力两者均比大气压力低。第一内部压力与第二内部压力之间的差比大气压力与第一内部压力或第二内部压力之间的差大。当喷嘴喷射时，控制器将第一容器和第二容器之间的流体流的速率控制为高于从第一容器或第二容器输送到喷嘴的流体的速率。在给定的时间周期内，在第一容器和第二容器之间流动的流体的量是在打印头喷射流体时由打印头喷射的流体的量的至少10倍。通过流路的流体流的速率为从喷嘴喷射的流体小滴的速度的约5％或以下。该设备还包括传感器，用于感测第一容器和第二容器中的每个的流体水平。当第二容器中的被感测的流体水平低于预定值时，控制器控制第一内部压力和第二内部压力处于第一模式下。当第一容器中的被感测的流体水平低于预定值时，控制器控制第一内部压力和第二内部压力处于第二模式下。第一容器处于第一腔室中，并且第二容器处于第二腔室中，第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空气。第一腔室和第二腔室均连接到真空源，以提供对第一内部压力和第二内部压力的调节。在喷嘴的上游，流路例如沿着流体流动的路径测量为约1微米至约30微米。第一容器和第二容器是独立的流体贮存器。第一容器和第二容器被安装在可连接到打印头的壳体上。壳体和打印头之间的连接可以在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态下，第一容器和第二容器与流路流体连通；在第二状态下，第一容器和第二容器与流路流体地断开。

在另一方面中，本公开提供了一种用于流体喷射的方法。该方法包括：在第一方向上沿着打印头中的流路以受控的流速将流体从第一容器输送到第二容器；以及在与第一方向相反的第二方向上沿着打印头中的流路以受控的流速将流体从第二容器输送到第一容器。当喷嘴喷射流体时，将流路中流动的流体的一部分输送到与流路连通的喷嘴。当喷嘴喷射流体时，将流路中流动的流体的一部分输送到与流路连通的喷嘴。

实现方式可包括下列一个或多个特征。流体从第一容器流向喷嘴的方向与流体从第二容器流向喷嘴的方向相反。使第一容器的内部压力与第二容器的内部压力之间的压力差得以维持。将第一容器和第二容器的每个内部压力维持为低于大气压力。将第一容器和第二容器的任一内部压力与大气压力之间的压力差维持为小于第一容器的内部压力与第二容器的内部压力之间的压力差。第一容器和第二容器是柔性的，并且通过向柔性的第一容器和第二容器的外表面施加不同的压力使压力差得以维持。感测第一容器和第二容器中的流体水平，并且基于被感测的流体水平从第一方向和第二方向中选择流体输送方向。在选定的方向上输送流体包括：调节第一容器和第二容器的内部压力。受控的流速为由喷嘴喷射的流体小滴的速度的约5％或以下。

在又一方面中，本公开提供了一种用于流体喷射的设备。该设备包括：打印头，打印头包括流路和与流路连通的喷嘴，流路具有第一端部和第二端部；第一容器，第一容器与流路的第一端部流体地联接，第一容器具有第一可控内部压力；第二容器，第二容器与流路的第二端部流体地联接，第二容器具有第二可控内部压力；以及控制器，控制器用于控制第一内部压力和第二内部压力，以通过打印头中的流路在第一容器和第二容器之间具有流体流。在喷嘴喷射时，沿着流路流动的流体的至少一部分被输送到喷嘴，第一内部压力高于第二内部压力。

实现方式可包括下列一个或多个特征。流体从第一容器流向喷嘴的方向与流体从第二容器流向喷嘴的方向相反。第一内部压力和第二内部压力两者均比大气压力低。第一容器处于第一腔室中，并且第二容器处于第二腔室中，第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空气。第一腔室和第二腔室均连接到真空源，以提供对第一内部压力和第二内部压力的调节。第一容器和第二容器是独立的流体贮存器。在使用之前，第一容器包含流体并且第二容器是空的。

实现方式可包括下列一个或多个优点。具有附接至容纳自包含流体的盒的打印头模块的组件可以用于测试操作，如测试打印。所述盒可以包括两个分开的腔室，每个均包围能够向要喷射的打印头模块的喷嘴提供流体的流体容器。流体可以在两个流体容器之间再循环，以防止流体沿着系统中一个或多个流体通路或在喷嘴处干燥。流体中的颗粒可以悬浮地保持在流体中，以保持流体的品质。例如，流体可以具有很高的均匀性。另外，沿着流体通路的气泡可以通过再循环流被去除。在流体喷射期间可以执行流体再循环。整个组件可以在测试操作之后丢掉，在测试间歇必须冲洗干净打印头模块得以避免。

