CN111094000A - 用于微滴喷射的方法、装置和电路 - Google Patents

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Abstract

一种微滴喷射装置，包括：微滴沉积头，其包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列；致动电路，其被配置为向所述致动元件施加驱动波形，从而使得流体以微滴的形式通过所述喷嘴阵列喷射到沉积介质上，沉积介质相对于头移动；以及，头控制器电路，其配置为：接收喷射数据的输入集合；基于输入集合生成一系列的喷射数据子集；以及将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路；其中，致动电路还被配置为，对于每个喷射数据子集，向所述致动元件施加驱动波形，使得它们从一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，该一个或更多个喷嘴和从其喷射的微滴的尺寸由当前喷射数据子集确定，该一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；其中，该装置被配置成接收沉积介质速度数据，该沉积介质速度数据指示所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度；以及其中，该装置被配置成使得头在根据所述介质速度数据确定的时间从根据当前喷射数据子集喷射微滴切换到根据在所述一系列中的随后的喷射数据子集喷射微滴，其中根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与头的当前相对移动速度成反比地变化。

Description

用于微滴喷射的方法、装置和电路
发明领域
本发明涉及用于微滴喷射(droplet ejection)的方法和装置、以及用于其的电路。它在包括打印头(例如喷墨式打印头)和用于其的电路的打印机中可以发现有特别有益的应用。
发明背景
微滴沉积头现在被广泛使用，无论是在例如喷墨式打印的较传统的应用中，还是在3D打印中、或者在其他材料沉积或快速成型技术中。因此，流体可以具有新的化学性质以便粘附到新的基底上以及增加沉积材料的功能性。
近期，喷墨式打印头已经被开发成能够以高可靠性和高生产率将油墨直接沉积到瓷砖(ceramic tiles)上。这允许根据客户的具体规格定制在瓷砖上的图案，并减少了对全系列瓷砖进行存货的需求。
在其他应用中，喷墨式打印头已经被开发成能够将油墨直接沉积到纺织品上。就像陶瓷的应用一样，这可以允许根据客户的具体规格定制在纺织品上的图案，并减少了对全系列印刷纺织品进行存货的需求。
在还有的其它应用中，微滴沉积头可以被用于形成元件，例如在平板电视制造中使用的LCD或OLED元件显示器中的颜色滤片。
为了适合新的和/或日益具有挑战性的沉积应用，微滴沉积头不断演进和专业化。然而，虽然已经取得了许多进展，但在微滴沉积头领域仍有改进的空间。
概述
本发明的各方面在所附权利要求中进行了阐述。
以下公开内容描述了一种微滴喷射装置，该微滴喷射装置包括：微滴沉积头，其包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列；致动电路，其被配置为向所述致动元件施加驱动波形，从而使得流体以微滴的形式通过所述喷嘴阵列喷射到沉积介质上，沉积介质相对于所述头移动；以及，头控制器电路，其被配置为：接收喷射数据的输入集合；基于该输入集合生成一系列的喷射数据子集；以及，将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路。
致动电路还被配置为，对于每个喷射数据子集，将驱动波形施加到所述致动元件，使得它们从一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，该一个或更多个喷嘴和从其喷射的微滴的尺寸是由当前喷射数据子集确定的，该一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴。该装置被配置成接收沉积介质速度数据，该沉积介质速度数据指示所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度。该装置还被配置成使得所述头在根据所述介质速度数据确定的时间，从根据当前喷射数据子集喷射微滴切换到根据一系列中的随后的喷射数据子集喷射微滴，其中根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与所述头的当前相对移动速度成反比地变化。
以下公开内容还描述了用于微滴沉积头的控制器电路，该微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，该控制器电路被配置为：接收喷射数据的输入集合；基于该输入集合生成一系列的喷射数据子集；接收沉积介质速度数据，该沉积介质速度数据指示所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度；以及，将所述一系列的喷射数据子集和相应的喷射命令发送到用于微滴沉积头的致动电路，喷射命令是在根据所述沉积介质速度数据中指示的所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度确定的时间被发送的，发送连续的喷射数据子集之间的时间间隔与所述头的当前相对移动速度大致成反比地变化。
以下公开内容还描述了用于微滴沉积头的致动控制电路，该微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，该致动控制电路被配置成：接收一系列的喷射数据子集，所述一系列的喷射数据子集中的每个子集是基于喷射数据的输入集合的；接收触发信号；对于所述喷射数据子集中的每个子集，重复地向用于微滴沉积头的波形生成电路发送相对应的一组致动命令，每组致动命令使得波形生成电路向所述致动元件施加驱动波形，使得它们从一个或更多个喷嘴喷射微滴，该一个或更多个喷嘴和从其喷射的微滴的尺寸是由相对应的喷射数据子集确定的，该一组致动命令的重复发送使得该一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行；在根据所述触发信号确定的时间，从根据当前喷射数据子集发送致动命令切换到根据所述一系列中的随后的喷射数据子集发送致动命令。
