CN113195233A - 高稳定性油墨输送系统以及相关的打印系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种高稳定性油墨输送系统及其使用系统和方法，其中次容器位于打印头的上游。次容器可以通过阀向大气打开，例如基于位于打印头之前的一点处的压力传感器的读数。该阀的目的是在压力传感器表示次容器可以在打开时避免空气吸入时将次容器向大气打开，并在不满足此条件时将它关闭。

Description

高稳定性油墨输送系统以及相关的打印系统和方法

相关申请交叉引用

本申请要求于2018年10月16日提交的美国专利申请号No.16/162,077的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的至少一个实施例涉及一种喷墨打印油墨输送系统。更具体地，本发明的至少一个实施例涉及一种用于喷墨打印系统的高稳定性油墨输送系统。

背景技术

油墨输送系统的主要任务是将油墨输送到打印头，以确保打印头喷嘴处的条件是墨滴喷射过程所需的条件，补偿由油墨排放引起的扰动，并确保打印头的长期稳健性能。对于扫描或多通(multi-pass)打印机，稳健性问题并不那么关键，因为多通将最终图像中出现打印缺陷的机会降到最低。

对于单通(single-pass)打印应用，系统稳健性是关键的，因为任何打印缺陷都将出现在最终产品中。在这些应用中，传统上一直在通过使油墨连续流过打印头来寻求改善的稳健性，以防止异物或气泡引起的暂时或永久的喷嘴阻塞。由于不同打印平台和应用的不同要求，这种油墨输送系统已演变为旨在在性能，稳健性，复杂性和成本方面实现最佳平衡的不同配置。

为了允许关闭液压系统，油墨输送系统中的致动器的数量应至少等于要控制的变量的数量。在非再循环油墨输送系统中，必须控制弯月面压力，以控制墨滴喷射过程。实现此目的的基本方法是使用关闭的加压容器。但是，这样的系统非常死板，因为它们不允许改变弯月面压力，并且经常需要频繁更换容器或墨筒。

这种基本系统的替代方案或变型包括在其中可以基于静水压力通过使用多个互连的容器来改变弯月面压力的配置。在一些这样的实施例中，泵被配置为设置油墨容器内的空气压力，并因而设置弯月面压力。在一些替代系统中，可机械移动的油墨容器允许通过改变其相对于打印头的垂直位置来控制弯月面压力。在其他配置中，虹吸管连接到供应歧管，在其中采用了大气，以防止油墨耗尽。

在工业打印机中，由于其较高的生产率而优选单通打印，因此通常使用油墨再循环。实现油墨再循环的简单配置可以通过修改基于静水压力的非再循环油墨输送系统以包括油墨返回路径来实现。这样的系统可以基于两个对大气打开的槽，其中两个槽之间的高度差以及无墨表面的高度限定了再循环流量和弯月面压力。尽管这种系统因为无法调节这些参数而本质上非常死板，但是该系统可以包括上述增强功能。例如，在一些这样的系统中，阀可以位于打印头的上游，以控制弯月面压力，而在其他这样的系统中，弯月面压力的控制是通过使用打印头下游的泵来实现的。

然而，在工业应用中，优选的是能够独立地设置弯月面压力和再循环流量，以使在墨滴喷射和稳健性方面的要求分离，因此需要至少两个致动器。可以遵循两种主要的原理来实现这一目标：

·使用第一种方法，通过两个致动器放大基于静水压力的油墨输送系统，以在容器内限定不同于大气的压力，从而允许独立控制弯月面压力和流量；或者

·使用第二种方法，配置不带次容器的系统，而是使用两个泵独立设置这些变量。

原则上，第一种方法由于其对静水压力的依赖而具有更好的稳定性，但由于必须集成更多数量的致动器，因此与第二种方法相比，其成本和复杂性也更高。决定选择哪种方法对于机器的成本，其复杂性和运行成本以及必须对相关子系统(例如电子控制系统)施加的设计要求至关重要，特别是在与高排放打印头结合使用时。