一个或多个实施方式的详情在附图和下面的说明中阐述。根据说明书和附图并且根据权利要求，其它特征和优点可以是显而易见的。

附图说明

图1是打印系统的示意图。

图1A是在喷嘴中的流体弯月面的示意图。

图2是描述控制器操作的流程图。

图3A是打印系统的透视图。

图3B-3D是打印系统的横截面图。

图4是打印头主体的示意透视图。

图5是打印头主体的横截面图。

图6是打印头主体的部分的透视图。

具体实施方式

打印头模块一般包括具有多个喷嘴的打印头主体，多个喷嘴与外部流体供给器件流体连通，以允许连续的打印操作。在某些应用中，这样的打印头模块是可取的，即：可以使用相对较小体积的流体有效地操作，例如用于流体检测操作。打印头模块可以包括为相对较小体积的打印流体设计的流体供给组件，流体供给组件可以附接至打印头主体。在一些实施方式中，流体供给组件是非可再填充的流体供给组件，例如单次使用的打印流体供给盒。这样的装置在第7,631,962号美国专利中描述，在此引入作为参考。

使用后，打印头主体和流体供给组件可以被丢弃。例如，当测试不同颜色或品质的打印流体时，每一种类型的流体被容纳在流体供给组件中，并使用不用于打印任何其它类型打印流体的打印头主体来打印。当测试不同的打印流体时，没有必要冲洗干净流体供给组件或打印头主体。

参照图1，用于例如测试打印的组装好的系统10(或打印头模块10)包括打印头主体16和流体供给组件12，流体供给组件12例如采用可以附接至打印头主体16的盒12的形式。流体供给组件12包含两个流体容器14a、14b，以将流体供给到打印头主体16。打印头主体16的一个或多个喷嘴18(图中所示只有一个喷嘴)可以被激活来喷射流体滴20，以在基板上形成图案(未示出)。对该图案可以进行研究，以评估流体的品质、打印的图像效果或打印头模块16的设计。

两个流体容器14a、14b每个都可以是通过从每个流体容器14a、14b延伸的流体通路24彼此连通的独立的流体贮存器，并穿过打印头主体16。在这方面，自包含指的是，在打印操作期间，流体还没有从流体容器14a、14b之外的源供给到贮存器中。相反，要使用的流体是包含在独立的流体容器14a、14b内的流体。为方便起见，我们将来自流体容器14a并在打印头模块16之外的流体通路24命名为24a，将来自流体容器14b并在打印头模块16之外的流体通路24命名为24b，在打印头模块内的流体通路24命名为24c。流体通路24c可以形成在MEMS电路小片(die)(请参阅下面图5和图6)中，并位于喷嘴18上游。流体可以通过流路24在两个流体容器14a、14b之间来回流动，以在这两个容器之间使流体再循环。在流动过程中，在需要的时候例如当喷射流体小滴20时，将一部分流体引导到喷嘴18。由打印头模块16喷射的流体可以从流体容器14a、14b之一输送。

例如，通过防止流体在沿着流体通路或接近喷嘴18的任何位置处干燥，流体在两个容器14a、14b之间的再循环(或循环)可以提高打印品质。流体中的颗粒可以悬浮地保持在流体中，基本上不会凝固，以保持流体的例如粘度均匀性的品质，和/或避免可能堵塞流体通路或喷嘴的大颗粒。在一些实施方式中，沿着流体通路24产生的气泡可以与流体流一起被运载，并且例如通过上升到容器14a、14b中流体的表面而在容器14a、14b处被去除。来自系统10的测试打印结果包含由流体干燥产生的少许产物、气泡或流体品质变化。系统10类似于实际的打印系统(并非仅用于测试)，测试打印结果可以提供对正在测试元件的真实再现，例如流体的品质。

