EP0326568A1 - Multilayer ink writing head. - Google Patents

Multilayer ink writing head.

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EP0326568A1
EP0326568A1 EP87906568A EP87906568A EP0326568A1 EP 0326568 A1 EP0326568 A1 EP 0326568A1 EP 87906568 A EP87906568 A EP 87906568A EP 87906568 A EP87906568 A EP 87906568A EP 0326568 A1 EP0326568 A1 EP 0326568A1
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EP
European Patent Office
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ink
head
plate
sandwich
nozzle
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EP0326568B1 (en
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Peter Kulzer
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0326568A1 publication Critical patent/EP0326568A1/en
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Publication of EP0326568B1 publication Critical patent/EP0326568B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/145—Arrangement thereof
    • B41J2/155—Arrangement thereof for line printing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14459—Matrix arrangement of the pressure chambers

Definitions

  • the invention relates to a multi-layered ink writing head and a method for its production according to the preambles of claims 1 and 7 respectively.
  • Ink printing devices with piezoelectrically driven drive elements are generally known and have been used successfully.
  • DE-OS 32 42 283 for example, a multi-layer ink jet print head is described which essentially has a chamber strip in which a feed channel for the ink is incorporated. A connection piece is assigned to this feed channel, via which the ink head is supplied with ink.
  • Feed lines open into the feed channel and are connected on the surface of the chamber strip to throttle channels going out laterally. This. Throttle channels open laterally into conical pressure chambers. The nozzle channel is arranged in the center of these pressure chambers.
  • the nozzle channels themselves are guided through their own base body of the ink jet print head and open at the lower end of the base body into nozzles of a nozzle plate arranged closely next to one another.
  • the nozzle plate itself is pressed against the base body by a tension spring.
  • the side of the chamber strip into which the pressure chambers and the nozzle chambers are stamped is covered by a metal membrane that extends across the entire width of the chamber strip. On this Me allmembra ⁇ the drive elements are arranged, preferably glued.
  • the chamber strip and the connection to the metal membrane are produced in such a way that the conical chambers and the throttle ducts are first embossed in the chamber strip and then the nozzle ducts are drilled.
  • the metal membrane and the chamber strip are then atomically connected to one another by diffusion welding.
  • Pressure chambers with a centrally arranged nozzle channel and lateral ink inlet also have the disadvantage that air bubbles caused by outgassing of the ink, for example, are difficult to remove from these pressure chambers.
  • One way of removing these gas bubbles is to exert pressure on the supply side on the ink and thus flush the pressure chambers. However, this only removes the gas bubbles located in the center of the pressure chambers. The gas bubbles settling on the edge are not reached by the flow in the pressure chamber or are controlled by the flow in such a way that they remain in the pressure chamber and thus considerably disrupt the control behavior of the entire print head.
  • E-PS-81-00 37 624 it is known from E-PS-81-00 37 624 to arrange islands at the inlet area and at the outlet area of the pressure chambers which divide the ink flow and ensure that the ink runs along the wall areas through the pressure chamber flows.
  • the object of the invention is to design a multi-layer ink writing head of the type mentioned at the outset in such a way that it can be produced in a simple manner and in a large number of operations and which has a favorable flow pattern of the ink, so that any gas bubbles which may have penetrated easily can be removed.
  • the ink writing head consists of a separately producible sandwich ink head and a receiving part which receives the sandwich ink head with integrated ink supply means that the entire ink writing head can be manufactured very easily and simply.
  • the sandwich ink head consists of several plates arranged one above the other, structured according to the corresponding ink channels, which are firmly connected to one another by diffusion welding, one side of the sandwich ink head through the membrane plate and the other side of the sandwich ink head through Nozzle plate is formed.
  • the ink head can advantageously be composed of molded parts which are easy to produce, in particular by punching, and can be produced in one working
  • the ink writing head Due to the construction of the ink writing head according to the invention it is; the connection of metal for the individual plates 0 is possible and thus the application and creation of very fine contours.
  • the sandwich ink head can be produced in automated processes in the clean room.
  • the piezo disks designed as drive elements can be easily connected to the metal membrane 5 by gluing or soldering.
  • throttle channels ensured as channels, slit 25 with sodium cross-section, on the one hand, the inks of the write frequency flow in correspondingly quickly ovin ⁇ NEN, on the other hand, pressure waves can not pass.
  • Show it 1 shows a schematic exploded view of the multilayered ink writing head
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the area of the pressure chambers of the sandwich ink head
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration along the section lines of FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a pressure chamber with associated throttle section
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the nozzle arrangement in the case of a sandwich ink head designed as a 24 nozzle head.
  • An ink printhead is arranged in a Ti- ⁇ ten printing device (not shown in detail here), which is written line by line along a J recording medium.
  • the layered ink writing head consists of a receiving body 10 with an ink supply line 11 arranged therein and a connecting piece 12 for connection to an ink bottle, not shown here.
  • the receiving body 10 can be made of thermoplastic material and is screwed onto a printing carriage (not shown here) of the ink printing device via a fastening piece 13.
  • the receiving body 10 serves to receive a separately manufactured sandwich ink head of a so-called planetary ink head.
  • this sandwich ink head is composed of five metal plates, which are described in detail below.
  • One side of the sand important ink head forms a Me bra ⁇ platte 14 made of nickel with a plate thickness of 0.03 mm on which according to the number of nozzles (in this case 24) piezo plates with a diameter of about 1 mm are arranged as drive elements for the pressure chambers.
