CN109070591A - 多层喷嘴流体喷射装置 - Google Patents

Abstract

根据示例，一种多层喷嘴流体喷射装置可以包括：第一喷嘴层，其包括第一喷嘴层厚度和第一喷嘴层孔口；以及第二喷嘴层，其包括第二喷嘴层厚度和第二喷嘴层孔口。所述第一喷嘴层孔口可以包括第一喷嘴层孔口尺寸，所述第一喷嘴层孔口尺寸不同于所述第二喷嘴层孔口的第二喷嘴层孔口尺寸。

Description

多层喷嘴流体喷射装置

背景技术

在一些打印系统中，流体喷射装置是在打印期间将打印材料喷射和/或沉积到承印物或介质上的部件。承印物的示例包括纸。打印材料可以以液滴的形式被喷射到承印物上以产生打印的承印物。

附图说明

借助于以下附图中所示的示例来说明本公开的特征。在以下附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1A图示了根据本公开的一个示例的多层喷嘴流体喷射装置的顶视图；

图1B图示了根据本公开的一个示例的沿图1A中的剖面A-A截取的图1A的多层喷嘴流体喷射装置的剖视图；

图2A图示了根据本公开的一个示例的多层喷嘴流体喷射装置的顶视图；

图2B图示了根据本公开的一个示例的沿图2A中的剖面A-A截取的图2A的多层喷嘴流体喷射装置的剖视图；

图3图示了根据本公开的一个示例的峰值应力对跨度和喷嘴层厚度的示图；

图4图示了根据本公开的一个示例的针对梁的应力确定；以及

图5A-5C相应地图示了根据本公开的示例的等高线图，该等高线图示出了作为粘度、喷嘴孔口直径和喷嘴层厚度的函数的喷嘴阻力(nozzle resistance)。

具体实施方式

为了简单和说明的目的，本公开通过主要参考其示例来描述。在下面的描述中，阐述了细节以便提供对本公开的理解。然而，将显而易见的是，可以在不限于这些细节的情况下实践本公开。在其他情况下，没有详细地描述对于本领域技术人员而言显而易见的方法和结构，以免不必要地模糊本公开。

贯穿本公开，术语“一”、“一个”和“一种”意在表示特定元素中的至少一个。如本文所用的，术语“包括”意指包括但不限于，术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。

根据本公开的示例，本文公开了一种多层喷嘴流体喷射装置。本文所公开的流体喷射装置可以与喷墨打印机以及其他这样的打印机一起使用。本文所公开的流体喷射装置可以提供对不同粘度的打印材料的喷射。一般而言，如本文所述的打印材料可包括消耗性流体以及其他消耗性材料。打印材料可包括墨、调色剂、流体、粉末、着色剂、清漆、面漆、光泽增强剂、粘结剂和/或可在打印过程中利用的其他此类材料。例如，本文所公开的流体喷射装置可以提供对包括大约1厘泊(cP)的相对低粘度的打印材料至包括大于大约1cP(例如，6cP)的相对高粘度的打印材料的喷射。

关于打印材料粘度，为了试图获得具有增加的耐久性、色域、光密度和耐气候性的新产品，打印材料的粘度在不断增加。打印材料粘度的这种增加可直接影响喷嘴中的阻力，这又影响喷射打印材料的能力。影响喷嘴阻力的变量包括圆形喷嘴的喷嘴孔口(也称为孔)直径、喷嘴层厚度以及打印材料粘度。高粘度的打印材料可以以高液滴重量(即，基于相对大的喷嘴孔口直径)和针对破裂的喷嘴水平强度所需的最小喷嘴层厚度来喷射。在这方面，本文所公开的多层喷嘴流体喷射装置可包括多个喷嘴层。通过包括多个喷嘴层，这些喷嘴层的机械强度可以与用于指定粘度的打印材料的本文所公开的流体喷射装置的液滴喷射能力不相关。因此，高粘度的打印材料可以从本文所公开的流体喷射装置喷射，而没有脆弱的喷嘴层的缺点。

关于所述多个喷嘴层，对于本文所公开的多层喷嘴流体喷射装置而言，这些喷嘴层可以通过使用其他这样的技术来层叠或联接。每个喷嘴层都可以通过成像或其他这样的技术来形成。例如，每个喷嘴层可以利用不同的光掩模来成像。

