CN109414936B - 流体喷射装置和颗粒检测器 - Google Patents
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Abstract
在根据本公开的一个示例中，描述了一种流体喷射装置。所述流体喷射装置包括若干个喷嘴，以喷射流体。每个喷嘴包括：保持流体的喷发腔室；喷嘴孔口，通过其来分配流体；以及喷射器，其设置在所述喷发腔室中，以通过所述喷嘴孔口喷射流体。所述流体喷射装置还包括颗粒检测器，以检测所述喷发腔室中的流体内的外来颗粒的存在。
Description
背景技术
例如喷墨打印头之类的流体喷射装置被广泛地用于精确和快速地分配少量流体。这样的流体喷射装置有许多形式。例如，流体喷射装置可以在增材制造过程中分配熔剂，或者可以被用于在打印介质上分配墨，所述打印介质例如纸或者其他二维或三维表面。
附图说明
附图图示了本文所述的原理的各种示例，并且是本说明书的一部分。图示的示例仅为了说明而给出，并且不限制权利要求的范围。
图1是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器的流体喷射装置的剖视图。
图2是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器的增材制造设备的简化顶视图。
图3A和图3B是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器的流体喷射装置的剖视图。
图4是根据本文所述的原理的示例的离子敏感场效应晶体管颗粒检测器的剖视图。
图5是根据本文所述的原理的一个示例的用于检测流体喷射装置中的外来颗粒的方法的流程图。
图6是根据本文所述的原理的另一个示例的具有颗粒检测器的流体喷射装置的剖视图。
图7是根据本文所述的原理的一个示例的图6中所描绘的具有颗粒检测器的流体喷射装置的顶视图。
图8是根据本文所述的原理的一个示例的具有电阻抗谱颗粒检测器的流体喷射装置的剖视图。
贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
例如喷墨打印头和增材制造设备之类的流体喷射装置被广泛地用于精确和快速地分配少量流体。这样的流体喷射装置有许多形式。例如，流体喷射装置可以在增材制造过程中分配熔剂，或者可以被用于在例如纸之类的打印介质上分配墨。通过在喷发腔室内产生短的高压脉冲，流体微滴从喷嘴孔口中喷出。喷发腔室中的喷射器促使流体从喷嘴孔口离开。喷射器的示例包括热喷射器或压电喷射器。热喷射器使用半导体装置，其包括喷发腔室中的加热元件(例如，电阻器)以及其他集成电路。为了喷射流体微滴，使电流通过电阻器。随着电阻器产生热，喷发腔室内的一小部分流体被蒸发。蒸气迅速膨胀，从而促使小微滴通过喷嘴孔口从喷发腔室中离开。电流随后被关掉，并且电阻器冷却。蒸气泡迅速塌陷(collapse)，从而将更多的流体从流体储存器吸入到喷发腔室中。在这些示例中，初始化喷射的热量可以根据待喷射的流体的挥发性、喷发腔室的构造以及其他这样的因素而变化。
所述喷嘴可以被布置成列或阵列，使得流体从所述喷嘴的适当顺序的喷射使字符、符号和/或其他图案形成在表面上；所述表面为增材制造设备中的构建材料层或其他三维表面，或者是喷墨打印机中的例如纸之类的介质。在操作中，流体从储存器流动到流体喷射装置。在一些示例中，流体喷射装置可以被分成若干个管芯，其中每个管芯具有若干个喷嘴。为了创建字符、符号和/或其他图案，其中安装有流体喷射装置的打印机、增材制造设备或其他部件通过流体喷射装置上的电接合焊盘将电信号发送到流体喷射装置。然后，流体喷射装置将流体的小微滴从储存器喷射到表面上。这些微滴结合以在表面上形成图像或其他图案。
流体喷射装置包括用于将流体沉积到表面上的若干个部件。例如，流体喷射装置包括若干个喷嘴。喷嘴包括喷射器、喷发腔室和喷嘴孔口。喷嘴孔口允许将例如墨或熔剂之类的流体沉积到表面上，所述表面例如粉末构建材料或打印介质等。喷发腔室包括少量的流体。喷射器是用于通过喷嘴孔口从喷发腔室喷射流体的机构。喷射器可包括喷发电阻器或其他热装置、压电元件或者用于从喷发腔室喷射流体的其他机构。
例如，喷射器可以是喷发电阻器。喷发电阻器响应于施加的电压而加热。随着喷发电阻器加热，喷发腔室中的一部分流体蒸发以形成气泡。该气泡将流体推出喷嘴孔口并推到表面上。随着蒸发的流体泡爆开(pop)，喷发腔室内的真空压力将流体从流体供应装置吸入到喷发腔室中，并且该过程重复。该系统被称为热喷墨系统。在一些示例中，该系统可以是挥发性增强的热喷墨系统，其中，通过成核流体(nucleated fluid)的挥发性来增强流体的排出动量(expulsion momentum)。
在另一个示例中，喷射器可以是压电装置。当施加电压时，压电装置改变形状，这在喷发腔室中产生压力脉冲，该压力脉冲将流体推出喷嘴孔口并且推到表面上。
虽然这样的流体喷射装置无疑已经推进了精确流体输送的领域，但是某些状况会影响它们的有效性。例如，在一些情况下，外来颗粒可能会进入喷发腔室。这些外来颗粒中的一些可具有足够的尺寸，以足够的量存在或者具有负面地影响流体喷射装置的操作的其他属性。作为一个具体示例，在增材制造期间，粉末构建材料被沉积在构建区域中。然后，熔剂被设置在粉末构建材料的待熔合以形成三维物体的层的部分上。该熔剂增加了下面的构建材料的能量吸收。因此，当能量被施加于构建材料的表面时，已接收到熔剂并因此具有增加的能量吸收特性的构建材料硬化，而未接收到熔剂的那部分构建材料保持在粉末形式。该过程以逐层的方式重复，以生成三维物体。
在这样的增材制造设备中，来自基于粉末的构建体积的颗粒物质可以进入分配熔剂的喷嘴的喷发腔室。在这种情况下，该颗粒物质可能堵塞喷嘴孔口，从而导致不规则的流体沉积，或者可能完全抑制流体沉积。
因此，本说明书描述了用于检测外来颗粒物质的装置和方法。具体而言，检测外来颗粒物质的存在和属性，并且如果认为适当，则可以执行补救措施，例如增加滴落率，暂停沉积，执行多道次沉积(multi-pass deposition)或通知用户堵塞等，以便减轻由外来颗粒物质的存在所产生的状况。虽然具体参考了增材制造设备中的颗粒物质，但是这样的外来颗粒可存在于例如喷墨打印头之类的其他系统中。