再者，以下公开内容描述了用于微滴沉积头的致动电路，该微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，该致动电路被配置成：接收一系列的喷射数据子集，所述一系列的喷射数据子集中的每个子集是基于喷射数据的输入集合的；接收触发信号；生成用于所述致动元件的驱动波形，以便使得从一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，该一个或更多个喷嘴和从其喷射的微滴的尺寸是由当前喷射数据子集确定的，该一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；在根据所述触发信号确定的时间，从根据当前喷射数据子集生成驱动波形切换到根据所述一系列中的随后的喷射数据子集生成驱动波形。
此外，以下公开内容描述了一种使用微滴沉积头沉积微滴的方法，该微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，该方法包括：接收喷射数据的输入集合；基于输入集合生成一系列的喷射数据子集；接收沉积介质速度数据，该沉积介质速度数据指示所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度；以及，在相对于沉积介质移动所述头时，依次根据每个喷射数据子集操作所述头，这样的操作包括：对于每个喷射数据子集，从所述阵列内的一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，以便沉积连续的微滴行，该一个或更多个喷嘴和从其喷射的微滴的尺寸是由当前喷射数据子集确定的，该一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；以及，在根据由所述介质速度数据指示的所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度确定的时间，从根据一个喷射数据子集喷射微滴切换到根据随后的喷射数据子集喷射微滴，根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与所述头的当前相对移动速度成反比地变化。
为了满足多种多样的应用的材料需求，可以通过如本文所述的微滴沉积头沉积各种可选的流体。例如，微滴沉积头可以喷射墨滴，如在喷墨打印应用中的情况，这些墨滴可以行进到一张纸或卡片上，或者行进到其他接收介质上，例如纺织品或箔或成型物品(例如罐、瓶子等)，以形成图像，其中微滴沉积头可以是喷墨式打印头，或者更具体地，是按需滴落的喷墨式打印头。
可选地，流体的微滴可以用于构建结构，例如，电活性流体可以沉积在诸如电路板的接收介质上，以便能够进行电气设备的原型制作。
在另一个示例中，包含流体或熔融聚合物的聚合物可以沉积在连续层上，以产生物体的原型模型(如3D打印)。
在其它应用中，微滴沉积头可适于将含有生物或化学材料的溶液的微滴沉积到接收介质如微阵列上。
适用于这样可选的流体的微滴沉积头在结构上大致类似于打印头，并进行一些调整以处理所讨论的特定流体。
如在下面的公开中所描述的微滴沉积头可以是按需滴落的微滴沉积头。在这样的头中，喷射的微滴的图案根据提供给头的输入数据而变化。
附图简述
现在参考附图，其中：
图1是示意性地示出根据第一示例实施例的微滴沉积装置的框图；
图2A是示出由图1的微滴沉积装置根据特定的一系列的喷射数据子集喷射微滴的时间点的图；
图2B是示出在图2A中示出了喷射的微滴被沉积在基底上的位置的图；
图3A是示出由图1的微滴沉积装置根据图3A和图3B中同一系列的喷射数据子集喷射微滴的时间点的图，但是是在头相对于沉积介质的相对移动速度相对于时间以不同的方式变化的情况下；
图3B是示出在图3A中示出了喷射的微滴被沉积在基底上的位置的图；
图4是示出微滴沉积装置的另一示例实施例的框图，该微滴沉积装置包括介质输送系统和服务器；
图5是示出微滴沉积装置的另一示例实施例的框图，其中致动电路是由两个独立的部件提供的；和
图6是示出微滴沉积装置的又一示例实施例的框图，其中致动电路是由两个独立的部件、但以与图5所示的不同布置提供的。
附图的详细描述
首先关注图1，图1是示意性地示出根据示例实施例的微滴喷射装置的框图。
从图1可以看出，微滴沉积装置包括微滴沉积头10，以及相关的致动电路100和头控制器电路200。在图1所示的特定示例实施例中，致动电路100形成头10的一部分；然而，这不是必需的，并且在其他实施例中，致动电路100可以与头10分开被提供(非板载(off-board))。
从图1中还可以看出，头10包括致动元件阵列22(1)-22(N)和相对应的喷嘴阵列18(1)-18(N)。虽然在图1所示的特定示例实施例中，为每个致动元件22设置了相应的喷嘴18，但这并不意味着它是必需的；例如，每个致动元件22可以替代地设置有两个(或更多个)喷嘴，或者相反地，可以为每个喷嘴18设置两个(或也许更多个)致动元件22，以使微滴从每个喷嘴10中喷出。
致动元件22可以具有任何合适的类型，例如压电致动元件。尽管如此，也可以使用其他类型的机电致动元件，例如静电致动元件。实际上，致动元件不必是机电的：它们可以是例如热致动元件，例如电阻式元件。
尽管在图1中未示出，但是头可以包括用于每个致动元件22的相应流体腔室，从而提供流体腔室阵列，其中每个致动元件22使得流体从相对应的流体腔室喷射。在采用机电致动元件22的情况下，这可以通过使界定相对应腔室的壁变形来起作用。这种变形又可以增加腔室内流体的压力，且从而导致流体的微滴从喷嘴喷射。每个这样的可变形壁可以例如由可变形膜提供，或者它可以分隔阵列内的相邻腔室并且包括机电致动元件22之一。
尽管如此，但这并不意味着头必需包括用于每个致动元件22的相应流体腔室，并且在其他实施例中，公共流体腔室可以由多个致动元件22和多个喷嘴18共享。
就其功能而言，致动电路100被配置成向头10的致动元件22(1)-22(N)施加驱动波形，从而使得流体以微滴的形式通过喷嘴阵列18(1)-18(N)喷射。在图1中从在喷嘴18(2)、18(3)、18(N-1)和18(N)附近示出的微滴可明显看到这一点。当喷射微滴时，头10将相对于沉积介质(例如，纸、标签、瓷砖、瓶子等)移动以便在其上形成沉积微滴的图案。
