EP4676652A1 - Druckkopf für einen tintenstahldrucker, insbesondere zum beschichten von druckmedien - Google Patents

Druckkopf für einen tintenstahldrucker, insbesondere zum beschichten von druckmedien

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Publication number
EP4676652A1
EP4676652A1 EP24707430.5A EP24707430A EP4676652A1 EP 4676652 A1 EP4676652 A1 EP 4676652A1 EP 24707430 A EP24707430 A EP 24707430A EP 4676652 A1 EP4676652 A1 EP 4676652A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzles
nozzle
plunger
reversal point
print head
Prior art date
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Pending
Application number
EP24707430.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Clemens DEJACO
Stefan WALDNER
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Durst Group AG
Original Assignee
Durst Group AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4676652A1 publication Critical patent/EP4676652A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B05C5/0275—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated flow controlled, e.g. by a valve
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    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/05—Heads having a valve

Definitions

  • Print head for an inkjet printer, in particular for coating printing media
  • the present invention relates to a print head for an inkjet printer according to the preamble of claim 1 and to a method for carrying out printing processes according to the preamble of claim 17.
  • Devices and methods for coating printing media are typically used to provide them with at least one coating as evenly as possible, which can fulfill certain functional and/or decorative purposes and is intended to improve the surface properties of the printing media.
  • Non-contact coating methods are preferably used when relatively high coating speeds are to be used.
  • non-contact processes are typically used to refine their surfaces, usually using a glaze suspension.
  • a previously known print head for coating a printing medium is designed to apply ink to its surface by dispensing the ink in the form of drops from independently controllable nozzles of the print head onto the printing medium to be printed.
  • WO2013013983A1 discloses such a print head, which is designed as a drop-on-demand (DOD) print head.
  • This has an ink supply channel and at least one nozzle with a nozzle channel and inflow opening, wherein ink can be pressed from the ink supply channel into the nozzle channel through the inflow opening and can be ejected from the latter, and wherein one nozzle is assigned a plunger with a plunger face in the ink supply channel, which is spaced apart from the inflow opening, and wherein several nozzles are present in the ink supply channel and each nozzle is assigned a plunger.
  • DOD drop-on-demand
  • This previously known Print head first means for moving the plunger face in the ink supply channel between a reversal point (U1) at a minimum distance from the inlet opening of the nozzle and a reversal point (U2) at a maximum distance from the inlet opening of the nozzle.
  • This known print head which is operated by means of tappets, is suitable for uniform dispensing and for uniform application of glaze suspension to printing media, especially when a relatively large amount of glaze suspension is to be dispensed per nozzle and time.
  • Due to its complex design it requires a lot of manufacturing effort and is relatively prone to failure. As a result, purchasing and especially maintaining it is relatively expensive.
  • print heads and processes that work with DOD are actually designed to print not wide areas or solid areas, but every conceivable complex and fine pattern on printing media.
  • print heads operated by plungers in particular have a relatively high energy consumption per amount of ink dispensed per nozzle.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a plunger-operated drop-on-demand (DOD) print head with multiple nozzles, which enables efficient dispensing of ink from its nozzles by means of a simple and cost-effective design, and which in particular has a lower energy consumption per amount of ink dispensed per nozzle.
  • DOD drop-on-demand
  • the object is achieved with a print head comprising the features of claim 1 and with a method comprising the features of claim 18.
  • the respective subclaims relate to further advantageous and possibly additionally inventive embodiments.
  • the print head according to the present invention is a print head for an inkjet printer, wherein the print head has at least one ink supply channel and at least one nozzle with a nozzle channel and inflow opening, wherein ink can be pressed from the ink supply channel into the nozzle channel through the inflow opening and can be ejected from the latter, wherein the nozzle is arranged in a stationary manner on a side wall of the ink supply channel and a plunger with a plunger face lying in the ink supply channel and spaced opposite the inflow opening is assigned to the at least one nozzle, wherein the print head comprises first means for moving the plunger face in the ink supply channel between a reversal point (U1) at a minimum distance from the inflow opening of the nozzle and a reversal point (U2) at a maximum distance from the inflow opening of the nozzle, wherein the first means limit the movement of
  • all nozzles of one set of nozzles are assigned a single common tappet.
  • a set of nozzles comprises a predetermined number of nozzles.
  • the negative pressure prevents ink from accidentally leaking out of the ink supply channel and the nozzle channels. In this way, a closure body can be dispensed with.
  • the plunger provided in the ink supply channel is used, the front side of which is moved towards the nozzle channels of one set of nozzles, whereby ink is pressed through the nozzle channels of one set of nozzles and out of them, wherein a plunger/nozzle distance is preferably maintained during the entire printing process, i.e.
  • a plunger front surface at a reversal point has a distance from the inflow opening of greater than zero and the inflow openings of the nozzles of one set of nozzles remain permanently open during the entire printing process.
  • the plunger according to the invention therefore does not take on the function of a closure body.
  • the print head according to the invention it is possible to use inks that lie in a wide viscosity range and/or that contain particles. This is particularly the case because the plunger does not have to function as a closure body and the ink and/or particles that are pushed between the plunger face and the inlet openings of the nozzle channels of the set of nozzles do not cause interference.
  • the distance at any point between the tappet face and each inlet opening of each nozzle of the one set of nozzles is greater than zero.
  • the first means comprise at least a first and a second actuator, wherein the plunger is operatively connected at a first section of the plunger via a first plunger rod to a first actuating element of the first actuator and at a second section of the plunger via a second plunger rod to a second actuating element of the second actuator, wherein the first and second sections are spaced apart from one another in particular in a direction vertical to the nozzle axis of one nozzle of the one set of nozzles.
  • the one set of nozzles may comprise at least thirty nozzles, preferably at least fifty nozzles, particularly preferably at least seventy nozzles, which are very particularly preferably arranged in one or more rows.
  • the one set of nozzles may comprise thirty nozzles, preferably fifty nozzles, particularly preferably seventy nozzles, which are very particularly preferably arranged in one or more rows.
  • the common tappet acts synergistically with said nozzles in that during the ejection of drops of a given size from each of the several nozzles, a total amount of energy is consumed which is far below the sum of the energies which would be consumed when ejecting drops of the same size if each nozzle was assigned a single tappet which was operatively connected to one of the said actuators.
  • the print head according to the invention can be used to control a set of nozzles for ejecting ink in an energy-saving manner.
  • An actuator is a general term for a device that converts electrical signals into mechanical movement or other physical quantities. Actuators in the sense of the present invention convert electrical signals into mechanical movement.