在组装好的系统10中，为了防止流体自动流出未激活的喷嘴18并控制容器14a、14b之间的流体流(将在下面更详细说明)，每个流体容器14a、14b中的流体压力被控制。在图1所示的示例中，流体容器14a、14b各包括柔性壁36a、36b，其将盒12的每个腔室22a、22b中的压力输送到位于容器14a、14b内的流体。每个腔室22a、22b包围各自的流体容器36a、36b。每个腔室22a、22b内的压力可以使用压力控制装置28来调节，压力控制装置28例如是通过开口30a、30b分别连接到各腔室的一个或多个泵或真空源。腔室22a、22b被彼此密封，每个腔室中的压力可以由压力控制装置28独立调节。

在一些实施方式中，容器14a、14b中的流体量较小，容器14a、14b内的流体压力分别与腔室22a、22b中的流体压力基本相同。每个容器14a、14b可以是无空气的或处于在将流体填充到容器中之前的真空下。在一些实施方式中，系统10可以使流体容器14a、14b之一填充期望量的流体，例如0.25毫升至10毫升、0.5毫升至3毫升或1.5毫升，而另一流体容器是空的且空气稀薄。在一些实施方式中，流体容器14a、14b可以包含一些空气。在一些实施方式中，流体容器中包含气体但不包含氧气。流体通路24可以被控制为空气稀薄或无氧气。空气稀薄系统或无氧气系统可以防止空气或氧气溶解到流体中影响打印品质或流体品质。在一些实施方式中，系统10可以在惰性气氛下组装。

每个容器14a、14b中的流体被维持在选定的负压下，例如，-0.5英寸水柱至-20英寸水柱或者-6英寸水柱至-7英寸水柱，这取决于例如孔口或喷嘴18的大小等因素。当喷嘴18没有被激活以喷射小滴20时，负压防止流体自动渗出喷嘴18，同时防止空气从喷嘴18被吸入到打印头模块16中。参照图1和1A，流体中的负压平衡了流体源压力(因流体容器14a、14b相对于打印头模块16的高度位置所产生，它可以是正或负)、毛细作用和大气压力的结合力，以保持弯月面34位于喷嘴18处的流体--空气界面上。当喷嘴18(或泵送腔室)被激活时，弯月面34可以允许流体容易地喷出喷嘴18。在容器14a、14b之间的流循环期间，而且在从喷嘴18喷出流体期间，流体中的此种负压得以维持。在流体喷出期间，在喷嘴18附近(例如，喷嘴18上游以及泵送腔室(未示出)中)的流体压力可以由例如压电致动器等致动器来改变。

沿着流体通路24的流体流的方向受控于流体容器14a、14b中流体压力之间的差。例如，当容器14a中的流体压力高于容器14b中的流体压力时，流体从容器14a朝向容器14b流动(如箭头32所示)。压力控制装置28维持(容器14a、14b中的或打印头主体16处的)流体负压，并且例如同时在腔室22a、22b内的压力之间产生压力差。流体流的速率可受压力差的值和诸如流路24尺寸等其它因素的影响。

两个流体容器之间的再循环流体的量可以是在给定时间周期内打印主体16所喷出流体最大量的约1/1000至约10倍。基于系统的需要，可以选择再循环流体的流速(即，每秒通过流路24横截面的再循环流体量)。在一些实施方式中，再循环流体流速与流体喷出量的比例取决于打印占空比或每单位时间周期喷射喷嘴的百分比，例如，当打印以更高的占空比操作时该比例较低。由于再循环流体与喷嘴18连通，例如流过喷嘴18，所以再循环流体的流速可以控制，以防止影响到例如流体喷出轨迹中的误差。

基于期望流速、例如粘度等流体特性、流路24的设计以及其它因素可以选择两个流体容器之间的压力差的值。在一些实施方式中，基于组件10和流体来预先选择压力差的值，而压力差的方向可以动态改变。组件10切换压力差的方向，以在期望方向上驱动流体流。例如，当流体容器14a中的压力高于流体容器14b中的流体压力时，流体从流体容器14a流到流体容器14b。当压力差的方向逆转(即，流体容器14b具有的压力高于流体容器14a)时，流动方向逆转。在一些实施方式中，压力差的值为约0.1英寸水柱直到100英寸水柱。