  • a pressure chamber plate 16 adjoins the membrane plate and is likewise made of nickel and has a thickness of 0.2 mm corresponding to the desired height of the pressure chambers. All pressure chambers 17 of the sandwich head and supply structures 18 for the ink supply are located in the pressure chamber plate 16. To the pressure chamber plate 16, in turn, a waste includes top plate 19 of a thickness of about 0.1 mm at which the mouth portions of the nozzle channel 20 and the Tintenzu réelle- channel 21 j 'Eder pressure chamber 17 contain further Aus ⁇ recesses 22, the components the ink supply.
  • throttling sections 24 with a columnar cross-section are arranged in the form of slits and recesses 25 as components of the ink supply.
  • the sandwich ink head is completed by a.
  • Nozzle plate 26 (thickness 0.1 mm), which is also made of nickel and on which the nozzle openings 27 are arranged in a configuration corresponding to the desired resolution.
  • the metal plates After the individual metal plates have been produced by etching, stamping or galvanoplastic, the metal plates are layered one above the other and connected to one another by diffusion welding. For this purpose, the plates are pressed together and exposed to an elevated temperature under protective gas or vacuum. The temperature and holding time depend on the respective material of the nozzle plates. Diffusion welding is advantageous in the production of inkjet printheads because a flat metallic connection is produced and no changes in the channel structure due to excess solder or adhesive occur. In addition, this results in a heat-resistant structure and uniform metal can be used for the head.
  • the plates In order to make the structures easy to manufacture, it is advantageous to produce the plates from readily etchable material, such as nickel silver, but to silver them to achieve a good welded connection and to weld these silver-plated parts together with nickel parts. Diffusion welding is possible at temperatures between 40 and 90% of the absolute melting temperature of the part material. In order to achieve a material pairing with silver which is favorable for diffusion welding, it is sufficient for the layer structure to silver-plate at least every second plate.
  • the piezoplates 15 are glued onto the membrane plate 14, if not already done beforehand.
  • the sandwich ink head thus produced can now be mounted on the receiving body 10 via a connector 28.
  • FIGS. 2 to 5 have proven to be advantageous. This results in a straight-line course of the nozzle channel 20 from the individual pressure chambers 17 to the nozzle plate 26. Both the nozzle channel 20 and the ink supply channel 21 open parallel to one another in the cylinder-shaped pressure chambers here, based on the diameter of the pressure chambers on the edges. Through this streamlined The structure entrains the air flowing through the pressure chamber and any air bubbles located at the edge of the pressure chambers 17, so that air bubbles cannot become lodged within the pressure chamber.
  • the throttle section In the direction of movement of the ink in front of the pressure chambers, the throttle section is in the form of a throttle channel with a columnar cross section.
  • the columnar cross-section of the throttle section ensures that, on the one hand, the ink can flow in according to the writing frequency, on the other hand, pressure waves cannot pass through. All throttle sections 24 are supplied with ink via a common ink feed 29.
  • the natural frequency of the overall system is very high and the settling time for the ink in the printing area is very low, which results in a high spray frequency.
  • the (arrow) flow pattern of the ink shown in FIG. 1 results.
  • the ink is conducted via the receiving body 10 and the connecting piece 28 to the throttle sections 24 of the pressure chambers 17.
  • the ink reaches the nozzle openings 27 from the pressure chambers 17 via branch channels (nozzle channels 20).
  • nozzles are arranged, and accordingly 6 in eight rows of three nozzles each. Depending on the slope of the individual rows of nozzles, there is a different vertical distance 31 from nozzle to nozzle, and thus a change in the font quality (resolution).
  • the nozzles can be arranged on the sandwich ink head, or it is possible to achieve this configuration by mounting the sandwich ink head at an angle to the writing direction.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

Une tête d'écriture à l'encre à couches multiples, dans laquelle chaque buse d'écriture (27) est reliée par un canal (20) à une chambre de pression (17), comprend une tête encreuse en sandwich fabriquée séparement et composée d'une pluralité de plaques superposées, structurées de façon à correspondre aux canaux d'encre et fixées les unes aux autres par un procédé de soudure par diffusion. Un côté de la tête encreuse en sandwich est formé d'une plaque à membrane (14) et l'autre côté par la plaque portant les buses (26). Une partie de réception ayant une alimentation en encre incorporée sert d'élément de montage pour la tête encreuse en sandwich. Tous les évidements recevant l'encre de la tête en sandwich sont formés par des ouvertures des plaques individuelles.A multi-layered ink writing head, in which each writing nozzle (27) is connected by a channel (20) to a pressure chamber (17), comprises a separately manufactured sandwich ink head composed of a plurality of superimposed plates, structured to correspond to the ink channels and fixed to each other by a diffusion welding process. One side of the sandwich ink head is formed by a membrane plate (14) and the other side by the plate carrying the nozzles (26). A receiving part having a built-in ink supply serves as a mounting member for the sandwich ink head. All of the ink-receiving recesses of the sandwich head are formed by openings in the individual plates.

Description

Mehrschichtig aufgebauter Tintenschreibkopf Multi-layer ink writing head
Die Erfindung betrifft einen mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 7.7. The invention relates to a multi-layered ink writing head and a method for its production according to the preambles of claims 1 and 7 respectively.
