CN107257738B - 按需滴墨印刷头和按需滴墨印刷方法 - Google Patents

Abstract

一种按需滴墨印刷方法，包括在印刷头中执行下述步骤：排出第一液体的第一初始液滴(x21A)，以使其沿第一路径移动；排出第二液体的第二初始液滴(x21B)，以使其沿第二路径移动；控制第一初始液滴(x21A)与第二初始液滴(x21B)的飞行，以使第一初始液滴与第二初始液滴在印刷头内的反应室内的连接点(x32)处结合成结合液滴(x22)，从而在反应室的受控环境内、在第一初始液滴的第一液体与第二初始液滴的第二液体之间引发化学反应；以及至少借助于气流(x71A，x71B)控制结合液滴(x22)的飞行。

Description

按需滴墨印刷头和按需滴墨印刷方法

技术领域

本发明涉及按需滴墨印刷头和按需滴墨印刷方法。

背景技术

喷墨印刷是一种通过将墨滴发射到纸、塑料或其他基底上来再造数字图像的印刷方式。使用中有两种主要技术：连续(CIJ)和按需滴墨(DOD)喷墨。

在连续喷墨技术中，高压泵引导油墨与快干溶剂的液体溶液从储存器穿过枪体和微小的喷嘴，通过普拉托-瑞利(Plateau-Rayleigh)不稳定性产生连续的墨滴流。压电晶体随着其在枪体内振动而产生声波，并使液流每隔一定时间分解成液滴。墨滴在它们形成时经受带电电极产生的静电电场；该电场根据所需的液滴偏转程度而变化。这在每个液滴上产生受控的、可变的静电电荷。带电的液滴通过一个或多个不带电的“保护液滴”分开，以使相邻液滴之间的静电排斥最小。带电的液滴穿过静电场并且通过静电偏转板引导(偏转)，以印在受体材料(基底)上，或者允许依旧不偏转，以到达收集槽供再使用。更高度带电的液滴偏转程度更大。只有少部分液滴被用于印刷，大部分被回收。油墨系统需要主动的溶剂调节，以抵抗飞行期间(喷嘴喷射与槽回收之间的时间)以及来自排气过程的溶剂蒸发，与未使用的液滴一起吸入槽中的气体通过该排气过程从储存器中排出。监测粘度并加入溶剂(或溶剂混合物)，以抵消溶剂损失。

按需滴墨(DOD)可以分为低分辨率DOD印刷机，其使用电动阀以在印刷基底上喷出较大的墨滴，或者高分辨率DOD印刷机，其可以通过使用排出液滴的热DOD和压电DOD方法来喷出非常小的墨滴。

在热喷墨过程中，印刷墨盒包含一系列微小腔室，其每个都含有加热器。为了从每个腔室喷出液滴，使电流脉冲穿过加热元件，引起腔室内油墨快速蒸发形成气泡，这引起压力大幅度增加，将墨滴发射到纸上。油墨的表面张力以及汽泡的凝结及由此产生的收缩带动油墨穿过附接于油墨储存器的狭窄通道再次填充进入腔室。所使用的油墨通常是水基的，并且使用颜料或染料作为着色剂。所使用的油墨必须具有挥发性成分以形成汽泡，否则无法发生液滴喷射。

压电DOD使用每个喷嘴后部的油墨填充室中的压电材料代替加热元件。当施加电压时，压电材料改变形状，这在液体中产生了将墨滴推出喷嘴的压力脉冲。仅在需要时，DOD过程使用引导头部每点施加0至8个墨滴的软件。

除了办公室应用之外，高分辨率印刷机还正用在一些工业编码和标记的应用中。热喷墨更常用于主要针对较小印痕的基于墨盒的印刷机，例如用于制药工业。诸如Spectra或Xaar公司的压电印刷头已经成功地用于高分辨率箱体编码的工业印刷机。

所有DOD印刷机都拥有一个共同的特征：与CIJ技术相比，排出的墨滴在施加于无孔基底上时的干燥时间更长。原因是快干溶剂的使用，其被考虑快干溶剂进行设计的CIJ技术充分接受，但是这种使用一般在DOD技术中需要受到限制，特别是高分辨DOD。这是因为快干油墨会在喷嘴上引起干后变淡(dry back)。在大多数已知的应用中，高分辨率DOD印刷机在无孔基底上的的印痕的干燥时间会是CIJ的至少两倍，通常是三倍以上。这在某些工业编码应用中是缺点，例如非常快速的生产线，其中数秒的干燥时间可能使仍然湿润的(没有干燥的)印痕在与其他物体接触时遭受破坏。

高分辨率DOD技术的另一个缺点是有限的滴墨能量，这就要求基体被非常均匀地且紧靠印刷喷嘴地引导。这也被证明了对一些工业应用是不利的。例如，当被编码的表面不平坦时，其无法被引导为极其靠近喷嘴。

CIJ技术也被证明了具有固有局限性。迄今为止，CIJ尚未成功用于高分辨率印痕，因为其需要特定的液滴尺寸来正常工作。CIJ技术的另一个众所周知的缺点是溶剂的使用率高。这不仅造成供应成本高，而且还可能对操作者和环境有害，因为最有效的溶剂是有毒的，例如广泛使用的MEK(甲基乙基酮)。

下述文献说明了对喷墨印刷技术的各种改进。

T.Hasegawa等人的文章“供体-受体型有机电荷转移复合物的双注射喷墨印刷：湿/非湿限定及其对于接触工程的应用”(固体薄膜杂志第518期(2010)，第3988-3991页)提出了一种双注射喷墨印刷(DS-IJP)技术，其中，包括可溶组分供体(例如，四硫富瓦烯，TTF)和受体(例如，四氰基对苯二醌二甲烷，TCNQ)分子的两种皮升级墨滴独立地沉积在基底表面的相同位置，以形成TTF-TCNQ的难溶金属化合物膜。该技术使用湿/非湿表面改性来将单独印刷的供体和受体油墨的混合液滴限制于预定区域，这导致皮升级瞬时的复合物形成。

美国专利US7429100提出了用于增加连续操作的喷墨印刷机的墨滴射流中的墨滴的数量的方法和装置，其中将至少两个分别产生的墨滴射流的墨滴结合成一个墨滴射流，使得结合的墨滴射流完全封住对应的分开的墨滴射流的分开的墨滴，并因此在单独的流中具有等于墨滴的数量之和的墨滴数量。来自单独的流的液滴彼此不碰撞并且彼此不结合，而是在结合的墨滴射流中仍然是分开的墨滴。

美国专利申请US20050174407提出了一种用于沉积固体材料的方法，其中一对喷墨印刷设备各自沿使得墨滴在飞行过程中碰撞的方向喷射墨滴，形成继续朝基底前进的混合液滴，其中混合液滴形成在印刷头外部。

日本专利申请JP2010105163A公开了一种喷嘴板，其包括多个喷嘴孔，所述喷嘴孔排出在喷嘴板外部飞行时结合的液体。

美国专利US8092003提出了用于使用数字油墨和催化剂在基底上数字印刷图像的系统和方法，该催化剂引发和/或加速油墨在基底上的固化。油墨与催化剂在处于喷墨印刷机的头部内时保持彼此分离，并且仅在从头部排出后结合，即在头部外部结合。这可能在液滴在头部外飞行时聚结的精确控制方面产生问题，并且在被印刷物体上的液滴放置时相应地缺乏精确控制。

例如，如专利文献US3657599、US20110193908或US20080074477中描述的那样，存在用于通过使用电极影响带电液滴来改变离开印刷头的液滴速度的各种已知布置。

美国专利申请US20080074477公开了一种用于在连续喷墨印刷机中控制液滴体积的系统，其中，均从单个喷嘴喷出的一系列墨滴沿纵向轨迹喷射在目标基底上。从该轨迹中的一系列液滴中选择一组液滴，并通过使该组液滴的上游液滴静电加速和/或使该组液滴的下游液滴静电减速而将该组液滴结合成单个液滴。

德国专利申请DE3416449和DE350190提出了包括产生连续液滴流的液滴发生器的CIJ印刷头。由于喷嘴附近的周期性压力扰动而产生液滴流，其将出现的喷墨分解成相同尺寸且等间隔的液滴。大部分液滴通过槽收集并送回向液滴发生器供应油墨的储存器，如CIJ技术中常见的那样。

日本专利申请JPS5658874提出了一种包括产生等间隔的液滴流的喷嘴的CIJ印刷头，其中一些液滴通过槽收集，并且只有一些液滴到达待印刷表面。液滴路径通过一组电极改变，使得一种液滴的路径被改变为与另一种液滴的路径相交。