  • the first actuator prefferably be designed to move one end of the first section of the plunger front side in the ink supply channel between the reversal point (U1) which is at a minimum distance from the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles and the reversal point (U2) which is at a maximum distance from the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles
  • the second actuator to be designed to move one end of the second section of the plunger front side in the ink supply channel between a reversal point (U3) which is at a minimum distance from the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles and a reversal point (U4) which is at a maximum distance from the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles.
  • the second actuator to limit the movement of one end of the second section of the plunger face to a movement between the reversal points (U3, U4) and for the first actuator to limit the movement of one end of the first section of the plunger face to a movement between the reversal points (U1, U2).
  • the end of the first section may be a free end of the plunger face, wherein the end of the second section may be a free end of the plunger face opposite the first end of the first section.
  • the distance between the end of the first section of the tappet face and the inlet opening of one nozzle of the one set of nozzles at the maximum distance reversal point (U2) and the distance between the end of the second section of the tappet face and the inlet opening of one nozzle of the one set Nozzles at the maximum distance from each other reversal point (U4) can be adjusted by an arrangement for positioning the respective actuator.
  • the distance between the end of the first section of the tappet face and the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles at the minimum distanced reversal point (U1) and the distance between the end of the second section of the tappet face and the inflow opening of one nozzle of the one set of nozzles at the minimum distanced reversal point (U3) may be adjustable by an arrangement for positioning the respective actuator.
  • the position of the reversal point (U2) as starting point and the subsequent reversal point (U1) as well as the position of the reversal point (U4) as starting point and the subsequent reversal point (U3) are selected such that one plunger stroke can eject a predetermined and preferably substantially identical amount of ink and thus droplet size from each nozzle of one set of nozzles.
  • the actuators are designed and controllable in such a way that the movement of the plunger face is caused by a synchronous movement of the first and second push rods.
  • the push rods can each be firmly connected to the tappet, preferably via a positive connection and/or via a suitable material connection.
  • the positive connection can be designed as a snap connection or a screw connection.
  • the material connection can be designed as an adhesive connection.
  • An adhesive connection includes the push rod as the first connection partner, the tappet as the second connection partner and a suitable adhesive.
  • interlocking connection partners i.e. the plunger and the plunger rod
  • a connection can be realized that does not allow any relative movement between the first connection partner and the second connection partner.
  • the plunger can be divided into a central region and two opposite edge regions, preferably along a longitudinal axis of the plunger, the first section being located in the first edge region and the second section being located in the second edge region opposite the first edge region, the plunger particularly preferably being of an elongated design.
  • Each actuating element can be designed as a bending transducer, preferably as a piezoelectric bending transducer.
  • the distance at any point between the plunger face and each inlet opening of each nozzle of the one set of nozzles is greater than a particle size of the particles of an ink containing particles.
  • the ink supply channel can be filled with an ink containing particles.
  • the ink can be a glaze suspension.
  • the distance at any point between the tappet face and each inlet opening of each nozzle of the one set of nozzles is greater than the volumetric diameter of the particle size of d99(v), preferably greater than a factor of two of the volumetric diameter of the particle size of d99(v).
  • Third means for pumping the ink through the ink supply channel can be provided, preferably permanently, and in particular at least in the area of action of the plunger in a flow direction, in order to prevent sedimentation of the ink in the ink supply channel.
  • no side wall is formed integrally with each nozzle of the set of nozzles and an end face of the nozzles of the one set of nozzles surrounding each inflow opening is formed flush with an inner surface of a side wall of the ink supply channel that is in contact with the ink.
  • the side wall of the ink supply channel is formed integrally as a nozzle plate with at least each nozzle of the at least one set of nozzles.
  • an actuator is an actuator with a plunger comprising a base body and a plunger, wherein the base body comprises a base body and a cover element, wherein the base body comprises a bottom wall and a peripheral wall which together form a vessel enclosing a space which can be closed by means of the cover element and wherein a through-opening for the push rod operatively connected to the plunger is provided in the bottom wall, through which the push rod protrudes and the actuating element is provided in the base body, which is also operatively connected to the push rod, wherein the actuating element is designed as a bending transducer which can be divided into a central and an edge region and the bending transducer is connected with at least part of its edge region to the base body and the push rod is operatively connected to the bending transducer in the middle area.
  • An inkjet printer comprises a plurality of printing heads according to the invention, the inkjet printer comprising common second means for subjecting the ink in each ink supply channel of each printing head to a negative pressure relative to the ambient air pressure.
  • the object is also achieved with a method for carrying out printing processes according to claim 17.
  • the method according to the invention for carrying out printing processes comprises the following steps: a) providing a print head with an ink supply channel, a plunger and a nozzle with a nozzle channel and an inflow opening which forms the connection of the nozzle channel to the ink supply channel; b) filling the ink supply channel with ink; wherein at least during the time intervals in which no printing is to take place, the ink supply channel is subjected to a negative pressure relative to the ambient air pressure at least in the region of the inflow opening of the nozzle, whereby the ink is prevented from flowing out of the nozzle channel even without a closure body, wherein the ink supply channel is provided with at least one set of said nozzles, which comprises the one nozzle.
  • the method is characterized in that all nozzles of the one set of nozzles are assigned a single common tappet, wherein in order to eject the ink, one end face of the tappet is moved from a starting point towards all inlet openings of the nozzles of the one set of nozzles.
  • one end face of the tappet is moved only up to a first reversal point (U1) towards the inflow opening of one nozzle of the set of nozzles, wherein at the first reversal point (U1) the distance at every point between the tappet end face and each inflow opening of each nozzle of the one set of nozzles is greater than zero.
  • the one set of nozzles can comprise at least thirty nozzles, preferably at least fifty nozzles, particularly preferably at least seventy nozzles, which are very particularly preferably arranged in one or more rows.
  • the one set of nozzles may comprise thirty nozzles, preferably fifty nozzles, particularly preferably seventy nozzles, which are very particularly preferably arranged in one or more rows.
  • the front side of the plunger is moved away from the inlet opening of one nozzle of the one set of nozzles to a second reversal point (U2), which forms the starting point for the subsequent printing cycle.
  • the position of the starting point and the subsequent reversal point (U1) is selected such that the plunger stroke ejects a predetermined amount of ink and thus droplet size from each nozzle of the one set of nozzles.
  • the direction of the ram changes at the reversal point (U1) and reversal point (U2) with a predetermined, preferably constant, frequency when a printing medium is to be coated.
  • the first means are provided with at least a first and a second actuator, wherein the plunger is operatively connected at a first section of the plunger via a first plunger rod to a first actuating element of the first actuator and at a second section of the plunger via a second plunger rod to a second actuating element of the second actuator, wherein the first and second sections are spaced apart from one another in particular in a direction vertical to the nozzle axis.