具体而言，本说明书描述了一种处于流体喷射装置中的颗粒检测器。具体而言，该颗粒检测器可处于喷发腔室中、处于通向喷发腔室的流体槽中或者处于流体喷射装置内的其他空间中。使用若干种方法，该颗粒检测器可以确定在流体喷射装置中是否找到了不期望的外来颗粒，该不期望的外来颗粒可能会降低沉积质量或者以其他方式负面地影响沉积。基于检测到的信息，可以执行适当的补救动作。
具体而言，本说明书描述了一种流体喷射装置。所述流体喷射装置包括若干个喷嘴，以喷射一定量的流体。每个喷嘴包括：保持所述量的流体的喷发腔室；分配所述量的流体的喷嘴孔口；以及喷射器，其设置在所述喷发腔室中，以通过所述喷嘴孔口喷射所述量的流体。所述流体喷射装置还包括颗粒检测器，以检测所述量的流体内的外来颗粒的存在。
本说明书还描述了一种增材制造设备。所述设备包括构建材料分配器，以将构建材料层连续地沉积在构建区域中。所述增材制造设备的试剂分配器(agent distributor)包括至少一个流体喷射装置，以将熔剂分配到构建材料层上，以增加构建材料的接收所述熔剂的部分的能量吸收。增材制造装置还包括颗粒检测器，以检测构建材料颗粒的存在。
本说明书还描述了一种用于确定流体中的颗粒存在的方法。根据所述方法，确定流体喷射装置的喷发腔室内的溶液中的离子浓度。所述溶液包括所述流体和外来颗粒。然后，确定所述溶液内的离子浓度是否在没有外来颗粒的情况下的流体本身的预期离子浓度的范围之外。基于所述溶液内的所述离子浓度，确定所述流体中的外来颗粒的存在。
在一个示例中，在流体喷射装置中使用这样的颗粒检测器：1)提供了片上颗粒检测能力；2)允许更先进的颗粒检测；3)与片外(off-ship)检测相比，提供了低成本的解决方案；以及4)可以在喷墨打印以及增材制造操作中实施。然而，预期的是，本文所公开的装置可以解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“喷嘴”是指将流体分配到表面上的流体喷射装置的单独的部件。所述喷嘴至少包括喷发腔室、喷射器和喷嘴孔口。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“若干”或类似语言意在被广泛地理解为包括1到无穷大的任何正数。
图1是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器(102)的流体喷射装置(100)的剖视图。流体喷射装置(100)包括若干个喷嘴以喷射一定量的流体。每个喷嘴包括喷发腔室(104)以保持所述量的流体。流体可以经由流体槽(106)进入到喷发腔室(104)中，该流体槽(106)将喷嘴流体连接到流体供应装置，例如墨储存器或流体剂储存器等。是通过喷嘴孔口(108)来实际分配流体。设置在喷发腔室(104)内的喷射器(110)工作以通过喷嘴孔口(108)来喷射所述量的流体。如在图1中可以看到的，喷射器(110)可被设置在衬底(112)中并被设置在钝化层之下，该钝化层保护喷射器(110)和其他部件免受机械损伤和腐蚀。虽然图1描绘了喷嘴，但是也可以实施其他类型的喷射机构，包括鸭嘴阀和压力阀。
返回到喷射器(110)，喷射器(110)可以具有不同的类型。例如，喷射器(110)可以是喷发电阻器。喷发电阻器响应于施加的电压而加热。随着喷发电阻器加热，喷发腔室(104)中的一部分流体蒸发以形成气泡。该气泡将液体流体推出喷嘴孔口(108)并推到表面上。随着蒸发的流体泡爆开，喷发腔室(104)内的真空压力将流体从流体供应装置吸入到喷发腔室(104)中，并且该过程重复。该系统被称为热喷墨系统。在一些示例中，该系统可以是挥发性增强的热喷墨系统，其中，通过成核流体的挥发性来增强流体的排出动量。
在另一个示例中，喷射器(110)可以是压电装置。当施加电压时，压电装置改变形状，这在喷发腔室(104)中产生压力脉冲，该压力脉冲将流体推出喷嘴孔口(108)并且推到表面上。
在一些示例中，喷嘴孔口(108)、喷发腔室(104)和/或流体槽(106)可能被阻塞或堵塞。例如，在打印操作中，例如灰尘、碎屑或其他环境成分之类的颗粒物质可进入喷嘴孔口(108)并堵塞喷嘴。在增材制造的示例中，沉积的粉末构建材料可以以一种或多种方式类似地堵塞喷嘴。在某些情况下，颗粒的数量或大小可能不足以证明补救动作的合理性。然而，在其他情况下，颗粒的大小和/或数量可以证明补救动作的合理性。因此，流体喷射装置(100)包括颗粒检测器(102)，其检测设置在流体喷射装置(100)中的流体内的外来颗粒的存在和属性。
在一个示例中，控制器可以驱动颗粒检测器(102)来测量离子浓度。该控制器从颗粒检测器(102)获得电输出的样本。该输出代表离子浓度。在该示例中，该控制器将所述样本提供给计算装置。该计算装置可包括流体分析器。该流体分析器可以分析电气样本，并且可以由其得到流体性质。在一些示例中，该流体分析器的功能可以在控制器而不是计算装置中实现。基于该流体分析器的结果，可以做出决定以执行或不执行若干补救操作中的任何一个。
返回到颗粒检测器(102)，这样的检测器(102)可以采用许多形式。例如，颗粒检测器(102)可以是电容检测器。换句话说，颗粒检测器(102)的第一部分和颗粒检测器(102)的第二部分可以形成电容板，而流体的溶液和任何混合的颗粒设置在其中。换句话说，电容板之间的溶液完成了电路。可以将这两个部分之间的测量的电容与流体的预定电容进行比较，并且可以确定流体中是否存在外来颗粒，以及对外来颗粒的影响是否足以证明补救动作的合理性。在一些示例中，电容传感器是耦接到一对电极的谐振同轴射频腔。在一些情况下，可以形成腔室以增强特定类型的颗粒/单体(cell)的检测。