现在考虑头控制器电路200的功能，从图1可以明显看出，该电路200被配置成接收喷射数据的输入集合610。头控制器电路200使用该输入集合610来生成喷射数据子集210(1)-210(3)。更具体地，其基于输入集合610生成一系列的喷射数据子集210(1)-210(3)。头控制器电路200然后将该一系列的喷射数据子集发送到致动电路100，其中致动电路依次基于该一系列的喷射数据子集210(1)-210(3)中的每一个子集来引起微滴的沉积。现在将参考图2A-2B和图3A-3B来更详细地描述微滴的这样的沉积。
首先把关注转到图2A，图2A是在垂直轴上示出了头10的喷嘴阵列内的喷嘴18(1)-18(7)且在水平轴上示出了时间的图。图中黑色圆圈表示微滴从喷嘴喷射出的时间点。此外，在该图的顶部，多个箭头指示每个喷射数据子集210(1)-210(5)被致动电路100接收的相应时刻。
图2B是类似于图2A的图，不同之处在于，图2A中的黑色圆圈表示从喷嘴18(1)-18(7)发生喷射的时间点，而图2B中的黑色圆圈表示来自特定喷嘴18(1)-18(7)的微滴所沉积的空间点。因此，图2B中的水平轴对应于在头10相对于沉积介质的相对移动方向上的距离。
应当理解的是，本文描述的微滴沉积装置易于与诸如以下项的广泛范围的沉积介质一起使用：纸；标签；瓷砖；罐、瓶子和其他成型物品；和印刷电路板。
从图2A可以明显看出，对于每个喷射数据子集210(1)-210(5)，致动电路100使得一个或更多个喷嘴18(1)-18(7)重复喷射微滴。喷射微滴的特定喷嘴是通过喷射数据子集210(1)-210(5)中相应的一个子集确定的，从喷嘴喷射的微滴的尺寸也是如此。例如，响应于喷射数据子集210(1)，致动电路100使喷嘴18(1)、18(2)、18(6)和18(7)喷射微滴。
从图2A中还可以明显看出，每个喷射微滴的喷嘴每隔T秒、即以基本恒定的频率1/T喷射一次。从图2B可以理解，微滴的这样的重复喷射导致连续的微滴行被沉积在打印介质上。
此外，在图2A-2B和图3A-3B所示的特定示例中，对于根据连续的喷射数据子集喷射微滴的喷嘴(例如，根据子集210(3)和210(4)喷射微滴的喷嘴18(3))来说，该喷射频率被保持。因此，从较早集合产生的最终微滴和从较晚集合产生的第一微滴之间的时间间隔等于T。
简要回到图1，如图所示，微滴沉积装置被配置成接收沉积介质速度数据310，该沉积介质速度数据310指示头10相对于沉积介质的当前相对移动速度。此处参考的是头10相对于沉积介质的相对移动速度，因为可以设想，在一些实施例中，当沉积介质(例如，使用传送带、卷轴、送纸机构等)被传送经过头10时，头10可以保持静止，而在其他实施例中，在沉积介质保持静止时(例如，在一些快速原型制作或3D打印应用中)，头10(例如，通过附接到电动托架)可以被移动。实际上，这两种方法的组合也可以用于其他实施例中(例如，在打印机中的扫描打印头中)。
在图1所示的特定示例实施例中，沉积介质速度数据310由头控制器电路200接收。然而，这不是必需的，并且在其他实施例中，头10和/或致动电路100可以被配置成接收沉积介质速度数据310。
当前相对移动速度可以以任何合适的方式在沉积介质速度数据310中被指示。例如，沉积介质速度数据310可以简单地包括以预定单位表示的当前相对移动速度的值。可选地，沉积介质速度数据310对应于沉积介质相对于头10移动预定距离增量所花费的时间长度，或者相反地，沉积介质速度数据310对应于沉积介质在预定时间增量内相对于头移动的距离(例如，介质速度数据可以通过基于与移动介质网(a moving media web)相关联的旋转位置编码器的配准标记来检测信号而被提供)。
微滴沉积装置使用沉积介质速度数据310来决定何时从根据一个喷射数据子集喷射微滴切换到根据一系列中的下一个喷射数据子集喷射微滴。具体地，这种切换发生在根据所述介质速度数据所指示的头相对于沉积介质的当前相对移动速度所确定的时间。此外，根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与头的当前相对移动速度成反比地变化。
这种切换在图2A与图2B中被示出。例如，根据喷射数据子集210(1)，致动电路100使喷嘴18(1)、18(2)、18(6)和18(7)喷射微滴。然后，该装置切换到根据喷射数据子集210(2)喷射微滴，这使得喷嘴18(3)-18(6)喷射微滴。该装置然后切换到根据喷射数据子集210(3)喷射微滴，这使得喷嘴18(1)-18(3)和18(7)喷射微滴。此后，该装置切换到根据喷射数据子集210(4)喷射微滴，这使得喷嘴18(5)-18(7)喷射微滴，然后切换到根据喷射数据子集210(5)喷射微滴，这使得喷嘴18(1)-18(7)喷射微滴。在每种情况下，附图顶部处的箭头表示该装置不久将切换到所指示的喷射数据子集。
图3A和图3B示出了根据同一系列的喷射数据子集210(1)-210(5)的微滴喷射，但是是在头相对于沉积介质的相对移动速度相对于时间以不同方式变化的情况下。由于速度相对于时间的这种不同变化，装置接收的沉积介质速度数据310在每种情况下都将是不同的。
更详细地说，在图2A所示的示例中，在头根据喷射数据子集210(3)开始喷射微滴之后不久，头的相对移动速度增加。当根据喷射数据子集210(4)和210(5)喷射微滴时，速度保持在这个新的更高的水平。
相比而言，在图3A所示的示例中，在头根据喷射数据子集210(2)开始喷射微滴之后不久，头的相对移动速度增加。然后，当根据喷射数据子集210(3)喷射微滴时，速度保持在这个新的更高的水平，但是然后在头根据喷射数据子集210(4)开始喷射微滴之后不久，速度返回(减慢)到原始水平。
如上所述，根据连续的喷射数据子集210(1)-210(5)开始喷射微滴之间的时间间隔与头的当前相对移动速度成反比地变化。通过比较图2A的顶部处的箭头和图3A顶部处的箭头的不同时间点，这一点很明显。
现在转向关注图2B和图3B，它们显示了在每种情况下在沉积介质上形成的微滴的图案。明显的是，在相对移动速度增加的情况下，基于同一喷射数据子集的连续行之间的间距也增加。例如，在图2B中，根据子集210(1)沉积的行之间的间距s1小于根据子集210(3)沉积的行之间的间距s2。类似地，在图3B中，根据子集210(1)沉积的行之间的间距s1小于根据子集210(2)沉积的行之间的间距s2。
然而，由于相对移动速度和根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔之间的反比关系，对于对应于任意两个喷射数据子集的微滴，第一行和最后一行微滴之间的距离(在相对移动的方向上)近似相同。例如，在图2B中，根据子集210(1)沉积的第一行和最后一行微滴之间的距离l1与根据子集210(3)沉积的第一行和最后一行微滴之间的距离l2近似相同。这是因为，如上所述，根据子集210(3)沉积的行具有更大的间距s2。