由于CIJ和DOD技术的印刷头之间的实质性结构和技术差异，这些印刷头彼此不兼容并且单独的特征在各技术之间不可转换。

美国专利US8342669公开了一种包括至少两种油墨的油墨组，这些油墨可以在任何时间混合(如下：喷出前、喷出过程中或喷出之后)。特定的实施方式表明油墨可以在离开油墨喷头和基底之间的任何位置、即飞行中的任何位置被混合或结合。油墨在油墨喷出装置和基底之间结合后，液滴可以开始反应，即乙烯基单体的聚合可以开始，并且液滴的动量可将墨滴带至基底上的所需位置。然而，这存在的缺点是难以控制墨滴聚结的参数，因为油墨喷出装置的外部环境是可变的。

美国专利申请US2011/0181674公开了一种喷墨印刷头，其包括：压力室，其储存从储存器中吸入的第一油墨并且通过致动器的驱动力将第一油墨输送到喷嘴；以及缓冲器，其设置在压力室与喷嘴之间并且允许第一油墨与通过用于第二油墨的油墨路径吸取的第二油墨混合。该方案的缺点是混合油墨与喷嘴接触。这可能在混合油墨的物理化学参数不允许喷出混合油墨时，或者在混合油墨化学不稳定并且混合油墨内发生的反应导致不允许喷出混合油墨的物理化学参数的变化时，或者在反应导致混合油墨凝固时造成问题。在混合油墨组分的同时引发化学反应的情况下，与喷嘴接触的混合油墨的任何残余物都可能造成残余物堆积，导致在印刷过程中堵塞喷嘴。

发明内容

与DOD喷墨印刷有关的问题是油墨在沉积在表面上之后的固化时间实际较长。

仍需要改进DOD喷墨印刷技术，以缩短油墨在沉积在表面上之后的固化时间。另外，有利的是与较高的液滴能量和更精确的液滴放置相结合而得到这种结果，以编码不同基底和形状的不同产品。

需要改进喷墨印刷技术，试图减少印痕的干燥(或固化)时间并且增加从印刷机排出的印刷液滴的能量。本发明将这两个优点结合起来并且使它们达到迄今为止仅CIJ印刷机可达到而一般DOD技术领域(主要是在针对干燥时间时)不能达到、特别是高分辨率DOD技术不可达到的水平，其中与现有技术的状况相比，干燥(固化)时间和液滴能量都已经得到极大改进。本发明还解决了CIJ技术的主要缺点，使得溶剂使用量最低减少10倍，并且与CIJ的液滴相比允许高速排出更小的液滴，同时所得到的印痕可以在各种各样的基底上仍以极短的时间固结并且具有极高的粘附力。

提出了一种按需滴墨印刷方法，其包括在印刷头中执行下述步骤：排出第一液体的第一初始液滴，以使其沿第一路径移动；排出第二液体的第二初始液滴，以使其沿第二路径移动；控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行，以使第一初始液滴与第二初始液滴在印刷头内的反应室内的连接点处结合成结合液滴，从而在反应室的受控环境内、在第一初始液滴的第一液体与第二初始液滴的第二液体之间引发化学反应；以及至少借助于气流控制结合液滴的飞行。

该方法还可以包括借助于印刷头元件的表面来控制结合液滴的飞行。

该方法还可以包括至少借助于气流来控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

该方法还可以包括借助于印刷头元件的表面来控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

该方法还可以包括通过引导第一初始液滴和第二初始液滴的分隔件来控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

该方法还可以包括通过电场来控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

该方法还可以包括控制反应室内的至少一个下述参数：室温、气体速度、气体温度、气体组分、电场、超声场、紫外光。

控制结合液滴的飞行的气流可以是间歇性的，并且至少在结合液滴从反应室中的连接点穿过印刷头到达印刷头的出口的飞行时间内产生。

控制结合液滴的飞行的气流可以以连续的方式产生。

气流的温度可以高于环境温度。

该方法还可以包括将印刷头的内部加热到高于环境温度的温度。

该方法还可以包括将初始液滴加热到高于待印刷表面的温度的温度。

气流可以具有高于所产生的第一初始液滴和第二初始液滴的温度的温度。

在结合液滴产生后，气流可以连续产生一定时间。

第一液体可以是油墨基，并且第二液体可以是用于固化油墨基的催化剂。

还描述了一种按需滴墨印刷头，其包括：喷嘴组件，该喷嘴组件包括：第一喷嘴，其通过第一通道与具有第一液体的第一液体储存器连接并且具有第一液滴产生和推动装置，第一液滴产生和推动装置用于按需形成第一液体的第一初始液滴并且排出第一初始液滴，以使其沿第一路径移动；以及第二喷嘴，其通过第二通道与具有第二液体的第二液体储存器连接并且具有第二液滴产生和推动装置，第二液滴产生和推动装置用于按需形成第二液体的第二初始液滴并且排出第二初始液滴，以使其沿第二路径移动。所述印刷头还包括反应室。第一路径与第二路径在反应室内在连接点处相交。该印刷头还包括：用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的装置，并且其被构造为允许第一初始液滴与第二初始液滴在连接点处结合成结合液滴，从而在反应室的受控环境内、在第一初始液滴的第一液体与第二初始液滴的第二液体之间引发化学反应；以及至少一个供气喷嘴，其被构造为提供用于控制结合液滴飞行的气体。

还公开了一种喷墨印刷头，其包括喷嘴组件，该喷嘴组件具有：至少两个喷嘴，每个喷嘴通过通道与分开的液体储存器连接，以在喷嘴出口处形成液体的初始液滴；分隔件，其具有下游变窄截面、定位在喷嘴出口之间，以用于限制印刷头内的初始液滴从喷嘴出口开始在朝向连接点的方向上、要在连接点处被结合成结合液滴的运动的自由度；其中初始液滴的运动自由度沿分隔件的每个侧壁的长度受到限制，该长度不小于在该侧壁处离开喷嘴出口的初始液滴的直径；其中喷嘴出口被构造为以朝向印刷头的纵轴线倾斜的角度排出初始液滴；以及盖，其封闭喷嘴出口和连接点。

还公开了一种喷墨印刷头，其包括喷嘴组件，该喷嘴组件包括：一对喷嘴，每个喷嘴通过通道与分开的液体储存器连接，以用于在喷嘴出口处在下游方向上排出液体的初始液滴，以在连接点处结合成结合液滴；主外壳，其围绕喷嘴出口并且具有在下游方向上变窄的截面；气流源，其被构造为在主外壳内在下游方向上流动；并且其中连接点位于主外壳内。

在一个或多个实施方式中，印刷头可以具有至少一个下述特征。

印刷头还可以包括元件，该元件被构造为沿这些元件的表面控制结合液滴的飞行。

印刷头还可以包括至少一个供气喷嘴，该供气喷嘴被构造为提供用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的气体。

印刷头还可以包括元件，该元件被构造为沿这些元件的表面控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的装置可以由定位在喷嘴出口之间的、具有下游变窄截面的分隔件形成。

分隔件可以被构造为沿其侧壁引导初始液滴。

分隔件可以被构造为朝向连接点弹起初始液滴。

分隔件可以使其侧壁与喷嘴出口邻接并且可以被构造为沿其侧壁引导初始液滴，以在分隔件顶端处结合成结合液滴，该分隔件顶端形成用于限制初始液滴的结合自由度的装置。

分隔件的每个侧壁的长度都可以大于离开与该侧壁邻接的喷嘴出口的初始液滴的直径。

用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的装置可以具有围绕喷嘴出口并且具有在下游方向上变窄的截面的主外壳的形式；以及在主外壳内向下游流动的气流源。

主外壳可以在其下游出口处具有第一区段，该第一区段的直径大于结合液滴的直径。

主外壳可以在其下游出口处具有第一区段，该第一区段的直径不大于结合液滴的直径。

主外壳的第一区段的长度可以不小于结合液滴的直径。

印刷头还可以包括副外壳，其围绕主外壳并且连接到气流源并且包括第一区段，该第一区段从主外壳的第一区段的出口向下游延伸并且具有向下游减小到大于结合液滴的直径的直径。

主外壳还可以包括第三区段，其平行于喷嘴的外壁向上游延伸。

印刷头还可以包括用于限制初始液滴结合成结合液滴的自由度的装置。

用于限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴的自由度的装置可以具有下游变窄截面的管的形式。

该管可以定位在连接点处。

该管可以在下游远离连接点。

第一液体可以是油墨基，并且第二液体可以是用于固化油墨基的催化剂。

印刷头还可以包括位于主外壳的出口处和/或位于副外壳的出口处的充电电极，和/或在下游位于副外壳的出口后部的偏转电极。

喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜5°至75°，优选15°至45°。

两个喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜相同的角度。

喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜不同的角度。

喷嘴可以被构造为平行于印刷头的纵轴线排出液体的初始液滴。

喷嘴出口可以被加热。

印刷头可以包括平行设置的多个喷嘴组件。

分隔件还可以被构造为改变初始液滴在印刷头内从喷嘴出口开始在朝向连接点的方向上的运动路径。

分隔件可以被构造为沿其侧壁引导初始液滴。

印刷头还可以包括用于限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴的自由度的装置。

分隔件可以被构造为从喷嘴出口到连接点引导印刷头内的初始液滴并且限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴的自由度。