在另一个示例中，颗粒检测器(102)可以是阻抗检测器。在该示例中，使电正弦波扫过颗粒检测器(102)的两个部分，所述部分与喷发腔室(104)中的溶液接触。通过该溶液，电路从一个部分到另一个部分是完整的。所得到的信号的响应可以被数字化并针对各种频率下的幅度进行评估，所述频率例如从1千赫兹(kHz)到1兆赫兹(MHz)。在一些示例中，所得到的信号可以在模拟域中进行分析。可以将这些结果与流体的预定的电阻抗谱信号进行比较。该预定的电阻抗谱信号用作流体的指纹。基于该比较，可以确定流体中是否存在外来颗粒，以及对外来颗粒的影响是否足以证明补救动作的合理性。在该示例中，颗粒检测器(102)包括与喷发腔室(104)中的溶液接触的一对电极，该溶液包括待喷射的所述量的流体以及任何混合的外来颗粒。该电极确定溶液、即具有颗粒的流体的阻抗分布(impedanceprofile)。然后，可以将溶液的该阻抗分布与没有颗粒的流体的阻抗分布进行比较，以确定任何外来颗粒的存在和属性。
虽然已具体参考了颗粒检测器(102)的特定操作模式，但是可以使用各种类型的颗粒检测器(102)，包括使用可见光的颗粒检测器(102)、使用非可见光的颗粒检测器(102)以及测量流体的粘度的颗粒检测器(102)等。
此外，如图1中所描绘的，在一些示例中，颗粒检测器(102)被设置在喷发腔室(104)内。然而，在其他示例中，颗粒检测器(102)可以被设置在流体喷射装置(100)内的其他位置处。例如，颗粒检测器(102)可以被设置在流体槽(106)内。
在流体喷射装置(100)中包括颗粒检测器(102)可以延长流体喷射装置(100)的寿命并增强其性能。例如，如上所述，由于许多机制，颗粒物质可进入流体喷射装置(100)并且可妨碍流体的精确和准确喷射。在某些情况下，完全阻塞喷嘴孔口(108)。因此，获取与外来颗粒的存在和属性有关的信息的颗粒检测器(102)可以允许执行例如用户通知、多道次沉积或增加沉积率之类的补救动作，以考虑到外来颗粒的存在。
此外，这样的颗粒物质还可能影响流体喷射装置(100)的使用寿命。具体而言，特定的类型或量的颗粒物质的进入可能会影响流体流入到喷发腔室(104)中和从喷发腔室(104)中流出的流动。如果产生减少的流动，则流体可能在一段时间内不会覆盖喷射器(110)。由于覆盖喷射器(110)的流体使得用于产生蒸气泡的由喷射器产生的热消散，因此如果防止流体接触喷射器(110)并由此冷却喷射器(110)，则喷射器(110)可能过热，并且在操作中更快地劣化。
图2是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器(102)的增材制造设备(214)的简化顶视图。一般而言，用于产生三维物体的设备可以被称为增材制造设备(214)。本文所描述的设备(214)可以对应于三维打印系统，其也可以被称为三维打印机。在示例性增材制造过程中，构建材料层可以形成在构建区域(220)中，熔剂可以选择性地分布在该构建材料层上，并且能量可以被暂时地施加于该构建材料层。该能量在熔剂和构建材料之间产生反应，这导致组分选择性地熔合在一起。然后，该过程重复，直到形成完整的物理物体。因此，如本文所使用的，构建层可以指在构建区域(220)中形成的构建材料层，在该构建区域(220)上可以分布熔剂和/或可以施加能量。
可以形成附加层，并且可以对每个层执行上述操作，以由此生成三维物体。在先前层的顶部上顺序地层叠和熔合部分的构建材料层可以促进三维物体的生成。三维物体的逐层形成可以被称为分层增材制造过程。
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，该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。在一些示例中，构建材料可以是弱光吸收聚合物。在一些示例中，构建材料可以是热塑性塑料。此外，如本文所述，熔剂可包括当施加能量时可促进构建材料的熔合的流体。所述熔剂可以是光吸收液体、红外或近红外吸收液体，例如颜料着色剂等。
增材制造设备(214)包括至少一个试剂分配器(216)。试剂分配器(216)包括至少一个流体喷射装置(100-1、100-2)，以将熔剂分配到构建材料层上。如在本说明书中所使用的，指示符“-*”表示部件的第二实例。
返回到增材制造设备(214)，如上所述，熔剂增加了构建材料的接收熔剂的部分的能量吸收。流体喷射装置(100)可包括至少一个打印头(例如，基于热喷射的打印头、基于压电喷射的打印头等)。在一些示例中，试剂分配器(216)被耦接到扫描滑架，并且该扫描滑架沿扫描轴线在构建区域(220)之上移动。在一个示例中，用于喷墨打印装置中的打印头可以被用作试剂分配器(216)。在该示例中，所述熔剂可以是墨。在其他示例中，试剂分配器(216)可包括选择性地喷射少量流体的其他类型的流体喷射装置(100)。
试剂分配器(216)包括具有多个流体喷射管芯的至少一个流体喷射装置(100)，该多个流体喷射管芯沿试剂分配器(216)的宽度大致端对端地布置。该至少一个流体喷射装置(100)可包括多个打印头，该多个打印头沿试剂分配器(216)的宽度大致端对端地布置。在这样的示例中，试剂分配器(216)的宽度对应于构建区域(220)的某一尺寸。例如，试剂分配器(216)的宽度可以对应于构建区域(220)的宽度。与扫描滑架在构建区域(220)之上移动同时，试剂分配器(216)在构建区域(220)中的构建层上选择性地分配试剂。在一些示例性设备中，试剂分配器(216)包括喷嘴，其包括喷嘴孔口(图1，108)，熔剂通过该喷嘴孔口来选择性地喷射。在这样的示例中，试剂分配器(216)包括喷嘴表面，在该喷嘴表面中形成有多个喷嘴孔口。
增材制造设备(214)还包括构建材料分配器(218)，以在构建区域(220)中连续地沉积构建材料层。构建材料分配器(218)可包括滑动刮片(wiper blade)、辊子和/或喷涂机构。类似于试剂分配器(216)，构建材料分配器(218)可以被耦接到扫描滑架。在操作中，随着扫描滑架沿扫描轴线在构建区域(220)之上移动，构建材料分配器(218)在构建区域(220)中形成构建材料，以在构建区域(220)中形成构建材料的构建层。
增材制造设备(214)还包括流体喷射装置(100)中的颗粒检测器(102-1、102-2)，以检测构建材料颗粒在流体喷射装置(100)中的存在。具体而言，第一颗粒检测器(102-1)被设置在第一流体喷射装置(100-1)中，并且第二颗粒检测器(102-2)被设置在第二流体喷射装置(100-2)中。
