CN114312028A - 打印头喷墨系统和喷墨打印设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种打印头喷墨系统和喷墨打印设备，打印头喷墨系统包括打印喷头和信号驱动器。打印喷头中设置有压电驱动器，压电驱动器电连接信号驱动器。信号驱动器用于向压电驱动器输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号。压电驱动器用于在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制打印喷头的微腔通过喷嘴进行吐墨打印。通过对打印头喷墨系统引入Burst Mode脉冲串功能，从而利用waveform中脉冲串(2个或多个)来增加喷嘴吐墨数量(数量＝脉冲串个数)，可实现翻倍甚至多倍的墨滴数量，在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力或实现提升墨水浓度调节的能力，可减少tact time，还可提高产品打印良率，显著提升了打印机的打印能力。
Description
技术领域
本申请涉及喷墨打印工艺技术领域，特别是涉及一种打印头喷墨系统和喷墨打印设备。
背景技术
随着印刷工艺IJP(Inkjet printing，喷墨打印)的发展，已经在显示器产品的制程中得到应用。印刷工艺作为制备AMOLED(Active-matrix organic light-emittingdiode，有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体)发光器件一项全新技术，相比于传统蒸镀技术具有成本更低，更适用于大尺寸AMOLED生产，并且具有轻薄、柔性、大面积、低成本和可绿色制造等优点，因此被认为是未来新型显示产业发展重要方向之一。除此之外，印刷工艺还可以在QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes，量子点发光二极管)制程中使用。
目前的喷墨打印设备中，使用DOD喷墨打印方式，在打印喷头中设置有压电陶瓷材料(PZT)，对PZT材料施加电压时，PZT材料会产生变形，喷嘴(Nozzle)所在的微腔会产生压强变化，从而将墨水从中挤出。施加电压的强度和时间被称为waveform(电压波形)。传统的喷墨打印喷头采用的waveform都是single mode(单模)单个脉冲控制，即一个周期内只有单个脉冲波形，作用于1个喷嘴时，这期间就只吐出1个墨滴。而waveform中相邻脉冲的间隔时间是由喷头的吐墨频率(Jetting Frequency)决定，而吐墨频率又取决于墨水的性能，以及喷头与墨水的匹配性。吐墨频率越高，越容易产生卫星点，喷头喷墨稳定性就越差，因而对墨水性能，以及喷头与墨水的匹配性要求就越高，目前高频的吐墨频率是提升打印机能力的主要挑战之一。然而，在实现过程中，发明人发现传统的喷墨打印喷头存在着打印能力不足的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种打印头喷墨系统以及一种喷墨打印设备，能够大幅提升喷墨打印喷头的打印能力。
一种打印头喷墨系统，包括打印喷头和信号驱动器；打印喷头中设置有压电驱动器，压电驱动器电连接信号驱动器；
信号驱动器用于向压电驱动器输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号，压电驱动器用于在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制打印喷头的微腔通过喷嘴进行吐墨打印。
在其中一个实施例中，压电驱动器为双晶压电陶瓷片。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含3个子脉冲的脉冲串。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含4个子脉冲的脉冲串。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。
一种喷墨打印设备，包括打印机本体和打印头喷墨系统，打印头喷墨系统安装在打印机本体上，打印头喷墨系统的打印喷头与打印机本体的墨盒连通；
打印喷头中设置有压电驱动器，压电驱动器电连接信号驱动器；
信号驱动器用于向压电驱动器输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号，压电驱动器用于在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制打印喷头的微腔通过喷嘴进行吐墨打印。
在其中一个实施例中，压电驱动器为双晶压电陶瓷片。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。
在其中一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