用于限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴的自由度的装置可以具有下游变窄截面的管的形式。

分隔件可以具有截头顶端。分隔件的侧壁可以相对于印刷头的纵轴线倾斜5°至75°的角度，更优选倾斜15°至45°，特别是0°。分隔件的侧壁可以具有平坦的、凹入的或凸起的形状，以沿预定的飞行路径引导初始液滴。在分隔件的侧壁不平坦的情况下，它们各部分可以相对于印刷头的纵轴线倾斜0°至90°的角度。

分隔件的两个侧壁可以相对于印刷头的纵轴线倾斜相同的角度。

分隔件的侧壁可以相对于印刷头的纵轴线倾斜不同的角度。

分隔件的侧壁可以相对于印刷头的纵轴线倾斜不大于喷嘴通道的倾斜角度的角度。

分隔件的侧壁可以相对于印刷头的纵轴线倾斜大于喷嘴通道的倾斜角度的角度。

分隔件可以被加热。

印刷头还可以包括用于将气体吹向分隔件顶端的供气喷嘴。

喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜0°至90°的角度，优选5°至75°，更优选15°至45°。

初始液滴可以相对于印刷头的纵轴线以0°至90°、优选5°至75°、更优选15°至45°、特别是90°的喷出角度从喷嘴喷出。初始液滴可以相对于印刷头的纵轴线以等于喷嘴倾斜角度的喷出角度喷出。

初始液滴可以相对于印刷头的纵轴线以不同于喷嘴倾斜角度的喷出角度喷出。

特别地，初始液滴可以垂直于印刷头的纵轴线喷出。

两个喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜相同的角度。

喷嘴可以相对于印刷头的纵轴线倾斜不同的角度。

结合液滴的飞行可以至少借助于气流控制。

附图说明

在附图上通过示例性实施方式示出了本发明，其中：

图1示意性示出本发明的第一实施方式的总览；

图2A和图2B示意性示出第一实施方式的第一变型；

图2C示意性示出第一实施方式的第二变型；

图2D示意性示出第一实施方式的第三变型；

图2E示意性示出第一实施方式的第四变型；

图3、图4A、图4B、图5和图6示意性示出本发明的第二实施方式的第一变型；

图4C示意性示出本发明的第二实施方式的第二变型；

图7示意性示出本发明的第三实施方式；

图8示意性示出本发明的第四实施方式；

图9、图10、图11示意性示出用于将液滴推出喷嘴的不同装置；

图12A示意性示出本发明的第五实施方式的第一变型；

图12B示意性示出本发明的第五实施方式的第二变型；

图12C示意性示出本发明的第五实施方式的第三变型；

图12D-12F示意性示出本发明的第五实施方式的第四变型；

图12G示意性示出本发明的第五实施方式的第五变型；

图12H示意性示出本发明的第五实施方式的第六变型；

图13示意性示出根据第六实施方式的印刷头。

具体实施方式

通过下面的按需滴墨印刷头和按需滴墨印刷方法的优选实施方式的详细描述，本发明的细节和特征、其本质及各种优点将变得更显而易见。

本发明通过允许使用在印刷头内的反应室中进行化学反应的快速固化组分而允许缩短油墨在沉积在表面上之后的固化时间，从而提高了印刷过程的效率和可控性。换言之，本发明提供受控环境中的聚结。

在根据本发明的印刷头中，反应室被构造为使得初始液滴可以在其中结合成结合液滴，其中引发化学反应，但没有堵塞反应室或反应室出口的风险。这是通过诸如在初始液滴彼此结合之前引导初始液滴远离喷嘴出口(例如，远离至初始液滴直径的至少50％的距离)的分隔件、气流或电场来实现的，使得初始液滴在飞行中结合(在反应室的受控且可预测的环境中)并且立即离开反应室。

反应室优选在形成结合液滴的连接点处具有不小于结合液滴的预期尺寸的尺寸，从而允许初始液滴良好聚结。

在初始液滴聚结形成结合液滴时，在形成第一初始液滴的第一液体的组分与形成第二初始液滴的第二液体的组分之间引发化学反应。各种物质可以用作初始液滴的组分。下述示例将仅看作示例性的，并且不限制本发明的范围：

-可以通过单体的初始液滴(例如：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯，可选地添加着色剂)与引发剂的第二初始液滴(例如：催化剂，诸如三羟甲基-三(1-吖丙啶基丙酸酯)或氮丙啶(azaridine)，此外可以使用紫外光作为引发剂)之间的化学反应形成的聚丙烯酸酯的结合液滴；

-可以通过单体的初始液滴(例如：4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或不同的脂肪族或脂环族的单体二异氰酸酯)与引发剂的第二初始液滴(例如：一元醇、二元醇或多元醇，诸如丙三醇或乙二醇；硫醇，可选地添加着色剂)之间的化学反应形成的聚氨酯的结合液滴；

-可以通过单体的初始液滴(例如：碳酰亚胺)与引发剂的第二初始液滴(例如二羧酸，诸如己二酸，可选地添加着色剂)之间的化学反应形成的聚碳酰亚胺的结合液滴。

总的来说，第一液体可以包括第一聚合物形成体系(优选地，一种或多种化合物，例如单体、低聚物(树脂)、聚合物等，或它们的混合物)，并且第二液体可以包括第二聚合物形成体系(优选地，一种或多种化合物，例如单体、低聚物(树脂)、聚合物、聚合反应的引发剂、一种或多种交联剂等，或它们的混合物)。化学反应优选为聚合反应或共聚反应，其可以包括交联，例如缩合聚合、加成聚合、自由基聚合、离子聚合或配位聚合。另外，第一液体和第二液体可以包括其他物质，例如，溶剂、分散剂等。

通过控制反应室的环境，可以实现初始液滴的可控的、充分的聚结(这仅在特定的条件下发生，取决于液体，例如速度、液滴的质量、表面张力、粘度、入射角等)。通常不能在印刷头外部环境中控制这些参数，其中环境温度、压力、湿度、风速可能变化并且对聚结过程具有显著影响(并且导致液滴飞行路径偏离、产生卫星液滴(这可能堵塞印刷头的内部)、反弹初始液滴，这就算不导致印刷过程完全出现故障也可能至少导致质量损失)。

通过提高印刷头内的温度，可以减小初始液滴的表面张力和粘度。

如果聚结过程受到控制，则可以在结合液滴的体积内部均匀地发生化学反应，从而提供具有可预测质量的印刷品。初始液滴的液体由于液滴之间的碰撞而聚结。液滴内的混合通过机械方式以及组分的扩散来实现。扩散速度取决于单独的液滴中的组分浓度差异以及温度依赖性扩散系数。随着温度的升高，扩散系数增大，并且组分在结合液滴内的扩散速度增大。因此，温度的升高导致结合液滴的组合物更均匀。

另外，对于某些组合物，特别是由至少3种液滴形成的组合物，除了单体和引发剂外，可以引入额外的抑制剂的初始液滴，以使单体与引发剂之间的化学反应慢下来，从而允许在聚合之前更好地使组合物均质化。

如果结合液滴形成为使得其具有高于待印刷表面的温度的温度，则结合液滴在撞击被印刷的表面时受到快速冷却，并且其粘度增大，因此液滴不易于从其沉积的位置处移开。这种冷却过程应该在沉积时增大结合液滴的密度和粘度，而不达到最终凝固阶段，因为最终的凝固应该由完成的化学反应产生而不仅仅由温度变化产生。此外，由于已经在结合液滴中引发化学反应(即，聚合、固化(交联))，因此印刷物的单独层的交联得到改善(这对于3D印刷特别重要)。

提出的按需滴墨印刷头及按需滴墨印刷方法可以用于各种应用，包括高质量印刷，甚至是在无孔基底或有限渗透的表面上的应用。聚合物的极好的粘附力与较高液滴能量相结合允许在各种各样的产品上、在它们生产过程的最后阶段进行高速的工业印刷和编码。包括初步密度增加的、对逐渐凝固的控制允许液滴停留在被施加的位置，但是同时允许化学反应在最终凝固之前完成，使该技术适合于先进的3D印刷。单独层之间的交联将允许避免最后的3D印刷材料的各向异性类现象，这与现有大量的基于3D喷墨的技术相比将是有利的。

第一实施方式

根据本发明的喷墨印刷头100的第一实施方式在图1中以总览示出，并且在图2A-2E上以各种变型中的详细的剖视图示出。图2A和图2B示出了相同的剖视图，但是为了附图的清楚起见，在不同的图中已标注不同的元件。

喷墨印刷头100可以包括一个或多个喷嘴组件110，其每个都被构造为产生结合液滴122，该结合液滴122由从通过分隔件131分开的一对喷嘴111A、111B喷出的两种初始液滴121A、121B形成。本实施方式可以通过使用超过两个喷嘴来增强。图1示出了具有平行设置的8个喷嘴组件110的头部，以在基底190上印刷8点行191。值得注意的是，替代实施方式中的印刷头可以仅包括单个喷嘴组件110或多于或少于8个喷嘴组件，甚至可以包括多达256个喷嘴组件或更多喷嘴组件，以进行更高分辨率的印刷。