一些当前的单通打印机包括具有两个泵的油墨输送系统：一个(填充泵)位于打印头之前，另一个(弯月面泵)位于打印头之后。这两个泵或执行器允许独立控制通过打印头的流量和弯月面压力，以提高用于单通打印应用的系统的稳健性，而不会影响墨滴喷射过程。

附图说明

在附图中通过示例的方式且非限制性地示出了本发明的一个或多个实施例，在附图中相似的附图标记表示相似的元件。

图1是用于将喷墨油墨喷射到工件或基板上的示例性打印系统的简化示意图，该打印系统包括油墨输送系统。

图2是喷墨油墨输送系统的示例性实施例的示意图，该喷墨油墨输送系统包括位于打印头上游的次容器，该次容器可以可控制地向大气打开。

图3是用于高稳定性油墨输送系统的示例性实施例的部件的局部视图。

图4是用于输送喷墨油墨的打印头的喷墨口的局部剖视图，其中在喷墨嘴处适当地形成了油墨弯月面。

图5是用于输送喷墨油墨的打印头的喷墨口的局部剖视图，其中在喷墨嘴处发生了过量填充(overfill)的情况。

图6是用于输送油墨的打印头的喷墨口的局部剖视图，其中在喷墨嘴处发生了缺乏/干燥(starved/dry)的情况。

图7是示出高稳定性油墨输送系统的示例性实施例的操作的流程图。

图8是示出弯月面压力演变的比较的图表。

图9是示出压力随时间变化的图表。

图10是示出可以表示本文所述的任何系统的处理设备的示例的高水平框图。

具体实施例

在本说明书中对“实施例”，“一个实施例”等的引用意味着所描述的特定特征，功能，结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中这些短语的出现不一定都指的是同一实施例。另一方面，所提及的实施例也不必相互排斥。

这里介绍的技术可用于改善油墨输送系统的稳定性，特别是对于高排放应用，例如在通过打印头喷射的油墨量与当系统不进行打印时通过系统另外再循环的油墨量相当的条件下。

现在将描述多种示例性实施例。下面描述提供了某些特定细节，以用于对这些示例的透彻理解和实现描述。然而，相关技术领域的技术人员将理解，可以在没有许多这些细节的情况下实践一些所公开的实施例中。

同样，相关技术领域的技术人员还将理解，一些实施例可以包括未在本文详细描述的许多其他显而易见的特征。另外，下面可能没有示出或详细描述一些公知的结构或功能，以避免不必要地模糊多个示例的相关描述。

下面使用的术语将以其最广泛合理的方式来解释，即使它是结合实施例的某些具体示例的详细描述来使用的。事实上，下面甚至可以强调某些术语；然而，任何旨在以任何受限方式解释的术语将在本具体实施例部分明确且具体地定义。

当前打印系统中的常见问题是高排放应用中的油墨输送系统的稳定性。在这样的应用中，通过打印头喷射的油墨量与不进行打印时通过系统再循环的油墨量相当。由突然通过打印头排放油墨引起的扰动的猛烈度可对系统的动态加以严格的约束，其可包括液压回路，执行器或泵，以及它们各自的控制电子系统。

本文公开的高稳定性油墨输送系统的某些实施例被配置为防止弯月面压力达到操作窗口之外的值，例如防止诸如不受控制的墨滴形成，即，滴落(dripping)，和/或油墨缺乏。

图1是用于将喷墨油墨16喷射14到工件或基板18上，例如以形成工作产品20(例如打印品20)的示例性打印系统12的简化示意图10。在一些实施例中，喷墨油墨16包括涂料或清漆中的任何一种。在一些实施例中，喷墨油墨可用于纹理化和/或增材制造。图1中所示的示例性打印系统12包括打印头组件22，该打印头组件22包括具有相应的喷口26的一个或多个打印头24。供应组件30通过油墨输送系统32连接到打印头24，由此喷墨油墨16可以被转移到打印头24，用于喷射14到基板18上，例如典型地响应于接收到的打印作业34，由打印系统控制器32控制38。在操作中，打印系统12允许对喷射的喷墨油墨16的位置进行精确控制38。