如上所述，随着流体喷射装置(100)越过构建区域(220)，构建材料颗粒可进入流体喷射装置(100)。可能存在促进构建材料颗粒进入到流体喷射装置(100)中的许多机制。例如，来自流体喷射装置(100)的流体微滴的冲击力可以驱逐构建区域(220)中的颗粒物质，该颗粒物质可通过喷嘴孔口(图1，108)漂移到喷发腔室(图1，104)和/或流体槽(图1，106)中。来自流体喷射装置(100)上的部件的静电引力(electrostatic pull)可进一步将颗粒物质向上吸入到流体喷射装置(100)中。
流体喷射装置(100-1、100-2)的颗粒检测器(102-1、102-2)检测颗粒的存在和属性，以确定后续的补救动作是否明智，以继续产生精确和准确的流体滴。例如，流体喷射装置(100)中的一些颗粒物质可能不是影响流体喷射的类型或者处于影响流体喷射的位置，在这些情况下，在特定的时间点可以不执行补救动作。然而，稍后，增加的微粒进入量可能会影响喷嘴性能，使得一些补救动作是期望的。
图3A和图3B是根据本文所述的原理的一个示例的具有颗粒检测器(图1，102)的流体喷射装置(100)的剖视图。具体而言，图3A是在喷发腔室(104)中没有外来颗粒的流体喷射装置(100)的剖视图，并且图3B是在喷发腔室(104)中存在外来颗粒(322)的流体喷射装置(100)的剖视图。如将在图3A-4中描绘的，在流体喷射装置(100)内检测到的变化可被用于确定外来颗粒在一定量的流体中的存在。例如，图3A和图3B描绘了通过测量和确定离子浓度的变化来检测外来颗粒，并且图4描绘了通过测量和确定流体的阻抗的变化来检测外来颗粒。
如图3A中所描绘的，在操作期间，流体可具有一定量的离子。在图3A中，这些离子被表示为氢离子、钾离子和钠离子，然而其他离子也可以存在于流体中并且可以被用于确定外来颗粒的存在。在一些情况下，可以改变流体来增加这些离子的量，以更容易地允许检测外来颗粒。可以预先识别给定流体的离子浓度，并且与该识别的浓度的偏差可以指示外来颗粒的存在，可以确定该偏差以使补救动作成为必要。
图3B描绘了外来颗粒(322)对喷发腔室(104)内的离子的浓度的影响。在该示例中，颗粒检测器(图1，102)可以是经由溶液耦接到电极(305)的离子敏感场效应晶体管(303)。然而，如上面所指出的并且如下面所描述的，也可以实施其他类型的颗粒检测器(图1，102)。
在图3B中，为简单起见，用附图标记来指示外来颗粒(322)的一个实例。如在图3B中可以看到的，喷发腔室(104)中的外来颗粒(322)置换一定量的流体，从而减少了含有流体和外来颗粒(322)的溶液中的离子的量。可包括设置在喷发腔室(104)的相同表面上的晶体管(303)和电极(305)的颗粒检测器(图1，102)可以被用于确定离子浓度，并且随后，确定溶液的离子浓度是否为不同于只是流体的预期离子浓度的阈值量，而不存在外来颗粒(322)。虽然已描述了检测到作为存在外来颗粒(322)的结果的离子浓度的下降，但在一些示例中，外来颗粒(322)的存在可导致增加的离子浓度，这也可被颗粒检测器(图1，102)检测以确定外来颗粒(322)存在。
总之，在图3A中，颗粒检测器(图1，102)，即晶体管(303)和电极(305)的配对，将确定对于给定流体所预期的离子量，并且在图3B中，当存在外来颗粒(322)时，局部离子水平和溶液电介质变化。因此，颗粒检测器(图1，102)可以检测由于外来颗粒(322)引起的全离子的损失和变化。此外，还可以执行反算以确定这样的外来颗粒(322)在喷发腔室(104)内的量和位置。如上所述，知道外来颗粒(322)的量和位置允许做出关于是否需要补救动作的更有根据的决定。
图4是根据本文所述的原理的示例的离子敏感场效应晶体管颗粒检测器(102)的剖视图。在一些示例中，颗粒检测器(102)包括离子敏感场效应晶体管(ISFET)(图3，303)，其通过钝化层(444)电容性耦合到电极(305)。ISFET(图3，303)是用于测量溶液中的离子浓度的一种类型的场效应晶体管。当溶液内的离子浓度改变时，通过ISFET(图3，303)的电流将相应地改变。在图4中所描绘的示例中，溶液(446)被用作ISFET(图3，303)的栅电极。
ISFET(图3，303)可以被设计成对特定的离子浓度有响应。随着该浓度随时间的推移而变化，这些变化可以被检测为ISFET(图3，303)的阈值电压的改变。
一般而言，ISFET(图3，303)形成在衬底(112)上或集成在衬底(112)中，该衬底(112)可以由硅形成，该衬底(112)具有将形成ISFET(图3，303)的源极(428)和漏极(430)的扩散区域。在一个示例中，ISFET(图3，303)使用N型金属氧化物半导体(NMOS)逻辑，使得衬底(112)是P型衬底，并且该扩散区域是N+掺杂区域。出于清楚的目的，在图4中示出了NMOS逻辑；然而，ISFET(图3，303)也可以使用P型金属氧化物半导体(PMOS)逻辑或互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑来实现。在PMOS逻辑的情况下，衬底(112)是N型硅，并且构成源极(428)和漏极(430)的扩散区域是P+掺杂区域。N阱CMOS逻辑中的N阱的配置类似于PMOS配置，并且P阱CMOS逻辑中的P阱的配置类似于NMOS配置。
在该示例中，ISFET(图3，303)包括形成在衬底(112)上的栅极氧化物层(432)。栅极氧化物层(432)可以包括例如二氧化硅(SiO2)之类的介电氧化物材料、例如氧化铪(HfO2)或氧化铝(Al2O3)之类的高k介电材料等。在栅极氧化物层(432)之上形成并图案化多晶硅层，从而导致在源极(428)和漏极(430)之间形成多晶硅区域(434)。在多晶硅层(434)之上形成并图案化第一金属层(M1)，从而导致形成与源极(428)和漏极(430)以及多晶硅区域(434)电接触的M1区域(436、438、440)。注意，虽然图4仅描绘了M1层，但在一些示例中，在M1之上形成并图案化第二金属层(M2)，从而导致形成与第二M1区域(438)电接触的M2区域。