喷嘴组件110中的一对喷嘴的每个喷嘴111A、111B具有用于从储存器116A、116B引导液体的通道112A、112B。由于图9、图10、图11示出的液滴产生和推动装置161A、161B的操作，在喷嘴出口113A、113B处，液体形成初始液滴121A、121B。喷嘴出口113A、113B与具有下游变窄截面(优选为纵向楔形体或锥体的形状)的分隔件131邻接，该分隔件131将喷嘴出口113A、113B分开，并因此在初始液滴121A和121B从它们各自的喷嘴出口113A和113B完全排出之前防止它们之间不希望的接触。从喷嘴出口113A、113B喷出的初始液滴121A、121B各自沿第一路径和第二路径、沿分隔件131朝向其顶端132移动，在顶端132处它们结合形成结合液滴122，该结合液滴122与分隔件顶端132分离并且朝向待印刷表面行进。因此，分隔件131起到用于控制第一初始液滴121A与第二初始液滴121B的飞行的装置的作用，以允许第一初始液滴121A与第二初始液滴121B在连接点132处结合成结合液滴122。

从两个储存器116A、116B供应的液体是第一液体(优选为油墨)和第二液体(优选为用于引发油墨固化的催化剂)。这允许在第一初始液滴121A的第一液体与第二初始液滴121B的第二液体之间引发化学反应，以在结合液滴122到达待印刷表面之前使结合液滴122中的油墨固化，从而使油墨可以更容易附着于印刷表面和/或更快速地在印刷表面固化。

化学反应在反应室内的连接点132处(在此处第一路径与第二路径相交)引发，反应室在本实施方式中通过印刷头的盖181形成。

例如，油墨可以包括丙烯酸酯(50～80重量份)、丙烯酸(5～15重量份)、颜料(3～40重量份)、表面活性剂(0～5重量份)、甘油(0～5重量份)、粘度调节剂(0～5重量份)。催化剂可以包括氮丙啶基固化剂(30～50重量份)、颜料(3～40重量份)、表面活性剂(0～5重量份)、甘油(0～5重量份)、粘度调节剂(0～5重量份)、溶剂(0～30重量份)。液体可以具有1～30mPas的粘度和20-50mN/m的表面张力。也可以使用现有技术中已知的其他油墨和催化剂。优选地，溶剂的量最大占结合液滴重量的10％，优选最大为5％。这允许显著减少印刷过程中溶剂的含量，这使根据本发明的技术比目前的CIJ技术对环境更友好，在目前的CIJ技术中，溶剂的含量通常超过印刷过程中液滴总质量的50％。出于此原因，本发明被认为是绿色技术。

在第一实施方式的第一变型中，如图2A和图2B所示，墨滴在反应室181内、即当液滴与头部100的组件接触时、特别是在分隔件顶端132处与催化剂液滴结合。然而，头部构造使得喷嘴出口113A、113B通过分隔件131彼此分开，因此油墨和催化剂不直接在喷嘴出口113A、113B处混合，这防止了喷嘴出口113A、113B被堵塞。一旦液滴结合成结合液滴122，分隔件顶端132的堵塞风险就被最小化，因为分隔件顶端132具有小的表面并且移动的结合液滴122的动能足够高，以使结合液滴122与分隔件顶端132分离。分隔件131沿其表面引导液滴121A、121B，因此液滴121A、121B以受控且可预测的方式被引导，直到它们彼此相遇。其能够更好地控制两种初始液滴的聚结过程以及控制结合液滴在从分隔件顶端132排出后所沿的方向。因此，容易控制结合液滴122在待印刷表面上的液滴放置。尽管由于初始液滴121A、121B的尺寸或密度或动能存在差异，因此结合液滴122不会垂直离开头部(如图2A和2B所示)而是以倾斜角度离开头部，但是该角度对于所有液滴来说是相对恒定并且可预测的，因此也可以在印刷过程中考虑到。与液滴在印刷头外部在飞行中结合的现有技术的方案相比，甚至较大尺寸的液滴(例如像基于低分辨率阀门的喷墨印刷机所使用的那些)也可以因分隔件131的使用而以更加可预测的方式结合。

因此，分隔件131起到初始液滴121A、121B在反应室内从喷嘴出口113A、113B到连接点(即，分隔件顶端132)的引导件的作用。分隔件顶端132限制初始液滴121A、121B结合成结合液滴122的自由度，即，结合液滴仅可在分隔件顶端132下方形成，这影响了其向下、朝向盖181上的开口的进一步的行进路径。换言之，在提出的喷墨头中，结合前具有稳定液体性质的、至少两种组分的液滴121A、121B被引导到连接点，其中它们仍保持与头部的部件接触，即，与分隔件131接触直到其端部132。因此，在初始液滴121A、121B的结合和聚结过程中，它们与头部部件接触。

喷嘴112A、112B具有用于喷出液滴的液滴产生和推动装置161A、161B，其在图2A和图2B中仅示意性地标记出，并且在图9-图11中示出了它们的示意性描述的类型。例如，液滴产生和推动装置可以是热式(图9)、压电式(图10)或阀门式(图11)。在阀门的情况下，液体可能需要以足够的压力输送。

图2A和图2B所示的分隔件131是对称的，即其侧壁114A、114B的倾斜角度αA、αB相对于头部100的轴线或喷嘴结构110的轴线相同。在替代的实施方式中，分隔件可以是不对称的，即根据从喷嘴出口113A、113B供应的液体的参数，角度αA、αB可以不同。

倾斜角度αA、αB可以从0°最大到90°，优选5°至75°，更优选15°至45°。

优选地，喷嘴通道112A、112B的倾斜角度βA、βB(在本实施方式中等于初始液滴从喷嘴通道喷出的喷出角度γA、γB)不小于(如图2B所示)对应的分隔件壁114A、114B的倾斜角度αA、αB，从而使喷出的初始液滴121A、121B被迫与分隔件壁114A、114B接触。

分隔件131可以是可更换的，这允许给头部110装配具有对应于印刷所用的液体类型的参数的分隔件131。

分隔件131优选具有分别从喷嘴出口113A、113B到分隔件顶端132测得的、其侧壁114A、114B的长度LA、LB，它们不短于在该侧壁114A、114B处离开喷嘴113A、113B的初始液滴121A、121B的直径dA、dB。这防止了初始液滴121A、121B在它们离开喷嘴出口113A、113B之前融合。

分隔件131的表面优选具有低摩擦系数，以提供液滴121A、121B、122的低粘附力，从而不限制它们的运动并且不引入初始液滴121A、121B的自旋旋转。此外，分隔件131的侧壁是倾斜的，以在侧壁与初始液滴之间具有大润湿角，从而减小粘附力。为了减小分隔件与液滴121A、121B、122之间的粘附力，分隔件和/或喷嘴出口113A、113B可以被加热至高于环境温度的温度。储存器116A、116B中的液体也可以被预加热。工作流体(即，油墨和催化剂)的升高的温度还可以使得初始液滴的聚结过程得到改善，并且优选在施加于基底上时增加结合液滴122的粘附力并减少固化时间。

如图1所示，分隔件131可以是多个喷嘴组件110共有。在替代的实施方式中，每个喷嘴组件110都可以具有其自己的分隔件131和/或盖181，或者喷嘴组件110的子组可具有其自己共同的分隔件131和/或盖181。

印刷头还可以包括盖181，其保护头部部件、特别是分隔件顶端132和喷嘴出口113A、113B不受环境影响，例如防止它们与使用者或印刷基底接触。

此外，盖181可以包括加热元件182，其用于将反应室181内的容积(即，围绕喷嘴出口113A、113B的容积)和分隔件131加热至预定的温度，例如，40℃至60℃(其他温度也可以，取决于液滴的参数)，从而为液滴的结合提供稳定条件。温度传感器183可以定位在盖181内，以感测温度。

此外，印刷头110包括供气喷嘴119A、119B，以用于朝向分隔件顶端132吹气(例如，空气或氮气)，该气体优选被加热到高于环境温度或高于第一和第二储存器中的液体温度的温度(即，加热到高于所产生的第一和第二液滴的温度的温度)，以减少固化时间，增加液滴的运动动力，并且吹走可能形成在喷嘴出口113A、113B、分隔件顶端132处的任何残余物。在本实施方式以及下面描述的其他实施方式中，可以至少在结合液滴从反应室中的连接点穿过印刷头到达印刷头出口的飞行时间内以间歇的方式产生气流，这允许借助于气流控制结合液滴的飞行。此外，至少在从初始液滴离开喷嘴出口直到结合液滴离开印刷头出口的时间内以间歇的方式产生气流，这允许借助于气流控制初始液滴的飞行以及结合液滴的飞行。此外，可以在结合液滴离开印刷头之后继续吹送气流，例如甚至在印刷结束后(即，在最后的液滴产生之后)吹数秒，以清除掉印刷头的部件上来自第一液体、第二液体或它们的组合的任何残余物。也可以以连续的方式产生和输送气流。