类似地，在图3B中，根据子集210(1)沉积的第一行和最后一行微滴之间的距离l1与根据子集210(2)沉积的第一行和最后一行微滴之间的距离l2近似相同，因为根据子集210(2)沉积的行具有更大的间距s2。
因此，将要理解的是，如本文所述的微滴沉积装置对于所期望的微滴图案的各个部分能够(在头的相对移动方向上)保持大致相同的尺寸，而不管头的相对移动速度如何变化。这种速度上的变化可以例如由相对于沉积介质移动头的系统或机构的可变性能导致，或者可以由用户在沉积发生时故意增加相对移动速度(例如，在将微滴沉积到大量物品(例如标签、罐、瓶子等)上的中途，以便在工作日结束前完成运行)导致。
在一些实施例中，上面讨论的时间间隔可以基本上与当前相对移动速度成反比(或者基本上成反比)。因此，速度加倍将导致发送连续的喷射数据子集之间的时间间隔减半。(然而，在实践中，这种速度上的变化可以逐渐引入，使得它们不被眼睛注意到，并且在微滴的总沉积量很高的情况下特别好被容忍。)
在其他实施例中，时间间隔可以通过对沉积介质速度数据310应用更复杂的数学函数或过程来确定。例如，这样的函数可以包括作为当前速度的时间导数或积分(或其估计)的项。例如，这样的函数可以包括对应于沉积介质相对于头的速度的当前变化率(即当前加速度)的项。这实际上可以使头控制器电路200能够预测相对移动速度的即将到来的变化。为了实现这一点，致动电路100可以(例如，在数据缓冲器中)例如存储特定量的最近的沉积介质速度数据310。
如上所述，对于每个喷射数据子集210(1)-210(5)，致动电路100使得微滴从特定喷嘴重复喷射，从而在介质上沉积连续的微滴行。同样如上所述，当头切换到根据随后的喷射数据子集210(1)-210(5)喷射微滴时，根据当前喷射数据子集210(1)-210(5)的微滴被停止喷射。在一些实施例中，致动电路100可以被配置成一旦喷射微滴的一个或更多个喷嘴中的至少一个喷嘴已经喷射了Mx个(或更多个)微滴，就停止根据当前喷射数据子集的微滴重复喷射，Mx对应于适当大的最大微滴数。此外，或者替代地，当前喷射数据子集210(1)-210(5)可以响应于(例如由于故障状况和/或由于用户输入)致动电路100接收到“停止”命令而停止喷射。这种“停止”命令可能优先于其他中断条件。
现在将描述使用沉积介质速度数据310来控制从根据一个喷射数据子集喷射微滴切换到根据一系列中的下一个喷射数据子集喷射微滴的方法的特定示例。
如上所述，在图1所示的特定示例实施例中，沉积介质速度数据310由头控制器电路200接收。因此，头控制器电路200接收输入数据610和沉积介质速度数据310两者。同样如上所述，头控制器电路200基于输入集合610生成一系列的喷射数据子集210(1)-(3)，并将这些子集发送到致动电路100。发明人设想，该装置可以被配置成方便使用每个喷射数据子集210(1)-(3)作为触发信号，这使得致动电路100在下一个可用的机会时根据最近到达的喷射数据子集210(1)-(3)开始喷射微滴。
例如，这可以通过对致动电路100的适当配置来实现，例如，使得它隐含地将喷射数据子集210(1)-(3)的到达视为触发信号。可选地，这可以例如通过在每个喷射数据子集210(1)-(3)中包括一个代码来实现，该代码指示根据该数据的微滴应该被直接喷射(有时称为“喷射代码(fire code)”)。
为了使用喷射数据子集210(1)-(3)作为触发信号来完成切换，发明人提出，发送连续的喷射数据子集210(1)-(3)之间的时间间隔应当与当前相对移动速度成反比地变化。因此，在沉积介质速度增加的情况下，喷射数据子集210(1)-(3)被要求发送到致动电路100的频率将同样需要增加(且相反地，连续的喷射数据子集的发送之间所需的时间间隔将需要减少)。这种相反的关系可以导致来自任何两个喷射数据子集210(1)-(3)的微滴占据沉积介质上的相应区域，这些相应区域在相对移动的方向上具有相似的长度，而不管相对移动的速度变化。
这种特定的切换方法在图2A-2B和图3A-3B所示的示例中被实现。具体地，图2A和图3A中的箭头可以理解为指示所指示的喷射数据子集210(1)-(5)到达致动电路100的时间。显然，在每个喷射数据子集210(1)-(5)到达致动电路100后不久，喷嘴18(1)-(7)以相对应的图案喷射微滴。
如上所述，每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴。头10可以被认为是根据致动周期操作的，在致动周期期间，由当前喷射数据子集确定的一个或更多个喷嘴中的每一个喷嘴喷射单个微滴。在喷射数据子集在这样的致动周期的中途到达致动电路100的情况下，致动电路100可以被配置为在根据最近接收的喷射数据子集施加驱动波形之前等待直到当前致动周期完成为止。例如，在图2A中，子集210(4)在致动周期的中途到达，并且致动电路100因此等待直到微滴从对应于当前喷射数据子集210(3)的喷嘴18(1)-(3)和18(7)中的每一个喷嘴喷出为止。
为了促成这一点，致动电路100可以包括缓冲器，以用于存储新到达的喷射数据子集，直到当前致动周期完成为止。此外，在一些实施例中，该缓冲器可用于向致动电路100发送信号，以切换到根据新到达的喷射数据子集喷射微滴。例如，致动电路100可以使头根据当前喷射数据子集继续喷射微滴，直到缓冲器指示其已经接收到新到达的喷射数据子集为止。
在图1所示的特定示例实施例中，喷射数据的输入集合610表示微滴喷射值的二维阵列615。这样的微滴喷射值可以例如指示要被喷射的微滴的体积(例如取0和M之间的积分值，其中0对应于没有微滴被喷射，而M对应于具有最大尺寸的微滴)，或者它们可以指示阵列内的特定的喷嘴组(例如，其对应的致动元件22应该以特定方式被致动的喷嘴)。二维阵列615的每个成员实际上可以包括对应于多个不同类型喷射值中的每一个的相应值。
每个微滴尺寸值可以取0到M之间的任何整数值。可选地，每个微滴尺寸值可以是0或M，可选地，其中M＝1。在诸如图1所示的实施例中，其中喷射数据的输入集合610表示微滴喷射值的二维阵列615，可以基于二维阵列的连续切片(slice)616(1)-616(3)来确定该一系列中随后的喷射数据子集(例如210(1)和210(2)，或者210(2)和210(3))。切片616(1)-616(3)的排序因此可以与所产生的喷射数据子集210(1)-210(3)的排序相同。从附图中可以明显看出，在图1中所示的特定示例实施例中，每个切片616(1)-616(3)是线性阵列，即只有一个阵列成员宽(虽然这不是必需的，且替代地，切片可以是两个或更多个成员宽)。