  • This development offers the advantage that it allows a more space-saving design of the first means. Consequently, the smaller space requirement of the first means enables a higher print resolution, which in turn increases productivity in terms of the amount of ink ejected per print head time.
  • one end of the first section of the tappet face is moved by means of the first actuator only up to the first reversal point (U1 ) towards the inlet opening of one nozzle of the set of nozzles and one end of the second section of the The tappet face is moved by means of the second actuator only up to a third reversal point (U3) towards the inlet opening of one nozzle of the set of nozzles.
  • the position of the second reversal point (U2) and the subsequent first reversal point (U1) and the position of the fourth reversal point (U4) and the subsequent third reversal point (U3) are selected such that the plunger stroke ejects a predetermined and preferably substantially identical amount of ink and thus droplet size from each nozzle of the one set of nozzles.
  • the ink can be pumped through the ink supply channel, preferably permanently.
  • the tappet/nozzle distance at the first reversal point (U1 ) and optionally at the third reversal point (U3) is between 80 pm and 400 pm, preferably between 200 gm and 280 gm, particularly preferably between 220 pm and
  • the distance at every point between the tappet face and each inflow opening of each nozzle of the one set of nozzles is greater than a particle size of the particles of an ink containing particles.
  • the ink supply channel can be filled with an ink containing particles.
  • the ink can be a glaze suspension.
  • Each actuating element can be designed as a bending transducer, preferably as a piezoelectric bending transducer.
  • the plunger face rests at a position that forms a starting point and that lies between the respective reversal points (U1, U2) and, if applicable, (U3, U4). It is therefore also possible that the distance between the plunger face and the inlet opening of one nozzle of the one set of nozzles can be adjusted directly at the starting point by means of an arrangement for positioning the respective actuator.
  • the method comprises the steps:
  • the method comprises the steps:
  • the plunger face is elongated with two opposite elongated longitudinal edges delimiting the plunger face, wherein two plates are provided in the ink supply channel, each of which is arranged on one of its edges relative to the side wall of the ink supply channel on which all nozzles of the one set of nozzles are arranged and at a predetermined distance from the side wall such that the lateral surfaces fictitiously worn down in the ink by the movement of the elongated longitudinal edges are flanked at a predetermined distance by the inner side of the respective plates facing the respective elongated longitudinal edge, wherein the plates are dimensioned sufficiently large and the said distances are selected such that during the coating of a printing medium, a coating is produced on the printing medium which has a higher homogeneity than a coating that can be produced under otherwise the same conditions but with different corresponding distances and smaller dimensioned plates.
  • the homogeneity of the coating is understood to mean the uniformity of an evaluable attribute of the coating, in particular banding effects, over the entire analyzed area of the coating.
  • Banding effects are known to be visible impairments in the quality of a coating and are characterized by the fact that abrupt or continuous transitions of coating attributes, such as gloss and/or layer height, are recognizable in the coating, in particular with the naked eye, where no transitions of this type are desired.
  • the inventive solution can reduce turbulent flows of the ink in the area of action of the plunger face.
  • the expert can achieve suitable distances and sufficiently large dimensions for the plates. For example, in a first series of tests, he can carry out ink ejection runs with constant, but different, and in particular increasingly smaller distances between the edges of the preselected plates and the side wall at a preselected distance between the inside of the respective plates and the respective long edges of the plunger face, and thus check whether and, if so, at what distance or distances acceptable coating or application is possible. This or one of these distances is then set as the specified distance between the respective edge of the plates and the side wall.
  • the respective preselected distance between the inside of the respective plates and the respective longitudinal edges of the ram face must be selected larger or smaller in a second test series until a corresponding repetition of the first test series with the newly preselected distance between the inside of the respective plates and the respective longitudinal edges of the ram face results in suitable distances and thus acceptable coating.
  • the size of the plates is increased in a third test series and the first test series and, if necessary, the second test series are repeated until the desired result is achieved.
  • a plate is preferably sufficiently large if its height, which is aligned parallel to the direction of the ram stroke, is at least 50 times the distance traveled by the ram stroke, and its length, which is aligned vertically to the height, corresponds at least to the length of an elongated longitudinal edge of the ram face.
  • the height of the plate is preferably at least 150 times, and very particularly preferably at least 500 times, the distance traveled by the ram stroke.
  • the expert can also start the other way round and first carry out a test with constant but different distances between the inside of the plates and the respective longitudinal edges of the ram face at a preselected distance between the edge of the preselected respective plates and the side wall and check whether and if so at which distance or distances an acceptable coating or application is possible. This distance or one of these distances is then set as the specified distance between the inside of the respective plates and the respective longitudinal edges. If no acceptable coating or application is achieved, at least one of the other two Parameters are adjusted by performing test series until an acceptable result is achieved.
  • the said plates are dimensioned so large and the said distances are selected such that a waste-free coating of a printing medium is ensured, wherein in comparison to the respective distances, certain other corresponding distances and possibly smaller dimensioned plates would have led to a printing medium with waste.
  • the elongated plunger face preferably has a rectangular shape, the two opposite elongated longitudinal edges of which are oriented parallel to one another and are connected by two opposite shorter edges that are shorter than the longitudinal edges.
  • a rectangular plunger face can, for example, have a profile of a rectangle or a parallelogram.
  • the plates it is possible for the plates to each have a height such that they are in contact with that side wall of the ink supply channel which is opposite the side wall on which all nozzles of the one set of nozzles are arranged.
  • both the elongated plunger face and the two plates are aligned substantially parallel to the flow direction of the ink in the ink supply channel.
  • the plates are arranged on the side wall of the ink supply channel in such a way that the flow of the ink between the two plates in the flow direction is not or not significantly impeded.
  • the plates can also be connected directly to one another.
  • the respective distance between the edges of the plates and the side wall is preferably selected to be larger than the ram/nozzle distance at the first reversal point (U1) and, if applicable, at the third reversal point (U3), which further increases the reliability of the formation of a homogeneous coating.
  • a printer with at least two print heads, each print head applying a print strip of ink with a print width, the first and second print heads being arranged relative to one another such that the width of the print strips substantially corresponds to the sum of the strip widths of the two print heads.
  • the method is characterized in that it produces a relief-like decoration with areas to be understood as depressions and with areas to be understood as elevations on the printing medium, the method comprising the steps:
  • This development offers the advantage that relief-like decorations can be achieved with a high degree of image accuracy, and in addition, areas that can be regarded as depressions can be created in the relief-like decoration, which are always free of ink, thereby achieving a high print quality.
