CN115923335A - 一种可拼接的点阵打印头 - Google Patents

Abstract

一种可拼接的点阵打印头，可以实现超大幅宽打印。它是用连接块13、密封圈14和封头15将一个或多个打印头单元进行拼接，最终形成一个完整的打印头组，如图10所示。一个打印头单元由喷嘴板1、撞针2、衔铁3、复位弹簧4、电磁铁5和电磁铁安装支架6组成，如图4所示。喷嘴板1上阵列加工导针孔7，导针孔内安放撞针2。喷嘴板1的侧向有加工通孔8，通孔8内通墨水。电磁铁5阵列安装在电磁铁安装支架6上，每一个电磁铁和每一根撞针的衔铁位置对应，电磁铁线圈通电则吸引衔铁3带动撞针2向上运动，线圈断电则通过复位弹簧4将衔铁3和撞针2复位，撞针2每击打一次，从喷嘴9中喷射出一个墨滴，通过控制每一个电磁铁从而打印出所需图形。

Description

一种可拼接的点阵打印头

技术领域

本发明揭示了一种点阵打印头，此打印头的长度可根据需要进行拼接，可以实现超大幅宽的打印。本发明属于打印方式中的喷射打印。

背景技术

喷射打印与喷墨打印的原理类似，打印头在需要打印的物体表面上移动并将材料液滴精确地喷射到所需位置。和喷墨打印不同的是，喷射打印头具有较大的喷孔，且所喷射的材料液滴往往被施加一定的压力（根据材料的粘度和流动性不同，压力通常为0.01~0.7MPa），甚至对材料进行加热直至融化，然后利用压电陶瓷、电磁阀、气动阀等驱动撞针按需将材料液滴喷射出去。因此，喷射打印能够弥补喷墨打印的不足，打印一些特殊的“墨水”。

喷射打印可以使用的“墨水”包括树脂（光敏树脂、环氧树脂、呋喃树脂等）、含微粒墨水（纳米金、纳米银、纳米铜墨水，陶瓷墨水，不锈钢墨水等）、蜡质材料、锡膏等，可谓是“喷射一切可喷材料”。正因如此，喷射打印逐渐成为众多打印技术中的一大主流。

目前市面上的喷射打印头主要有喷射阀、工业打印头、点胶针头几种。

其中喷射阀根据驱动方式不同又分为压电陶瓷喷射阀、电磁铁驱动喷射阀、气体驱动喷射阀等。和点胶针头一样，喷射阀是一种单孔的喷头，广泛用于流体点胶方面，它可以喷射点、线、面及各种图形，由于是单点喷射，所以打印速度慢，效率低，大尺寸打印耗费时间长。喷射阀的结构如图1所示；

工业打印头原理和普通家用喷墨打印头一样，只是其设计适用于更苛刻的环境，稳定性和寿命更长，工业打印头工作原理如图2所示；

由于喷墨打印头结构细微，复杂，喷孔直径较小（一般为20um~40um），所以对墨水的表面张力、粘度、颗粒度有较高要求。使用中容易出现断墨、堵头等现象。且价格昂贵，如果使用喷头组进行大尺寸打印的话，成本很高。工业喷墨打印头组成的喷头组如图3所示。

发明内容

本发明将多个喷孔和撞针阵列排布在一个打印头单元内，并通过连接块和密封圈将一个或多个打印头单元拼接，再在两端拼接封头，形成一个完整的打印头组，可以实现超大幅宽打印。

本发明所揭示的打印头具有如下优点：

1、长度可按需拼接，以适应不同尺寸的打印；

2、整行打印，在需要打印的物体表面扫过（一次或数次）既能打印到所有像素点，打印头做往复运动的次数比现有的打印方式明显减少，打印速度大大提高；

3、机械结构可靠性好，寿命长，维护成本低；

4、可用于喷印多种“墨水”材料。可通过优化设计以适应不同的“墨水”：改变复位弹簧的弹力调节撞针的击打力度，改变电磁铁线圈的通电频率调节喷射频率，改变“墨水”的供墨压力，改变喷嘴的大小等，这些都能改变墨滴的大小和喷射速度，从而可打印不同粘度的“墨水”；

5、由于是非接触打印，打印头本身不和被打印物体表面接触，因此能够打印平面、曲面和三维物体；

6、将多个打印头组并排安装，每个打印头组打印一种颜色，可以实现彩色打印。

本发明具体通过以下技术方案实现：

本发明是用连接块和密封圈将一个或多个打印头单元进行拼接，再在两端拼接封头，最终形成一个完整的打印头组。当然，打印头单元数量少的话，也可以将打印头单元连同两端封头直接加工成一体而省去拼接的步骤。