因此，二维阵列的每个切片可以是一维阵列。
在生成喷射数据210的子集时，可以进行各种数据处理。例如，在喷射数据的输入集合610的每一行(或列)对应于头10中的相应喷嘴的情况下，每一喷射数据子集可以简单地表示该行(或列)中的喷射值。可选地，可以进行一些转换，例如在期望喷射数据210的每个子集表示基于每个致动元件22的喷射值的情况下，即，其中每个致动元件22对应于一个喷射值，而不是每个喷嘴18对应于一个喷射值。
现在将关注转向图4，图4是示意性地示出根据另一示例实施例的微滴喷射装置的框图。图4的微滴沉积装置是基于图1所示的微滴沉积装置的，且因此除了下文所述之外，基本上以相同的方式操作。
如从图中可以看出，类似于图1的微滴沉积装置，图4中所示的微滴沉积装置包括微滴沉积头10以及相关联的致动电路100和头控制器电路200。然而，与图1的微滴沉积装置相比，图4的示例实施例还包括介质输送系统500和服务器600。它们分别向头控制器电路200提供沉积介质速度数据310和微滴喷射数据610。
如前所述，沉积介质速度数据310指示头10相对于沉积介质的当前相对移动速度，沉积介质速度数据310，而微滴喷射数据610表示关于微滴特性的二维数值阵列615。
如图4所示，沉积介质速度数据310可以包括表示沉积介质速度值的数据。如上所讨论的，这可以对应于以特定预定单位(例如，m/s)表示的当前速度、沉积介质相对于头10移动预定距离增量所花费的时间长度、或者沉积介质在预定时间增量内相对于头移动的距离(例如，介质速度数据可以通过基于与移动介质网相关联的旋转位置编码器的配准标记来检测信号而被提供。
如图4中进一步示出的，介质输送系统500可以包括多个马达520，例如以用于驱动传送带、卷轴或进纸机构(例如，在头10在沉积介质移动时保持静止的实施例中)，或者以用于驱动头10所附接的托架(例如，在头10在沉积介质保持静止时移动的实施例中)。
还如图所示，介质输送系统500还可以包括旋转编码器510，其提供指示介质输送系统500内的旋转元件(例如传送带或卷轴中的轴)的当前旋转位置的信号。来自旋转编码器510的该信号可以例如作为介质速度数据310被发送到头控制器电路200。可选地，来自编码器510的信号可以被处理(例如，由形成介质输送系统500的一部分的一个或更多个处理器处理)，以便提供当前速度值，其中由介质输送系统500发送的介质速度数据310包括表示这样计算的速度值的数据。
对于服务器600，这可以将用户提供的数据转换成用于在装置内使用的合适的微滴喷射数据610。例如，在微滴沉积装置被配置为打印机的情况下，用户可以例如以图像文件的形式提供数据，其中服务器600例如通过使用光栅图像处理器(RIP)(其可以被实现为在服务器600的通用处理器上运行的软件，或者实现为专用处理器)将该数据转换为相对应的微滴喷射数据610。例如，这种转换可以涉及降低数据的色调分辨率(因为图像通常对于每个像素具有256个可用等级，而打印头通常对于每个微滴将仅具有最多8个可用尺寸)，同时增加数据的空间分辨率，以补偿色调分辨率的降低。类似的数据转换过程可以在服务器600上运行，其中微滴沉积装置被配置用于其他应用，例如快速原型制作或3D打印应用。
图4另外示出了分别被施加到致动器22(3)和22(N)的驱动波形110(3)和110(N)。如可以看到的，每个驱动波形100包括多个脉冲；然而，与施加到致动器22(N)的驱动波形110(N)相比，施加到致动器22(3)的驱动波形110(N)包括更少的脉冲。响应于每个驱动波形而喷射的微滴的体积与脉冲的数量正相关，如由相对应的喷嘴18(3)和18(N)喷射的不同尺寸的微滴所示意性示出的。通过驱动波形的适当设计，微滴体积可以与驱动波形110中的脉冲数量大致成比例。
图5是示出微滴沉积装置的另一示例实施例的框图，该实施例总体上是上面参照图1和图4所述的，但是其中致动电路100由两个独立的部件提供。
如图所示，致动电路100可以被认为包括致动控制电路120和波形生成电路110。致动控制电路120通常以上述方式从头控制器电路200接收一系列的喷射数据子集210(1)-(3)。
对于每个这样的喷射数据子集210(1)-(3)，致动控制电路120生成相对应的一组致动命令。然后，每组致动命令被重复发送到波形生成电路110，波形生成电路110作为头10的一部分(即，板载(on-board))被提供。每组致动命令使得波形生成电路110将驱动波形施加到头10的致动元件22(1)-(N)，使得它们从喷嘴18(1)-(N)中的特定喷嘴喷射微滴。特定的喷嘴18(1)-(N)和从其喷射的微滴的尺寸由一组致动命令确定，并因此由相关联的喷射数据子集210(1)-(3)确定。
以这种方式，每组这样的致动命令的发送导致相对应的微滴行在介质上的沉积。因此，重复发送一组特定的致动命令会导致连续的微滴行在介质上的沉积。如前所述，这包括每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率重复喷射微滴。
一般而言，致动控制电路120可被视为接收触发信号并作为响应在多组致动命令之间切换。更具体地，它在根据这样的触发信号确定的时间从根据当前喷射数据子集210(1)-(3)发送致动命令切换到根据在该一系列中的随后的喷射数据子集210(1)-(3)发送致动命令。
在图5所示的特定示例实施例中，每个喷射数据子集210(1)-(3)的到达隐含地充当相对应的触发信号，并且因此使得致动控制电路120在下一个可用机会时(例如，一旦头的当前致动周期已经完成)开始根据喷射数据子集发送一组致动命令。然而，在其他实施例中，致动电路120可以被配置成(例如，通过连接到如上参考图4所述的旋转编码器510)接收沉积介质速度数据310，这种沉积介质速度数据310提供用于在多组致动命令之间切换的触发信号。
图6示出了另一个示例实施例，其中致动电路100再次由两个独立的部件、但以与图5所示的不同方式提供。具体而言，致动电路100的致动控制电路120(其通常以与上面参考图5所述的相同方式生成多组致动命令)和头控制器电路200都设置在喷射数据处理部件20上。如同图5的示例实施例，波形生成电路110被提供作为头10的一部分(即，板载)。