  • This advantageous technical effect is particularly noticeable after firing a ceramic printing medium.
  • this advantageous effect is guaranteed even if the respective areas that can be regarded as depressions are so large that otherwise, i.e. even if the ink is printed on the respective central areas of the areas that can be regarded as depressions, the effect that emanates from the liquid composition that repels the water-based ink, namely pushing the water-based ink out of the areas that can be regarded as depressions towards the edge, can no longer be guaranteed.
  • An edge region of an area to be understood as a depression is to be understood as an edge region which is defined by a fictitious edge of the area to be understood as a depression which is spaced from the actual edge and which is preferably spaced up to 1.5 cm, particularly preferably up to 1.0 cm, very particularly preferably up to 0.5 cm from the actual edge, wherein the said edge region thereby defines a corresponding central region of the area to be regarded as a depression and encloses it but does not overlap with it.
  • the ink-repellent composition can be applied using an inkjet print head with nozzles, where each individual nozzle can be controlled separately.
  • a liquid composition that repels a water-based ink is typically hydrophobic.
  • a ceramic printing medium can be provided as a printing medium.
  • the ink can be a suspension, preferably a glaze suspension, in particular a water-based glaze suspension, which is particularly preferably a non-Newtonian fluid.
  • the ink can also be a water-based ink, as stated above.
  • a motif is applied to the areas to be regarded as depressions and/or to the areas to be regarded as elevations by means of at least one inkjet print head with nozzles, in which each individual nozzle can be controlled separately.
  • the method can be used for coating at least one ceramic printing medium with a glaze or engobe or smaltobe as ink, in each case in the form of a suspension, by applying it to the at least one ceramic printing medium and then at least partially concentrating it.
  • Layer-by-layer slip application methods for producing a three-dimensional object are known from the prior art.
  • a corresponding method for building up a three-dimensional green body layer-by-layer comprising the steps of: (i) providing an elongated pouring nozzle; (ii) applying a slip to a surface to form a slip layer by moving the pouring nozzle back and forth between two opposite positions while the slip is poured out of the elongated opening of the pouring nozzle, followed by drying the layer to form a powder layer; and (iii) consolidating the powder of the powder layer at the locations corresponding to the cross-section of the green body; and (iv) repeating steps ii) and iii) until the green body has been produced.
  • the present invention is therefore also based on the object of specifying a method for the layer-by-layer production of a green body with which the material consumption can be kept low, thereby providing a more sustainable process.
  • the object is achieved by the method according to claim 32.
  • the method comprises the steps of producing a three-dimensional green body: c) filling the ink supply channel with ink which is a ceramic and/or metallic slip; d) printing the slip on a specific surface to form a layer of a green body with the print head by ejecting the slip from all nozzles of the one set of nozzles at a predetermined, preferably constant frequency, and drying the layer to form a powder layer; e) consolidating the powder of the powder layer at the locations corresponding to the cross-section of the green body; f) repeating steps d) and e) until the green body has been completely produced.
  • the plunger preferably changes direction at the first reversal point (U1), or if necessary, the one end of the first section of the plunger front side changes direction at the first reversal point (U1) and the one end of the second section of the plunger front side changes direction at the third reversal point (U3), with a predetermined, preferably constant frequency.
  • the green body is dissolved from the unconsolidated powder before firing it to form a sintered three-dimensional object.
  • consolidation is carried out by applying drops of a fixing liquid to the locations corresponding to the cross-section of the green body using an inkjet print head with nozzles, in which each individual nozzle can be controlled separately.
  • the fixing liquid comprises or consists of an organic binder.
  • the fixing liquid in particular the organic binder, has the property of holding the consolidated ceramic and/or metallic particles and layers together in a form-fitting manner, in particular of gluing them together.
  • the ceramic and/or metallic slip comprises one or more additives, for example at least one dispersant and/or at least one organic Binder which is particularly preferably different from the organic binder of the fixing liquid.
  • the inkjet print head with nozzles in which each individual nozzle can be controlled separately, is designed to eject drops of the fixing liquid with a drop volume of ⁇ 100pl each, preferably of >10pl and ⁇ 80pl each, particularly preferably >20pl and ⁇ 45pl each.
  • the print head is designed to eject drops of the slip with a drop volume which each has at least 15 times the volume, preferably at least 50 times the volume, particularly preferably at least 150 times the volume, very particularly preferably at least 300 times the volume of the drops of the fixing liquid of the inkjet print head with nozzles, in which each individual nozzle can be controlled separately.
  • all nozzles of the at least one set of nozzles each have an inner nozzle diameter of between 100 pm and 400 pm, preferably between 100 pm and 250 pm, whereby such print heads can be used to print, for example, suspensions with larger particles than with the otherwise typical piezoelectrically operated inkjet printing devices from the prior art, which typically comprise nozzles with an inner diameter of only up to 60 pm.
  • an inkjet printer for producing a three-dimensional object comprising a plurality of printing heads according to the invention
  • the inkjet printer comprises common second means for subjecting the ink in each ink supply channel of each printing head to a negative pressure relative to the ambient air pressure, wherein the inkjet printer is also provided with a plurality of inkjet printing heads with nozzles in which each individual nozzle can be controlled separately.

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

Abstract

Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, wobei der Druckkopf zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung aufweist, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestossen werden kann, wobei die Düse ortsfest an einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals angeordnet ist und der zumindest einen Düse ein Stössel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stösselstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, wobei der Druckkopf erste Mittel umfasst zum Bewegen der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2), wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1,U2) begrenzen und zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen sind, wobei zumindest ein Satz besagter Düsen vorliegt, der die eine Düse umfasst wobei allen Düsen des einen Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet ist.

Description

Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, insbesondere zum Beschichten von Druckmedien
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung von Druckprozessen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Druckmedien werden typischerweise verwendet, um diese möglichst gleichmässig mit zumindest einer Beschichtung auszustatten, die bestimmte funktionelle und/oder dekorative Zwecke zu erfüllen vermögen und die Oberflächeneigenschaften der Druckmedien verbessern sollen. Berührungslose Verfahren zum Beschichten werden bevorzugt dann eingesetzt, wenn mit relativ hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden soll.
Bei berührungslosen Applikationsverfahren und bei solchen Verfahren zugrunde liegenden Vorrichtungen ist in jedem Fall nicht nur eine möglichst gleichmässige Abgabe von Tinte über eine bestimmte Abgabebreite des Druckkopfes, sondern auch ein möglichst gleichmässiger Auftrag der Tinte über eine bestimmte abzudeckende Auftragsbreite des Druckmediums von grosser Wichtigkeit.