Tintendruckeinrichtungen mit piezoelektrisch angetriebenen Antriebselementen sind allgemein bekannt und mit Erfolg zur Anwendung gelangt. So wird in der DE-OS 32 42 283 ein mehrschichtig aufgebauter Tintenstrahldruckkopf beschrie¬ ben, der im wesentlichen eine Kammerleiste aufweist, in der ein Zuführkanal für die Tinte eingearbeitet ist. Die¬ sem Zuführkanal ist ein Anschlußstutzen zugeordnet, über dem der Tintenkopf mit Tinte versorgt wird. In den Zuführ- kanal münden Zuführleitungen, die auf der Oberfläche der Kammerleiste mit seitlich abgehenden Drosselkanälen in Verbindung stehen. Diese. Drosselkanäle münden seitlich in kegelförmige Druckkammern. Im Mittelpunkt dieser Druck¬ kammern ist--der Düsenkanal angeordnet. Die .Düsenkanäle selbst werden durch eigenen Grundkörper des Tintenstrahl- druckkopfes geführt und münden am unterejn Ende des Grund¬ körpers in dicht nebeneinander angeordneten Düsen einer Düseπplatte. Die Düsenplatte selbst wird über eine Spann¬ feder gegen den Grundkörper gedrückt.Ink printing devices with piezoelectrically driven drive elements are generally known and have been used successfully. In DE-OS 32 42 283, for example, a multi-layer ink jet print head is described which essentially has a chamber strip in which a feed channel for the ink is incorporated. A connection piece is assigned to this feed channel, via which the ink head is supplied with ink. Feed lines open into the feed channel and are connected on the surface of the chamber strip to throttle channels going out laterally. This. Throttle channels open laterally into conical pressure chambers. The nozzle channel is arranged in the center of these pressure chambers. The nozzle channels themselves are guided through their own base body of the ink jet print head and open at the lower end of the base body into nozzles of a nozzle plate arranged closely next to one another. The nozzle plate itself is pressed against the base body by a tension spring.
Die Seite der Kammerleiste in die die Druckkammern und die DüsenkaπMle eingestanzt sind, ist durch eine Metallmembran abgedeckt, die über die gesamte Breite der Kammerleiste reicht. Auf dieser Me allmembraπ sind die Antriebselemente angeordnet, vorzugsweise geklebt.The side of the chamber strip into which the pressure chambers and the nozzle chambers are stamped is covered by a metal membrane that extends across the entire width of the chamber strip. On this Me allmembraπ the drive elements are arranged, preferably glued.
Die Herstellung der Kammerleiste und die Verbindung mit der Metallmembran geschieht in der Weise, daß in der Kam¬ merleiste zunächst die kegelförmigen Kammern und die Dros- selkanäle eingeprägt werden und anschließend die Düsenka¬ näle gebohrt werden. Anschließend wird die Metallmembran und die Kammerleiste durch Diffusionsschweißen atomar miteinander verbunden.The chamber strip and the connection to the metal membrane are produced in such a way that the conical chambers and the throttle ducts are first embossed in the chamber strip and then the nozzle ducts are drilled. The metal membrane and the chamber strip are then atomically connected to one another by diffusion welding.
Durch die Vielzahl der erforderlichen Arbeitsgänge ist ein derartig aufgebauter Tintenschreibkopf schwer herzustel¬ len. Außerdem wirkt sich die Länge der Düsenkanäle und ihr Verlauf innerhalb eines klobig aufgebauten Grundkörpers nachteilig auf die Schriftqualität bzw. den Wirkungsgrad der piezoelektrischen Antriebselemente aus.Due to the large number of operations required, an ink writing head constructed in this way is difficult to produce. In addition, the length of the nozzle channels and their course within a bulky base body have a disadvantageous effect on the writing quality or the efficiency of the piezoelectric drive elements.
Dadurch, daß die Tintenversorgung der Druckkammern inner¬ halb der Kammerleiste über Drosselkanäle erfolgt, die seitlich in die Druckkammern münden, ergibt sich" ein strö¬ mungsungünstiger Querschnitt der Druckkammern und damit ein schlechter Tintendurchfluß. Derartige kreisförmigeThe fact that the ink supply of the pressure chambers within the chamber strip takes place via throttle channels which open laterally into the pressure chambers results in " a cross section of the pressure chambers which is unfavorable for flow and thus a poor ink flow. Such circular
Druckkammern mit zentral angeordnetem Düsenkanal und seit¬ lichem Tinteneintritt haben außerdem den Nachteil, daß beispielsweise durch Ausgasung der Tinte bedingte Luftbla¬ sen sich nur schwer aus diesen Druckkammern entfernen las- sen. Eine Möglichkeit der Entfernung dieser Gasblasen be¬ steht darin, Druck auf der Vorratsseite auf die Tinte, aus¬ zuüben und damit die Druckkammern durchzuspülen. Dadurch werden aber nur die sich im Zentrum der Druckkammern be¬ findlichen Gasblasen entfernt. Die sich am Rand fest- setzenden Gasblasen werden von der Strömung in der Druck¬ kammer nicht erreicht bzw. von der Strömung so gesteuert, daß sie in der Druckkammer verbleiben und damit das An¬ steuerverhalten des gesamten Druckkopfes beträchtlich stö¬ ren.Pressure chambers with a centrally arranged nozzle channel and lateral ink inlet also have the disadvantage that air bubbles caused by outgassing of the ink, for example, are difficult to remove from these pressure chambers. One way of removing these gas bubbles is to exert pressure on the supply side on the ink and thus flush the pressure chambers. However, this only removes the gas bubbles located in the center of the pressure chambers. The gas bubbles settling on the edge are not reached by the flow in the pressure chamber or are controlled by the flow in such a way that they remain in the pressure chamber and thus considerably disrupt the control behavior of the entire print head.
Um dies zu verhindern, ist es aus der E-PS-81-00 37 624 bekannt, am Eintrittsbereich und am Austrittsbereich der Druckkammern Inseln anzuordnen, die die Tintenströmung teilen und dafür sorgen,, daß die Tinte entlang der Wand- bereiche durch die Druckkammer strömt.To prevent this, it is known from E-PS-81-00 37 624 to arrange islands at the inlet area and at the outlet area of the pressure chambers which divide the ink flow and ensure that the ink runs along the wall areas through the pressure chamber flows.