图2是高稳定性油墨输送系统50的示例性实施例的详细示意图40，该系统50包括位于相应打印头24上游的次油墨容器52，其中次油墨容器52可以可控制地向大气58打开，例如通过具有阀56的导管54，其中基于位于打印头24之前(例如，在打印头入口端口74之前或附近)的油墨输送管线51上的一点处的压力传感器64的输出66，可以打开或关闭阀56。

图2中所示的示例性打印系统12a可包括主泵或致动器48，例如位于主油墨容器44和次油墨容器52之间的油墨输送导管49上。同样，在一些实施例中，图2中所示的示例性打印系统12a可以包括油墨再循环系统70，例如用于高输出和/或工业应用，其中输送到当前未喷射14的打印头64的油墨可以流动72，例如通过打印头出口端口78，然后流回主容器44，通过打印系统12b再循环回来。图2中所示的示例性油墨再循环系统70还可以包括次弯月面泵68，例如以控制相应喷口26处的弯月面压力76。

如图2所示，阀56可由信号60控制，例如由本地控制器62或由打印系统控制器34所接收。可用于打开或关闭阀56的控制信号60可基于设置点或阈值67，例如当与输出66比较时，即，表示由压力传感器64所测量的导管51中的压力。在操作中，高稳定性墨输送系统50可以被配置为动态地接收304(图7)所测量的压力输出66，将输出66与设置点或阈值67进行比较306(图7)，并基于比较306控制308(图7)阀56。

图3是用于高稳定性油墨输送系统50的示例性实施例的部件的局部视图100。次容器52位于打印头24的上游，其中油墨16可以从次容器52排出104以输送到打印头24。如图3所示，油墨供应导管49位于次容器52的上游，由此油墨14可以通过油墨供应导管49进入次容器102。在图3所示的示例性高稳定性油墨输送系统50a中，通气管104从连接到次容器52的油墨供应导管49延伸，由此当阀56处于打开位置时，例如，基于从本地控制器62或打印系统控制器34接收的控制信号60，次容器52可以被通到大气58中。例如，次容器52可以通过阀56向大气打开，例如基于位于打印头24之前的一点处的压力传感器64的读数。在图3所示的示例性高稳定性油墨输送系统50a中，当压力传感器64感测到的油墨供应管线压力表示次容器52可以在打开时避免空气吸入时，阀56可以将次容器52打开到大气58中，当不满足此条件时，可以关闭阀56。

该操作模式的优点之一是，高稳定性油墨输送系统50可以很容易地被配置为在打印头24之前以正和/或负压力值工作，从而允许宽范围的再循环流量和/或要限定的弯月面压力值。

例如，在正常条件下，可以为位于打印头24之前，即打印头24上游的压力传感器64测量的压力建立压力设置点67，其中压力设置点67确保容器56可以可控制地向大气58打开，如由控制泵或执行器48和/或68的控制系统62，34所限定的，以受益于打印头24之前的压力是基于次容器52中的静水压力来限定的事实所实现的优越的稳定性。

图4是用于输送油墨16的打印头24的喷墨口26的局部剖视图200，其中在喷墨嘴204上适当地建立了油墨弯月面206。图5是用于输送油墨16的打印头24的喷墨口26的局部剖视图240，其中在喷墨嘴204处发生过量填充情况246。图6是用于输送油墨16的打印头24的喷墨口26的局部剖视图260，其中在喷墨嘴204处发生缺乏/干燥情况266。