Zur Beschichtung keramischer Druckmedien werden typischerweise berührungslose Verfahren zur Veredelung ihrer Oberflächen eingesetzt, bei denen meist eine Glasursuspension verwendet wird.
Ein vorbekannter Druckkopf zum Beschichten eines Druckmediums ist ausgebildet, Tinte auf dessen Oberfläche aufzutragen, indem die Tinte in Form von Tropfen aus unabhängig voneinander ansteuerbaren Düsen des Druckkopfes auf das zu bedruckende Druckmedium ausgegeben wird.
Die WO2013013983A1 offenbart beispielsweise einen solchen Druckkopf, der als Drop-on- Demand (DOD) Druckkopf ausgebildet ist. Dieser weist einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung auf, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestossen werden kann, und wobei der einen Düse ein Stössel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stösselstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, und wobei mehrere Düsen im Tintenversorgungskanal vorliegen und jeder Düse je ein Stössel zugeordnet ist. Dabei umfasst dieser vorbekannte Druckkopf erste Mittel zum Bewegen der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2).
Dieser mittels Stösseln betriebene vorbekannte Druckkopf ist geeignet für eine gleichmässige Abgabe und für ein gleichmässiges Auftragens von Glasursuspension auf Druckmedien, insbesondere dann, wenn eine relativ grosse Menge an Glasursuspension pro Düse und Zeit abgegeben werden soll. Allerdings weist er aufgrund seiner komplexen Bauart einen hohen Fertigungsaufwand und eine relativ hohe Störungsanfälligkeit auf. Folglich sind Anschaffung und insbesondere Instandhaltung desselben relativ kostenintensiv. Tatsächlich sind mit DOD arbeitende Druckköpfe und Verfahren von ihrer Eigenart her eigentlich auf den Zweck abgestellt in der Regel gerade nicht breite Flächen oder Vollflächen, sondern jedes erdenklich mögliche komplexe und feine Muster auf Druckmedien zu drucken.
Ausserdem weisen mittels Stösseln betriebene Druckköpfe insbesondere einen relativ hohen Energieverbrauch pro Menge ausgegebener Tinte pro Düse auf.
Es besteht daher das Bedürfnis nach einem mittels Stössel betriebenen Drop-on-Demand (DOD) Druckkopf mit mehreren Düsen anzugeben, welcher eine effiziente Ausgabe von Tinte aus dessen Düsen mit Mittel einfacher und kostengünstiger Bauart ermöglicht, und der insbesondere einen niedrigeren Energieverbrauch pro Menge ausgegebener Tinte pro Düse aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mittels Stössel betriebenen Drop-on-Demand (DOD) Druckkopf mit mehreren Düsen anzugeben, welcher eine effiziente Ausgabe von Tinte aus dessen Düsen mit Mittel einfacher und kostengünstiger Bauart ermöglicht, und der insbesondere einen niedrigeren Energieverbrauch pro Menge ausgegebener Tinte pro Düse aufweist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit einem Druckkopf, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst, und mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 18 umfasst, gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte und gegebenenfalls zusätzlich erfinderische Ausführungsformen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass allen Düsen eines Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet ist. Beim Druckkopf gemäss der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, wobei der Druckkopf zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung aufweist, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestossen werden kann, wobei die Düse ortsfest an einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals angeordnet ist und der zumindest einen Düse ein Stössel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stösselstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, wobei der Druckkopf erste Mittel umfasst zum Bewegen der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2), wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1 ,U2) begrenzen und zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen sind, wobei zumindest ein Satz besagter Düsen vorliegt, der die eine Düse umfasst.
Erfindungsgemäss ist allen Düsen des einen Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet.
Ein Satz Düsen umfasst eine vorbestimmte Vielzahl an Düsen.
Durch den Unterdrück wird verhindert, dass Tinte unbeabsichtigt aus dem Tintenversorgungskanal und den Düsenkanälen leckt. Auf diese Weise kann auf einen Verschlusskörper verzichtet werden. Zum Ausstössen der Tinte aus allen Düsen des einen Satzes Düsen kommt der im Tintenversorgungskanal vorgesehene Stössel zum Einsatz, dessen Stirnseite auf die Düsenkanäle des einen Satzes Düsen zubewegt wird, wodurch Tinte durch die Düsenkanäle des einen Satzes Düsen und aus diesen heraus gepresst wird, wobei vorzugsweise während des gesamten Druckprozesses ein Stössel/Düsen-Abstand eingehalten wird, d.h. eine Stösselstirnfläche an einem Umkehrpunkt einen Abstand von der Einströmöffnung von grösser als Null aufweist und die Einströmöffnungen der Düsen des einen Satzes Düsen während des gesamten Druckprozesses permanent offen bleiben. Der erfindungsgemäße Stössel übernimmt also gerade nicht die Funktion eines Verschlusskörpers.
Mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf ist es möglich Tinten zu verwenden, die in einem weiten Viskositätsbereich liegen und/oder die Partikel beinhalten. Dies insbesondere, weil der Stössel nicht als Verschlusskörper funktionieren muss und die sich zwischen Stösselstirnseite und den Einlassöffnungen der Düsenkanäle des Satzes Düsen schiebende Tinte und/oder Partikel nicht stören.
Dementsprechend ist in gemäss einer bevorzugten Ausführungsform am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser Null.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass Kollisionen des Stössels mit den Düsen verhindert werden kann, wodurch die Lebensdauer des Stössels, der ersten Mittel und des Druckkopfes erhöht werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Mittel zumindest einen ersten und zweiten Aktuator, wobei der Stössel an einem ersten Abschnitt des Stössels über eine erste Stösselstange mit einem ersten Stellelement des ersten Aktuators und an einem zweiten Abschnitt des Stössels über eine zweite Stösselstange mit einem zweiten Stellelement des zweiten Aktuators wirkverbunden ist, wobei erster und zweiter Abschnitt insbesondere in einer zur Düsenachse der einer Düse des einen Satzes Düsen vertikalen Richtung voneinander beabstandet sind.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass sich dadurch eine platzsparendere Bauweise der ersten Mittel realisieren lässt. Folglich ermöglicht die geringere Platzbeanspruchung der ersten Mittel eine höhere Druckauflösung des Druckkopfes, wodurch sich wiederum insbesondere die Produktivität des Druckkopfes in Bezug auf die ausgestossene Menge Tinte pro Zeit erhöhen lassen kann.