根据一个示例，本文所公开的多层喷嘴流体喷射装置可以包括层叠的多个喷嘴层，并且该多个喷嘴层可以利用不同的光掩模来成像。例如，本文所公开的流体喷射装置可包括层叠的两个喷嘴层。替代性地，本文所公开的流体喷射装置可包括层叠的多于两个喷嘴层。每个喷嘴层可以利用不同的光掩模来成像。替代性地，对于包括多于两个喷嘴层的多层喷嘴流体喷射装置，所述喷嘴层中的至少两个可以利用不同的光掩模来成像。

对于包括两个喷嘴层的多层喷嘴流体喷射装置，第一喷嘴层可以被施加到喷发腔室正上方的区域上。然后，所施加的第一喷嘴层可以被图案化。该图案可以与喷发腔室是相同的尺寸，下至第二喷嘴层中的喷嘴孔口入口的直径。替代性地，该图案可以大于喷发腔室，下至第二喷嘴层中的喷嘴孔口入口的直径。所述第二喷嘴层可以被施加并且利用喷嘴孔口掩模来图案化。

通过将两个喷嘴层用于本文所公开的多层喷嘴流体喷射装置，除了喷发腔室中之外的任何位置的喷嘴层可以包括一个厚度，而在本文所公开的流体喷射装置的流体喷射器正上方的区域包括第二厚度。例如，如果第一喷嘴层和第二喷嘴层各自包括9μm的厚度，如本文所公开的，处于打印材料槽上方的区域可以是大约四倍强，同时在本文所公开的流体喷射装置的喷发腔室之上维持相同的喷嘴阻力。

对于本文所公开的多层喷嘴流体喷射装置，第一喷嘴层和第二喷嘴层可各自包括相同或不同的厚度。例如，对于包括总共20μm厚度的喷嘴，与第二喷嘴层(例如，6μm)相比，第一喷嘴层可以更厚(例如，14μm)。因此，第二喷嘴层的相对薄的孔口可以以相对较低的液滴重量提供对较高粘度的打印材料或较低粘度的溶液的喷射。

本文所描述的一些示例可以在如下打印系统中实现，即：其中，打印材料可以被分配在构建材料的构建层上，使得这些示例可以执行分层增材制造过程。这样的分层增材制造打印系统的示例可以被称为三维打印机。在这样的示例中，如本文所述的流体喷射装置可以选择性地将打印材料分配在基于粉末的构建材料层上，以促进该构建材料的多个部分的熔合。如将会理解的，每个层都可以对应于待形成的三维物体的一个剖面。在先前层之上顺序地层叠和熔合构建材料层可以促进三维物体的生成。在本文所述的示例中，构建材料可以包括基于粉末的构建材料、颗粒材料和/或粒状材料，其中，基于粉末的构建材料可以包括基于湿的和/或干的粉末的材料。对于三维打印机，所喷射的流体可以被称为物剂，该物剂增加或减少其上分配有该流体的介质的能量吸收。对于二维打印机，可以如本文所公开的那样应用粘合剂、光泽涂料等。

图1A图示了根据本公开的一个示例的多层喷嘴流体喷射装置100(在下文中称为“流体喷射装置100”)的顶视图。图1B图示了根据本公开的一个示例的沿图1A中的剖面A-A截取的流体喷射装置100的剖视图。

参照图1A和图1B，流体喷射装置100可包括喷嘴102，该喷嘴102包括第一喷嘴层104，该第一喷嘴层104包括第一喷嘴层厚度106。第一喷嘴层104还可以包括第一喷嘴层孔口108，该第一喷嘴层孔口108包括第一喷嘴层孔口尺寸110。对于圆形的第一喷嘴层孔口108(未示出)，第一喷嘴层孔口尺寸110可包括第一喷嘴层孔口直径。替代性地，如图1A中所示，第一喷嘴层孔口108可以被成形为矩形构造。对于矩形的第一喷嘴层孔口108，第一喷嘴层孔口尺寸110可包括第一喷嘴层孔口108的宽度。替代性地，第一喷嘴层孔口108可以具有任何其他构造，如鉴于本公开将会理解的。例如，第一喷嘴层孔口108可包括椭圆形、正方形或另一种类型的形状，如鉴于本公开将会理解的。

