CN108621580B - 一种电流体动力打印喷头及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电流体动力喷印设备相关技术领域，其公开了电流体动力打印喷头，所述电流体动力打印喷头包括集成偏转电极及集成喷头，所述集成偏转电极连接于所述集成喷头的一端；所述集成喷头包括喷头外壳及四个喷头，所述喷头的一端收容于所述喷头外壳；所述喷头邻近所述集成偏转电极的一端形成有喷嘴；所述集成偏转电极包括环状的偏转电极连接块及四个偏转电极，所述偏转电极连接块连接于所述喷头外壳远离所述喷头接口的一端；四个所述偏转电极连接于所述偏转电极连接块；四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应。本发明还涉及电流体动力打印装置。本发明提高了打印精度，扩宽了打印色域，且提高了打印色彩的真实度。

Description

一种电流体动力打印喷头及装置

技术领域

本发明属于电流体动力喷印设备相关技术领域，更具体地，涉及一种电流体动力打印喷头及装置。

背景技术

电流体动力喷印是通过在喷头与基板之间施加高压电以形成强电场，将溶液自喷头拉出，可实现点喷、喷雾和纺丝等工艺。电流体动力喷印过程中，真正产生射流的是泰勒锥，泰勒锥的几何尺寸远小于喷头的尺寸，在进行电喷印时，喷射出的点的直径可达喷头直径的1/10。

喷墨打印技术可以使用热汽泡和压电作为驱动，目前市场上应用比较广泛的是使用压电作为驱动，压电喷头在压电陶瓷的作用下，将墨水从喷嘴处挤出来形成墨滴，墨滴的直径通常是喷嘴直径的3～4倍。理论上只要减小喷嘴的尺寸便可以减小墨滴的分辨率。但在实际应用中，一方面受到材料和加工工艺的限制，喷嘴的尺寸不能无限小；另一方面在打印过程中所使用的溶液具有一定的粘度，喷嘴的尺寸越小能适应的溶液的粘度也越小，并且在打印的过程中也更容易堵塞，影响了喷印的性能，导致传统的喷墨打印技术的分辨率较低。

其中，彩色喷墨打印技术是使用四个喷头分别打印C、M、Y、K四种溶液，C、M、Y这三种单色的溶液相互混合后会形成彩色，K是纯黑色。在打印的过程中控制着四种溶液喷射的时序和喷射的体积可以形成不同的色彩。然而，现有的彩色喷墨打印技术仍然存在一些问题：1.喷射C、M、Y、K这四种溶液的四个喷头之间具有一定的间距，墨滴自喷头出来后落在喷头的下方，四个喷头喷射后的墨滴在打印基板上进行混合，混合后的墨滴会发生一定的滑移，导致定位精度较低；2.从喷嘴喷射出的墨滴的大小只能分级变化，如惠普打印机的喷头喷射出的墨滴只能是2pl、6pl和10pl，因此墨滴混合后只能产生有限的色域，不能打印出真实的自然色彩；3.从喷头喷射出的墨滴大直径远大于喷头的尺寸，四种墨滴混合后的尺寸会进一步变大，因此打印出的图案的分辨率不高。相应地，本领域存在着发展一种打印精度较高的电流体动力打印喷头的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电流体动力打印喷头，其基于现有打印设备的工作特点，针对电流体动力打印喷头的结构及部件之间的联接关系进行了研究及设计。所述电流体动力打印喷头的四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应，所述偏转电极用于将对应的所述喷嘴喷射出的墨滴聚集到一点，使得墨滴的几何中心始终位于所述喷嘴的中心轴上，提高了定位精度，进而提高了打印精度。此外，通过调整所述压电驱动电压及所述喷嘴与打印基板之间施加的喷射电压来调节所述喷嘴喷射出的墨滴的尺寸，得到了多种墨滴的体积，从而能够适应更大的色域范围，打印出更加逼真的色彩，应用范围得以扩大，且不会影响打印分辨率及打印精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电流体动力打印喷头，所述电流体动力打印喷头包括集成偏转电极及集成喷头，所述集成偏转电极连接于所述集成喷头的一端；所述集成喷头包括喷头外壳、喷头接口及四个喷头，所述喷头接口连接于所述喷头的一端，所述喷头的另一端收容于所述喷头外壳；所述喷头邻近所述集成偏转电极的一端形成有喷嘴；

所述集成偏转电极包括环状的偏转电极连接块及四个偏转电极，所述偏转电极连接块连接于所述喷头外壳远离所述喷头接口的一端，其位于所述喷头外壳的外侧；四个所述偏转电极连接于所述偏转电极连接块，其位于所述偏转电极连接块的内侧；四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应，所述偏转电极用于将对应的所述喷嘴喷射出的墨滴聚集到一点。