因此，从图1、图5和图6的示例实施例中可以理解，合适的头控制器电路200、波形生成电路110、致动控制电路120可以使用部件的各种组合来实现，例如集成电路的各种布置(例如专用集成电路ASIC、现场可编程门阵列FPGA、片上系统SoC装置)。
根据前述描述的一般性，将会理解的是，本文公开的装置、电路和方法可以利用广泛范围的微滴沉积头。仅作为示例，可以使用申请人的早期专利出版物WO00/38928、WO2007/113554、WO2016/001679、WO2016/156792、WO2016/193749、WO2017/118843中公开的头。
尽管前面的描述已经给出了许多示例，但是应该理解，在所附权利要求的范围内，可以设想其他示例和变化。
应该注意的是，前面的描述旨在提供许多非限制性的示例，这些示例有助于本领域的技术读者理解本发明，并展示可以如何实现本发明。

Claims (42)

1.一种微滴喷射装置，包括：
微滴沉积头，所述微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列；
致动电路，所述致动电路被配置为向所述致动元件施加驱动波形，从而使得流体以微滴的形式通过所述喷嘴阵列喷射到沉积介质上，所述沉积介质相对于所述头移动；和
头控制器电路，所述头控制器电路配置为：
接收喷射数据的输入集合；
基于所述输入集合生成一系列的喷射数据子集；和
将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路；
其中，所述致动电路还被配置为，对于每个喷射数据子集，向所述致动元件施加驱动波形，使得所述致动元件从一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，所述一个或更多个喷嘴和从所述一个或更多个喷嘴喷射的微滴的尺寸由当前喷射数据子集确定，所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；
其中，所述装置被配置成接收沉积介质速度数据，所述沉积介质速度数据指示所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度；和
其中，所述装置被配置成使得所述头在根据所述介质速度数据确定的时间从根据当前喷射数据子集喷射微滴切换到根据在所述一系列中的随后的喷射数据子集喷射微滴，其中根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与所述头的所述当前相对移动速度成反比地变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述头控制器电路被配置成接收所述沉积介质速度数据；
优选地，其中，所述头控制器电路还被配置成在根据所述沉积介质速度数据中指示的所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度确定的时间，将每个喷射数据子集发送到所述致动电路，发送连续的喷射数据子集之间的时间间隔大体上与所述头的所述当前相对移动速度成反比地变化；和
其中，所述致动电路被配置成使得在接收到喷射数据子集时，所述致动电路在下一个可用机会时根据该喷射数据子集向所述致动元件施加驱动波形。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，喷射数据的所述输入集合表示微滴喷射值的二维阵列；和
其中，在所述一系列中的随后的喷射数据子集是基于所述二维阵列的连续切片来确定的；
优选地，其中，所述二维阵列的所述切片中的每个切片是一维阵列。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，每个喷射数据子集为每个喷嘴定义将由该喷嘴喷射的微滴的尺寸的相对应的值，每个微滴尺寸值在0和M之间，0对应于没有喷射，M对应于最大微滴尺寸。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，每个微滴尺寸值能够取在0和M之间的任何整数值。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，每个微滴尺寸值能够是0或M，可选地，其中M＝1。
7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述头控制器电路被配置成在将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路之前，基本上生成所述一系列的喷射数据子集的全部。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述致动电路还被配置成一旦喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的至少一个喷嘴已经喷射了Mx个微滴，就停止由所述当前喷射数据子集确定的微滴的所述重复喷射，其中Mx对应于微滴的最大数量。
9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述致动电路还被配置成响应于“停止”命令，停止由所述当前喷射数据子集确定的微滴的所述重复喷射。
10.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，对于根据所述当前喷射数据子集重复喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴，从相关的喷嘴喷射的每个这样的微滴具有基本相同的尺寸。
11.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，对于根据连续的喷射数据子集喷射微滴的每个喷嘴，从较早集合产生的最终微滴和从较晚集合产生的第一微滴之间的时间间隔基本上等于T。
12.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，响应于每个喷射数据子集，所述头根据致动周期操作，在所述致动周期期间，由所述当前喷射数据子集确定的一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴喷射微滴；
其中，所述致动电路还被配置成使得当所述致动电路在根据当前喷射数据子集向所述致动元件施加驱动波形的同时接收到另一喷射数据子集时，在根据所述另一喷射数据子集向所述致动元件施加驱动波形之前，所述致动电路等待直到当前致动周期完成为止；