Diese Inseln sind nun einerseits wegen ihrer Größe schwer herstellbar, andererseits bilden sie einen unerwünschten Strömungswiderstand, der sich wiederum ungünstig auf das Aπsteuerverhalten der Druckkammern auswirkt.On the one hand, these islands are difficult to manufacture because of their size, on the other hand, they form an undesirable one Flow resistance, which in turn has an adverse effect on the control behavior of the pressure chambers.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrschichtig aufge- bauten Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er in einfacher Weise und in eine Viel¬ zahl von Arbeitsgängen hergestellt werden kann und der einen günstigen Strömungsverlauf der Tinte aufweist, so daß eventuell eingedrungene Gasblasen leicht entfernt werden können.The object of the invention is to design a multi-layer ink writing head of the type mentioned at the outset in such a way that it can be produced in a simple manner and in a large number of operations and which has a favorable flow pattern of the ink, so that any gas bubbles which may have penetrated easily can be removed.
Diese Aufgabe wird bei einem mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 7 ge- löst.This object is achieved in a multi-layer ink writing head of the type mentioned at the outset in accordance with the characterizing parts of claims 1 and 7, respectively.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Dadurch, daß der Tintenschreibkopf aus einem gesondert herstellbaren Sandwichtintenköpf und einem den Sandwich^- tintenkopf aufnehmenden Aufnahmeteil mit integrierter Tintenzuführung besteht, läßt sich der gesamte Tinten¬ schreibkopf sehr leicht und einfach herstellen. Der Sand- wichtintenkopf besteht dabei aus mehreren den entspre¬ chenden Tintenkanälen strukturierten, übereinander ange¬ ordneten Platten, die untereinander durch Diffusions¬ schweißen fest verbunden sind, wobei die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte und die an- dere Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Dusenplatte gebildet wird.The fact that the ink writing head consists of a separately producible sandwich ink head and a receiving part which receives the sandwich ink head with integrated ink supply means that the entire ink writing head can be manufactured very easily and simply. The sandwich ink head consists of several plates arranged one above the other, structured according to the corresponding ink channels, which are firmly connected to one another by diffusion welding, one side of the sandwich ink head through the membrane plate and the other side of the sandwich ink head through Nozzle plate is formed.
Damit ergibt sich eine sehr kleine und flache Abmessung des Tintenschreibkopfes mit kurzen Düsenkanallängen, die eine hohe Schreibfrequenz ermöglichen.This results in a very small and flat dimension of the ink writing head with short nozzle channel lengths, which enable a high writing frequency.
Dadurch, daß sämtliche Tinten aufnehmenden Ausnehmungen, wie Druckkammern, Tintenkanäle und Düsenkanäle, des 1 Sandwichtintenkopf es durch Durchgangsöffnungen der Einzel¬ platten gebildet werden , läßt sich der Tintenkopf vorteil¬ hafterweise aus einfach insbesondere durch Stanzen her¬ stellbaren Formteilen zusammensetzen und in einem Arbeits-The fact that all the ink-receiving recesses, such as pressure chambers, ink channels and nozzle channels, the 1 sandwich ink head, it is formed by through-openings of the individual plates, the ink head can advantageously be composed of molded parts which are easy to produce, in particular by punching, and can be produced in one working
5 gang durch Diffusionsschweißen verbinden .Connect 5 gang by diffusion welding.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Tintenschreibkopf es ist; die Verbindung von Metall für die einzelnen Platten 0 möglich und damit das Aufbringen und Erstellen sehr feiner Konturen. Der Sandwichtintenkopf kann dabei in automati¬ sierten Verfahren im Reinraum hergestellt werden. Die als Antriebselemente ausgebildeten Piezoscheiben sind durch Kleben oder Löten in leichter Weise mit der Metallmembrane 5 verbindbar.Due to the construction of the ink writing head according to the invention it is; the connection of metal for the individual plates 0 is possible and thus the application and creation of very fine contours. The sandwich ink head can be produced in automated processes in the clean room. The piezo disks designed as drive elements can be easily connected to the metal membrane 5 by gluing or soldering.
Dadurch, daß sowohl der Düsenkanal als auch der Tintenver¬ sorgungskanal einer Druckkammer senkrecht zur Membranplat¬ te auf einem Durchmesser gegenüberliegend in die Druckkam¬Characterized in that both the nozzle channel and the ink supply channel of a pressure chamber perpendicular to the membrane plate have a diameter opposite to the pressure chamber
20 mer mündet, köτinen sich in der Druckkammer keine Luftbla¬ sen festsetzen bzw. können Tintenbläschen leicht aus der Druckkammer durch Durchspülen entfernt werden.20 mer opens, no air bubbles can settle in the pressure chamber or ink bubbles can be easily removed from the pressure chamber by rinsing.
Die Ausbildung der Drosselkanäle als Kanäle mit spaltför- 25 igem Querschnitt gewährleistet, daß einerseits die Tinten der Schreibfrequenz entsprechend schnell nachströmen kön¬ nen, andererseits Druckwellen nicht hindurchtreten können.The formation of the throttle channels ensured as channels, slit 25 with sodium cross-section, on the one hand, the inks of the write frequency flow in correspondingly quickly kön¬ NEN, on the other hand, pressure waves can not pass.
Bedingt durch die sehr kleinen Abmessungen des Sandwich- -,_! tintenkopfes liegt die Eigenfrequenz des Gesamtsystems ■ sehr hoch und die Beruhigungszeit für die Tinte im Druck¬ bereich sehr niedrig. Daraus resultiert eine hohe Spritz¬ frequenz.Due to the very small dimensions of the sandwich -, _ ! ink head is the natural frequency of the overall system ■ very high and the settling time for the ink in the area Druck¬ very low. This results in a high spray frequency.