控制器26基于每个容器14a、14b中的流体水平而确定流体流的方向，并指示压力控制装置28在两个容器之间形成期望的压力差来驱动流体流。在一些实施方式中，流体水平由分别位于容器14a、14b内的流体水平传感器36a、36b感测。传感器36a、36b的示例可以包括接触流体容器14a、14b的接触式传感器。适合使用的其它传感器(未示出)可以包括可以放置在容器14a、14b外侧的光学传感器、近程式传感器或诸如簧片开关等磁性传感器。传感器36a、36b可以通过导线(未示出)或无线地与控制器26通信。在一些实施方式中，传感器36a、36b和控制器26由用于通信(例如，数据传递)的一个或多个光纤进行连接。

控制器26可以被程序化，以基于容器14a、14b中的被感测的流体水平来存储用于形成向压力控制装置28或其它相关联装置例如打印头主体16发出的指令的标准。例如，标准可以是最低流体水平。在一些存储标准下，控制器26可以如图2所示起作用。当从传感器36a、36b接收50容器14a、14b中的被感测的流体水平时，控制器26比较被感测的流体水平与所存储的标准。控制器26首先确定52两个容器14a、14b中的被感测的流体水平是否都低于预定最小水平(PML)。如果是，则控制器26指示54打印头模块16停止打印，因为被感测的流体水平表明容器14a、14b中的流体耗尽。此外，控制器26还可以向用户提供信号，以表明流体水平较低，并且盒12可以被丢弃或需要重新填充(稍后讨论)。压力控制装置28也可以被指示停止工作，但是维持负压用于喷嘴18处的流体弯月面是可取的，这样流体不会泄漏。如果否，则控制器26确定56被感测的流体水平是否都高于预定最小水平。如果是，则在两个容器14a、14b之间沿着流体通路24的流体流状态--例如方向或速率--不需要改变。控制器26保持接收50被感测的流体水平并监视流体流。如果否，则控制器26进一步确定58流体通路24的当前流动方向是否从具有较高流动水平的容器流向具有较低流动水平的容器。如果是，则流体流状态不需要改变，并且控制器26保持接收50被感测的流体流水平并监视流体流。如果否，则控制器26指示60压力控制装置28逆转两个容器14a、14b之间的压力差，从而逆转流体流方向。

控制器26也可以以与图2中描述的不同的方式使用其它标准和功能，以控制两个容器14a、14b之间的流体流。当系统10被制造或可以由系统10的任何用户设定/重新设定时，该标准可以被设定在控制器26里。实际上，标准可以选择例如需要在系统10中有多少流体以允许打印头主体16有效地打印，或者有多少流体最初被填充在容器14a、14b中。例如，当流体容器之一被完全填充而另一个被部分地填充时，标准(例如，预定最小水平)是相当高的，因为不是所有位于完全填满的容器中的流体可以循环到部分填充的容器中。预定最小水平也可以受到用于感测两个容器14a、14b中油墨水平的传感器36a、36b的灵敏度和可靠性的影响。预定最小水平的示例可以是0.1毫升至大约0.2毫升。预定最小水平也可以是百分比，例如为每个容器或两个容器中总初始流体量的5％-20％。

控制器26可以与电路一起实施，例如可编程的微控制器或其它硬件、软件、固件或它们的组合。控制器26也可以与控制器(未示出)通信，控制打印头模块16的流体喷出。在一些实施方式中，控制器26可以控制压力控制装置28和流体喷出两者。控制器可以由位于系统10中的一个或多个电池(未示出)供电，并且可以协调以例如同时控制流体喷出和用于流体再循环的流体流。在打印头中的流体再循环也在美国专利No.7,413,300、美国专利No.5,771,052、美国专利No.6,357,867、美国专利No.4,891,654、美国专利No.7,128,406和美国专利申请序列12/992,587中进行了讨论，它们的全部内容在此引入作为参考。

系统10可以实施为如图3A-3D所示的组件70。控制器26和压力控制装置28可以与组件70分开，并附接至开口72a、72b。组件70包括附接至打印头壳体76的流体供给组件74。打印头主体78连接到打印头壳体76。流体供给组件74包括位于两个分开腔室74a、74b中的两个流体容器80a、80b，以将喷出的流体供给到打印头主体78。流体供给组件74可以类似于图1中的盒12，流体容器80a、80b和腔室74a、74b可以具有与流体容器14a、14b和腔室22a、22b类似的特征。打印头主体78可以具有特征例如有流路和喷嘴，类似于图1中的流路24c和喷嘴18。每个腔室74a、74b包括连接到压力控制装置(例如，图1的压力控制装置28)的开口72a、72b。包含在容器74a、74b中的流体在各容器之间再循环，并以例如通过图1中描述类似的流路80a、80b的方式供给到打印头主体78。