上述打印头喷墨系统和喷墨打印设备，通过对打印头喷墨系统引入Burst Mode脉冲串功能，从而利用waveform中脉冲串(2个或多个)来增加喷嘴吐墨数量(数量＝脉冲串个数)，可以在相同tact time(节拍)、相同喷墨频率下实现翻倍甚至多倍的墨滴数量，以实现在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力(更高的膜厚)，或实现提升墨水浓度调节的能力(更低的浓度)；可以在相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下，实现tact time的减少；可以在相同tact time、达到相同墨滴数量下，降低喷墨频率以提升喷头喷墨稳定性来提高产品打印良率，相比于传统的喷墨打印设备，实现了显著提升打印机的打印能力的目的。
附图说明
图1为本申请实施例中single mode的脉冲与不同Burst Mode脉冲串的对比示意图。
图2为本申请实施例中打印头喷墨系统的一种结构示意图。
图3为本申请实施例中子脉冲数量为2时的脉冲串波形与single mode的波形对比示意图。
图4为本申请实施例中DOD喷墨打印的喷墨控制简易示意图。
图5为本申请实施例中waveform阶段2的信号与出墨控制的示意图。
图6为本申请实施例中喷嘴出墨的侧视图。
图7为本申请实施例中相同节拍、相同喷墨频率下的single mode与Burst Mode墨滴对比示意图。
图8为本申请实施例中相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下的single mode与Burst Mode节拍对比示意图。
图9为本申请实施例中相同节拍、达到相同墨滴数量下的single mode与BurstMode喷墨频率对比示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在实践中，发明人发现Burst Mode(脉冲串模式)脉冲串功能已应用于激光行业，其产生是通过受控光开关选择与种子源重复频率相同的多个高频子脉冲，组成一个脉冲串输出。Burst Mode的独特优势是不仅可以调谐脉冲串中的子脉冲数量以及脉冲串的时间间隔，而且同时能够保持超快激光的最大输出功率。比如，在4MHz，40W的超快激光器系统中，由于材料加工工艺的要求，需要在较低的重复频率(400kHz)下工作，否则会由于重复频率过高引起热积累效应，在这种情况下，直接降频将导致超快激光的加工效率大大降低，利用Burst Mode功能，可以在重复频率降为400kHz的同时，把脉冲串的子脉冲数量设定为10，其总的输出功率仍是40W，这样既能保证超快激光微加工的质量，同时又能提高加工产能。如图1所示，即为single mode的脉冲与不同脉冲串中子脉冲数量(n＝2，3，4，5)的对比示意图。
在一个实施例中，如图2所示，一种打印头喷墨系统100，包括打印喷头12和信号驱动器14。打印喷头12中设置有压电驱动器122，压电驱动器122电连接信号驱动器14。信号驱动器14用于向压电驱动器122输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号。压电驱动器122用于在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制打印喷头12的微腔121通过喷嘴124进行吐墨打印。
可以理解，打印喷头12可以是本领域中应用的各型DOD喷墨打印设备中的打印头(Print head)，打印头中设有微腔121，微腔121一端连通喷嘴124，微腔121的另一端用于连通墨盒，以便从墨盒中抽墨补充至微腔121中。而压电驱动器122由压电陶瓷材料组成，用于控制喷嘴124所在的微腔121产生压强变化，从而挤压微腔121中的墨水通过喷嘴124喷出。对压电驱动器122采用不同的waveform控制，喷嘴124喷墨的频率也会随之不同。
信号驱动器14可以是现有的各型能够支持Burst Mode脉冲串功能的信号输出器件，只要能够产生所需的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号即可。信号驱动器14输出的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号中，每个周期的脉冲串中包含的子脉冲数量可以是2个或多个，具体可以根据实际打印需要进行设置。
具体的，在使用上述打印头喷墨系统100进行喷墨打印时，可以将打印头喷墨系统100用输墨管连通至所需使用的墨盒后，将抽墨泵(如有)、信号驱动器14等电元件上电工作，设置信号驱动器14输出的电压驱动信号至所需的脉冲串数，使得电压驱动信号输出所需的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号至压电驱动器122。压电驱动器122在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动作用下，控制打印喷头12的微腔121通过喷嘴124进行吐墨打印。需要说明的是，图2中，虚线连接表示电连接。
上述打印头喷墨系统100，通过对打印头喷墨系统100引入Burst Mode脉冲串功能，从而利用waveform中脉冲串(2个或多个)来增加喷嘴124吐墨数量(数量＝脉冲串个数)，可以在相同tact time(节拍)、相同喷墨频率下实现翻倍甚至多倍的墨滴数量，以实现在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力(更高的膜厚)，或实现提升墨水浓度调节的能力(更低的浓度)；可以在相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下，实现tact time的减少；可以在相同tact time、达到相同墨滴数量下，降低喷墨频率以提升喷头喷墨稳定性来提高产品打印良率，相比于传统的喷墨打印设备，实现了显著提升打印机的打印能力的目的。