流体喷射装置100还可以包括第二喷嘴层112，该第二喷嘴层112包括第二喷嘴层厚度114。第二喷嘴层112还可以包括第二喷嘴层孔口116，该第二喷嘴层孔口116包括第二喷嘴层孔口尺寸118。对于圆形的第二喷嘴层孔口116，第二喷嘴层孔口尺寸118可包括第二喷嘴层孔口直径。替代性地，第二喷嘴层孔口116可以被成形为例如椭圆形或另一种类型的构造，如鉴于本公开将会理解的。

如图1B中所示，第二喷嘴层孔口尺寸118一般被指定为使得它可包括在第二喷嘴层112相对于喷射腔室122的最外部表面处的尺寸120。替代性地，第二喷嘴层孔口尺寸118可包括在第二喷嘴层112相对于喷射腔室122的最内部表面处的尺寸124。在任一种情况下，与第一喷嘴层孔口尺寸110相比，第二喷嘴层孔口116的任何尺寸都可以是不同的。在这方面，第二喷嘴层孔口116可以包括处于指定尺寸120和尺寸124的表面之间的逐渐变小的剖面。

喷射腔室122可以供应待从喷嘴102喷射的打印材料126。喷射腔室122可以跨越第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的一部分，如图1B中所示。第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的延伸超出喷射腔室122的部分可以被指定为无支撑跨度(unsupported span)，如本文进一步详细描述的。

流体喷射装置100还可以包括流体喷射器128，以加热打印材料126，以从喷嘴102喷射打印材料126。流体喷射器128可以包括加热元件，该加热元件包括电阻器以及其他这样的装置(例如，基于压电膜的装置)，以从喷嘴102喷射打印材料126，如鉴于本公开将会理解的。

第一喷嘴层104可以被设置在第二喷嘴层112和喷射腔室122之间。此外，第一喷嘴层孔口尺寸110可以大于第二喷嘴层孔口尺寸118(如本文所公开的，该第二喷嘴层孔口尺寸118可包括第二喷嘴层孔口116在指定尺寸120和尺寸124的表面之间的任何尺寸)。例如，如图1B中所示，第一喷嘴层孔口尺寸110可以大于处于第二喷嘴层112相对于喷射腔室122的最外部表面处的尺寸120、处于第二喷嘴层112相对于喷射腔室122的最内部表面处的尺寸124或者处于尺寸120和尺寸124之间的任何尺寸。也就是说，第一喷嘴层孔口尺寸110可以大于沿第二喷嘴层孔口116的逐渐变细部段的第二喷嘴层孔口116的任何尺寸，如图1B中所示。

流体喷射装置100还可以包括其他特征，例如用于光致抗蚀剂(例如，SU-8)粘合的底漆层130、形成流体喷射器128以及电气布线和可靠性规范的多个薄膜层132以及硅衬底层134。

图2A图示了根据本公开的一个示例的流体喷射装置100的顶视图。图2B图示了根据本公开的一个示例的沿图2A中的剖面A-A截取的流体喷射装置100的剖视图。

参照图2A和图2B，与图1A和图1B的流体喷射装置构造相比，对于图2A和图2B的流体喷射装置构造，第一喷嘴层孔口尺寸200可以大于喷射腔室122的相对应的开口尺寸202。例如，对于图1A和图1B的流体喷射装置构造，第一喷嘴层孔口尺寸110近似等于喷射腔室122的相对应的开口尺寸。然而，如图2A和图2B中所示，第一喷嘴层孔口尺寸200大于喷射腔室122的相对应的开口尺寸202。在这方面，相对较大的第一喷嘴层孔口尺寸200提供了来自喷射腔室122的打印材料126的增加的再填充能力。例如，相对较大的第一喷嘴层孔口尺寸200提供了来自喷射腔室122的打印材料126的增加的再填充速度。相对较大的第一喷嘴层孔口尺寸200提供了打印材料126的毛细管半径的减小，其中，厚度减小的第二喷嘴层112可以将打印材料126的弯液面拉入到喷发腔室中，并增加打印材料126的毛细管半径。

图3图示了根据本公开的一个示例的峰值应力对跨度和喷嘴层厚度的示图。图4图示了根据本公开的一个示例的针对梁的应力确定。图5A-5C相应地图示了根据本公开的示例的等高线图，该等高线图示出了作为粘度、孔口直径和喷嘴层厚度的函数的喷嘴阻力。