Ferner ist es möglich, dass der eine Satz Düsen mindestens dreissig Düsen, bevorzugt mindestens fünfzig Düsen, besonders bevorzugt mindestens siebzig Düsen umfasst, welche ganz besonders bevorzugt in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Weiter ist es natürlich möglich, dass der eine Satz Düsen dreissig Düsen, bevorzugt fünfzig Düsen, besonders bevorzugt siebzig Düsen umfasst, welche ganz besonders bevorzugt in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Wenn mindestens dreissig Düsen einem einzelnen gemeisamen Stössel zugeordnet sind, der mit zumindest zwei Aktuatoren wirkverbunden ist, so wirkt der gemeinsame Stössel in synergistischer Weise mit den besagten Düsen insofern zusammen, als dass beim Ausstoss von Tropfen einer vorgegebenen Grösse aus jeder der mehreren Düsen insgesamt eine Menge an Energie verbraucht wird, die weit unter der Summe der Energien liegt, die beim Ausstoss von gleich grossen Tropfen verbraucht würde, wenn jeder Düse je ein einzelner Stössel zugeordnet ist, der jeweils mit einem der besagten Aktuatoren wirkverbunden ist.
Dementsprechend lässt sich mit dem erfindungsgemässen Druckkopf energiesparend ein Satz Düsen zum Austoss von Tinte ansteuern.
Ein Aktuator ist eine allgemeine Bezeichnung für eine Vorrichtung, die elektrische Signale in mechanische Bewegung oder andere physikalische Grössen umsetzt. Aktuatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung setzen elektrische Signale in mechanische Bewegung um.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass der erste Aktuator ausgebildet ist zum Bewegen eines Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen dem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und dem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2) und der zweite Aktuator ausgebildet ist zum Bewegen eines Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) und einem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U4).
Weiter ist es möglich, dass der zweite Aktuator die Bewegung des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U3,U4) begrenzt und der erste Aktuator die Bewegung des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1 ,U2) begrenzt.
Das Ende des ersten Abschnitts kann ein freies Ende der Stösselstirnseite sein, wobei das Ende des zweiten Abschnitts ein dem ersten Ende des ersten Abschnitts gegenüberliegendes freies Ende der Stösselstirnseite sein kann.
Ferner ist es möglich, dass der Abstand zwischen dem Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite und der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen am maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2) und der Abstand zwischen dem Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite und der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen am maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U4) durch jeweils eine Anordnung zur Positionierung des jeweiligen Aktuators einstellbar ist.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass dadurch eine einfache Regulierung der Tinten- Ausstossmenge über alle Düsen des Satzes Düsen hinweg ermöglicht wird.
Alternativ kann es aber auch möglich sein, dass der Abstand zwischen dem Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite und der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und der Abstand zwischen dem Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite und der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) durch jeweils eine Anordnung zur Positionierung des jeweiligen Aktuators einstellbar ist.
Eine solche Anordnung zur Positionierung eines Aktuators ist beispielsweise in der WO2019042586A1 der gleichnamigen Inhaberin offenbart.
Weiter ist es möglich, dass die Position des Umkehrpunktes (U2) als Ausgangspunkt und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U1 ) sowie die Position des Umkehrpunktes (U4) als Ausgangspunkt und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U3) so gewählt sind, dass ein Stösselhub eine vorbestimmte und vorzugsweise im Wesentlichen identisch Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstossen kann.
Schräglagen der Seitenwand des Tintenversorgungskanals, die sich aufgrund von naturgemäss vorhandenen Fertigungstoleranzen sämtlicher Bestandteile der Anordnung oft nicht vermeiden lassen, können dazu führen, dass aus unterschiedlichen Düsen des einen Satzes Düsen unterschiedlich grosse Tintentropfen ausgestossen werden.
Diese Weiterbildungen bieten somit den Vorteil, dass selbst wenn beispielsweise die die Düsen umfassende Seitenwand des Tintenversorgungskanal eine entsprechende Schräglage aufweist, sich trotz dem eine Beschichtung mit einer hohen Homogenität über die Breite der Düsen eines Satzes Düsen hinweg erzielen lässt. Folglich kann eine Beschichtung eines Druckmediums mit einer homogeneren Tintendicke erzielt werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aktuatoren so ausgebildet und ansteuerbar, dass die Bewegung der Stösselstirnseite durch eine synchrone Bewegung der ersten und zweiten Stösselstange bewirkt wird. Die Stösselstangen können jeweils fest mit dem Stössel wirkverbunden sein, bevorzugt über eine formschlüssige Verbindung und/oder über eine geeignete stoffschlüssige Verbindung. Die formschlüssige Verbindung kann als eine Schnappverbindung oder eine Schraubverbindung ausgebildet sein. Die stoffschlüssige Verbindung kann als eine Klebeverbindung ausgebildet sein. Eine Klebeverbindung beinhaltet die Stösselstange als ersten Verbindungspartner, den Stössel als zweiten Verbindungspartner und einen geeigneten Klebstoff.
Wenn die ineinandergreifenden Verbindungspartner, also der Stössel und die Stöselstange, zusätzlich miteinander verklebt sind, lässt sich eine Verbindung realisieren, die keine relative Bewegung zwischen dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner erlaubt.
Der Stössel kann in einen Mittel- und zwei gegenüberliegenden Randbereichen, vorzugsweise entlang einer Längsachse des Stössels, unterteilbar sein, wobei der erste Abschnitt im ersten Randbereich liegt und der zweite Abschnitt in dem vom ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich liegt, wobei der Stössel besonders bevorzugt länglicher Bauart ist.
Ein jedes Stellelement kann als Biegewandler, vorzugsweise als piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet sein.
Ferner ist es möglich, dass am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser als eine Partikelgrösse der Partikel einer Partikel enthaltenden Tinte ist.
Dementsprechend kann der Tintenversorgungskanal mit einer mit Partikeln enthaltenden Tinte befüllt sein. Die Tinte kann eine Glasursuspension sein.
Weiter ist es möglich, dass am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser als das volumetrische Durchmesser der Partikelgrösse von d99(v), bevorzugt grösser als Faktor zwei des volumetrischen Durchmesser der Partikelgrösse von d99(v) sein. Die vorgenannten Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass eine Zertrümmerung von Partikeln in den betroffenen Düsenöffnungsbereiche zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig verhindert werden kann. Folglich kann die Lebensdauer des Stössels, der ersten Mittel und des Druckkopfes erhöht werden.
Dritte Mittel zum Pumpen der Tinte durch den Tintenversorgungskanal können vorgesehen sein, vorzugsweise permanent, und insbesondere zumindest im Wirkungsbereich des Stössels in eine Flussrichtung, um Sedimentation der Tinte im Tintenversorgungskanal zu verhindern.