除了上述特定的电接触件之外，介电层(442)将第一、第二和第三M1层(436、438、440)和多晶硅层(434)彼此隔离。介电层(442)可以包括二氧化硅。钝化层(444)形成在介电层(442)上。钝化层(444)可以包括不同的材料，包括氧化锶、氮化硅、碳化硅和氧化铪。
多晶硅层(434)和与其电接触的第二M1层(438)一起形成具有源极(428)和漏极(430)(假定为NMOS)的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的“延伸栅极(extended gate)”。连同钝化层(444)一起，MOSFET是离子敏感FET或“ISFET”。出于清楚的目的，通过示例，示出了一个金属层M1。然而，要理解的是，ISFET(图3，303)可以使用多于1个金属层形成。该金属层可由任何金属或金属合金(例如，钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)、氮化钛(TiN)、铝铜(AlCu)、钽铝(TaAl)等)形成。
在操作中，钝化层(444)接触溶液(446)。电极(305)也被设置成与溶液(446)电接触并且与ISFET(图3，303)的延伸栅极电容性耦合，例如，第二金属层(438)的通过溶液(446)、钝化层(444)和介电层(442)形成延伸栅极的部分。电极(305)可以由任何金属或金属合金形成。
如图4中所描绘的，源极(428)被耦接到参考电压(例如，电接地)，并且电压被施加于电极(305)。电极(305)作为ISFET(图3，303)的参考栅极。电极(305)和源极(428)之间的电压是栅极-源极电压，称为Vgs。ISFET(图3，303)的电荷分布将根据离子浓度的变化而变化。换句话说，包括流体和外来颗粒(图3，322)的溶液(446)作为影响ISFET(图3，303)的阈值电压的栅电极。随着电荷分布变化，ISFET(图3，303)的阈值电压变化。例如，ISFET(图3，303)的阈值电压取决于与钝化层(444)接触的溶液(446)的离子浓度。对于特定的漏极-源极电压Vds，可以通过测量漏极-源极电流Ids的变化来测量ISFET(图3，303)的阈值电压的变化。一般而言，用于电极(305)和钝化层(444)的材料可以被选择成使得ISFET(图3，303)的阈值电压响应于特定离子浓度的变化而随时间变化。给定特定的漏极-源极电压，阈值电压的变化通过测量漏极-源极电流来检测。虽然图4描绘了处于溶液(446)的与ISFET(图3，303)、即多晶硅栅极(434)、第二金属层(438)、介电层(442)和钝化层(444)相对的表面上的电极(305)；但电极(305)可以处于相同的表面上，即颗粒检测器(图1，102)的衬底(112)上。衬底(112)可以是喷发腔室(图1，104)或流体槽(图1，106)的内壁。
在一些示例中，特定类型的ISFET(图3，303)或多个ISFET(图3，303)可被用于检测特定的外来颗粒。例如，一些外来颗粒可能一般难以检测，可能难以用某些ISFET(图3，303)来检测，或者可能难以区分无害的外来颗粒和有害的外来颗粒。因此，可以使用多个ISFET(图3，303)来检测和区分这些外来颗粒。更进一步地，ISFET(图3，303)可以被形成为特定地检测特定的外来颗粒。
图5是根据本文所述的原理的一个示例的用于检测流体喷射装置(图1，100)中的外来颗粒(图3，322)的方法(500)的流程图。如上所述，流体喷射装置(图1，100)包括流体，其在任何时间点可包括外来颗粒(图3，322)。为了确定该流体中的外来颗粒(图3，322)的存在，确定(框501)包括该流体和任何相关联的外来颗粒(图3，322)的溶液(图4，446)内的离子浓度。也就是说，确定处于喷发腔室(图1，104)或流体槽(图1，106)中的流体喷射装置(图1，100)的内容物的离子浓度。流体喷射装置(图1，100)的内容物可包括所述流体和任何混合的外来颗粒(图3，322)。
确定流体喷射装置(图1，100)的内容物的离子浓度可包括将电压耦合到电极(图3，305)，该电极(图3，305)：1)与溶液(图4，446)接触；以及2)电容性耦合到ISFET(图3，303)的栅极。这样的电压耦合导致ISFET(图3，303)的漏极-源极电压。然后，可以测量对于给定的漏极-源极电压的相应的漏极-源极电流。随着时间的推移可以获得多个漏极-源极电流测量结果，并且对于给定的漏极-源极电压，从漏极-源极电流随时间的变化得到离子浓度测量结果。
在另一个示例中，确定(框501)流体喷射装置(图1，100)内的溶液(图4，446)中的离子的浓度可以包括检查喷发腔室(图1，104)内的驱动气泡。例如，如上所述，通过喷射器(图1，110)的操作形成气泡以促使流体从喷嘴孔口(图1，108)离开。作为流体供应背压的结果，在喷嘴喷发之后，气泡塌陷并且喷发腔室(图1，104)以流体重新填充。喷发腔室(图1，104)中的电容传感器可以基于空气和流体的不同电阻特性来检测气泡的存在/不存在。气泡重新填充的正时受到流体滴质量、即体积、速度和喷嘴孔口(图1，108)的清洁度的影响。因此，通过测量驱动气泡在其生命期间的正时和轮廓，控制器可以确定喷嘴的健康状况。
接下来，确定(框502)溶液(图4，446)的离子浓度是否在所期望的流体的预期离子浓度的范围之外。例如，计算装置可以包括数据库，该数据库指示旨在从流体喷射装置(图1，100)喷射的流体的预期离子浓度范围。这样的流体可以是墨或熔剂。在一些示例中，可以修改墨和/或熔剂，以使得更容易检测离子浓度。然后，将从颗粒检测器(图1，102)收集的关于流体喷射装置(图1，100)内部的溶液(图4，446)的离子浓度的信息与流体的该预期离子浓度进行比较。如果两者之间的差异大于阈值量，则可以确定(框503)在溶液中存在外来颗粒(图3，322)，从而改变溶液的离子浓度。
在一些示例中，除了确定(框503)外来颗粒(图3，322)的存在之外，还可以确定外来颗粒(图3，322)的属性。这样的属性的示例包括化学成分、体积、数量和位置。该附加的信息允许执行更适合的补救操作。例如，一些外来颗粒(图3，322)可能足够小，在数量上足够少或者处于过少的位置，使得它们不会影响打印质量。在该示例中，可能尚不需要补救措施。