因此，本实施方式可用于按需滴墨印刷方法，以排出第一液体的第一初始液滴121A以使其沿第一路径移动并且排出第二液体的第二初始液滴121B以使其沿第二路径移动；以及借助于分隔件控制第一初始液滴121A与第二初始液滴121B的飞行，以使第一初始液滴121A与第二初始液滴121B在印刷头内的反应室181内的连接点132处结合，从而在反应室181的受控环境内、在第一初始液滴121A的第一液体与第二初始液滴121B的第二液体之间引发化学反应。初始液滴121A、121B的飞行路径以及结合液滴122的飞行路径进一步借助于从供气喷嘴119A、119B提供的气流来控制。

如图2C所示，第一实施方式的第二变型与图2A的第一变型的区别在于，具有变窄的截面的管141形成在盖181的出口开口处，即，形成在反应室的出口处。管141的下游出口优选具有直径大致等于结合液滴122的预期直径的截面，或者可替代地其至少不小于结合液滴122的截面的80％。因此，在管141的下游出口处，形成有一种气动结合液滴喷嘴，液滴由于其动能而被推动穿过该气动结合液滴喷嘴。这样提高了其直接向前运动的精度，有利于精确的液滴放置，这又改善了印刷质量。管141定位在距连接点一定的距离处，在本变型中在分隔件131的顶端处。

如图2D所示，第一实施方式的第三变型与图2C的变型的不同之处在于，管141定位在连接点处，使得管141和分隔件131的顶端二者联合起到用于限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴的自由度的装置的作用。因此，管141既起到限制装置的作用，又起到结合液滴喷嘴的作用。换言之，连接点132位于反应室的出口处

如图2E所示，第一实施方式的第四变型与图2C的第二变型的不同之处在于，分隔件131E具有截头顶端132E，使得初始液滴仅从喷嘴出口朝向连接点被引导，而不再在连接点处与分隔件131E接触。在这种情况下，聚结过程不限于在连接点处发生，但是因为初始液滴已经受到分隔件侧壁的引导而至少部分地受到控制，使得它们的方向与已经直接从喷嘴出口排出并且在向连接点移动的途中不受引导的液滴相比被更精确地设定。为了校正因结合液滴122的自由聚结造成的可能出现在结合液滴122处的任何紊乱，管141用于捕获结合液滴122并使其形成预期的直径并且使其与预期的流动轴线对齐。管141在本文中在下游远离连接点。

第二实施方式

根据本发明的喷墨印刷头200的第二实施方式的第一变型在图3中以总览示出。图4A和4B示出了相同的纵剖视图，但是为了附图的清楚起见，不同图中已经标注不同的元件。图5示出了沿平行于图4A和图4B中的部分截取的纵向剖视图。图6示出了各种横向剖视图。

喷墨印刷头200可以包括一个或多个喷嘴组件210，每个喷嘴组件210被构造为产生结合液滴222，该结合液滴222由从一对喷嘴211A、211B喷出的两种初始液滴221A、221B形成。图3示出了具有平行设置的多个喷嘴组件210的头部，以在基底290上印刷多点行291。值得注意的是，印刷头可以仅包括单个喷嘴组件210，或甚至多达256个喷嘴组件或更多喷嘴组件。

喷嘴组件210中的一对喷嘴的每个喷嘴211A、211B具有用于从储存器216A、216B引导液体的通道212A、212B。在喷嘴出口213A、213B处，液体形成初始液滴221A、221B。由于图9、图10、图11示出的液滴产生和推动装置261A、261B的操作，在喷嘴出口213A、213B处，液体形成初始液滴221A、221B。喷嘴出口213A、213B与分隔喷嘴出口213A、213B的锥形分隔件231邻接。从喷嘴出口213A、213B喷出的初始液滴沿分隔件231朝向其顶端232各自沿第一路径和第二路径移动，在顶端232处它们结合形成结合液滴222，该结合液滴222与分隔件顶端232分离并朝向待印刷表面行进。

初始液滴221A、221B在主外壳241内通过气流271A、271B(例如空气或氮气，由加压气体输入部219(例如，供气喷嘴)提供，具有优选为5巴的压力)沿分隔件231的表面被引导。主外壳241在其上部的形状帮助在喷嘴211A、211B旁引导气流，并且从喷嘴211A、211B的出口213A、213B朝向分隔件顶端232处的连接点引导液滴，在该连接点处它们结合形成结合液滴222。因此，对于所有的实施方式，连接点可以看做是从聚结开始的点开始经聚结发展的点朝向聚结结束(即，结合液滴形成其最终形状)的点的、初始液滴的路径上的任何点。重要的是，分隔件朝向所述连接点引导液滴。优选地，在连接点处，初始液滴结合成结合液滴的自由度受到限制，以帮助结合液滴的发展。

喷嘴212A、212B具有用于喷出液滴的液滴产生和推动装置261A、261B，该装置仅在图4A和图4B中示意性标记出，它们的示意性描述的类型在图9-11中示出。例如，液滴产生和推动装置可以是热式(图9)、压电式(图10)或阀门式(图11)。在阀门的情况下，液体可能需要以充足的压力输送。

主外壳241具有不同形状的截面。位于最下游(即，朝向结合液滴222的流动方向)的第一区段243优选具有恒定的圆形截面，该截面的直径D1大致等于结合液滴222的预期直径dC。可替代地，第一区段243的截面优选至少不小于结合液滴222的截面的80％。因此，在第一区段243的下游端部处的主外壳241的出口处，形成有一种结合液滴喷嘴，液滴由于移动的气体所增强的动能而被推动穿过该结合液滴喷嘴。这提高了其直接向前运动的精度，有利于精确的液滴放置，这又改善了印刷质量。(主外壳241的)第二区段244位于第一区段243和喷嘴出口213A、213B之间，并且具有向上游(即，与液滴流动的方向相反)增大的直径，使得其上游直径包围喷嘴出口213A、213B，并且为气体271A、271B在外壳壁与喷嘴出口213A、213B之间流动留下一些空间。同时，主外壳241的截面向上游从圆形变成椭圆形，因为截面的宽度随着长度向上游增大得比其深度更多(参照图6的截面E-E)。第二区段244的内壁向下游会聚，因此流动的气流271A、271B形成朝向外壳241的中心推动液滴221A、221B、222的外部气体套。

主外壳241可以进一步包括位于第二区段上游的第三区段245，其具有平行于喷嘴211A、211B的外壁的内壁。在图6的截面B-B(仅示出左边部分)中更清楚地看出，喷嘴211A被主外壳241包围并且通过阻挡元件233与喷嘴211B分开，使得气流271A仅在喷嘴211A、211B的外周流动而不在喷嘴211A、211B之间流动，其中气流被阻挡元件233阻挡，该阻挡元件随后形成分隔件231。

通过该部分引导的气流271A、271B平行于初始液滴221A、221B从喷嘴出口213A、213B喷出的方向。在与初始液滴接触之前被稳定的流动气体的平行方向改善了对从喷嘴出口213A、213B开始的液滴流动路径的控制，因为从排出的那一刻起，它们的流动在能量和方向方面得到流动气体支持。值得注意的是，主外壳241的形状优选设计为使得增大流经相应部分(即，245、244、243)的气体的适当速度。流动气体的速度优选高于精确地位于接近区段245的端部的喷嘴出口区域处的液滴速度，优选至少不低于区段244的区域中的液滴速度并且再次在喷嘴243中更高，其中由于流出通道(即喷嘴243)的横截面较小而迫使流再次具有更高的速度。这样的设计为气体压力瞬时补偿调节留出一些空间，同时顷刻间穿过喷嘴243的气流会通过传递结合液滴222而减速。区段244中这种瞬时压力增加将优选为液滴222在离开喷嘴243时增加更多动能。

在任何情况下，在主外壳241的第二区段244中，气流271A、271B优选被配置为以不小于从喷嘴出口213A、213B喷出的初始墨滴221A、221B的速度的线速度流动。可以提高气体的温度，以允许通过降低油墨和固化剂(聚合引发剂)的表面张力和粘度来更好地聚结和混合初始液滴221A、221B。第一区段243相对于第二区段244的几何结构(特别是区段243的横截面与区段244相比减小)被设计为使得气体增加其速度，优选增加5～20倍，从而增加了聚结的结合液滴222的动能，并且稳定了结合液滴222的流动。

因此，分隔件231与气流271A、271B起到用于控制第一初始液滴221A和第二初始液滴221B的飞行的装置的作用，以使第一初始液滴221A与第二初始液滴221B在连接点232处结合成结合液滴222。

由两个储存器216A、216B供应的液体为第一液体(优选为油墨)和第二液体(优选为引发油墨固化的催化剂)，如参照第一实施方式描述的那样。这允许在第一初始液滴221A的第一液体和第二初始液滴221B的第二液体之间引发化学反应，以在结合液滴222到达待印刷表面之前固化结合液滴222中的油墨，从而使油墨可以更容易附着于印刷表面和/或更快速地在印刷表面固化。