图7是示出高稳定性油墨输送系统50的示例性实施例的操作300的流程图。例如，在包括高稳定性油墨输送系统50的打印系统12的操作302期间，诸如通过压力传感器64，测量304在次容器52和与其对应的打印头24之间的油墨16的压力，其中该压力传感器64将输出信号66发送到对应的控制器62，34。然后，通常将所测量的压力66与设置点，阈值或操作参数67进行比较306，并且基于此比较，操作308阀56以提高油墨输送系统的稳定性。虽然阀通常被公开为被控制在打开或关闭位置，但是一些实施例可以被配置为节制通气口的打开，例如以提高特定系统配置的动态稳定性。

图8是示出了弯月面压力演变的比较的曲线图400，示出了作为时间404的函数的压力(mbar)402，其中示出了针对不包括次容器52的当前示例性实施例的第一曲线图406，以及针对包括具有次容器52的高稳定性系统50的类似示例性实施例示出的第二曲线图408。在这些条件下，关于以任何方式不基于静水压力的系统的稳定性方面的改进是显著的，这可以在图8中对于相同高排放条件下的单个打印看到。

如图8所示，弯月面压力的扰动降低了约4到5倍，有效地允许更高的排放率，同时防止由于这种更高的扰动而引起的油墨缺乏266(图6)或过度填充/滴落246(图5)。相对于基准系统，无需使用额外的致动器或泵即可实现这一改进。因此，可以保持不基于静水压力的原始系统的简单性和较低的成本。

图9是示出作为时间404的函数的压力402的图表500，包括示出打印头入口端口74(图2)处的压力的第一曲线图502，示出弯月面压力504的第二曲线图504，和示出打印头出口端口78(图2)处的压力的第三曲线图506。在一些实施例中，如果限定了打印头24之前的压力设置点67(图3)不允许容器52向大气58打开，或者如果打印过程的动力学，例如包括打印之间的距离，打印长度，排出率，和/或其他打印系统参数使压力传感器64的读数降至确保不会发生通过容器52的空气吸入的水平以下，则可以保持油墨系统50的增强的稳定性。在那些情况下，容器52将不会向大气56打开，但是如果随后进行的任何打印使位于打印头24之前的传感器64的压力读数超过允许容器52打开的水平，则阀56可以立即向大气58打开，并通过静水压力的作用大大抑制该振荡，以防止弯月面压力506超过允许的极限。这可以在图9中看到，例如在接连打印之间有2秒时的条件508下，阀56关闭以使次容器52不向大气58打开的条件510下，在接连打印之间有4秒时的条件512下，在阀56向大气打开使得静水压力抑制由于在打印之间的间隙变化导致的扰动的条件514下，在接连打印之间又有2秒的随后的条件516下，以及阀56再次关闭以使次容器52不向大气58打开的条件518下。因此，如图9所示，高稳定性油墨输送系统可以快速响应不同的操作条件。

图10是示出处理设备600的示例的高水平框图，该处理设备600可以是上述任何系统的一部分，例如打印系统控制器34或本地控制器62。这些系统中的任何一个可以是或包括如图10所示的两个或更多处理设备，其可以经由网络或多个网络彼此耦接。在一些实施例中，图10中所示的示例性处理设备600可以实现为计算机系统的示例形式的机器，其中可以执行用于使该机器执行本文所讨论的一个或多个方法的一组指令。