然而，在其他情况下，或者随着时间的推移，其他外来颗粒(图3，322)或者更多的外来颗粒(图3，322)实际上可能对流体喷射具有影响。在这些情况下，可以执行补救措施以考虑到这样的存在。补救措施的示例包括经由用户接口通知用户，引起多次打印以抵消阻塞的喷嘴的影响，执行流体喷射装置(图1，100)的清洁操作和/或增加流体喷射率。
图6是根据本文所述的原理的另一个示例的具有颗粒检测器(图1，102)的流体喷射装置(100)的剖视图。具体而言，图6中所描绘的颗粒检测器(图1，102)包括ISFET(303)，其通过溶液(图4，446)电容性耦合到电极(305)。如图6中所描绘的，ISFET(303)和喷射器(110)被设置在喷发腔室(104)的相同表面上，并且ISFET(303)和电极(305)被设置在喷发腔室(104)的相同表面上。
图7是根据本文所述的原理的一个示例的图6中所描绘的具有颗粒检测器(102)的流体喷射装置(100)的顶视图。如在图7中可以看到的，在一些示例中，ISFET(303)围绕喷射器(110)。还如图7中所描绘的，在一些示例中，电极(305)在内侧和外侧二者上都围绕ISFET(303)。
图8是根据本文所述的原理的一个示例的具有电阻抗谱颗粒检测器(图1，102)的流体喷射装置(100)的剖视图。如上所述，颗粒检测器(图1，102)可以采用许多形式。一个这样的示例是电阻抗谱颗粒检测器，其包括与喷发腔室(106)中的溶液流体连通的一对电极(848、850)。该阻抗谱颗粒检测器还包括与电阻器-电容器对并联的电阻器。在该示例中，如上所述，电极(848、850)检测溶液(图4，446)的电阻抗分布，将该电阻抗分布与流体的电阻抗分布进行比较。在喷发腔室(104)中的溶液(图4，446)的电阻抗分布与流体的电阻抗分布之间的阈值差异指示流体中的外来颗粒的存在。
在一个示例中，在流体喷射装置中使用这样的颗粒检测器：1)提供了片上颗粒检测能力；2)允许更先进的颗粒检测；3)与片外检测相比，提供了低成本的解决方案；以及4)可以在喷墨打印以及增材制造操作中实施。然而，预期的是，本文所公开的装置可以解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。
已经给出前面的描述来说明和描述所述原理的示例。这种描述不意在是穷尽式的或将这些原理限于所公开的任何具体形式。鉴于上述教导，许多修改和变型是可能的。
Claims (15)
1.一种流体喷射装置，包括：
喷射流体的若干个喷嘴，每个喷嘴包括：
保持流体的喷发腔室；
喷嘴孔口，通过其来分配流体；
喷射器，其设置在所述喷发腔室中，以通过所述喷嘴孔口喷射流体；以及
颗粒检测器，其检测所述喷发腔室中的所述流体内的外来颗粒的存在，所述颗粒检测器通过所述流体耦合到电极，其中，电极和喷射器被设置在所述喷发腔室的相同表面上，且电极设置在流体喷射装置的钝化层（444）中。
2.如权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述颗粒检测器被设置在选自由所述喷发腔室和流体槽所组成的组中的位置。
3.如权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述颗粒检测器通过确定所述流体喷射装置内的流体变化来检测一定量的流体内的外来颗粒的存在。
4.如权利要求1所述的流体喷射装置，其特征在于，所述颗粒检测器包括通过所述流体电容性耦合到电极的离子敏感场效应晶体管。
5.如权利要求4所述的流体喷射装置，其特征在于：
所述离子敏感场效应晶体管和所述喷射器被设置在所述喷发腔室的相同表面上；以及
所述离子敏感场效应晶体管围绕所述喷射器。
6.如权利要求4所述的流体喷射装置，其特征在于：
所述电极围绕所述离子敏感场效应晶体管。
7.如权利要求4所述的流体喷射装置，其特征在于，所述离子敏感场效应晶体管包括：
源极；
漏极；以及
浮置栅极，其通过所述流体电容性耦合到所述电极。
8.如权利要求3所述的流体喷射装置，其特征在于：
所述颗粒检测器耦合到一对电极，以确定设置在所述喷发腔室内的溶液的电阻抗谱分布；以及
所述溶液包括所述量的流体和所述外来颗粒。
9.一种增材制造设备，包括：
构建材料分配器，其将构建材料层连续地沉积到构建区域中；
至少一个试剂分配器，其包括至少一个流体喷射装置，以将试剂分配到所述构建材料层上；以及
所述流体喷射装置所设置的颗粒检测器，所述颗粒检测器检测构建材料颗粒的存在，所述颗粒检测器通过所述流体耦合到电极，其中，电极和喷射器被设置在喷发腔室的相同表面上，且电极设置在流体喷射装置的钝化层（444）中。
10.如权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，所述颗粒检测器是电容式颗粒检测器。
11.如权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，所述颗粒检测器是阻抗式颗粒检测器。
12.一种用于流体喷射装置的方法，包括：
通过颗粒检测器确定所述流体喷射装置的喷发腔室内的溶液中的离子浓度，所述溶液包括流体和外来颗粒；
确定所述溶液内的所述离子浓度是否在所述流体的预期离子浓度的范围之外；以及
基于所述溶液内的所述离子浓度，确定所述流体中的外来颗粒的存在，所述颗粒检测器通过所述流体耦合到电极，其中，电极和喷射器被设置在喷发腔室的相同表面上，且电极设置在流体喷射装置的钝化层（444）中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：
确定所述溶液中的离子浓度包括对于给定的施加的漏极-源极电压，测量所述喷发腔室中的所述溶液的漏极-源极电流；以及
所述溶液的所述漏极-源极电流的变化指示所述溶液的离子浓度的变化。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述溶液内的离子浓度包括确定所述喷发腔室内的驱动气泡的存在。