特别地，图3B和3D是图3A中所描绘组件70沿线3B-3B截取的横截面透视图。图3C是组件70沿线3C-3C截取的横截面透视图。流体供给组件74包括独立的流体容器80a、80b，其中至少一个包含少量流体，如油墨。同样地，容器14a、14b、流体容器80a、80b是类似于袋的柔性容器，并应当被称为流体袋，但是可以使用其它形式的独立的流体容器。在流体供给组件74附接至打印头壳体76之前或之后，流体袋80a、80b可以填充流体。在一些实施方式中，填充在流体袋80a、80b中的流体总量不超过一个流体袋80a或80b中的容量。例如，流体袋80a可以完全填满流体，而流体袋80b是空的。在一些实施方式中，两个流体袋80a、80b中高达约75％的总容量可以填充流体。在流体袋80a、80b之一或两者中未填充的容量提供了流体在两个袋之间再循环的空间。

在流体被填充到袋中之后，流体袋80a、80b可以密封。流体残留在流体袋中，直到它被使用。密封件84a、84b例如O形环在流体袋80a、80b和打印头壳体76之间形成密封。特别参照图3B和3D，描绘的实施例包括双卡扣连接，由此流体供给组件74首先可以在位置A--关闭位置(图3B)中附接至打印头壳体76。在关闭位置中，流体通路82a、82b是关闭的，流体袋74a、74b不与打印头主体78流体连通。在开始打印操作之前，流体供给组件74移动到位置B，即打开位置(图3D)中。在打开位置中，流体袋74a、74b经由打开的流体通路82a、82b与打印头主体78流体连通。

为了在关闭位置A中将流体供给组件74连接到打印头壳体76，用户将从流体供给组件74突出的凸连接器115与在打印头壳体76中形成的相应凹连接器117对准，并施加足够的力在位置A(图3B)处使凸连接器115与凹连接器117接合，但不要用力过猛而在位置B(图3D)处接合凹连接器117。当流体供给组件74配合到打印头壳体76时，用户应当接收到足够的触觉反馈，以确定到达位置A的时间。

为了相对于打印头壳体76将流体供给组件74移动到打开位置B中，用户施加额外的力在位置B处将凸连接器115与凹连接器117接合。凸连接器115具有足够的柔性在受压时弯曲，以在位置A处脱离凹连接器117并在位置B处卡入而处于接合状态。凹连接器117可以被构造为便于这一运动，例如通过具有所描绘的成角度的面来实现，所述成角度的面在施加向下的力时促使类似的成角度的凸连接器115滑动脱离。上面描述了一种双卡扣连接的实施方式。可以使用双卡扣连接的其它构造以及允许关闭位置和打开位置的其它类型的连接。

流体通路82a、82b基于流体供给组件74和打印头壳体76的相对位置而打开或关闭。流体通路82a、82b包括位于流体供给组件74内并从各自流体袋80a、80b延伸的上部81a、81b。上部81a、81b会端接流体供给组件74的出口头部118a、118b的底部表面。流体通路82a、82b还包括形成在打印头壳体76中的下部124a、124b。当流体供给组件74处于图3B所示的位置A中时，上部81a、81b与下部124a、124b不连接。相反，密封件84a、84b与出口头部118a、118b的底表面接触，并关闭流路82a、82b。出口头部118中的弹簧114施加压缩密封件110的向下的力。流体袋80a、80b中的流体不能流过出口头部118a、118b的底表面。当流体供给组件74处于图3D所示的位置B中时，出口头部118a、118b的底部接触下部124a、124b，这可以压缩位于出口头部118a、118b内的弹簧114。密封件84a、84b越过流体通路82a、82b的下部124a、124b的末端定位，并且与出口头部118的底部不接触。流路82a、82b不再受阻于密封件110。由此流体可以从流体袋80a、80b流向打印头主体78。能够控制此种流动的流体通路的详细设计例如在美国专利No.7,631,962中进行了讨论，其全部内容在此引入作为参考。