在反应室内的连接点232处(在此处第一路径与第二路径相交)引发化学反应，反应室在本实施方式中由主外壳241形成。

在第二实施方式中，墨滴与催化剂滴在反应室241内结合，即，在结合液滴222离开主外壳241之前结合。头部构造使得喷嘴出口213A、213B通过分隔件231彼此分开，分隔件231不允许初始液滴221A、221B在喷嘴出口213A、213B处结合。因此，油墨和催化剂不直接在喷嘴出口213A、213B处混合，这防止了喷嘴出口213A、213B堵塞。一旦液滴结合成结合液滴222，就不存在在连接点或外壳241的下游处堵塞主外壳241的风险，因为结合液滴222已经与喷嘴出口213A、213B分开并且气流271A、271B(优选连续地流动)可以有效地除去固化前可能粘附于分隔件231或外壳壁241的任何残余物。外壳241将液滴221A、221B、222朝向其轴线引导，因此，液滴221A、221B、222以受控且可预测的方式被引导。因此，容易控制结合液滴222在待印刷表面上的液滴放置。即使由于初始液滴221A、221B的尺寸或密度存在差异因此结合液滴222会倾向于偏离主外壳241的轴线，其也将在外壳241的端部处与其轴线对齐，并因此沿其轴线离开外壳241。因此，即使较大尺寸的液滴和尺寸不同的初始液滴也可由于主外壳241的使用而比液滴在印刷头外部的飞行中结合的现有技术方案以更加可预知的方式结合。

因此，分隔件231和主外壳241起到用于初始液滴221A、221B在反应室内从喷嘴出口213A、213B到连接点232的引导件的作用。分隔件231和主外壳的第一区段243限制初始液滴221A、221B结合成结合液滴222的自由度，即，结合液滴222形成由第一区段243的入口限定的形状和尺寸，并且分隔件231和第一区段243影响结合液滴222向下、朝向第一区段243的出口的进一步的行进路径。换言之，在提出的喷墨头中，至少两种在结合前具有稳定液体性质的组分的液滴221A、221B被引导到连接点232，其中它们仍保持与头部的部件接触，即，与主外壳241的第一区段243的侧壁接触。因此，在初始液滴221A、221B的结合和聚结过程中，它们与头部部件接触。

分隔件231可以与针对第一实施方式描述的分隔件131具有相同的特性。

如图4A和图4B所示，喷嘴通道212A、212B的倾斜角度βA、βB(在本实施方式中也为初始液滴从喷嘴通道喷出的喷出角度γA、γB)与分隔件231的侧壁的倾斜角度αA、αB相同，从而使初始液滴221A、221B平行于分隔件壁从喷嘴喷出。在替代实施方式中，它们可能大于分隔件壁的相应倾斜角度αA、αB，从而使喷出的初始液滴221A、221B被迫与分隔件壁接触。

然而，可以有替代的实施方式，其中喷嘴通道212A、212B的倾斜角度βA、βB和喷出角度γA、γB小于分隔件231的侧壁的倾斜角度αA、αB，这可造成喷出的初始液滴与分隔件231的侧壁分开并且进一步在下游、即在分隔件的顶端下方结合。在这样的情况下，分隔件231仅部分地起到用于初始液滴221A、221B的引导件的作用，其主要功能是用于将喷嘴出口213A、213B分开，以防止它们堵塞。在这种情况下，由主外壳241的内壁形成的气流271A、271B主要起这种作用(即，通过移动气体)，作为用于在反应室241内将初始液滴221A、221B从喷嘴出口213A、213B引导到连接点的装置。随后，初始液滴221A、221B在连接点处结合成结合液滴222的自由度还受到由主外壳241的内壁形成的气流271A、271B的力的限制。

图4A所示的喷嘴212A、212B是对称的，即它们的倾斜角度βA、βB和喷出角度γA、γB相对于头部200的轴线或喷嘴结构210的轴线相同。在替代的实施方式中，喷嘴212A、212B可以是不对称的，即根据从喷嘴出口213A、213B供应的液体的参数，角度βA、βB或γA、γB可以不同。

倾斜角度βA、βB和喷出角度γA、γB可以从0°到90°，优选5°至75°，更优选15°至45°。

主外壳241可以是可更换的，这允许给头部210装配具有对应于用于印刷的液体类型的参数的外壳241。例如，根据实际特征和尺寸以及结合液滴222的预期离开速度，可以使用不同直径D1的第一区段243的外壳241。喷嘴211A、211B的倾斜角度βA、βB可以是可调节的，以将喷嘴组件210调节到在储存器216A、216B中储存的液体的参数。

主外壳241的第一区段243优选具有不比结合液滴222的直径dC短的长度L1，并且优选长度L1等于结合液滴222的几个直径dC，以精确地设定其运动路径，从而精确地控制液滴放置。

主外壳241的、特别是在第一区段243处和第二区段244处的内表面优选具有低摩擦系数和低粘附力，以防止液滴221A、221B、222或它们的组合的残余物附着于表面，帮助保持装置清洁，并且允许最终的残余物被气流271A、271B吹走。此外，主外壳241的内壁是倾斜的，以在侧壁与可能意外地撞击内壁的初始液滴之间提供小接触角，从而减小粘附力并且促进液滴弹跳。为了防止任何残余物堆积，分隔件的侧壁以及主外壳是光滑的，具有尖的边缘末端，优选通过对初始液滴液体具有大接触角的材料覆盖。气流优选还防止来自外部环境的任何颗粒污染主外壳243的内部。

印刷头还可以包括副外壳251，其包围主外壳241并且具有与主外壳241对应的形状，但具有更大的截面宽度，使得由加压气体入口219供应的第二气流272可以包围主外壳241的第一区段243的出口，从而使离开主外壳241的结合液滴222进一步向下游被引导，以有利于对其路径的控制。由于第二出口区段253的形状，气流272还可以增加其在该第二出口区段253的区域中的速度，并且由此进一步使离开主外壳241的液滴222加速。气流272的截面的表面向下减小，这会造成气流272的速度达到不低于、而是优选高于结合液滴222在离开主外壳241的区段243时的速度的速度。为了进一步增大液滴速度，副外壳251的第二出口区段253的、在主外壳的出口和副外壳的第一出口区段252之间的截面优选向下游减小，以将气流272朝向中心轴线引导。副外壳251的第一出口区段252优选具有圆形截面并且具有优选大于(优选，大出至少2倍)主外壳的区段243的出口的直径D1的直径D2，使得结合液滴222不接触整个副外壳251的内壁，从而防止堵塞，并且结合液滴222由结合液滴222与副外壳251的侧壁之间的(现在被结合的)气流271A、271B引导。此外，副外壳可以在第一出口区段252中具有穿孔(开口)255，以帮助气流在结合液滴的流动方向之外的方向上减压。优选地，直径D2比结合液滴的直径dC大出至少2倍。优选地，第一出口区段252的长度L2为结合液滴222的直径dC的0至多倍，例如，直径dC的10倍、100或甚至1000倍，以便以可控的方式引导液滴并且为其提供希望的动能。这可以显著增加结合液滴222可以从印刷头喷出的距离，并且仍然保持在印刷表面上精确的液滴放置，这允许印刷具有可变表面的物体。此外，这可以允许与重力矢量成角度地喷出液滴，同时保持令人满意的液滴放置控制。此外，较大的长度L2可以允许结合液滴在到达基底290之前预固化。

在副外壳251的出口区段252、253中，气体增加其速度，从而降低其压力，并因此降低其温度。这可以引起保持在气流中的结合液滴222的速度增加和温度降低。降低结合液滴222的温度可以增加其粘度和粘附力，这在液滴到达基底的那一刻是可取的，有助于液滴保持在目标点并且防止其向侧面流动。

第二实施方式还可以包括盖281，其具有针对第一实施方式的盖181描述的构造和功能，包括加热元件和温度传感器(为了附图的清楚起见未示出)。

因此，本实施方式可以用于按需滴墨印刷方法，以排出第一液体的第一初始液滴221A以使其沿第一路径移动并且排出第二液体的第二初始液滴221B以使其沿第二路径移动；以及借助于分隔件的表面(即，借助于印刷头元件的表面)和气流控制第一初始液滴221A和第二初始液滴221B的飞行，以使第一初始液滴221A与第二初始液滴221B在印刷头内的反应室241内的连接点232处结合，从而在反应室241的受控环境内、在第一初始液滴221A的第一液体与第二初始液滴221B的第二液体之间引发化学反应。结合液滴222的飞行路径借助于气流271A、271B、272A、272B和印刷头元件的表面、即主外壳241的第一区段243的内表面来控制。