15.如权利要求12所述的方法，还包括执行补救措施，以考虑到所述流体内的外来颗粒的存在。
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|---|---|---|---|---|
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| US11260601B2 (en) * | 2019-04-16 | 2022-03-01 | Brill, Inc. | System for printing binding agents |
| US11054387B2 (en) * | 2019-08-22 | 2021-07-06 | Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. | Semiconductor devices with ion-sensitive field effect transistor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003011380A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-15 | Canon Aptex Inc | インクジェット記録装置 |
| CN102539522A (zh) * | 2010-12-09 | 2012-07-04 | 株式会社东芝 | 异物检测装置及方法、液滴喷出装置及方法 |
| CN103884760A (zh) * | 2008-10-22 | 2014-06-25 | 生命技术公司 | 单芯片化学测定装置和单芯片核酸测定装置 |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US779007A (en) | 1904-05-19 | 1905-01-03 | Amedia Boissonnauth | Chain, cable, or wire stretcher. |
| US4180771A (en) * | 1977-12-02 | 1979-12-25 | Airco, Inc. | Chemical-sensitive field-effect transistor |
| US4322680A (en) * | 1980-03-03 | 1982-03-30 | University Of Utah Research Foundation | Chemically sensitive JFET transducer devices utilizing a blocking interface |
| JPS60128345A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Olympus Optical Co Ltd | イオン濃度測定装置 |
| CA1251514A (en) * | 1985-02-20 | 1989-03-21 | Tadashi Sakai | Ion selective field effect transistor sensor |
| KR100234433B1 (ko) | 1997-11-04 | 1999-12-15 | 윤종용 | 노즐 막힘 검출장치 및 그 방법 |
| US7249818B1 (en) | 1999-10-12 | 2007-07-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Print head apparatus with malfunction detector |
| TW544752B (en) * | 2002-05-20 | 2003-08-01 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | Method for producing SnO2 gate ion sensitive field effect transistor (ISFET), and method and device for measuring the temperature parameters, drift and hysteresis values thereof |
| TW533593B (en) * | 2002-05-20 | 2003-05-21 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | Method of manufacturing amorphous hydrocarbon pH ion sensitive field effect transistor and method and device of measuring temperature parameter, drift and hysteresis thereof |
| US7790074B2 (en) * | 2003-07-30 | 2010-09-07 | Houston-Packard Development Company, L.P. | Stereolithographic method for forming three-dimensional structure |
| US7267418B2 (en) | 2003-12-09 | 2007-09-11 | Konica Minolta Business Technologies, Inc. | Ink jet printer |
| JP3856145B2 (ja) | 2004-03-30 | 2006-12-13 | 富士フイルムホールディングス株式会社 | 画像形成装置 |
| KR100788664B1 (ko) | 2005-05-26 | 2007-12-26 | 삼성전자주식회사 | 프린트 헤드와 이를 구비하는 스캐닝 방식 잉크젯화상형성장치, 및 고해상도 구현 방법 |