在一些实施方式中，流体供给组件74永久性地附接至打印头壳体76，即，在不打破组件74或壳体76的部件的情况下不能被分离。一旦包含在流体袋80a、80b内的流体已被使用，组件70就可以被丢弃。在将流体供给组件74附接至打印头壳体76之前，流体袋80a、80b经由出口头部118a、118b被填充。组件70由此提供独立的的一次性测试单元，其仅使用少量的测试液体。由于组件70仅只使用一次，所以测试可以在测试间歇没有冲洗干净打印头模块的情况下发生。

图1的系统10也可以以与图3A-3D所示不同的组件实施。例如，流路82a、82b在流体袋80a、80b和打印头主体78(图3A-3D)之间的控制可以使用不同的结构和/或机构不同地执行。一些示例结构在美国专利No.7,631,962中进行了描述。

系统10中的打印头主体16可以是任何类型的打印头主体。参照图4，打印头主体100包括流体喷射模块，例如，四边形的板状打印头模块，它可以是使用半导体加工技术制造的电路小片103。流体喷射器还包括位于电路小片103和下壳体322(在下面进一步讨论)上的集成电路内插器104。壳体110支撑并围绕电路小片103、集成电路内插器104、下壳体322，并且可以包括安装框架142，安装框架142具有用于将壳体110连接到打印杆(print bar)的销152。用于从外部处理器接收数据并向电路小片提供驱动信号的柔性电路201可以电连接到电路小片103并由壳体110保持就位。套管162和166可以是图1中流体路径24a、24b的一部分，并被连接到图1的盒12以向电路小片103供给流体。

参照图5，电路小片103包括例如绝缘硅(SOI)晶片的基板122和集成电路内插器104。在基板122内，形成流体通路242，沿着M方向(单箭头)或沿着N方向(双箭头)在入口176和出口172(例如，图4中的套管162、166)之间使流体再循环，同时将流体从喷嘴126输送到要喷出的泵送腔室174。在实施方式中，入口176可以连接到图1中的流体容器14a，而出口172可以连接到流体容器14b。在图示的示例中，泵送腔室174是流路242的一部分。每个流体通路242包括导向泵送腔室174并进一步导向喷嘴126和出口通道172两者的入口通道176。流体通路242还包括将泵送腔室174分别连接到入口通道176和出口通道172的泵送腔室入口276和泵送腔室出口272。流体通路可以通过例如蚀刻等半导体加工技术形成。在一些实施例中，深反应离子蚀刻用于形成直壁特征，其部分地或全部地延伸通过电路小片103中的层。在一些实施例中，与绝缘层284相邻的硅层286通过使用绝缘层作为蚀刻终止层而被整体蚀刻。泵送腔室174由膜180密封，并可以由在膜180的与泵送腔室174相对的表面上形成的致动器致动。喷嘴126形成在喷嘴层184中，其位于泵送腔室174的与膜180相对的一侧。膜180可以由单一的硅层形成。可替换地，膜180可以包括一个或多个氧化物层，或者可以由氧化铝(AlO₂)、氮化物或氧化锆(ZrO₂)形成。

致动器可以是由基板122支撑的单独可控的致动器401。应考虑多个致动器401来形成致动器层，其中致动器可以在电气上和物理上彼此分开，然而一部分层除外。基板122包括可选的绝缘材料层282，如位于致动器和膜180之间的氧化物。当启动时，致动器导致流体从相应流体通路242的喷嘴126选择性地喷射。每个流路242连同其相关联的致动器401一起提供了单独可控的MEMS流体喷射器单元。在一些实施例中，致动器401的激活导致膜180偏转到泵送腔室174中，减少泵送腔室174的体积并迫使流体离开喷嘴126。致动器401可以是压电致动器，并可以包括下电极190、压电层192和上电极194。可替换地，流体喷射元件可以是加热元件。

集成电路内插器104包括晶体管202(在图5中仅示出一个喷射装置，从而仅示出一个晶体管)，并被构造为提供用于控制来自喷嘴126的流体喷射的信号。基板122和集成电路内插器104包括形成于其中的多个流体流路242。

