CN112455093A - 实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法 - Google Patents

实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，对不同的喷嘴在不同的施加在压电单元的脉冲波形对应的墨滴的体积进行方差分析，选择体积方差最小时对应的打印参数进行打印。其将多喷嘴喷射墨滴的行为进行了统计数值化，不仅可以获得单喷嘴情形下，墨滴形态与打印参数之间的关系，同时也可以获得多喷嘴喷射墨滴的集体行为特点，优化出适用于多喷嘴打印的参数集合，从而获得均匀的墨滴喷射，提高打印效率，对大面积打印工艺优化方面具有重大的意义。

Description

实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法
技术领域
本发明属于喷墨打印技术领域，尤其涉及一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法。
背景技术
喷墨打印是一种喷头与承印物没有接触，不需要掩膜版的印刷技术，其具有直接图形化、低成本、高效、高产率，可柔性等优势，应用场景丰富如光电器件制备，柔性可穿戴印刷电子等。喷墨打印工艺的重要指标之一，是在像素坑中填充墨水的膜厚的均匀性，这就要求在每个像素坑内喷射的墨水的体积保持一致。目前有提出相关的喷墨打印的控制方法，根据喷墨打印速度与墨水材料的喷出频率的比值来确定喷墨打印的方向，进而避免发生系统只能进行单一方向的打印导致墨水的损失引起材料的膜厚的不均匀性。事实上，这种打印方向控制仅仅在设备工艺打印方式控制方面确保墨水滴落在像素坑里，并不能确保从喷嘴喷射的初始状态墨滴的体积的均匀性。因此，解决墨水在喷射形成墨滴之后，没有铺展之前的体积的均匀性对成膜均匀性的控制显得更为有效。
与此同时，实验室研究常使用单喷头单喷嘴设备进行喷墨打印的工艺研究，这使得可打印的基板尺寸与打印效率之间存在相互限制。为更加适应产业化，使用多喷嘴打印系统不仅可以打破印刷规模化限制，更有利于实现大面积、高性能、低成本的印刷工艺。尽管多喷嘴打印工艺具有明显的优势，但是也存在一些问题阻碍了它的进一步发展。在多喷嘴同时喷射的过程中，不同喷口出射的墨滴的体积不同，将会引起干燥过程中不同像素的成膜厚度不均匀的现象，进而影响器件的性能。想要解决这个问题，除了油墨的流体性质之外，喷墨打印的打印工艺参数控制也是至关重要的。
发明内容
为了弥补现有技术的空白和不足，本发明提出一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，通过统计不同喷嘴喷射墨滴的状态统计其速度和体积，对不同的喷嘴在不同的参数下对应的墨滴的体积进行方差分析，绘制方差曲线，优化出体积方差最小时对应的打印参数作为优选的方案进行打印。本发明将数值分析同喷墨打印工艺结合，通过引入方差分析衡量以及优化多喷嘴喷射的墨滴之间的行为差异，量化了不同喷嘴之间的行为差异，实现了不同喷嘴的墨滴的均匀喷射，对大面积的喷墨打印工艺控制具有重要的参考意义。
本发明具体采用以下技术方案：
一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：对不同的喷嘴在不同的施加在压电单元的脉冲波形对应的墨滴的体积进行方差分析，选择体积方差最小时对应的打印参数进行打印。
优选地，对位于选定的墨滴的速度区间对应的打印参数的时间范围内的脉冲波形对应的墨滴的体积进行方差分析。
优选地，所述脉冲波形包括单极梯形波、双极梯形波和正弦波。
优选地，所述打印参数包括电压的幅值和/或施加电压的时间。
优选地，低压幅值范围0~50V，高压幅值范围为50~150V，加载电压的时间范围为0~100μs。
优选地，所述墨滴的体积通过高速摄影延时拍摄获得。
一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1:将打印过程中使用的墨水进行抽真空20-40分钟，静置5-20分钟，用以去除墨水中的微小气泡；
步骤S2:墨水投放至墨盒中进行打印，设置打印参数范围，运行墨滴分析功能，观察墨滴的状态，记录墨滴的速度与体积；