可选地，其中，所述致动电路包括缓冲器，所述缓冲器被配置成存储每个这样的另一喷射数据子集，直到当前致动周期完成为止。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，根据致动周期施加到所述致动元件的所有驱动波形在时间上重叠，优选地基本上完全重叠。
14.用于微滴沉积头的控制器电路，所述微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，所述控制器电路被配置成：
接收喷射数据的输入集合；
基于所述输入集合生成一系列的喷射数据子集；
接收沉积介质速度数据，所述沉积介质速度数据指示所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度；和
将所述一系列的喷射数据子集和相应的喷射命令发送到用于所述微滴沉积头的致动电路，所述喷射命令是在根据所述沉积介质速度数据中指示的所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度确定的时间被发送的，在发送连续的喷射数据子集之间的时间间隔大体上与头的所述当前相对移动速度成反比地变化；
其中，所述致动电路被配置为，对于每组喷射命令，将驱动波形施加到所述致动元件，以便从一个或更多个所述喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，所述一个或更多个喷嘴和从所述一个或更多个喷嘴喷射的微滴的尺寸是由当前喷射数据子集确定的，所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴。
15.根据权利要求14所述的控制器电路，其中，每个喷射数据子集隐含地充当相应的致动命令。
16.根据权利要求14所述的控制器电路，其中，每个喷射数据子集与相对应的致动命令同时被发送。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的控制器电路，其中，喷射数据的所述输入集合表示微滴喷射值的二维阵列；和
其中，在所述一系列中的随后的喷射数据子集是基于所述二维阵列的连续切片来确定的；
优选地，其中，所述二维阵列的所述切片中的每个切片是一维阵列。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的控制器电路，其中，每个喷射数据子集为每个喷嘴定义将由该喷嘴喷射的微滴的尺寸的相对应的值，每个微滴尺寸值在0和M之间，0对应于没有喷射，M对应于最大微滴尺寸。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的控制器电路，所述控制器电路被配置为在将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路之前，基本上生成所述一系列的喷射数据子集的全部。
20.用于微滴沉积头的致动控制电路，所述微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，所述致动控制电路被配置成：
接收一系列的喷射数据子集，所述一系列的喷射数据子集中的每个子集是基于喷射数据的输入集合的；
接收触发信号；
对于所述喷射数据子集中的每一个子集，重复发送相对应的一组致动命令到用于所述微滴沉积头的波形生成电路，每组致动命令使得所述波形生成电路将驱动波形施加到所述致动元件，使得所述致动元件从一个或更多个喷嘴喷射微滴，所述一个或更多个喷嘴和从所述一个或更多个喷嘴喷射的微滴的尺寸由相对应的喷射数据子集确定，所述一组致动命令的重复发送使得所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行；和
在根据所述触发信号确定的时间，从根据当前喷射数据子集发送致动命令切换到根据所述一系列中的随后的喷射数据子集发送致动命令。
21.根据权利要求20所述的致动控制电路，其中，每个喷射数据子集的到达隐含地充当相对应的触发信号，使得所述致动控制电路在下一个可用机会时开始根据该喷射数据子集发送一组致动命令。
22.根据权利要求20所述的致动控制电路，其中，所述触发信号是由沉积介质速度数据提供的，所述沉积介质速度数据指示所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度；和
其中，所述致动控制电路被配置成在根据所述介质速度数据确定的时间，从根据当前喷射数据子集发送致动命令切换到根据在所述一系列中的随后的喷射数据子集发送致动命令，其中根据连续的喷射数据子集开始发送致动命令之间的时间间隔与所述头的所述当前相对移动速度成反比地变化。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的致动控制电路，被配置成一旦喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的至少一个喷嘴已经喷射了Mx个微滴，就停止重复发送多组致动命令，其中Mx对应于微滴的最大数量。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的致动控制电路，被配置为响应于“停止”命令而停止重复发送多组致动命令。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的致动控制电路，其中，对于响应于一组喷射命令而重复喷射微滴的一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴，从相关的喷嘴喷射的每个这样的微滴具有基本相同的尺寸；
其中，响应于每组致动命令，所述头根据致动周期操作，在所述致动周期期间，由当前致动命令确定的一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴微滴。
26.根据权利要求25所述的致动控制电路，被配置为使得在所述致动控制电路在根据当前喷射数据子集向所述波形生成电路发送致动命令的同时接收到另一喷射数据子集的情况下，在根据所述另一喷射数据子集向所述波形生成电路发送致动命令之前，所述致动控制电路等待直到当前致动周期完成为止；
可选地，其中，所述致动控制电路包括缓冲器，所述缓冲器被配置成存储每个这样的另一喷射数据子集，直到当前致动周期完成为止。
27.用于微滴沉积头的致动电路，所述微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，所述致动电路被配置成：