在所示的实施例中，处理系统600包括一个或多个处理器605，存储器610，通信设备和/或网络适配器630，以及一个或多个存储设备620和/或输入/输出(I/O)设备625，全部通过互连615彼此耦接。互连615可以是或包括一个或多个导电迹线，总线，点对点连接，控制器，适配器和/或其他常规连接设备。一个或多个处理器605可以是或包括，例如，一个或多个通用可编程微处理器，微控制器，专用集成电路(ASIC)，可编程门阵列等，或这些设备的组合。一个或多个处理器605控制处理设备600的整体操作。存储器610和/或620可以是或可以包括一个或多个物理存储设备，其可以是随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)(可以是可擦除和可编程的)，闪存，微型硬盘驱动器，或其他适合的类型的存储设备，或这些设备的组合。存储器610和/或620可以存储数据和指令，其配置一个或多个处理器605以执行根据上述技术的操作。通信设备630可以是或包括，例如，以太网适配器，电缆调制解调器，Wi-Fi适配器，蜂窝收发器，蓝牙收发器等，或其组合。取决于处理设备600的特定性质和目的，I/O设备625可以包括例如显示器(可以是触摸屏显示器)，音频扬声器，键盘，鼠标或其他指点设备，麦克风，照相机等。

尽管可以为多种喷墨工业打印机12容易地实现高稳定性油墨输送系统50，但是应该容易理解，输送系统50也被配置用于其他油墨和流体输送系统。

这种高稳定性墨水输送系统50使得在当前的单通打印机平台中引入稳健的高排放解决方案成为可能，其中只需对油墨输送系统进行最小的修改，以及最小地增加成本和复杂性。因此，与喷墨打印相关的多种打印机可受益于用于它们的使用的此类系统和方法，例如用于涂料和清漆的数字应用，纹理化和增材制造。

除非与物理可能性相反，否则预期(i)上述方法/步骤可以以任何顺序和/或任何组合执行，以及(ii)各个实施例的部件可以以任何方式组合。

上面介绍的油墨输送系统和打印机系统技术可以通过由软件和/或固件编程/配置的可编程电路来实现，或者可以完全由专用电路来实现，或者通过这些形式的组合来实现。这样的专用电路(如果有的话)可以采用例如，一个或多个专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)，现场可编程门阵列(FPGA)等形式。

用于实现本文介绍的技术的软件或固件可以存储在机器可读存储介质上，并且可以由一个或多个通用或专用可编程微处理器执行。如本文所用的术语“机器可读介质”包括可以以机器可访问的形式存储信息的任何机制(机器可以是，例如，计算机，网络设备，蜂窝电话，个人数字助理(PDA)，制造工具，或带有一个或多个处理器的任何设备等)。例如，机器可访问的介质包括可记录/不可记录的介质，例如，只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备等。

本领域技术人员将理解，用于存储该信息的实际数据结构可能与所示的图和/或表不同，例如，它们可以以不同的方式组织；可能包含比所示出的信息更多或更少的信息；可以被压缩，加扰和/或加密等。

注意，上述任何和所有实施例都可以相互组合，除非上面另有说明，或者任何此类实施例在功能和/或结构上可能相互排斥。

尽管已经参考特定的示例性实施例描述了本发明，但是将认识到本发明不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求书的精神和范围内通过修改和改变来实施。因此，说明书和附图将被视为示意性意义而不是限制性意义。

Claims (23)

1.一种高稳定性油墨输送系统，包括：

在打印系统中位于主油墨容器和打印头之间的次油墨容器；

在所述次油墨容器和所述打印头之间的位于油墨输送管道上的压力传感器，所述压力传感器被配置为测量所述油墨输送管道内的压力，并输出对应于所测量的压力的信号；以及

阀；

其中，所述次油墨容器被配置为基于所述压力传感器的输出信号通过所述阀向大气打开。

2.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中所述阀被配置为当来自所述压力传感器的输出信号表示所述次油墨容器可以在打开时避免通过所述次油墨容器的空气吸入时，将所述次油墨容器向大气打开。

3.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中所述阀被配置为当来自所述压力传感器的输出信号表明所述次油墨容器不能在打开时不引起通过所述次油墨容器的空气吸入时，将所述次油墨容器向大气关闭。

4.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中通过所述打印头喷射的油墨量与当所述打印系统不进行打印时从所述打印头再循环到所述主容器的油墨量相当。

5.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中所述阀被配置为基于从打印系统控制器或本地控制器中的任何一个接收的控制信号可控制地被关闭或打开。