再次参照图1A、图1B、图3、图4和图5A-5C，喷嘴102可包括总喷嘴层厚度。该总喷嘴层厚度可包括第一喷嘴层厚度106和第二喷嘴层厚度114，该第二喷嘴层厚度114对应于打印材料126的指定粘度和与第二喷嘴层112相关联的指定液压阻力。在这方面，总喷嘴层厚度可以基于与第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的无支撑跨度136相关联的应力。第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的该无支撑跨度136可以表示第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的沿图1B的定向在喷射腔室122的右侧的一部分。

例如，如图4中所示，对于梁，应力可以如下作为宽度b、长度a、力p和厚度t的函数来确定，即：

基于式(1)，第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的无支撑跨度136的峰值应力可以作为总喷嘴层厚度138(参见图1B)的函数来确定。图3的示图图示了总喷嘴层厚度138和峰值应力之间的关系。例如，图3的示图可以用于基于如下假设来评估总喷嘴层厚度138和峰值应力之间的关系，即：喷嘴层厚度的标绘表示包括第一喷嘴层厚度106和第二喷嘴层厚度114的总喷嘴层厚度138。

参照图3，峰值应力表明在大约14μm的厚度下，大约110μm的无支撑跨度136在归一化负载的情况下包括大约11N/m²的峰值应力。类似地，可以确定包括大约9μm的厚度或大约20μm的厚度的无支撑跨度136的峰值应力。峰值应力的值可被用于确定无支撑跨度136遇到的最大应力。例如，假定在第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的20μm的总喷嘴层厚度下，并且在大约110μm的无支撑跨度136下，峰值应力是可接受的，则该20μm的总喷嘴层厚度可以被进一步用于确定第一喷嘴层厚度106，如本文中关于图5A-5C所公开的。

参照图5A-5C，等高线图示出了作为粘度、喷嘴孔口直径和喷嘴层厚度的函数的喷嘴阻力。标记在500、502和504处的点表示在给定的孔口尺寸下的相同的阻力等高线，该阻力等高线示出了减小的喷嘴层厚度将如何使得能够实现针对相对较高粘度的溶液的较小的喷嘴阻力。喷嘴的液压阻力可以如下确定：

对于式(2)，l可以表示喷嘴层厚度，并且r可以表示圆形喷嘴孔口的喷嘴孔口直径。

参照图5A-5C，假定流体喷射装置100将使用5cP的指定粘度的打印材料126并且包括0.0030的指定液压阻力，则流体喷射装置100可以被构造成包括9μm的第二喷嘴层厚度114和14μm的第二喷嘴孔口直径(即，其中，14μm的第二喷嘴孔口直径对应于尺寸120)。此外，如本文关于图3和图4所公开的，假定在第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的20μm的总喷嘴层厚度下，并且在大约110μm的无支撑跨度136下，峰值应力是可接受的，则该20μm的总喷嘴层厚度可以被进一步用于确定第一喷嘴层厚度106。例如，如本文关于图5A-5C所公开的，如果对于5cP的指定粘度和0.0030的指定液压阻力，第二喷嘴层厚度114被确定为9μm，则第一喷嘴层厚度106可被确定为11μm(即，20μm的总喷嘴层厚度减去9μm的第二喷嘴层厚度114)。

以这种方式，如本文关于图3-5C所公开的，第二喷嘴层厚度114可以根据指定的粘度和指定的液压阻力来确定，总喷嘴层厚度138可以基于与第一喷嘴层104和第二喷嘴层112的无支撑跨度136相关联的可接受的峰值应力来确定，并且第一喷嘴层厚度106可以通过从总喷嘴层厚度138减去第二喷嘴层厚度114来确定。因此，基于打印材料126的粘度和指定的液压阻力，第二喷嘴层厚度114可以被确定为小于、等于或大于第一喷嘴层厚度106。例如，第二喷嘴层厚度114可以为大约9μm。根据另一示例，第二喷嘴层厚度114可小于大约9μm。

此外，关于图5A-5C，通过将第二喷嘴层厚度114从20μm减小到14μm、9μm，对于14μm的第二喷嘴孔口直径(即，其中，14μm的第二喷嘴孔口直径对应于尺寸120)，打印材料126的粘度可以相应地从2cP类似地增加到3cP、5cP。以这种方式，通过进一步减小第二喷嘴层厚度114，打印材料126的粘度可以进一步增加到大于5cP。