进一步地，四个所述喷嘴邻近所述偏转电极的端面位于同一个平面内。

进一步地，四个所述偏转电极绕所述偏转电极连接块的中心轴均匀排布。

进一步地，所述集成喷头还包括喷头固定块，所述喷头固定块螺纹连接于所述喷头外壳远离所述偏转电极的一端，其开设有四个收容孔；所述喷头还包括喷管，所述喷管的一端连接于所述喷头接口，另一端穿过所述收容孔后连接于所述喷嘴。

进一步地，四个所述收容孔绕所述喷头连接块的中心轴均匀排布，相邻两个所述收容孔的中心轴之间的间距大于250微米。

进一步地，所述集成喷头还包括四个压电管，四个所述压电管分别套设在四个所述喷管上。

进一步地，所述偏转电极上施加的偏转电极电压的周期与当前处于工作状态的喷头对应的压电管上施加的压电驱动电压的周期相一致。

进一步地，通过调整所述压电驱动电压及所述喷嘴与打印基板之间施加的喷射电压来调节所述喷嘴喷射出的墨滴的尺寸。

进一步地，所述偏转电极连接块是采用绝缘材料制成的；所述喷头外壳是采用金属材料制成的；所述偏转电极是采用铜合金制成的。

按照本发明的另一个方面，提供了一种电流体动力打印装置，其包括本体及如上所述的电流体动力打印喷头，所述电流体动力打印喷头连接于所述本体。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的电流体动力打印喷头及装置主要具有以下有益效果：

1.四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应，所述偏转电极用于将对应的所述喷嘴喷射出的墨滴聚集到一点，使得墨滴的几何中心始终位于所述喷嘴的中心轴上，提高了定位精度，进而提高了打印精度。

2.通过调整所述压电驱动电压及所述喷嘴与打印基板之间施加的喷射电压来调节所述喷嘴喷射出的墨滴的尺寸，得到了多种墨滴的体积，从而能够适应更大的色域范围，打印出更加逼真的色彩，应用范围得以扩大，且不会影响打印分辨率及打印精度。

3.所述偏转电极电压的周期与当前处于工作状态的所述喷头对应的压电驱动电压的周期相一致，以确保所述喷头每次进行射流时都能够进行精确的偏转，由此提高定位精度及打印精度。

4.相邻两个所述收容孔的中心轴之间的间距大于250微米，如此以确保对应的相邻两个所述喷头的中心轴之间的间距大于250微米，从而使得喷印时四个所述喷头形成的弯液面不会相互干扰，确保了打印精度。

5.所述四个喷嘴邻近所述集成偏转电极的端面处于同一个平面内，如此既可以确保所述喷头在进行射流时，不会受到其他喷头的影响，又可以保证所述喷嘴与对应的偏转电极之间的距离相同，从而便于控制。

附图说明

图1是本发明提供的电流体动力打印喷头的剖面示意图。

图2是图1中的电流体动力打印喷头的平面示意图。

图3是图1中的电流体动力打印喷头的工作原理示意图。

图4中的(a)、(b)图分别是是图1中的电流体动力打印喷头在喷印过程中的偏转电极电压及压电驱动电压的波形示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-偏转电极，2-喷头外壳，3-喷管，4-喷头，5-喷口接口，6-喷头固定块，7-压电管，8-偏转电极连接块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的电流体动力打印喷头利用电流体动力喷印技术同时喷印出C、M、Y、K四种颜色的墨滴，然后采用偏转电极将喷射的墨滴聚集到一点，融合后会形成不同的色彩。此外，在打印过程中，通过调整压电驱动器的压电驱动电压及电流体喷印的驱动电压来实现喷射多种尺寸的墨滴，从而实现更广泛的色域，打印出更真实的色彩。其中，电流体动力喷印技术相比于传统喷墨打印具有明显的优势，一方面体现在打印分辨率上，同样的喷嘴使用电喷印技术可以打印出更小的点；另一方面体现在溶液的兼容性上，电喷印是将溶液从喷嘴处“拉”出来的，能够适应的溶液粘度范围是0.5cp.s～10000cp.s，远远大于传统喷墨打印所能适应的溶液粘度范围。

所述电流体动力打印喷头包括集成偏转电极及集成喷头，所述集成偏转电极连接于所述集成喷头的一端。所述集成喷头喷射出四种颜色的墨滴，所述集成偏转电极用于将所述墨滴聚集到一点，融合后形成不同的色彩，提高了墨滴在打印基板上的定位进度，进而提高了打印精度。

所述集成喷头包括四个喷头4、四个喷头接口5、四个压电管7、四个喷头固定块6及喷头外壳2。所述喷头固定块6连接于所述喷头外壳2的一端，其用于固定所述喷头4。所述喷头接口5连接于所述喷头4的一端，所述喷头4的另一端穿过所述喷头固定块6后收容于所述喷头外壳2内。所述压电管7设置在所述喷头4的中部。所述喷头接口5用于连接所述喷头4及喷墨系统。