,5 Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen FIG 1 eine schematische Explosionsdarstellung des mehr¬ schichtig aufgebauten Tintenschreibkopfes,, 5 embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described in more detail below, for example. Show it 1 shows a schematic exploded view of the multilayered ink writing head,
FIG 2 eine perspektivische Schnittdarstellung des Sand- wichtintenkopfes,2 shows a perspective sectional illustration of the sand weight ink head,
FIG 3 eine schematische Darstellung des Bereiches der Druckkammern des Sandwichtintenkopfes,3 shows a schematic representation of the area of the pressure chambers of the sandwich ink head,
FIG 4 eine schematische Schnittdarstellung entlang den Schnittlinien der FIG 3,4 shows a schematic sectional illustration along the section lines of FIG. 3,
FIG 5 eine schematische Darstellung einer Druckkammer mit zugehöriger Drosselstrecke und5 shows a schematic representation of a pressure chamber with associated throttle section and
FIG 6 eine schematische Darstellung der Düsenanordnung bei einem als 24 Düsenkopf ausgebildeten Sandwichtintenkopf.6 shows a schematic illustration of the nozzle arrangement in the case of a sandwich ink head designed as a 24 nozzle head.
In einer hier nicht im einzelnen dargestellten Ti-πten- druckeinrichtung ist ein Tintendruckkopf angeordnet, der im Schreibbetrieb zeilenweise entlang von eine JAufzeich¬ nungsträger geführt wird. Der schichtenweise aufgebaute Tintenschreibkopf besteht aus einem Aufnahmekörper 10 mit darin angeordneter Tintenversorgungsleitung 11 und einem Anschlußstutzen 12 zum Anschluß an eine hier nicht dar¬ gestellte Tintenflasche. Der Aufnahmekörper 10 kann aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet sein und wird über ein Befestigungsstück 13 auf einem hier nicht darge¬ stellten Druckwagen der Tintendruckeinrichtung ange- schraubt.An ink printhead is arranged in a Ti-πten printing device (not shown in detail here), which is written line by line along a J recording medium. The layered ink writing head consists of a receiving body 10 with an ink supply line 11 arranged therein and a connecting piece 12 for connection to an ink bottle, not shown here. The receiving body 10 can be made of thermoplastic material and is screwed onto a printing carriage (not shown here) of the ink printing device via a fastening piece 13.
Der Aufnahmekörper 10 dient zur Aufnahme eines gesondert hergestellten Sandwichtintenkopfes eines sogenannten Pla- nartintenkopfes. Dieser Sandwichtintenkopf ist in dem dar- gestellten Ausführungsbeispiel der FIG 1 aus fünf Metall¬ platten zusammengesetzt, die im folgenden im einzelnen beschrieben werden. Die eine Begrenzungsseite des Sand- wichtintenkopfes bildet eine Me braπplatte 14 aus Nickel von einer Plattenstärke von 0,03 mm auf der entsprechend der Anzahl der Düsen (in diesem Falle 24) Piezoplättchen von einem Durchmesser von ca. 1 mm als Antriebselemente für die Druckkammern angeordnet sind.The receiving body 10 serves to receive a separately manufactured sandwich ink head of a so-called planetary ink head. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, this sandwich ink head is composed of five metal plates, which are described in detail below. One side of the sand important ink head forms a Me braπplatte 14 made of nickel with a plate thickness of 0.03 mm on which according to the number of nozzles (in this case 24) piezo plates with a diameter of about 1 mm are arranged as drive elements for the pressure chambers.
An die Membranplatte schließt sich eine Druckkammerplatte 16 an, die ebenfalls:aus Nickel hergestellt ist und die eine Stärke von 0,2 mm entsprechend der gewünschten Höhe der Druckkammern aufweist. In der Druckkammerplatte 16 be¬ finden sich sämtliche Druckkammern 17 des Sandwichkopfes sowie Zuleitungsstrukturen 18 für die Tintenversorgung. An die Druckkammerplatte 16 wiederum schließt sich eine Ab- deckplatte 19 von einer Stärke von etwa 0,1 mm an, die die Mündungsbereiche des Düsenkanales 20 und des Tintenzuführ- kanales 21 j'eder Druckkammer 17 enthalten, weiters Aus¬ nehmungen 22, die Bestandteile der Tintenzuführung sind.A pressure chamber plate 16 adjoins the membrane plate and is likewise made of nickel and has a thickness of 0.2 mm corresponding to the desired height of the pressure chambers. All pressure chambers 17 of the sandwich head and supply structures 18 for the ink supply are located in the pressure chamber plate 16. To the pressure chamber plate 16, in turn, a waste includes top plate 19 of a thickness of about 0.1 mm at which the mouth portions of the nozzle channel 20 and the Tintenzuführ- channel 21 j 'Eder pressure chamber 17 contain further Aus¬ recesses 22, the components the ink supply.
In der folgenden Drosselplatte 23 von einer Stärke von 0,1 m sind Drosselstrecken 24 mit spaltenförmigen Querschnitt inj Form von Schlitzen angeordnet und Ausnehmungen 25 als Bestandteile der Tintenzuführung.In the following throttling plate 23 with a thickness of 0.1 m, throttling sections 24 with a columnar cross-section are arranged in the form of slits and recesses 25 as components of the ink supply.
Abgeschlossen wird der Sandwichtintenkopf durch eine. Dü- senplatte 26 (Stärke 0,1 mm), die ebenfalls aus Nickel hergestellt ist und auf der die Düsenöffnungen 27 in einer der gewünschten Auflösung entsprechenden Konfiguration an¬ geordnet sind.The sandwich ink head is completed by a. Nozzle plate 26 (thickness 0.1 mm), which is also made of nickel and on which the nozzle openings 27 are arranged in a configuration corresponding to the desired resolution.