参照图6，流体可以从例如图1中流体容器14a、14b之一的流体供给器件流动通过打印头主体100的下壳体322(图4)、集成电路内插器104、电路小片103并流出位于喷嘴层184中的喷嘴126。下壳体322可以由分隔壁130分隔，以提供入口腔室132和出口腔室136。来自流体供给器件的流体可以流入到流体入口腔室132中，流过在下壳体322底面的流体入口101、下壳体322的流体入口渠道476、电路小片103的流体通路242、下壳体322的流体出口渠道472、出口102，进入出口腔室136，并流向流体返回处例如图1流体容器14a、14b中的另一个。在流体再循环期间，流动方向也可以与如上所述的相反。通过电路小片103的流体的一部分可以从喷嘴126喷射。

每个流体入口101和流体入口渠道476共同地流体连接到一些例如一个、两个或更多排单元的MEMS流体喷射器单元的并行入口通道176。类似地，每个流体出口102和每个流体出口渠道472共同地流体连接到一些例如一个、两个或更多排单元的MEMS流体喷射器单元的并行出口通道172。每个流体入口腔室132共通至多个流体入口101。而每个流体出口腔室136共通至多个出口102。术语“入口”和“出口”并不表示流动方向。换句话说，可以提供从入口101或从出口102流向位于电路小片103中的泵送腔室的流体，这取决于两个流体供给器件之间的流动方向。打印头模块在美国专利申请序列12/833,828中进行了讨论，其全部内容在此引入作为参考。

在其它实施方式中，每个流体容器14a、14b可以包括流体加注口，从而可以重复使用系统10。例如，当容器中的流体基本上用尽时，同种流体可以通过加注口再填充到容器中。在一些实施方式中，所使用的容器可以清洁，不同的流体可以填充到容器中用于测试打印。流体容器14a、14b可以与腔室22a、22b相同。换句话说，流体可以直接存储在腔室22a、22b中，无需容器14a、14b。不同腔室22a、22b中的流体压力可以使用如之前所说明的压力源28和控制器26进行类似地控制。流路24a、24b、24c每个可对应于在各实施方式中的多个流路。

在其它实施方式中，流体容器14a、14b不包括任何感测装置，以确定容器中的流体水平。当满的流体袋通过再循环和喷出被清空时，系统10可以被程序化为停止打印。没有流体从第二袋回流到空袋。这样的设计可以降低系统10的成本。一般情况下，在本实施例中，在喷出之前，流体容器之一例如容器14a是满的，而另一容器例如容器14b是空的。为了充分利用容纳在流体容器14a中的流体，打印头主体16可以进行程序化喷出，直到没有流体留在流体容器14a中。

流体可以包括各种颜色和性能的油墨。也可以用食品级打印流体。在一些实施方式中，流体也可以包括非图像形成流体。例如，三维模型膏剂可以选择性地沉积以建立模型。生物样品可以沉积在分析阵列上。也可以使用电路形成材料。

本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献的全部内容并入本文作为参考。

其它的实施例涵盖在以下权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种用于流体喷射的设备，所述设备包括：

打印头，所述打印头包括流路和与所述流路连通的喷嘴，所述流路具有第一端部和第二端部；

第一容器，所述第一容器与所述流路的第一端部流体地联接，所述第一容器具有第一可控内部压力；

第二容器，所述第二容器与所述流路的第二端部流体地联接，所述第二容器具有第二可控内部压力；以及

控制器，所述控制器根据第一模式和第二模式控制第一内部压力和第二内部压力，以通过所述打印头中的流路在所述第一容器和所述第二容器之间具有流体流，在任一模式下，在所述喷嘴喷射时，沿着所述流路流动的流体的至少一部分被输送到所述喷嘴，所述第一模式具有比第二内部压力更高的第一内部压力，并且所述第二模式具有比第一内部压力更高的第二内部压力，流体根据所述第一模式从所述第一容器流向所述第二容器，并根据所述第二模式从所述第二容器流向所述第一容器。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一内部压力和所述第二内部压力两者均比大气压力更低。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述第一内部压力与第二内部压力之间的差比大气压力与所述第一内部压力或第二内部压力之间的差更大。

4.如权利要求1所述的设备，其中，当所述喷嘴喷射时，所述控制器将所述第一容器和第二容器之间的流体流的速率控制为高于从所述第一容器或第二容器输送到所述喷嘴的流体的速率。

5.如权利要求1所述的设备，其中，在给定的时间周期内，在所述第一容器和第二容器之间流动的流体的量小于或等于在所述打印头喷射流体时由所述打印头喷射的流体的量的10倍。