本文描述和说明的是一个示例及其一些变型。本文所使用的术语、描述和附图仅通过说明的方式提出，并不意在作为限制。在本主题的精神和范围内可以有许多变型，这些变型意在由所附权利要求及其等同物来限定，其中除非另有说明，否则所有术语均意指其最广泛的合理意义。

Claims (15)

1.一种多层喷嘴流体喷射装置，包括：

喷嘴，其包括：

第一喷嘴层，其包括第一喷嘴层厚度和第一喷嘴层孔口尺寸，以及

第二喷嘴层，其包括第二喷嘴层厚度和第二喷嘴层孔口直径，其中，所述第一喷嘴层孔口尺寸不同于所述第二喷嘴层孔口直径；

喷射腔室，其供应待从所述喷嘴喷射的打印材料；以及

流体喷射器，其从所述喷嘴喷射所述打印材料。

2.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第一喷嘴层被设置在所述第二喷嘴层和所述喷射腔室之间，以及

所述第一喷嘴层孔口尺寸大于所述第二喷嘴层孔口直径。

3.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第二喷嘴层包括逐渐变小的剖面，以及

所述第二喷嘴层孔口直径被设置在所述第二喷嘴层相对于所述喷射腔室的最外部表面处。

4.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第二喷嘴层包括逐渐变小的剖面，以及

所述第二喷嘴层孔口直径被设置在所述第二喷嘴层相对于所述喷射腔室的最内部表面处。

5.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第一喷嘴层孔口尺寸大于所述喷射腔室的相对应的开口尺寸。

6.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述喷嘴包括总喷嘴层厚度，以及

所述总喷嘴层厚度包括：

所述第一喷嘴层厚度，以及

所述第二喷嘴层厚度，其对应于所述打印材料的指定粘度和所述第二喷嘴层的指定液压阻力。

7.根据权利要求6所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，所述总喷嘴层厚度基于与所述第一喷嘴层和所述第二喷嘴层的无支撑跨度相关联的应力。

8.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，所述第二喷嘴层厚度为大约9μm。

9.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，所述第二喷嘴层厚度小于大约9μm。

10.根据权利要求1所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，所述流体喷射器为电阻器。

11.一种多层喷嘴流体喷射装置，包括：

喷嘴，其包括：

第一喷嘴层，其包括第一喷嘴层厚度和第一喷嘴层孔口，以及

第二喷嘴层，其包括第二喷嘴层厚度和第二喷嘴层孔口，其中，

所述第一喷嘴层孔口包括第一喷嘴层孔口尺寸，所述第一喷嘴层孔口尺寸不同于所述第二喷嘴层孔口的第二喷嘴层孔口尺寸，以及

所述第一喷嘴层孔口尺寸和所述第二喷嘴层孔口尺寸相应地被设置成大致正交于所述第一喷嘴层厚度和所述第二喷嘴层厚度；以及

喷射腔室，其供应待从所述喷嘴喷射的打印材料。

12.根据权利要求11所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第二喷嘴层孔口尺寸包括第二喷嘴层孔口直径。

13.根据权利要求12所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第一喷嘴层被设置在所述第二喷嘴层和所述喷射腔室之间，以及

所述第一喷嘴层孔口尺寸大于所述第二喷嘴层孔口直径。

14.一种多层喷嘴流体喷射装置，包括：

第一喷嘴层，其包括第一喷嘴层厚度和第一喷嘴层孔口；

第二喷嘴层，其包括第二喷嘴层厚度和第二喷嘴层孔口，其中，

所述第一喷嘴层孔口包括第一喷嘴层孔口尺寸，所述第一喷嘴层孔口尺寸不同于所述第二喷嘴层孔口的第二喷嘴层孔口尺寸，

所述第二喷嘴层厚度基于待与所述多层喷嘴流体喷射装置一起使用的打印材料的指定粘度和所述第二喷嘴层的指定液压阻力，以及

所述第一喷嘴层厚度基于待通过所述第一喷嘴层的一部分和所述第二喷嘴层的一部分支撑的应力；以及

喷射腔室，其供应待从所述第一喷嘴层孔口和所述第二喷嘴层孔口喷射的打印材料。

15.根据权利要求14所述的多层喷嘴流体喷射装置，其特征在于，

所述第一喷嘴层孔口尺寸大于所述喷射腔室的相对应的开口尺寸。