Nach dem Herstellen der einzelnen Metallplatten durch Ätzen, Stanzen oder galvanoplastisch werden die Metall¬ platten übereinander geschichtet und durch Diffusions- schweißung miteinander verbunden. Zu diesem Zwecke werden die Platten aufeinander gedrückt und so unter Schutzgas oder Vakuum einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Tempera¬ tur und Haltezeit ist dabei vom jeweiligen Werkstoff der Düsenplatten abhängig. Das Diffusionsschweißen ist bei der Herstellung von Tin- teπdruckköpfen deswegen von Vorteil, weil eine flächige metallische Verbindung hergestellt wird und keine Ver¬ änderungen der Kanalstruktur durch überschüssiges Lot oder Kleber auftritt. Außerdem ergibt sich damit ein hitzebe¬ ständiger Aufbau und für den Kopf kann einheitliches Me¬ tall verwendet werden. Um eine leichte Herstellung der Strukturen zu ermöglichen, ist es von Vorteil, die Platten aus gut ätzbarem Werkstoff, wie Neusilber, herzustellen, sie zur Erzielung einer guten Schweißverbindung jedoch zu versilbern und diese versilberten Teile in Verbund mit Nickelteilen zu verschweißen. Diffusionsschweißen ist da¬ bei möglich bei Temperaturen zwischen 40 und 90 % der ab¬ soluten Schmelztemperatur des Teilewerkstoffes. Um eine für Diffusionsschweißen günstige Materialpaarung mit Sil¬ ber zu erreichen, genügt es beim Schichtaufbau, mindestens jede zweite Platte zu versilbern.After the individual metal plates have been produced by etching, stamping or galvanoplastic, the metal plates are layered one above the other and connected to one another by diffusion welding. For this purpose, the plates are pressed together and exposed to an elevated temperature under protective gas or vacuum. The temperature and holding time depend on the respective material of the nozzle plates. Diffusion welding is advantageous in the production of inkjet printheads because a flat metallic connection is produced and no changes in the channel structure due to excess solder or adhesive occur. In addition, this results in a heat-resistant structure and uniform metal can be used for the head. In order to make the structures easy to manufacture, it is advantageous to produce the plates from readily etchable material, such as nickel silver, but to silver them to achieve a good welded connection and to weld these silver-plated parts together with nickel parts. Diffusion welding is possible at temperatures between 40 and 90% of the absolute melting temperature of the part material. In order to achieve a material pairing with silver which is favorable for diffusion welding, it is sufficient for the layer structure to silver-plate at least every second plate.
Nach der Herstellung des. Sandwichtintenkopfes, die voll- automatisch erfolgen kann, werden - wenn nicht bereits vorher geschehen - die Piezoplättchen 15 auf der Membran¬ platte 14 aufgeklebt.After the production of the sandwich ink head, which can take place fully automatically, the piezoplates 15 are glued onto the membrane plate 14, if not already done beforehand.
Der so hergestellte Sandwichtintenkopf kann nun über ein Anschlußstück 28 auf dem Aufnahmekörper 10 montiert wer¬ den.The sandwich ink head thus produced can now be mounted on the receiving body 10 via a connector 28.
Für die Strukturen der Druckkammern der Tintenkanäle und der Drosselstrecksn sind viele Modifikationen denkbar. Als vorteilhaft hat sich die aus den FIG 2 bis 5 ersichtliche Struktur herausgestellt. Dabei ergibt sich ein gradliniger Verlauf des Düsenkanals 20 von den einzelnen Druckkammern 17 bis zur Düsenplatte 26. Sowohl der Düsenkanal 20 als auch der Tintenzuführungskanal 21 münden dabei parallel zueinander in die hier zylinderformig ausgebildeten Druck¬ kammern und zwar bezogen auf den Durchmesser der Druck¬ kammern an deren Rändern. Durch diesen strömungsgünstigen Aufbau reißt die die Druckkammer durchströmende Tinte eventuell sich am Rand der Druckkammern 17 befindliche Luftbläschen mit, so daß sich Luftbläschen nicht innerhalb der Druckkammer festsetzen können.Many modifications are conceivable for the structures of the pressure chambers of the ink channels and the throttle stretches. The structure shown in FIGS. 2 to 5 has proven to be advantageous. This results in a straight-line course of the nozzle channel 20 from the individual pressure chambers 17 to the nozzle plate 26. Both the nozzle channel 20 and the ink supply channel 21 open parallel to one another in the cylinder-shaped pressure chambers here, based on the diameter of the pressure chambers on the edges. Through this streamlined The structure entrains the air flowing through the pressure chamber and any air bubbles located at the edge of the pressure chambers 17, so that air bubbles cannot become lodged within the pressure chamber.
In Bewegungsrichtung der Tinte vor den Druckkammern be¬ findet sich die Drosselstrecke in Form eines Drosselkanals mit spaltenförmigem Querschnitt. Durch den spaltenformigen Querschnitt der Drosselstrecke wird gewährleistet, daß ei- nerseits die Tinte der Schreibfrequenz entsprechend schnell nachströmen kann, andererseits Druckwellen nicht hindurchtreten können. Sämtliche Drosselstrecken 24 werden über eine gemeinsame Tintenzuführung 29 mit Tinte ver¬ sorgt.In the direction of movement of the ink in front of the pressure chambers, the throttle section is in the form of a throttle channel with a columnar cross section. The columnar cross-section of the throttle section ensures that, on the one hand, the ink can flow in according to the writing frequency, on the other hand, pressure waves cannot pass through. All throttle sections 24 are supplied with ink via a common ink feed 29.