一个打印头单元的构造：

它是由喷嘴板1、撞针2、衔铁3、复位弹簧4、电磁铁5和电磁铁安装支架6组成。一个打印头单元主视图如图4所示，爆炸图如图5和图6所示。

其中：喷嘴板1上阵列加工导针孔7，导针孔内安放撞针2。喷嘴板1的侧向有加工有一排通孔8，通孔8内通墨水，墨水在撞针上下击打的过程中通过底部的喷嘴9喷出。如有需要，可以再加工一排通孔10，内通润滑油，减小导针孔7和撞针2的磨耗，提高使用寿命。导针孔7的内径和撞针2的外径有一定的配合间隙，撞针上下运动顺畅的同时能保证密封。喷嘴板1的主视图如图7、图8所示。

电磁铁5阵列安装在电磁铁安装支架6上，每一个电磁铁和每一根撞针的衔铁位置对应，电磁铁线圈通电则吸引衔铁3带动撞针2向上运动，线圈断电则通过复位弹簧4将衔铁3和撞针2复位，撞针2每击打一次，从喷嘴9中喷射出一个墨滴，通过对每一个电磁铁的精确控制，则可以打印出所需图形。电磁铁5和电磁铁安装支架6之间用胶体（例如环氧树脂）填充固化，或者用其他方式固定。为了让胶体固化后电磁铁和支架结合地更加牢固，具有更好的整体性，可以在电磁铁安装支架6上加工凹槽11，如图9所示。

打印头单元的拼接：

喷嘴板1上加工有连接槽12，可以用连接块13方便地将多个打印头单元拼接。两相邻打印头单元之间的通孔用密封圈14密封，再在两端拼接封头15，最终形成一个完整的打印头组，如图10、图11所示。

打印头单元的设计和变化方案：

打印头单元的形状，喷嘴、撞针、电磁铁等的排布，喷嘴板的形状等不局限于上述示意图，可根据制造工艺和成本灵活设计。下面结合附图详细介绍：

1、由于制造工艺的限制，电磁铁做不到无限小，因此两个相邻导针孔不能够做到紧密地挨在一起，也就无法做到用单排喷嘴以一次扫过的方式打印所有的像素点，为此，采用多行喷嘴阵列的方式或者让喷头做数次往复运动（或喷头固定，被打印物体做往复运动）的方式加以解决：

多行喷嘴阵列的方式：喷嘴阵列的方式可以有多种，最典型的就是普通平行四边形阵列和矩形阵列。喷嘴的普通平行四边形阵列如图12所示，假设两个相邻导针孔的横向间距为h，纵向间距为v，喷嘴行数为n，喷嘴直径为d（h、v、n、d的值根据设计和制造工艺决定），每一行喷嘴的偏移量为Δh。可以得出当偏移量Δh=d，且行数n=h/d的时候，打印头经过打印区域时每一个需要打印的像素点都能被打印。此时成像的分辨率为d（即打印出的墨滴大小，等于喷嘴直径）；喷嘴的矩形阵列如图13所示，和普通平行四边形阵列不同的是：矩形阵列喷嘴的横竖连线是垂直的（即Δh=0）。为了能使打印头经过打印区域时，每一个需要打印的像素点都能被打印，打印头（喷嘴）需要倾斜放置，倾角α = arcsin(d/v)，此时成像的分辨率为d（即打印出的墨滴大小，等于喷嘴直径）；

喷头做数次往复运动（或喷头固定，被打印物体做往复运动）的方式：以上多行喷嘴阵列的方式，打印头在被打印物体表面扫过一次既能打印到所有像素点，而无须做往复运动，打印速度快。在不追求高速打印的场合，则可以采用喷头做往复运动（或喷头固定，被打印物体做往复运动）的方式进行打印，每做一次往复，喷头向与打印方向垂直的方向做一次偏移（或者被打印物体向与打印方向垂直的方向做一次偏移），偏移量Δh=d。这种方式可以减少喷嘴、撞针、电磁铁等的数量和密集程度，降低制造难度和成本。当采用单行喷嘴进行往复打印时，往复次数m=h/d，此时可以打印到所有的象素点，成像的分辨率为d，如图14所示；当采用n行喷嘴阵列的打印头进行往复打印时，则往复次数m=h/(nd)，此时可以打印到所有的象素点，成像的分辨率为d，如图15所示。

2、喷嘴板1的形状也不局限于一种。例如图12、图15是边缘呈阶梯型的平行四边形板，一个台阶对应于一行喷嘴，台阶偏移量等于喷嘴的偏移量Δh，台阶边缘距离第一个喷嘴的距离为h/2，因此可以保证拼接后喷嘴的连续性；图13、图14则是一块标准的矩形板，边缘距离第一个喷嘴的距离也为h/2；图16所示则是一块标准的平行四边形板，边缘距离第一个喷嘴的距离同样为h/2。 这里要注意的是，喷嘴板边缘到第一个喷嘴的距离并不是一定要h/2，拼缝到左右两边喷嘴的距离可以不对称，只要保证两块板拼接后，拼接处两个喷嘴的距离为h即可。