如图4C所示，第二实施方式的第二变型与图4A的第一变型之间的区别在于，分隔件231C的侧壁略微偏离(不邻接)喷嘴出口的内侧壁，使得排出的初始液滴221A、221B不立即接触分隔件231C的侧壁。在这种情况下，在分隔件231C的侧壁与初始液滴221A、221B之间形成气体薄层。然而，由于分隔件231C限制气体流动的自由度，并因此限制初始液滴从喷嘴出口朝向连接点的流动的自由度，因此分隔件231C可以看做间接引导初始液滴。类似于图2E所示的第一实施方式的变型，主要是主外壳241的下游变窄的管状端部限制初始液滴在连接点处结合成结合液滴222的自由度和/或使结合液滴成形并且使其对齐其输出流轴线。

第三实施方式

头部300的第三实施方式在图7上以纵向剖面示意性示出。其大部分特征与第二实施方式相同，具有下述不同。

在主外壳341的第一区段343处和副外壳351的第一区段352处，存在对结合液滴322施加静电荷的充电电极362、363。

此外，在下游、在副外壳351的第一出口区段352后部，存在偏转电极364A、364B，其使带电液滴322的流动方向在可控方向上偏转。由此，液滴322的放置可以有效地受到控制。为了允许改变来自头部300内部的液滴322的出口路径，盖381的出口开口381O具有适当的宽度，以使被偏转的液滴322不与盖381接触。

充电电极362、363和偏转电极364A、364B可以通过本领域中从CIJ技术已知的方式设计，因此不需要进一步详细说明。

具有以3开头的附图标记(3xx)的其他元件对应于第二实施方式的具有以2开头的附图标记(2xx)的元件。

第四实施方式

根据本发明的喷墨印刷头400的第四实施方式在图8中以详细的剖视图示出。除非另有说明，否则第四实施方式与第一实施方式共享共同的特征。

喷墨印刷头400可以包括一个或多个喷嘴组件，每个喷嘴组件被构造为产生结合液滴422，该结合液滴422由从通过分隔件431分开的一对喷嘴411A、411B喷出的两种初始液滴421A、421B形成。本实施方式可以通过使用超过两个喷嘴来改进。喷嘴组件中的一对喷嘴的每个喷嘴411A、411B具有用于从储存器416A、416B引导液体的通道412A、412B。由于图9、图10、图11示出的液滴产生和推动装置461A、461B的操作，在喷嘴出口413A、413B处，液体形成初始液滴421A、421B。喷嘴出口413A、413B被具有下游变窄截面的分隔件431分开，该分隔件431将喷嘴出口413A、413B分开，并由此在初始液滴421A和421B从它们各自的喷嘴出口413A和413B完全排出之前防止它们之间不希望的接触。

喷嘴412A、412B具有用于喷出液滴以使其各自沿第一路径和第二路径移动的液滴产生和推动装置461A、461B，其仅在图8中示意性地标记出，并在图9-图11中示出了它们的示意性描述的类型。例如，液滴产生和推动装置可以是热式(图9)、压电式(图10)或阀门式(图11)。在阀门的情况下，液体可能需要以足够的压力输送。

印刷头还包括盖481，其形成反应室并且保护头部部件、特别是分隔件顶端432和喷嘴出口413A、413B不受环境影响，例如防止它们与使用者或印刷基底接触。

在第四实施方式中，初始液滴421A、421B从喷嘴通道412A、412B喷出的喷出角度γA、γB等于90°，即初始液滴421A、421B沿初始被设置为垂直于头部的纵轴线的第一路径和第二路径喷出。在本实施方式中，喷嘴倾斜角度βA、βB等于0°，即喷嘴通道平行于头部的纵轴线，但是在其他实施方式中，它们可能不同。接下来，喷出的初始液滴421A、421B被沿具有凹陷侧壁414A、414B的分隔件431朝向其顶端432引导，在顶端432处它们结合形成结合液滴422，该结合液滴422与分隔件顶端432分离并且朝向待印刷表面行进。在本实施方式中，是分隔件的几何结构而不是喷嘴的几何结构决定允许完全聚结的、初始液滴的碰撞参数。因此，分隔件431起到用于控制第一初始液滴421A与第二初始液滴421B的飞行的装置的作用，特别是用于在连接点之前改变第一路径和第二路径以使第一初始液滴421A与第二初始液滴421B在连接点432处在反应室481内结合成结合液滴422。

喷嘴419A、419B产生促进沿分隔件431引导初始液滴并且然后控制结合液滴422的飞行路径的气流。

分隔件可以是可更换的，以允许改变碰撞参数。此外，从喷嘴形成的液滴沿分隔件的侧壁被引导并且到印刷头外部，并且还可以借助于在初始液滴的路径旁边、并且从连接点开始在结合液滴的路径旁边流动的气流引导。气流提高对液滴飞行的控制，增加它们的能量，并且还具有下述目的：借助于该气流除去隔离物壁、反应室和喷嘴中任何不希望的液体残余物。

因此，本实施方式可以用于按需滴墨印刷方法，以排出第一液体的第一初始液滴421A以使其沿第一路径移动并且排出第二液体的第二初始液滴421B以使其沿第二路径移动；以及借助于分隔件和气流控制第一初始液滴421A与第二初始液滴421B的飞行，以使第一初始液滴421A与第二初始液滴421B在印刷头内的反应室481内的连接点432处结合，从而在反应室481的受控环境内、在第一初始液滴421A的第一液体与第二初始液滴421B的第二液体之间引发化学反应。结合液滴222的飞行路径借助于来自气体喷嘴419A、419B的气流进行控制。

第五实施方式

头部500的第五实施方式在图12A中以第一变型的总览示出。第五实施方式500的大部分特征与第二实施方式相同，其中主要区别是其不包括分隔件231。

从喷嘴出口513A、513B喷出的初始液滴521A、521B各自沿第一路径和第二路径朝向连接点532移动，在连接点532处它们结合形成结合液滴522并朝向待印刷表面行进。

初始液滴521A、521B在主外壳541内由气流571A、571B和574A、574B(例如，空气或氮气，由加压气体输入部519(例如，供气喷嘴)提供)引导。主外壳541在其上部的形状帮助在喷嘴511A、511B旁引导气流，并且从喷嘴511A、511B的出口513A、513B朝向它们结合形成结合液滴522的连接点引导液滴。

因此，气流571A、571B起到用于控制第一初始液滴521A与第二初始液滴521B的飞行的装置的作用，以使第一初始液滴521A与第二初始液滴521B在连接点532处结合成结合液滴522。

在反应室内的连接点532处(在此处第一路径与第二路径相交)引发化学反应，反应室在本实施方式中由主外壳541形成。

喷嘴511A、511B可以通过阻挡元件533分开(然而其与喷嘴511A、511B分开)，使得气流571A、571B可以形成在喷嘴511A、511B与主外壳541之间，并且气流574A、574B可以形成在喷嘴511A、511B与阻挡元件533之间。

可替代地，头部可以没有阻挡元件533，那么气流574A、574B将不被定向为平行于喷嘴511A、511B的轴线。然而，由于气流571A、571B的方向，仍可以对初始液滴521A、521B的运动路径进行控制。

喷嘴出口513A、513B可以加热到高于环境温度的温度。储存器516A、516B中的液体也可以被预热。工作流体(即第一液体和第二液体)的升高的温度还可以使得初始液滴的聚结过程得到改善，并且优选在施加于基底上时增加结合液滴522的粘附力并减少固化时间。

具有以5开头的附图标记(5xx)的其他元件对应于第二实施方式的具有以2开头的附图标记(2xx)的元件。

因此，本实施方式可以用于按需滴墨印刷方法，以排出第一液体的第一初始液滴521A以使其沿第一路径移动并且排出第二液体的第二初始液滴521B以使其沿第二路径移动；以及借助于气流571A、571B控制第一初始液滴521A和第二初始液滴521B的飞行，以使第一初始液滴521A与第二初始液滴521B在印刷头内的反应室541内的连接点532处结合，从而在反应室541的受控环境内、在第一初始液滴521A的第一液体与第二初始液滴521B的第二液体之间引发化学反应。结合液滴522的飞行路径借助于气流571A、571B、572进行控制。

在图12B示意性示出的第五实施方式的第二变型中，储存器516A、516B中储存的液体中的一种或两种可以预先带有预定的静电荷，使得离开喷嘴出口的初始液滴中的一种或两种都带电，这可以促进初始液滴521A、521B结合成结合液滴522。如图12B所示，主外壳541的出口可以包括一组电极564，其产生迫使带电的结合液滴522与头部的纵轴线对齐的电场。此外，副外壳551的出口可以包括一组电极565，其产生迫使带电的结合液滴522与头部的纵轴线对齐的电场。可以使用电极组564、565中的全部两组或仅使用其中的一组。优选地，电极组564、565各自包括沿圆的圆周均匀地分布的至少3个电极，或者优选4个电极，以迫使液滴522朝向中心轴线。因此，电极组564、565帮助液滴放置。其他元件与第一变型等同。