所述喷头固定块6基本呈圆盘形，其开设有四个收容孔，四个所述收容孔分别用于供四个所述喷头4穿过。所述喷头固定块6是采用绝缘材料制成的。

本实施方式中，四个所述收容孔绕所述喷头固定块6的中心轴均匀排布；所述收容孔的尺寸与所述喷头的尺寸相对应；所述喷头固定块6的外周形成有外螺纹，所述外螺纹与所述喷头外壳2形成螺纹连接，以使所述喷头固定块6连接于所述喷头外壳2；相邻两个所述收容孔的中心轴之间的间距大于250微米，如此以确保对应的相邻两个所述喷头4的中心轴之间的间距大于250微米，从而使得喷印时四个所述喷头4形成的弯液面不会相互干扰。

所述喷头4包括喷管3及连接于所述喷管3远离所述喷头接口5的一端的喷嘴，所述喷管3的另一端连接于所述喷头接口5。所述喷嘴收容于所述收容孔，其出口处形成所述弯液面。所述喷嘴与所述集成偏转电极相对设置。本实施方式中，四个所述喷头4被供给四种不同的溶液，以分别打印出C、M、Y、K四种颜色，在打印的过程中所使用的四种溶液能够互溶，从而生成不同的色彩，且溶液的粘度范围为0.5cPs～10000cPs。

本实施方式中，所述四个喷嘴邻近所述集成偏转电极的端面处于同一个平面内，如此一方面可以确保所述喷头4在进行射流时，不会受到其他喷头4的影响，从而影响打印效果或者带来误差；另一方面在打印过程中，不同高度需要给对应的偏转电极施加不同的偏转电压，四个所述喷头4邻近所述集成偏转电极的端面处于同一个平面内可以保证所述喷嘴与对应的偏转电极之间的距离相同，从而便于控制。

本实施方式中，所述喷头接口5基本呈阶梯状，其位于所述喷头固定块6的外部，考虑到所述喷头接口5需要连接所述供墨系统及所述喷管3，所述喷头接口5需要有一定的强度和刚度，另一方面所述喷头接口5需要有一定的抗腐蚀能力，以避免多次使用后其受到溶液的腐蚀；此外，打印过程中需要给溶液通电，这就需要所述喷头接口5需要有一定的导电能力，优选不锈钢作为所述喷头接口5的制作材料。所述喷头接口5的上端部为鲁尔结构，以便于和所述供墨系统相连接时达到密封的效果。

所述压电管7套设在所述喷管3上，其位于所述喷管3的中部。本实施方式中，所述压电管7收容于所述喷头外壳2内。所述喷管3与所述压电管7相对应的区域开设有通孔，所述通孔用于所述压电管7的电极引线导出。

所述集成偏转电极包括偏转电极连接块8及四个连接于所述偏转电极连接块8的偏转电极1，四个所述偏转电极1绕所述电极连接块8的中心轴均匀排布，且四个偏转电极1的中心轴位于同一个圆上，相邻两个所述偏转电极1之间的圆心角为90°。本实施方式中，所述偏转电极1与所述偏转电极连接块8通过胶水固定在一起，四个所述偏转电极1的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应。

所述偏转电极连接块8基本呈环状，其内壁上形成有内螺纹。所述偏转电极连接块8通过所述内螺纹连接于所述喷头外壳2。所述喷头外壳2远离所述喷头接口5的一端形成有与所述内螺纹相啮合的外螺纹，以使所述偏转电极连接块8与所述喷头外壳2之间形成螺纹连接，进而使所述偏转电极1连接于所述喷头外壳2。本实施方式中，所述偏转电极1位于所述偏转电极连接块8的内侧；所述偏转电极连接块8是采用绝缘材料制成的；筒状的所述喷头外壳2是采用金属材料制成的。

所述电流体动力打印喷头工作时，需要给所述喷管3注满溶液并提供一定的背压，同时给所述压电管7施加压电驱动电压，受到所述压电驱动电压的作用，溶液在所述喷嘴处周期性地形成弯液面，所述弯液面的形成周期与所述压电驱动电压的周期相一致。此外，在所述喷嘴与打印基板之间施加一定的喷射电压，所述弯液面受到所述喷嘴与所述打印基板之间的电场作用而形成泰勒锥，所述喷嘴喷射出墨滴，所述墨滴在所述偏转电极1的作用下发生偏转，通过控制所述偏转电极1的偏转电极电压来使所述墨滴的几何中心准确地位于所述喷嘴的中心轴上。