在一个实施例中，压电驱动器122为双晶压电陶瓷片。可以理解，在上述实施例中，可以采用本领域中已有的各类压电陶瓷材料制成的压电驱动器122，如图3所示，为喷头采用的waveform脉冲串中子脉冲数量为2时的波形与single mode的波形对比示意图；如图4所示，为DOD喷墨打印的喷墨控制简易示意图，如图5所示，为waveform阶段2的信号与出墨控制的示意图，如图6所示，为喷嘴124出墨的侧视图。
在本实施例中，优选的，采用双晶压电陶瓷片(也即双晶硅压电陶瓷片)制成的压电驱动器122，从而可以利用双晶压电陶瓷片优异的振动效果实现更精确、高效的喷墨控制效果。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。可以理解，在本实施例中，一个周期信号的脉冲串中包含的子脉冲数量可以是2个，也可以是多于2个的任意其他数量。
如图7所示，以喷头采用的waveform脉冲串中子脉冲数量为2为例，可以看到，在相同tact time、相同喷墨频率下实现2倍的墨滴数量，以实现在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力(更高的膜厚)，或实现提升墨水浓度调节的能力(更低的浓度)。其他子脉冲数量下的脉冲串效果同理增益。
如图8所示，仍以喷头采用的waveform脉冲串中子脉冲数量为2为例，可以看到，相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下，实现tact time的减少(打印由single mode下的4次，变为Burst Mode下的2次)。其他子脉冲数量下的脉冲串效果同理增益。
如图9所示，仍以喷头采用的waveform脉冲串中子脉冲数量为2为例，可以看到，在相同tact time、达到相同墨滴数量下，降低喷墨频率(打印由single mode下的20kHz，变为Burst Mode下的10kHz)，以提升喷头喷墨稳定性来提高产品打印良率。其他子脉冲数量下的脉冲串效果同理增益。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含3个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为3个，以满足当前所需的打印能力需求。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含4个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为4个，以满足当前所需的打印能力需求。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为5个或者10个，以满足当前所需的打印能力需求。
在一个实施例中，提供了一种喷墨打印设备，包括打印机本体和打印头喷墨系统100。打印头喷墨系统100安装在打印机本体上，打印头喷墨系统100的打印喷头12与打印机本体的墨盒连通。打印喷头12中设置有压电驱动器122，压电驱动器122电连接信号驱动器14。信号驱动器14用于向压电驱动器122输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号。压电驱动器122用于在Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制打印喷头12的微腔121通过喷嘴124进行吐墨打印。
可以理解，打印机本体是指一台喷墨打印设备中，除打印头喷墨系统100之外的其他所有必要构成部件所组成的机体，必要构成部件中具体包含的部件种类及数量等，可以根据打印头喷墨系统100实际应用于的喷墨打印设备的类型确定。其中，墨盒可以为一个，也可以包含多个(例如分别用于容置不同颜色、种类的墨水的墨盒)，具体由实际打印需要确定。
打印喷头12可以是本领域中应用的各型DOD喷墨打印设备中的打印头(Printhead)，打印头中设有微腔121，微腔121一端连通喷嘴124，微腔121的另一端用于连通墨盒，以便从墨盒中抽墨补充至微腔121中。而压电驱动器122由压电陶瓷材料组成，用于控制喷嘴124所在的微腔121产生压强变化，从而挤压微腔121中的墨水通过喷嘴124喷出。对压电驱动器122采用不同的waveform控制，喷嘴124喷墨的频率也会随之不同。
信号驱动器14可以是现有的各型能够支持Burst Mode脉冲串功能的信号输出器件，只要能够产生所需的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号即可。信号驱动器14输出的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号中，每个周期的脉冲串中包含的子脉冲数量可以是2个或多个，具体可以根据实际打印需要进行设置。
具体的，在使用上述喷墨打印设备进行喷墨打印时，可以在确定打印头喷墨系统100的输墨管已连通至所需使用的墨盒后，接通喷墨打印设备的主电源并启动整机，根据所需打印能力设置信号驱动器14输出的电压驱动信号至所需的脉冲串数，使得电压驱动信号输出所需的Burst Mode脉冲串式电压驱动信号至压电驱动器122。压电驱动器122在BurstMode脉冲串式电压驱动信号的驱动作用下，控制打印喷头12的微腔121通过喷嘴124进行吐墨打印。