Wie insbesondere aus den FIG 3 und 4 ersichtlich, ist es durch das Führen der Tinte in verschiedenen Ebenen der Struktur möglich, die .Druckkammern 17 nur durch schmale Materialstege 30 getrennt voneinander anzuordnen. Damit ergibt sich eine hohe Packungsdichte der Druckkammern.As can be seen in particular from FIGS. 3 and 4, by guiding the ink in different planes of the structure, it is possible to arrange the pressure chambers 17 separately from one another only by means of narrow material webs 30. This results in a high packing density of the pressure chambers.
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Bedingt durch die sehr kleinen Abmessungen des Sandwich¬ tintenkopfes liegt die Eigenfrequenz des Gesamtsystems sehr hoch und die Beruhigungszeit für die Tinte im Druck- bereich sehr niedrig, woraus eine hohe Spritzfrequenz, resultiert.Due to the very small dimensions of the sandwich ink head, the natural frequency of the overall system is very high and the settling time for the ink in the printing area is very low, which results in a high spray frequency.
Im Druckbetrieb ergibt sich der aus der FIG 1 ersichtliche (Pfeil) Strömungsverlauf der Tinte. Dabei wird ausgehend von einem gemeinsamen Tintenvorrat in Form einer Tinten¬ flasche die Tinte über den Aufnahmekδrper 10 und das An¬ schlußstück 28 zu den Drosselstrecken 24 der Druckkammern 17 geleitet. Von den Druckkammern 17 gelangt die Tinte über Stichkanäle (Düsenkanäle 20) zu den Düsenöffnungen 27.In printing operation, the (arrow) flow pattern of the ink shown in FIG. 1 results. Starting from a common ink supply in the form of an ink bottle, the ink is conducted via the receiving body 10 and the connecting piece 28 to the throttle sections 24 of the pressure chambers 17. The ink reaches the nozzle openings 27 from the pressure chambers 17 via branch channels (nozzle channels 20).
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Sandwichtin¬ tenkopfes sind 24 Düsen angeordnet und zwar entsprechend der FIG 6 in acht Reihen zu je drei Düsen. Je nach Schräge der einzelnen Düsenreihen ergibt sich ein unterschiedli¬ cher senkrechter Abstand 31 von Düse zu Düse und damit eine Veränderung der Schriftqualität (Auflösung). Die Dü- sen können dabei in der dargestellten Konfiguration auf dem Sandwichtiπtenkopf angeordnet sein oder aber es ist möglich, diese Konfiguration dadurch zu erreichen, daß der Sandwichtintenkopf schräg zur Schreibrichtung montiert wird. In the illustrated embodiment of the sandwich head, 24 nozzles are arranged, and accordingly 6 in eight rows of three nozzles each. Depending on the slope of the individual rows of nozzles, there is a different vertical distance 31 from nozzle to nozzle, and thus a change in the font quality (resolution). In the configuration shown, the nozzles can be arranged on the sandwich ink head, or it is possible to achieve this configuration by mounting the sandwich ink head at an angle to the writing direction.
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BezugszeichenlisteReference list
10 Aufnahmekörper10 receiving bodies
11 Tintenversorgungsleitung11 Ink supply line
12 ' Anschlußstutzen12 ' connecting piece
13 Befestigungsstück13 fastening piece
14 Membranplatte14 membrane plate
15 Piezdplättchen15 pieces of pie
16 Druckkammerplatte16 pressure chamber plate
17 Druckkammer17 pressure chamber
18 Tintenzuleitung18 ink supply
19 Abdeckplatte19 cover plate
20 Düsenkanäle20 nozzle channels
21 Tintenzuführungskanal21 ink supply channel
22 Ausnehmungen der Abdeckplatte22 recesses in the cover plate
23 Drosselplatte23 throttle plate
24 Drosselstrecke24 throttle section
25 Ausnehmungen 26 Düsenplatte25 recesses 26 nozzle plate
27 Düsenöffnung27 nozzle opening
28 Anschlußstück ! ;28 connector! ;
29 Tintenzuführung29 Ink supply
30 Materialstege zwischen Druckkammern30 material webs between pressure chambers
31 senkrechter Abstand zwischen den Düsen 31 vertical distance between the nozzles

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Mehrschichtig aufgebauter Tintenschreibkopf, bei dem jede Schreibdüse (27) über einen Düsenkanal (20) mit einer Druckkammer (17) verbunden ist, mit einer Düsenplatte (26), einer Druckkammerplatte (16) und einer Antriebsele¬ mente für die Druckkammern (17) tragenden Membranplatte (14), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen gesonderte hergestellten Sandwichtintenkopf aus mehreren entsprechend den Tintenkanälen strukturierten,, übereinan¬ der angeordneten Platten (14, 16, 19, 23, 26), die unter¬ einander fest verbunden sind, wobei die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte (14) und die andere Seite des Sandwichtintenkopfes durch, die Düsen- platte (26) gebildet wird und ein Aufnahmeteil (10) zur Aufnahme des Sandwichkopfes, wobei die Tintenzuführung (11) zum Sandwichtintenkopf über das Aufnahmeteil (10) erfolgt.1. Multi-layered ink writing head, in which each writing nozzle (27) is connected to a pressure chamber (17) via a nozzle channel (20), with a nozzle plate (26), a pressure chamber plate (16) and a drive element for the pressure chambers (17 ) supporting membrane plate (14), characterized by a separately manufactured sandwich ink head made of several plates (14, 16, 19, 23, 26) arranged one above the other, structured according to the ink channels, which are firmly connected to one another, with one side of the Sandwich ink head through the membrane plate (14) and the other side of the sandwich ink head, the nozzle plate (26) is formed and a receiving part (10) for receiving the sandwich head, the ink supply (11) to the sandwich ink head taking place via the receiving part (10). .
2. Tintenschreibkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tinte aufnehmen¬ den Ausnehmungen (Druckkammern, Tintenkanäle, Düsenkanäle) des Sandwichtintenkopfes durch Durchgangsöffnungen der Einzelplatten gebildet werden.2. Ink writing head according to claim 1, characterized in that the ink-receiving recesses (pressure chambers, ink channels, nozzle channels) of the sandwich ink head are formed by through-openings in the individual plates.
3. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sowohl der Düsenkanal (20) als auch der Tintenversorgungs¬ kanal (21) einer Druckkammer (17) senkrecht zur Membran- platte (14) auf einem Durchmesser gegenüberliegend in die Druckkammer (17) münden.3. Ink writing head according to one of claims 1 or 2, characterized in that both the nozzle channel (20) and the ink supply channel (21) of a pressure chamber (17) perpendicular to the membrane plate (14) on a diameter opposite into the pressure chamber ( 17) flow.
4. Tintenschreibkopf nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckkammerplatte (16) auf ihrer der Membranplatte (14) abgewandten Seite über eine Abdeckplatte (19) abgeschlossen ist, welche die Mündungsbereiche des Düsenkanales und des Tintenkanales jeder Druckkammer enthalten. 4. Ink writing head according to claim 3, characterized in that the pressure chamber plate (16) is closed on its side facing away from the membrane plate (14) via a cover plate (19), which contains the mouth areas of the nozzle channel and the ink channel of each pressure chamber.
5. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Drosselkanäle (24) mit spaltförmigem Querschnitt vorge¬ sehen sind, die auf einer gesonderten Drosselplatte (23) in Form von Schlitzen angeordnet sind.5. Ink writing head according to one of claims 1 to 4, characterized in that throttle channels (24) with a gap-shaped cross section are provided, which are arranged on a separate throttle plate (23) in the form of slots.
6. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h; g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sandwichtintenkopf einen Plattenaufbau aus einer Piezo- plättchen als Antriebselemente aufweisenden Membranplatte (14), einer Druckkammerplatte (16), einer Abdeckplatte (19), einer Drosselplatte (23) und einer Düsenplatte (26) aufweist.6. Ink writing head according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h; This means that the sandwich ink head has a plate structure consisting of a membrane plate (14) with piezo plates as drive elements, a pressure chamber plate (16), a cover plate (19), a throttle plate (23) and a nozzle plate (26).
7. Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtig aufgebau¬ ten Tintendruckkopfes, bei dem jede Schreibdüse (27) über einen Düsenkanal (20) mit einer -Druckkammer (17) verbunden ist, mit einer Düsenplatte, einer Druckkammerplatte (16) und einer Aπtriebsele ente für die Druckkammern tragenden Membranplatte (14), d a d u r c h g e k e n nr - z e i c h n e t , daß in einem ersten jerfahrensschritt sämtliche Platten durch Ätzen, Stanzen oder galvano¬ plastisch als Formteile derart hergestellt werden, daß die die Druckkammern (17), Tintenkanäle (20) und Drosselkanäle (24) bildenden Ausnehmungen des Tintendruckkopfes mög¬ lichst als Durchgangsöffnungen auf den Platten (14, 16, 19, 23, 26) ausgebildet sind und daß dann die Platten zur Bildung eines Sandwichtintenkopfes übereinander geschich-7. A method for producing a multi-layered ink print head, in which each writing nozzle (27) is connected to a pressure chamber (17) via a nozzle channel (20), with a nozzle plate, a pressure chamber plate (16) and a drive element for the Membrane plate (14) carrying the pressure chambers, so that in a first step all the plates are produced as molded parts by etching, punching or electroplating in such a way that the pressure chambers (17), ink channels (20) and throttle channels (24) The recesses forming the ink print head are preferably designed as through openings on the plates (14, 16, 19, 23, 26) and then the plates are stacked on top of each other to form a sandwich ink head.
1. tet miteinander derart verbunden werden, daß die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte (14) und die andere Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Düsenplatte (26) gebildet wird und daß dann der Sand¬ wichtintenkopf auf einem Aufnahmestück befestigt wird.1. tet are connected to each other in such a way that one side of the sandwich ink head is formed by the membrane plate (14) and the other side of the sandwich ink head is formed by the nozzle plate (26) and that the sandwich ink head is then attached to a receiving piece.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Platten des Sandwich- tintεnkopfes durch Diffusionsschweißen miteinander ver¬ bunden werden. 8. The method according to claim 7, characterized in that the plates of the sandwich ink head are connected to one another by diffusion welding.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sämtliche Platten aus Nikkei oder Chromnickel bestehen.9. The method according to one of claims 7 or 8, so that all plates are made of Nikkei or chrome-nickel.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens jede zweite Platte versilbert ist.10. The method according to one of claims 8 or 9, so that at least every second plate is silver-plated.
11. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sandwichtiπtenkopf als Mehrfachdüsenkopf ausgebildet ist und mehrere parallele' Reihen Schreibdüsen (27) aufweist, die in Abhängigkeit der gewünschten Auflösung des Druck¬ bildes in Schreibrichtung gesehen schräg angeordnet bzw. durch Drehen des Sandwichtintendruckkopfes schräg anordbar sind. 11. Ink writing head according to one of claims 1 to 10, characterized in that the sandwich ink head is designed as a multiple nozzle head and has several parallel rows of writing nozzles (27), which are arranged obliquely as viewed in the writing direction or by rotating depending on the desired resolution of the printed image of the sandwich ink print head can be arranged at an angle.
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