| US7988265B2 (en) | 2006-07-27 | 2011-08-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Air detection in inkjet pens |
| US8483947B2 (en) * | 2007-04-25 | 2013-07-09 | Research In Motion Limited | Bitmap array for optimally distributing map data content to wireless communications devices |
| TWI375029B (en) * | 2008-07-16 | 2012-10-21 | Nat Univ Tsing Hua | Field effect transistor based sensor |
| US8210654B2 (en) * | 2010-05-28 | 2012-07-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device with electrodes to generate electric field within chamber |
| WO2012128749A1 (en) | 2011-03-20 | 2012-09-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Drop detection |
| US8899709B2 (en) * | 2012-04-19 | 2014-12-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Determining an issue with an inkjet nozzle using an impedance difference |
| US9409393B2 (en) * | 2012-04-19 | 2016-08-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Detecting a drive bubble formation and collapse |
| US10302590B2 (en) * | 2012-10-16 | 2019-05-28 | Koninklijke Philips N.V. | Integrated circuit with sensing transistor array, sensing apparatus and measuring method |
| US8944549B2 (en) * | 2013-06-24 | 2015-02-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nozzle layouts for printheads |
| JP6282069B2 (ja) * | 2013-09-13 | 2018-02-21 | キヤノン株式会社 | インプリント装置、インプリント方法、検出方法及びデバイス製造方法 |
| US10099473B2 (en) * | 2014-01-30 | 2018-10-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Evaluating print nozzle condition |
| US9908332B2 (en) * | 2014-01-31 | 2018-03-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Ink property sensing on a printhead |
| US10583645B2 (en) * | 2014-05-20 | 2020-03-10 | Velox-Puredigital Ltd. | System and method for printing three-dimensional objects |
| JP6433153B2 (ja) * | 2014-05-22 | 2018-12-05 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッド及び該ヘッドのクリーニング方法、並びに該ヘッドを備える記録装置 |
| JP6346513B2 (ja) * | 2014-07-11 | 2018-06-20 | キヤノン株式会社 | 液体吐出装置、インプリント装置および物品製造方法 |
| CN107206671A (zh) * | 2015-01-30 | 2017-09-26 | 惠普发展公司有限责任合伙企业 | 打印头液滴检测器和用于确定气载粒子的着火风险的方法 |
| JP6865929B2 (ja) * | 2016-03-02 | 2021-04-28 | 学校法人早稲田大学 | イオンセンサおよびイオン濃度測定方法 |
-
2016
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003011380A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-15 | Canon Aptex Inc | インクジェット記録装置 |
| CN103884760A (zh) * | 2008-10-22 | 2014-06-25 | 生命技术公司 | 单芯片化学测定装置和单芯片核酸测定装置 |
| CN102539522A (zh) * | 2010-12-09 | 2012-07-04 | 株式会社东芝 | 异物检测装置及方法、液滴喷出装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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