上述喷墨打印设备，通过对打印头喷墨系统100引入Burst Mode脉冲串功能，从而利用waveform中脉冲串(2个或多个)来增加喷嘴124吐墨数量(数量＝脉冲串个数)，可以在相同tact time(节拍)、相同喷墨频率下实现翻倍甚至多倍的墨滴数量，以实现在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力(更高的膜厚)，或实现提升墨水浓度调节的能力(更低的浓度)；可以在相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下，实现tact time的减少；可以在相同tact time、达到相同墨滴数量下，降低喷墨频率以提升喷头喷墨稳定性来提高产品打印良率，相比于传统的喷墨打印设备，实现了显著提升打印机的打印能力的目的。
在一个实施例中，压电驱动器122为双晶压电陶瓷片。可以理解，在本实施例中，优选的，采用双晶压电陶瓷片(也即双晶硅压电陶瓷片)制成的压电驱动器122，从而可以利用双晶压电陶瓷片优异的振动效果实现更精确、高效的喷墨控制效果。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。可以理解，在本实施例中，一个周期信号的脉冲串中包含的子脉冲数量可以是2个，也可以是多于2个的任意其他数量，可在相同tact time、相同喷墨频率下实现翻倍甚至多倍的墨滴数量，以实现在不改变墨水浓度的前提下提升膜厚调节的能力(更高的膜厚)，或实现提升墨水浓度调节的能力(更低的浓度)。可在相同喷墨频率、达到相同墨滴数量下，实现tact time的减少。还可以在相同tact time、达到相同墨滴数量下，降低喷墨频率以提升喷头喷墨稳定性来提高产品打印良率。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含3个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为3个，以满足当前所需的打印能力需求。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含4个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为4个，以满足当前所需的打印能力需求。
在一个实施例中，Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。可以理解，在本实施例中，信号驱动器14输出的信号中，一个周期的脉冲串保护的子脉冲数量为5个或者10个，以满足当前所需的打印能力需求。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种打印头喷墨系统，其特征在于，包括打印喷头和信号驱动器；所述打印喷头中设置有压电驱动器，所述压电驱动器电连接所述信号驱动器；
所述信号驱动器用于向所述压电驱动器输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号，所述压电驱动器用于在所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制所述打印喷头的微腔通过喷嘴进行吐墨打印。
2.根据权利要求1所述的打印头喷墨系统，其特征在于，所述压电驱动器为双晶压电陶瓷片。
3.根据权利要求1或2所述的打印头喷墨系统，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。
4.根据权利要求3所述的打印头喷墨系统，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含3个子脉冲的脉冲串。
5.根据权利要求3所述的打印头喷墨系统，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含4个子脉冲的脉冲串。
6.根据权利要求3所述的打印头喷墨系统，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。
7.一种喷墨打印设备，其特征在于，包括打印机本体和打印头喷墨系统，所述打印头喷墨系统安装在所述打印机本体上，所述打印头喷墨系统的打印喷头与所述打印机本体的墨盒连通；
所述打印喷头中设置有压电驱动器，所述压电驱动器电连接所述信号驱动器；
所述信号驱动器用于向所述压电驱动器输出Burst Mode脉冲串式电压驱动信号，所述压电驱动器用于在所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号的驱动下，控制所述打印喷头的微腔通过喷嘴进行吐墨打印。
8.根据权利要求7所述的喷墨打印设备，其特征在于，所述压电驱动器为双晶压电陶瓷片。
9.根据权利要求7或8所述的喷墨打印设备，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含N个子脉冲的脉冲串；N≥2且N∈N*。
10.根据权利要求9所述的喷墨打印设备，其特征在于，所述Burst Mode脉冲串式电压驱动信号为一个周期内包含5个或10个子脉冲的脉冲串。
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