6.如权利要求1所述的设备，还包括传感器，用于感测所述第一容器和所述第二容器中的每个的流体水平。

7.如权利要求6所述的设备，其中，当所述第二容器中的被感测的流体水平低于预定值时，所述控制器控制第一内部压力和第二内部压力处于所述第一模式下。

8.如权利要求6所述的设备，其中，当所述第一容器中的被感测的流体水平低于预定值时，所述控制器控制第一内部压力和第二内部压力处于所述第二模式下。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一容器处于第一腔室中，并且所述第二容器处于第二腔室中，所述第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空气。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一腔室和第二腔室中的每个连接到真空源，以提供对第一内部压力和第二内部压力的调节。

11.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一容器和第二容器是自包含流体贮存器。

12.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一容器和第二容器被安装在可连接到所述打印头的壳体上。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述壳体和所述打印头之间的连接可以在第一状态和第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述第一容器和第二容器与所述流路流体连通；在所述第二状态下，所述第一容器和第二容器与所述流路流体地断开。

14.一种用于流体喷射的方法，所述方法包括：

沿着第一流路以受控的流速将流体的第一部分从第一容器输送到第二容器，所述第一流路中的所述流体的第一部分沿第一方向通过打印头中的第二流路，所述第二流路将所述第一流路流体地联接至喷嘴，以使得当所述喷嘴喷射从所述第一容器输送的流体时，穿过所述第一流路的、所述流体的第二部分通过所述第二流路被输送至所述喷嘴；以及

沿着第三流路以受控的流速将所述流体的第三部分从所述第二容器输送到所述第一容器，所述第三流路中的所述流体的第三部分沿着与所述第一方向相反的第二方向通过所述打印头中的所述第二流路，所述第二流路将所述第三流路流体地联接至所述喷嘴，以使得当所述喷嘴喷射从所述第二容器输送的流体时，穿过所述第三流路的、所述流体的第四部分通过所述第二流路被输送至所述喷嘴。

15.如权利要求14所述的方法，还包括维持所述第一容器的内部压力与所述第二容器的内部压力之间的压力差。

16.如权利要求15所述的方法，还包括维持所述第一容器和第二容器的每个内部压力低于大气压力。

17.如权利要求16的方法，其中，将所述第一容器和第二容器的任一内部压力与大气压力之间的压力差维持为小于所述第一容器的内部压力与所述第二容器的内部压力之间的压力差。

18.如权利要求15的方法，其中，所述第一容器和第二容器是柔性的，并且通过向柔性的第一容器和第二容器的外表面施加不同的压力使压力差得以维持。

19.如权利要求14的方法，还包括：感测所述第一容器和第二容器中的流体水平，并且基于被感测的流体水平从所述第一方向和第二方向中选择流体输送方向。

20.如权利要求19的方法，其中，在选定的方向上输送流体包括：调节所述第一容器和第二容器的内部压力。

21.一种用于流体喷射的设备，所述设备包括：

打印头，所述打印头包括流路和与所述流路连通的喷嘴，所述流路具有第一端部和第二端部；

第一容器，所述第一容器与所述流路的第一端部流体地联接，所述第一容器具有第一可控内部压力；

第二容器，所述第二容器与所述流路的第二端部流体地联接，所述第二容器具有第二可控内部压力，所述第一容器和第二容器是自包含流体贮存器；以及

控制器，所述控制器用于控制第一内部压力和第二内部压力，并且在所述第一容器和所述第二容器之间通过所述打印头中的流路具有流体流，在所述喷嘴喷射时，沿着所述流路流动的至少一部分流体被输送到所述喷嘴，第一内部压力高于第二内部压力。

22.如权利要求21所述的设备，其中，所述第一内部压力和所述第二内部压力两者均比大气压力低。

23.如权利要求21所述的设备，其中，所述第一容器处于第一腔室中，并且所述第二容器处于第二腔室中，所述第一容器和第二容器是柔性的并且基本上不包含空气。

24.如权利要求23所述的设备，其中，所述第一腔室和第二腔室中的每个连接到真空源，以提供对第一内部压力和第二内部压力的调节。

25.如权利要求21所述的设备，其中，在使用之前，所述第一容器包含流体并且所述第二容器是空的。