Ferner ist es möglich, dass mehrere Sätze besagter Düsen vorliegen, wobei jeweils allen Düsen des jeweiligen Satzes Düsen jeweils ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist keine Seitenwand zusammen mit einer jeden Düse des Satzes Düsen einstückig ausgeführt und eine jede Einströmöffnung umgebende Stirnseite der Düsen des einen Satzes Düsen ist flächenbündig mit einer inneren, mit der Tinte in Berührung stehenden Oberfläche einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals ausgebildet.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist hingegen die Seitenwand des Tintenversorgungskanals mit zumindest einer jeden Düse des zumindest einen Satzes Düsen einstückig als Düsenplatte ausgebildet.
Diese Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass ein Druckkopf mit einer höheren Druckauflösung angegeben werden kann.
Gemäss einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei einem Aktuator um einen Aktuator mit Stössel umfassend einen Grundkörper und einen Stössel, wobei der Grundkörper einen Basiskörper und ein Deckelelement umfasst, wobei der Basiskörper eine Bodenwand und eine Umfangswand umfasst die zusammen ein einen Raum umschliessendes Gefäss bilden, das mittels des Deckelelementes geschlossen werden kann und wobei in der Bodenwand eine Durchgangsöffnung für die mit dem Stössel Wirkverbundene Stösselstange vorgesehen ist, durch die die Stösselstange ragt und im Basiskörper das Stellelement vorgesehen ist, das auch mit der Stösselstange wirkverbunden ist, wobei das Stellelement als Biegewandler ausgebildet ist, der in einen Mittel- und Randbereich unterteilbar ist und der Biegewandler mit zumindest einem Teil seines Randbereichs am Basiskörper angeordnet ist, und die Stösselstange im Mittelbereich des Biegewandlers mit diesem wirkverbunden ist.
Ein erfindungsgemässer Tintenstrahldrucker umfasst mehrere erfindungsgemässe Drückköpfe, wobei der Tintenstrahldrucker gemeinsame zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte in einem jeden Tintenversorgungskanal eines jeden Druckkopfes mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck umfasst.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe auch mit einem Verfahren zur Durchführung von Druckprozessen nach Anspruch 17 gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Durchführung von Druckprozessen umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Druckkopfes mit Tintenversorgungskanal, Stössel und Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung die die Verbindung des Düsenkanals zum Tintenversorgungskanal bildet; b) Füllen des Tintenversorgungskanals mit Tinte; wobei zumindest während den Zeitintervallen in denen nicht gedruckt werden soll der Tintenversorgungskanal zumindest im Bereich der Einströmöffnung der Düse mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck beaufschlagt wird, wodurch ein Ausströmen der Tinte aus dem Düsenkanal auch ohne Verschlusskörper verhindert wird, wobei der Tintenversorgungskanal mit zumindest einem Satz besagter Düsen bereitgestellt wird, der die eine Düse umfasst.
Erfindungsgemäss kennzeichnet sich das Verfahren darin, dass allen Düsen des einen Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet wird, wobei zum Ausstössen der Tinte eine Stirnseite des Stössels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf alle Einströmöffnungen der Düsen des einen Satzes Düsen zubewegt wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Stirnseite des Stössels lediglich bis zu einem ersten Umkehrpunkt (U1 ) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt, wobei am ersten Umkehrpunkt (U1 ) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser Null ist. Ferner ist es möglich, dass der eine Satz Düsen mindestens dreissig Düsen, bevorzugt mindestens fünfzig Düsen, besonders bevorzugt mindestens siebzig Düsen umfasst, welche ganz besonders bevorzugt in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Weiter ist es natürlich möglich, dass der eine Satz Düsen dreissig Düsen, bevorzugt fünfzig Düsen, besonders bevorzugt siebzig Düsen umfasst, welche ganz besonders bevorzugt in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach Erreichen des ersten Umkehrpunktes (U1 ) die Stirnseite des Stössels von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen zu einem zweiten Umkehrpunkt (U2) wegbewegt, welcher den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bildet.
Gemäss besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Position des Ausgangspunktes und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U1 ) so gewählt, dass der Stösselhub eine vorbestimmte Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstösst.
Typischerweise erfolgt ein Richtungswechsel des Stössels jeweils am Umkehrpunkt (U1 ) und Umkehrpunkt (U2) mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Frequenz, wenn ein Druckmedium beschichtet werden soll.
Gemäss einem bevorzugten Verfahren werden die ersten Mittel mit zumindest einem ersten und zweiten Aktuator bereitgestellt, wobei der Stössel an einem ersten Abschnitt des Stössels über eine erste Stösselstange mit einem ersten Stellelement des ersten Aktuators und an einem zweiten Abschnitt des Stössels über eine zweite Stösselstange mit einem zweiten Stellelement des zweiten Aktuators wirkverbunden ist, wobei erster und zweiter Abschnitt insbesondere in einer zur Düsenachse vertikalen Richtung voneinander beabstandet sind.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass sich dadurch eine platzsparendere Bauweise der ersten Mittel realisieren lässt. Folglich ermöglicht die geringerere Platzbeanspruchung der ersten Mittel eine höhere Druckauflösung, wodurch sich wiederum die Produktivität in Bezug auf ausgestossener Menge Tinte pro Zeit des Druckkopfes erhöhen lässt.
Dabei ist es möglich, dass ein Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite mithilfe des ersten Aktuators lediglich bis zum ersten Umkehrpunkt (U1 ) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt wird und ein Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite mithilfe des zweiten Aktuators lediglich bis zu einem dritten Umkehrpunkt (U3) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt wird.
Ferner ist es möglich, dass nach Erreichen des ersten Umkehrpunkts (U1 ) durch das eine Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite dieser von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen mithilfe des ersten Aktuators zum zweiten Umkehrpunkt (U2) wegbewegt wird, und nach Erreichen des dritten Umkehrpunkts (U3) durch das eine Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen mithilfe des zweiten Aktuators zum vierten Umkehrpunkt (U4) wegbewegt wird, wobei die Umkehrpunkte (U2) und (U4) jeweils den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bilden.
Weiter ist es möglich, dass die Position des zweiten Umkehrpunktes (U2) und des darauffolgenden ersten Umkehrpunktes (U1 ) und die Position des vierten Umkehrpunktes (U4) und des darauffolgenden dritten Umkehrpunktes (U3) so gewählt werden, dass der Stösselhub eine vorbestimmte und vorzugsweise im Wesentlichen identisch Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstösst.