接收一系列的喷射数据子集，所述一系列的喷射数据子集中的每个子集是基于喷射数据的输入集合的；
接收触发信号；
生成用于所述致动元件的驱动波形，以便使得从一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，从而沉积连续的微滴行，所述一个或更多个喷嘴和从所述一个或更多个喷嘴喷射的微滴的尺寸由当前喷射数据子集确定，所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；和
在根据所述触发信号确定的时间，从根据当前喷射数据子集生成驱动波形切换到根据在所述一系列中的随后的喷射数据子集生成驱动波形。
28.根据权利要求27所述的致动电路，其中，每个喷射数据子集的到达隐含地充当相对应的触发信号，使得所述致动电路在下一个可用机会时开始根据该喷射数据子集生成驱动波形。
29.根据权利要求27所述的致动电路，其中，所述触发信号是由沉积介质速度数据提供的，所述沉积介质速度数据指示所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度；和
其中，所述致动电路被配置成在根据所述介质速度数据确定的时间，从根据当前喷射数据子集生成驱动波形切换到根据在所述一系列中的随后的喷射数据子集生成驱动波形，其中根据连续的喷射数据子集开始生成驱动波形之间的时间间隔与所述头的所述当前相对移动速度成反比地变化。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的致动电路，被配置成一旦喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的至少一个喷嘴已经喷射了Mx个微滴，就停止生成驱动波形，其中Mx对应于微滴的最大数量。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的致动电路，被配置为响应于“停止”命令而停止生成驱动波形。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的致动电路，其中，对于根据所述当前喷射数据子集导致重复喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴，从相关的喷嘴喷射的每个这样的微滴具有基本相同的尺寸。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的致动电路，其中，对于每个喷射数据子集，驱动波形是根据致动周期生成的，在所述致动周期期间，由所述当前喷射数据子集确定的一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴喷射微滴；
并且所述致动电路还被配置成使得在所述致动电路根据当前喷射数据子集生成驱动波形的同时接收到另一喷射数据子集的情况下，所述致动电路在根据所述另一喷射数据子集生成驱动波形之前等待直到当前致动周期完成为止；
可选地，其中，所述致动电路包括缓冲器，所述缓冲器被配置成存储每个这样的另一喷射数据子集，直到当前致动周期完成为止。
34.一种使用微滴沉积头沉积微滴的方法，所述微滴沉积头包括致动元件阵列和相对应的喷嘴阵列，所述方法包括：
接收喷射数据的输入集合；
基于所述输入集合生成一系列的喷射数据子集；
接收沉积介质速度数据，所述沉积介质速度数据指示所述头相对于沉积介质的当前相对移动速度；和
在相对于所述沉积介质移动所述头时，依次根据每个喷射数据子集操作所述头，所述操作包括：
对于每个喷射数据子集，从所述阵列内的一个或更多个喷嘴重复喷射微滴，以便沉积连续的微滴行，所述一个或更多个喷嘴和从所述一个或更多个喷嘴喷射的微滴的尺寸由当前喷射数据子集确定，所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴以1/T的基本恒定的频率喷射微滴；和
在根据由所述介质速度数据指示的所述头相对于所述沉积介质的当前相对移动速度确定的时间，从根据一个喷射数据子集喷射微滴切换到根据随后的喷射数据子集喷射微滴，根据连续的喷射数据子集开始喷射微滴之间的时间间隔与所述头的所述当前相对移动速度成反比地变化。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，喷射数据的所述输入集合表示微滴喷射值的二维阵列；和
其中，在所述一系列中的随后的喷射数据子集是基于所述二维阵列的连续切片来确定的；
优选地，其中，所述二维阵列的所述切片中的每个切片是一维阵列。
36.根据权利要求34或权利要求35所述的方法，其中，每个喷射数据子集为每个喷嘴定义将由该喷嘴喷射的微滴的尺寸的相对应的值，每个微滴尺寸值在0和M之间，0对应于没有喷射，M对应于最大微滴尺寸。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其中，在将所述一系列的喷射数据子集发送到所述致动电路之前，基本上生成所述一系列的喷射数据子集的全部。
38.根据权利要求34至37中任一项所述的方法，还包括一旦喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的至少一个喷嘴已经喷射了Mx个微滴，就停止由所述当前喷射数据子集确定的微滴的所述重复喷射，其中Mx对应于微滴的最大数量。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，还包括响应于“停止”命令，停止由所述当前喷射数据子集确定的微滴的所述重复喷射。
40.根据权利要求34至39中任一项所述的方法，其中，对于根据所述当前喷射数据子集重复喷射微滴的所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴，从相关的喷嘴喷射的每个这样的微滴具有基本相同的尺寸。
41.根据权利要求34至40中任一项所述的方法，其中，对于根据连续的喷射数据子集喷射微滴的每个喷嘴，从较早集合产生的最终微滴和从较晚集合产生的第一微滴之间的时间间隔基本上等于T。
42.根据权利要求34至41中任一项所述的方法，其中，响应于每个喷射数据子集，所述头根据致动周期操作，在所述致动周期期间，由所述当前喷射数据子集确定的所述一个或更多个喷嘴中的每个喷嘴喷射微滴。
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