在图12C示意性示出的本实施方式的第三变型中，只存在主外壳541，而没有副外壳551。与第一变型相比，主外壳541具有更长的第一区段543，这有利于对液滴放置的控制，并且可以允许增加出口结合的液滴的能量。其他元件与第一变型等同。

在图12D和12E、12F示意性示出的本实施方式的第四变型(图12E、12F是沿图12D的线A-A截取的示意性截面)与图12A的第一变型的不同之处如下。喷嘴511A、511B使它们的通道512A、512B的端部区段大体垂直于印刷头的主轴线设置，并且喷嘴出口513A、513B被构造为喷出初始液滴521A、521B，使得它们各自沿初始被定向为平行于印刷头的主轴线X的第一路径和第二路径移动。

如图12E所示，喷嘴通道512A、512B的端部区段的这种设置还允许定位较大的(例如，压电式)液滴产生和推动装置561A、561B。

图12F示出了另一变型，其具有实现超过两个(例如，6个)喷嘴511A-511F的可能性，每个喷嘴具有其自己的液滴产生和推动装置561A-561F，每个液滴产生和推动装置连接到单独的液体储存器，以允许通过超过两种初始液滴产生结合液滴。应注意的是，在这样的情况下，不是所有结合液滴都必须由6种液滴结合，对于特定的结合液滴，根据希望的结合液滴的特性，可以只有喷嘴511A-511F中的一些提供初始液滴，例如2个、3个、4个或5个喷嘴。

在喷出后，初始液滴521A、521B在主外壳541内由气流571A、571B引导，使得第一路径和第二路径被改变为在连接点532处彼此相交，该连接点优选位于主外壳541的下游区段543处，该下游区段543优选具有直径大致上等于结合液滴522的预期直径的恒定圆形截面，并且还可以按对图4A-4B所示的第二实施方式的区段243描述的那样进行构造。

图12G示意性示出本实施方式的第五变型，其与图12A的第一变型的不同之处如下。至少一个喷嘴(在本例中，第一喷嘴511A)连接到混合室517，在其中来自多个储存器516A.1、516A.2的液体混合，液体从此处通过阀门517.1、517.2来投放。例如，分开的储存器516A.1、516A.2可以储存不同颜色的油墨，以从第一喷嘴511A供应具有预期颜色的初始墨滴。

图12H示意性示出本实施方式的第六变型，其与图12D-F的第四变型的不同之处如下。喷嘴呈多级布置。第一级喷嘴511A.1、511B.1(连接到液体储存器516A.1、516B.1)设置为使得它们在主外壳541内产生第一级初始液滴521A.1、521B.1，它们由气流引导以结合成第一级结合液滴522.1。第二级喷嘴511A.2、511B.2(连接到液体储存器516A.2、516B.2)设置为使得它们在副外壳551内产生第二级初始液滴521A.2、521B.2，它们由气流引导以结合成第二级结合液滴522.2。第二级结合液滴522.2可以仅由第二级初始液滴521A.2、521B.2形成(这允许增加液滴产生频率或可以产生的液滴类型的种类)，或者可以由第二级初始液滴521A.2、521B.2与第一级结合液滴522.1结合形成(这允许通过可产生的超过两种组分增加液滴类型的种类)。

第六实施方式

头部600的第六实施方式在图13中以总览示出。第六实施方式600特别适于与大尺寸液滴产生和推动装置一起使用。

初始液滴621A、621B从喷嘴611A、611B的喷嘴出口613A、613B喷出，喷嘴611A、611B优选至少使它们的通道612A、612B的端部区段大体垂直于印刷头的主轴线X设置。喷嘴通道612A、612B可以容纳大尺寸的(例如压电式)液滴产生和推动装置661A、661B。初始液滴621A、621B由来自储存器616A、616B的第一液体和第二液体形成。

初始液滴621A、621B被喷出，以各自沿第一路径和第二路径移动，第一路径和第二路径初始被设置为大体平行于主轴线X。然后，初始液滴621A、621B在主外壳641(其起到反应室的作用)内通过气流671A、671B引导，气流671A、671B可以在主外壳641内通过适当的气体源(例如，供气喷嘴)产生。主外壳641具有下游变窄截面。主外壳641的出口区段643优选具有直径大致上等于结合液滴622的预期直径的恒定的圆形截面，并且还可以按对图4A-4B所示的第二实施方式的区段243描述的那样进行构造。

因此，本实施方式可以用于按需滴墨印刷方法，以排出第一液体的第一初始液滴621A以使其沿第一路径移动并且排出第二液体的第二初始液滴621B以使其沿第二路径移动；以及借助于主外壳641的通道的形状和气流671A、671B控制第一初始液滴621A和第二初始液滴621B的飞行，以使第一初始液滴621A与第二初始液滴621B在印刷头内的反应室641内的连接点632处结合，从而在反应室641的受控环境内、在第一初始液滴621A的第一液体与第二初始液滴621B的第二液体之间引发化学反应。结合液滴622的飞行路径借助于气流671A、671B进行控制。

另外的实施方式

应注意，附图是示意性的且并不成比例，并且仅用于说明实施方式，以便更好地理解操作原理。

本发明特别适用于高分辨率DOD喷墨印刷机。然而，本发明也可以用于基于允许排出加压墨滴的阀门的低分辨率DOD。

反应室中的环境可以通过控制至少一个下述参数来控制：室温(例如，借助于反应室内的加热器)、气流的速度(例如，通过控制所输送的气体的压力)、气体组分(例如，通过控制从各种来源输送的气体组合物)、电场(例如，通过控制电极)、超声场(例如，通过在反应室内设置附加的超声发生器，未在附图中示出)、紫外光(例如，通过在反应室内设置附加的紫外光发生器，未在附图中示出)等。

本领域技术人员将意识到，上述实施方式的特征可以进一步在实施方式之间混合。例如，可以存在超过两个喷嘴以引导超过两种初始液滴，从而通过使用相同的排出、引导、形成原理并且通过控制聚结以及如上所述那样在印刷头内加速液滴来形成一个结合液滴。

Claims (13)

1.一种按需滴墨印刷方法，其包括在印刷头中执行下述步骤：

-排出第一液体的第一初始液滴，以使其沿第一路径移动；

-排出第二液体的第二初始液滴，以使其沿第二路径移动；

-控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行，以使第一初始液滴与第二初始液滴在连接点处结合成结合液滴；并且

其特征在于：

-连接点在印刷头内的反应室内，从而在反应室的受控环境内、在第一初始液滴的第一液体与第二初始液滴的第二液体之间引发化学反应；以及

-至少借助于从至少一个供气喷嘴提供的气流控制结合液滴的飞行。

2.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其还包括至少借助于气流来控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

3.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其还包括控制反应室内的至少一个下述参数：室温、气体速度、气体温度、气体组分、电场、超声场、紫外光。

4.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其中，控制结合液滴的飞行的气流是间歇性的，并且至少在结合液滴从反应室中的连接点穿过印刷头到达印刷头的出口的飞行时间内产生。

5.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其中，控制结合液滴的飞行的气流以连续的方式产生。

6.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其中，气流的温度高于环境温度。

7.根据权利要求1所述的按需滴墨印刷方法，其中，第一液体是油墨基，并且第二液体是用于固化油墨基的催化剂。

8.一种按需滴墨印刷头，其包括：

-喷嘴组件，其包括：

-第一喷嘴，其通过第一通道与具有第一液体的第一液体储存器连接并且具有第一液滴产生和推动装置，第一液滴产生和推动装置用于按需形成第一液体的第一初始液滴并且排出第一初始液滴，以使其沿第一路径移动；以及

-第二喷嘴，其通过第二通道与具有第二液体的第二液体储存器连接并且具有第二液滴产生和推动装置，第二液滴产生和推动装置用于按需形成第二液体的第二初始液滴并且排出第二初始液滴，以使其沿第二路径移动；

-至少一个供气喷嘴，

其特征在于，其还包括：

-反应室，其中第一路径与第二路径在反应室内在连接点处相交；

-用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的装置，并且其被构造为允许第一初始液滴与第二初始液滴在连接点处结合成结合液滴，从而在反应室的受控环境内、在第一初始液滴的第一液体与第二初始液滴的第二液体之间引发化学反应；以及

-至少一个供气喷嘴，其被构造为提供用于控制结合液滴飞行的气体。

9.根据权利要求8所述的按需滴墨印刷头，其还包括元件，该元件被构造为沿该元件的表面控制结合液滴的飞行。

10.根据权利要求8所述的按需滴墨印刷头，其还包括至少一个供气喷嘴，该供气喷嘴被构造为提供用于控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行的气体。

11.根据权利要求8所述的按需滴墨印刷头，其还包括元件，该元件被构造为沿该元件的表面控制第一初始液滴与第二初始液滴的飞行。

12.根据权利要求8所述的按需滴墨印刷头，其还包括用于限制初始液滴结合成结合液滴的自由度的装置。

13.根据权利要求8所述的按需滴墨印刷头，其中，第一液体是油墨基，并且第二液体是用于固化油墨基的催化剂。