本实施方式中，只给当前处于工作状态的所述喷头4对应的偏转电极1施加偏转电极电压，以避免当前的射流受到其他喷头4对应的偏转电极1的影响而出现偏转或者定位不准确的现象；所述偏转电极电压的周期与当前处于工作状态的所述喷头4对应的压电驱动电压的周期相一致，以确保所述喷头4每次进行射流时都能够进行精确的偏转，由此提高定位精度及打印精度。

此外，通过调整所述压电驱动电压及所述射流电压来使所述喷头4喷射出大小不同的墨滴，通过控制所述墨滴的大小来实现不同的颜色组合，从而能够使得喷射出的颜色的色域变化更加平缓，进而打印出更加逼真的色彩。同时，调整墨滴大小的同时，需要同步调整所述偏转电极1的偏转电极电压，使得墨滴始终能够在所述偏转电极1的作用下准确地落在所述打印基板上。

本发明还提供了一种电流体动力打印装置，所述电流体动力打印装置包括本体及如上所述的电流体动力打印喷头，所述电流体动力打印喷头连接于所述本体。本实施方式中，所述供墨系统设置在所述本体上。

所述电流体动力打印装置工作时，四个所述喷嘴分别连接着四个所述供墨系统，每种供墨系统中存放着一种溶液，溶液的颜色分别为C、M、Y、K，这四种溶液的粘度选为300cp.s～500cp.s，并且能够互溶；所述供墨系统使用气压作为动力源，在气压的作用下，所述喷嘴处会形成弯液面，在射流电压的作用下，所述喷嘴处形成泰勒锥，并且喷射出墨滴，单个墨滴在偏转电极电压形成的偏转电场的作用下发生偏转，并且落在所述打印基板上

本发明提供的额电流体动力打印喷头及装置，所述电流体动力打印喷头的四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应，所述偏转电极用于将对应的所述喷嘴喷射出的墨滴聚集到一点，使得墨滴的几何中心始终位于所述喷嘴的中心轴上，提高了定位精度，进而提高了打印精度。此外，通过调整所述压电驱动电压及所述喷嘴与打印基板之间施加的喷射电压来调节所述喷嘴喷射出的墨滴的尺寸，得到了多种墨滴的体积，从而能够适应更大的色域范围，打印出更加逼真的色彩，应用范围得以扩大，且不会影响打印分辨率及打印精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流体动力打印喷头，其特征在于：

所述电流体动力打印喷头包括集成偏转电极及集成喷头，所述集成偏转电极连接于所述集成喷头的一端；所述集成喷头包括喷头外壳、喷头接口及四个喷头，所述喷头接口连接于所述喷头的一端，所述喷头的另一端收容于所述喷头外壳；所述喷头邻近所述集成偏转电极的一端形成有喷嘴；

所述集成偏转电极包括环状的偏转电极连接块及四个偏转电极，所述偏转电极连接块连接于所述喷头外壳远离所述喷头接口的一端，其位于所述喷头外壳的外侧；四个所述偏转电极连接于所述偏转电极连接块，其位于所述偏转电极连接块的内侧；四个所述偏转电极的位置分别与四个所述喷嘴的位置相对应，所述偏转电极用于将对应的所述喷嘴喷射出的墨滴聚集到一点。

2.如权利要求1所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：四个所述喷嘴邻近所述偏转电极的端面位于同一个平面内。

3.如权利要求1所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：四个所述偏转电极绕所述偏转电极连接块的中心轴均匀排布。

4.如权利要求1-3任一项所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：所述集成喷头还包括喷头固定块，所述喷头固定块螺纹连接于所述喷头外壳远离所述偏转电极的一端，其开设有四个收容孔；所述喷头还包括喷管，所述喷管的一端连接于所述喷头接口，另一端穿过所述收容孔后连接于所述喷嘴。

5.如权利要求4所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：四个所述收容孔绕所述喷头固定块的中心轴均匀排布，相邻两个所述收容孔的中心轴之间的间距大于250微米。

6.如权利要求4所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：所述集成喷头还包括四个压电管，四个所述压电管分别套设在四个所述喷管上。

7.如权利要求6所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：所述偏转电极上施加的偏转电极电压的周期与当前处于工作状态的喷头对应的压电管上施加的压电驱动电压的周期相一致。

8.如权利要求7所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：通过调整所述压电驱动电压及所述喷嘴与打印基板之间施加的喷射电压来调节所述喷嘴喷射出的墨滴的尺寸。

9.如权利要求1-3任一项所述的电流体动力打印喷头，其特征在于：所述偏转电极连接块是采用绝缘材料制成的；所述喷头外壳是采用金属材料制成的；所述偏转电极是采用铜合金制成的。

10.一种电流体动力打印装置，其包括本体，其特征在于：

所述电流体动力打印装置还包括权利要求1-9任一项所述的电流体动力打印喷头，所述电流体动力打印喷头连接于所述本体。