步骤S3:将不同编号喷嘴的不同参数对应的墨滴的速度作为因变量，打印参数作为自变量，绘制形态统计图，并将不同编号喷嘴喷射的体积计算获得的方差作为因变量，打印参数作为自变量，绘制方差曲线；
步骤S4:优选不同喷嘴对应的墨滴的速度位于选定区间并且体积方差最小值对应的参数作为打印参数，优选出参数组合打印像素阵列。
优选地，在步骤S4中，墨滴的速度的选定区间根据墨滴在区间内的集中度确定。
与现有技术相比，本发明及其优选方案将多喷嘴喷射墨滴的行为进行了统计数值化，不仅可以获得单喷嘴情形下，墨滴形态与打印参数之间的关系，同时也可以获得多喷嘴喷射墨滴的集体行为特点，优化出适用于多喷嘴打印的参数集合，从而获得均匀的墨滴喷射，提高打印效率，对大面积打印工艺优化方面具有重大的意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例单极梯形脉冲波为驱动波形的多喷嘴均匀打印的示意图；
图2为本发明实施例电压的速度统计图和体积方差示意图；
图3为本发明实施例时间的速度统计图和体积方差示意图；
图4为本发明实施例随机编号的10个喷嘴的喷射墨滴的速度和体积随着打印参数VH的变化而变化的统计图以及不同喷嘴的喷射墨滴的体积方差示意图；
图中：11-多喷嘴，12-基板，13-梯形脉冲波；21-VL速度统计图，22-VH速度统计图，23-VL方差曲线，24-VH方差曲线；31-TR速度统计图，32-TP速度统计图，33-TF速度统计图，34-TR方差曲线，35-TP方差曲线，36-TF方差曲线；41-多喷嘴编号，42-喷射墨滴速度统计，43-喷射墨滴体积统计，44-优选的VH值，45-多喷嘴体积方差，46-体积方差曲线。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
在本实施例提供的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法中，包括对打印参数的数值分析优化的控制方法，打印参数是施加在压电单元的脉冲波形包含的参数；数值分析优化是通过统计不同喷嘴喷射墨滴的状态统计其速度和体积，对不同的喷嘴在不同的参数下对应的墨滴的体积进行方差分析，绘制方差曲线，优化出体积方差最小时对应的打印参数作为优选的方案进行打印。
如图1所示，在本实施例中，提供了多喷嘴11向基板12进行打印的模型，其中用于驱动的脉冲波形是单极梯形波13，包括5个参数，低压（low voltage，VL）、高压（highvoltage, VH）、上升时间（rising time, TR）、峰值时间（peak time，TP）、下降时间（fallingtime, TF）。其中低压和高压是通过控制幅度控制压电元件的形变程度，三个时间参数是控制电压在压电元件上持续的时间。优选的，喷射的墨滴的表面张力在20-45mN/m，粘度在8-12cp，描述其是否可打印的无量纲数Z,Z值在2-4。
如图2所示，本实施例中，多个喷嘴是随机选择的，使用的是Ｍeryer Burger生产的LP50打印机，Spectra SX3系列喷头，共有128个喷嘴。随机选择出的不同喷嘴的编号分别为：38、66、75、76、81、27、31、45、58、98。不同喷嘴在不同的参数下的喷射墨滴的状态的统计包括速度和体积，不同参数包括电压参数VL、VH 。优选的，VL的速度统计确定的打印参数范围是20V-50V，在速度对应的优选低压范围内对喷射墨滴的体积方差进行了计算和绘制曲线。在VL＝40V时，对应的多喷嘴的体积方差最小，优选的，该值为优化低压值。同理，VH的速度统计确定的打印参数范围时60-115V,在速度对应的优选高压范围90-115V内对喷射墨滴的体积方差进行了计算和绘制曲线。在VH=100V时，对应的多喷嘴的体积方差最小，优选的，该值为优化高压值。该测试获得了VL速度统计图21，VH速度统计图22，VL方差曲线23以及VH方差曲线24。