6.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中将所述压力传感器的输出与设置点，阈值，或操作参数中的任何一个进行比较。

7.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中所述阀被配置为可控制地被关闭或打开，以避免或减少所述打印头处油墨的过度填充，过度润湿，或缺乏。

8.根据权利要求1所述的高稳定性油墨输送系统，其中要由所述打印头喷射的油墨包括涂料或清漆中的任何一种。

9.一种方法，包括：

操作打印系统，该打印系统包括：

位于主油墨容器和打印头之间的次油墨容器；

在所述次油墨容器和所述打印头之间的位于油墨输送导管上的压力传感器；和

阀；

其中，所述次油墨容器被配置为基于所述压力传感器的输出信号通过所述阀向大气打开；

测量所述次油墨容器和所述打印头之间的压力；

将所测量的压力与设置点，阈值，或操作参数中的任何一个进行比较；以及

基于所述比较，可控制地操作所述阀为打开或关闭。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

当所述比较表示所述次油墨容器可以在打开时避免通过所述次油墨容器的空气吸入时，打开所述阀以将次油墨容器通到所述大气中。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

当所述比较表示次油墨容器不能在打开时不引起通过次油墨容器的空气吸入时，关闭所述阀。

12.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述打印头喷射的油墨量与当所述打印系统不进行打印时从所述打印头再循环到所述主容器的油墨量相当。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述阀基于从打印系统控制器或本地控制器中的任何一个接收的控制信号而可控制地被关闭或打开。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述阀被配置为可控制地被关闭或打开，以避免或减少所述打印头处油墨的过度填充，过度润湿，或缺乏。

15.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述打印头喷射的油墨包括涂料或清漆中的任何一种。

16.一种打印系统，包括：

打印系统控制器；

一个或多个打印头，其中每个所述打印头包括一个或多个喷墨口，所述一个或多个喷墨口具有用于基于从所述打印系统控制器接收到的信号而将油墨喷射到工件上的喷嘴；

用于将所述油墨存储和输送到所述打印头的供应组件，其中所述供应组件包括：

主油墨容器；

油墨输送管道，用于将油墨从所述油墨主油墨容器向所述打印头转移；和

高稳定性油墨输送系统，包括：

位于所述主油墨容器和所述打印头之间的次油墨容器；

在所述次油墨容器和所述打印头之间的位于油墨输送管道上的压力传感器，所述压力传感器被配置为测量所述油墨输送管道内的压力，并输出对应于所测量的压力的信号；和

阀；

其中，所述次油墨容器被配置为基于所述压力传感器的输出信号通过所述阀向大气打开。

17.根据权利要求16所述的打印系统，其中所述阀被配置为当来自所述压力传感器的输出信号表示所述次油墨容器可以在打开时避免通过所述次油墨容器的空气吸入时，将所述次油墨容器向大气打开。

18.根据权利要求16所述的打印系统，其中所述阀被配置为当来自所述压力传感器的输出信号表示所述次油墨容器不能在打开时不引起通过所述次油墨容器的空气吸入时，将所述次油墨容器向大气关闭。

19.根据权利要求16所述的打印系统，其中通过所述打印头喷射的油墨量与当所述打印系统不进行打印时从所述打印头再循环到所述主容器的油墨量相当。

20.根据权利要求16所述的打印系统，其中所述阀被配置为基于从打印系统控制器或本地控制器中的任何一个接收的控制信号而可控制地被关闭或打开。

21.根据权利要求16所述的打印系统，其中将所述压力传感器的输出与设置点，阈值，或操作参数中的任何一个进行比较。

22.根据权利要求16所述的打印系统，其中所述阀被配置为可控制地被关闭或打开，以避免或减少所述打印头处油墨的过度填充，过度润湿，或缺乏。

23.根据权利要求16所述的打印系统，其中要由所述打印头喷射的油墨包括涂料或清漆中的任何一种。

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