3、喷嘴板1也不局限于一体式，可采用分体式制造。可以用多块板分别加工相应的构造，最后组装成喷嘴板整体，甚至可以把每一行（每一竖）喷嘴分别加工，然后把每一行（每一竖）喷嘴板并排组装。如图17所示为分体制造的喷嘴板。

4、此外，电磁铁5、电磁铁安装支架6、连接槽12、连接块13、撞针2、衔铁3、复位弹簧4、墨水通孔8、封头15等也不局限于一种形状，对此所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

本发明的典型应用：

二维打印方面，图18所示的是一种电路板（PCB板）锡膏喷印机，PCB板在同步带的传送下经过打印头下方，打印头则在电路板相应焊盘上喷上锡膏。与传统的锡膏印刷机相比，PCB锡膏喷印机无需开具钢网模具，通过编程即可完成各种类型的电路板喷印，可以很方便地和贴片机无缝衔接，实现电路板制造过程全自动化；

三维打印方面，图19所示的是一种三维粉末打印机（3DP打印机）。该技术利用喷头喷黏结剂，选择性地黏结粉末来成型。其原理和打印过程如下：首先螺旋铺粉器在粉末床上精确地铺上一薄层粉末材料，然后打印头组根据这一层的截面形状在粉末上喷射胶水，喷到胶水的薄层粉末发生固化；然后在这一层上面再铺下一层粉末，打印头按下一截面的形状喷胶水；如此层层叠加，从下到上，直到把一个零件的所有层打印完毕；最后把未固化的粉末清理掉，得到一个三维实物模型。3DP打印大大简化了传统的三维造型工艺，省时省力，能够打印复杂型腔，且可选择的粉末材料种类很多，如陶瓷、金属、石膏、塑料粉末、砂子等，耗材便宜。

附图说明：

图1：喷射阀结构图；

图2：工业喷墨打印头工作原理；

图3 工业喷墨打印头组成的喷头组；

图4：一个打印头单元主视图；

图5：一个打印头单元爆炸图；

图6：一个打印头单元爆炸图侧面；

图7：喷嘴板主视图（安装撞针前）；

图8：喷嘴板主视图（安装撞针后）；

图9：电磁铁和安装架之间用胶体填充固化；

图10：打印头组拼接示意图；

图11：拼接好的打印头组；

图12：喷嘴普通平行四边形阵列；

图13：喷嘴矩形阵列；

图14：采用单行喷嘴做往复打印；

图15：采用多行喷嘴阵列的打印头进行往复打印；

图16：喷嘴板为标准的平行四边形板；

图17：分体式喷嘴板；

图18：PCB锡膏喷印机；

图19：3DP打印机。

Claims (8)

1.一种可拼接的点阵打印头，它是用连接块13和密封圈14将一个或多个打印头单元进行拼接，再在两端拼接封头15，最终形成一个完整的打印头组，当然，打印头单元数量少的话，也可以将打印头单元连同两端封头直接加工成一体而省去拼接的步骤。

2.一个打印头单元由喷嘴板1、撞针2、衔铁3、复位弹簧4、电磁铁5和电磁铁安装支架6组成；电磁铁5和撞针2对应，阵列安装在电磁铁安装支架6上，电磁铁5和电磁铁安装支架6之间用胶体（例如环氧树脂）填充固化，或者用其他方式固定。

3.在喷嘴板1上阵列加工导针孔7，导针孔内安放撞针2；在喷嘴板1的侧向加工有一排通孔8，通孔8内通墨水，墨水在撞针上下击打的过程中通过底部的喷嘴9喷出；如有需要，可以再加工一排通孔10，内通润滑油（或冷却液），减小导针孔7和撞针2的磨耗，提高使用寿命。

4.可采用多行喷嘴阵列的方式、喷头做数次往复运动（或喷头固定，被打印物体做往复运动）的方式、或者两者相结合的方式（多行喷嘴阵列，同时喷头或被打印物体做数次往复运动）进行图形打印。

5.喷嘴9的阵列方式不局限于一种形式，典型的阵列方式有：普通平行四边形阵列和矩形阵列。

6.喷嘴板1不局限于一体式，可采用分体式制造：可以用多块板分别加工相应的构造，最后组装成喷嘴板整体，甚至可以把每一行（每一竖）喷嘴分别加工，然后把每一行（每一竖）喷嘴板并排组装。

7.喷嘴板1的形状也不局限于一种，典型的形状有：边缘呈阶梯型的平行四边形板、标准的矩形板、标准的平行四边形板等。

8.所述电磁铁5、电磁铁安装支架6、连接槽12、连接块13、撞针2、衔铁3、复位弹簧4、墨水通孔8、封头15等也不局限于一种形状。

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