如图3所示，本实施例中，不同喷嘴在不同的参数下的喷射墨滴的状态的统计包括速度和体积，不同参数包括电压参数TR、TP、TF。优选的，TR的速度统计确定的打印参数范围是3-6μs，在速度对应的优选TR范围内对喷射墨滴的体积方差进行了计算和绘制曲线。在TR＝5μs时，对应的多喷嘴的体积方差最小，优选的，该值为优化上升时间值。同理，TP的速度统计确定的打印参数范围时4-9μs,在速度对应的优选峰值时间范围内对喷射墨滴的体积方差进行了计算和绘制曲线。在TP =9μs时，对应的多喷嘴的体积方差最小，优选的，该值为优化峰值时间值。TF的速度统计确定的打印参数范围时3-7μs,在速度对应的优选峰值时间范围内对喷射墨滴的体积方差进行了计算和绘制曲线。在TF =6μs时，对应的多喷嘴的体积方差最小，优选的，该值为优化下降时间值。该测试获得了TR速度统计图31，TP速度统计图32，TF速度统计图33，TR方差曲线34，TP方差曲线35以及TF方差曲线36。
图4是随机编号的10个喷嘴的喷射墨滴的速度和体积随着打印参数VH的变化而变化的统计图以及不同喷嘴的喷射墨滴的体积方差图；其中，具体包括了：多喷嘴编号41，喷射墨滴速度统计42，喷射墨滴体积统计43，优选的VH值44，多喷嘴体积方差45以及体积方差曲线46。
根据以上测试的方案，本实施例提供了实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法的具体步骤：
步骤S1:打印墨水进行抽真空（-1mbar）30min，静置10分钟，去除墨水中的微小气泡，提高墨水的稳定性；
步骤S2:墨水投至墨盒中进行打印，设置打印参数范围，VL＝0-50V、VH＝50-115V、TR＝1-10μs、TP＝1-12μs、TF＝1-10μs运行墨滴分析功能，观察墨滴的状态，记录墨滴的速度与体积；
步骤S3:将不同编号喷嘴的不同参数对应的墨滴的速度作为因变量，打印参数作为自变量，绘制形态统计图，将不同编号喷嘴喷射的体积计算获得的方差作为因变量，打印参数作为自变量，绘制方差曲线；
步骤S4:优选不同喷嘴对应的速度相对集中并且体积方差最小值对应的参数作为打印参数，优选出参数组合打印像素阵列，优选参数组合为：VL＝40V、VH＝100V、TR＝5μs、TP＝9μs、TF＝6μs，并且使用显微镜进行观察薄膜铺展情况。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：对不同的喷嘴在不同的施加在压电单元的脉冲波形对应的墨滴的体积进行方差分析，选择体积方差最小时对应的打印参数进行打印。
2.根据权利要求1所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：对位于选定的墨滴的速度区间对应的打印参数的时间范围内的脉冲波形对应的墨滴的体积进行方差分析。
3.根据权利要求1或2所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：所述脉冲波形包括单极梯形波、双极梯形波和正弦波。
4.根据权利要求1或2所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：所述打印参数包括电压的幅值和/或施加电压的时间。
5.根据权利要求4所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：低压幅值范围0~50V，高压幅值范围为50~150V，加载电压的时间范围为0~100μs。
6.根据权利要求1或2所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：所述墨滴的体积通过高速摄影延时拍摄获得。
7.一种实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1:将打印过程中使用的墨水进行抽真空20-40分钟，静置5-20分钟，用以去除墨水中的微小气泡；
步骤S2:墨水投放至墨盒中进行打印，设置打印参数范围，运行墨滴分析功能，观察墨滴的状态，记录墨滴的速度与体积；
步骤S3:将不同编号喷嘴的不同参数对应的墨滴的速度作为因变量，打印参数作为自变量，绘制形态统计图，并将不同编号喷嘴喷射的体积计算获得的方差作为因变量，打印参数作为自变量，绘制方差曲线；
步骤S4:优选不同喷嘴对应的墨滴的速度位于选定区间并且体积方差最小值对应的参数作为打印参数，优选出参数组合打印像素阵列。
8.根据权利要求7所述的实现多喷嘴喷墨打印均匀喷射的控制方法，其特征在于：在步骤S4中，墨滴的速度的选定区间根据墨滴在区间内的集中度确定。
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