Diese Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass selbst wenn beispielsweise die die Düsen umfassende Seitenwand des Tintenversorgungskanal eine entsprechende Schräglage aufweist, sich trotz dem eine Beschichtung mit einer hohen Homogenität über die Breite der Düsen eines Satzes Düsen hinweg erzielen lässt. Folglich kann eine Beschichtung eines Druckmediums mit einer homogeneren Tintendicke erzielt werden.
Ein Stösselhub zwischen den jeweiligen Umkehrpunkten, also die zurückgelegte Weglänge der Stösselstirnseite zwischen den jeweiligen Umkehrpunkten, kann einen Wert im Bereich zwischen 30 pm und 90 pm, bevorzugt zwischen 40 pm und 80 pm, besonders bevorzugt zwischen 50 pm und 70 pm betragen.
Gemäss einem bevorzugten Verfahren wird die Bewegung der Stösselstirnseite durch eine synchrone Bewegung der ersten und zweiten Stösselstange mithilfe des zumindest ersten und zweiten Aktuators bewirkt.
Die Tinte kann durch den Tintenversorgungskanal gepumpt werden, vorzugsweise permanent.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Stössel/Düsen-Abstand am ersten Umkehrpunkts (U1 ) und gegebenenfalls am dritten Umkehrpunkt (U3) zwischen 80 pm und 400 pm, bevorzugt zwischen 200 gm und 280 gm, besonders bevorzugt zwischen 220 pm und
260 gm.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beträgt am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und am dritten Umkehrpunkt (U3) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser als eine Partikelgrösse der Partikeln einer Partikel enthaltenden Tinte. Dementsprechend kann das Tintenversorgungskanal mit einer mit Partikeln enthaltenden Tinte befüllt werden. Die Tinte kann eine Glasursuspension sein.
Ein jedes Stellelement kann als Biegewandler, vorzugsweise als piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet sein.
Ferner ist es möglich, dass wenn keine Spannung an den Biegewandler angelegt wird, die Stösselstirnseite an einer Position ruht, die einen Startpunkt bildet und die zwischen den jeweiligen Umkehrpunkten (U1 , U2) und gegebenenfalls (U3, U4) liegt. Es ist somit auch möglich, dass der Abstand zwischen der Stösselstirnseite und der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen direkt am Startpunkt durch jeweils eine Anordnung zur Positionierung des jeweiligen Aktuators einstellbar ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die Schritte:
- Transport zumindest eines Druckmediums entlang einer Transportrichtung, dergestalt, dass das Druckmedium in den Wirkungsbereich des Druckkopfes hinein und aus diesem wieder heraus transportiert wird;
- Beschichten des zumindest einen Druckmediums, indem ein Richtungswechsel des Stössels am ersten Umkehrpunkt (U1 ), oder gegebenenfalls ein Richtungswechsel des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite jeweils am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite am dritten Umkehrpunkt (U3), mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Frequenz, von bevorzugt > 1 kHz, besonders bevorzugt von > 2 kHz, erfolgt.
Gemäss einer allgemeineren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die Schritte:
- Beschichten zumindest eines Druckmediums mit dem Druckkopf, indem ein Richtungswechsel des Stössels am ersten Umkehrpunkt (U1 ), oder gegebenenfalls ein Richtungswechsel des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite jeweils am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite am dritten Umkehrpunkt (U3), mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Frequenz, von bevorzugt e 1 kHz, besonders bevorzugt von > 2 kHz, erfolgt,
- wobei während des Beschichtens eine kontinuierliche unidirektionale Relativbewegung zwischen dem Druckkopf und dem zumindest einen Druckmedium erfolgt.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Stösselstirnseite länglich mit zwei die Stösselstirnseite begrenzenden, gegenüberliegenden länglichen Längskanten ausgebildet, wobei im Tintenversorgungskanal zwei Platten vorgesehen sind, die jeweils relativ zur Seitenwand des Tintenversorgungskanals, an der alle Düsen des einen Satzes Düsen angeordnet sind, auf einer ihrer Kanten stehend und mit einem vorgegebenen Abstand zur Seitenwand so angeordnet, dass die durch die Bewegung der länglichen Längskanten in der Tinte fiktiv abgefahrene Mantelflächen durch die auf die jeweilige längliche Längskante blickende Innenseite der jeweiligen Platten mit einem vorgegebenen Abstand flankiert werden, wobei die Platten ausreichend gross dimensioniert und die besagten Abstände derart gewählt werden, dass während dem Beschichten eines Druckmediums eine Beschichtung auf das Druckmedium erzeugt wird, die gegenüber eine bei ansonsten denselben Bedingungen aber anderen entsprechenden Abständen und kleiner dimensionierten Platten erzeugbare Beschichtung eine höhere Homogenität aufweist.
Unter Homogenität der Beschichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Gleichmässigkeit eines auswertbaren Attributs der Beschichtung, insbesondere von Banding- Effekten, über den gesamten analysierten Bereich der Beschichtung verstanden. Banding- Effekte sind bekanntlich sichtbare Beeinträchtigungen in der Qualität einer Beschichtung und kennzeichnen sich darin, dass in der Beschichtung abrupte oder kontinuierliche Übergange von Beschichtungs-Attributen, wie beispielsweise Glanz und/oder Schichthöhe, erkenntlich sind, insbesondere mit dem blossen Auge, wo keine Übergange dieser Art erwünscht sind.
Von Vorteil ist diese Weiterbildung, da dadurch die Erzeugung von mit weniger Makulatur behafteten, beschichteten Druckmedien unabhängig von den effektiven räumlichen Dimensionen des Tintenversorgungskanals sichergestellt werden kann.
Obwohl sich der Erfinder nicht auf eine einzige Erklärung oder Theorie festlegen will, wird angenommen, dass durch die erfindungsgemässe Lösung turbulente Strömungen der Tinte im Wirkungsbereich der Stösselstirnseite reduziert werden können. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, wie der Fachmann zu geeigneten Abständen und einer aussreichen grossen Dimensionierung der Platten gelangen kann. Beispielsweise kann er in einer ersten Testreihe Tinten-Ausstoss-Durchgänge mit konstanten, aber jeweils unterschiedlich grossen, insbesondere zunehmend kleineren Abständen der Kanten der vorgewählten Platten zur besagten Seitenwand bei vorgewähltem Abstand der Innenseite der jeweiligen Platten zu den jeweiligen Längskanten der Stösselstirnseite durchführen und somit überprüfen, ob und wenn ja bei welchem Abstand oder bei welchen Abständen ein akzeptables Beschichten bzw. Auftrag möglich ist. Dieser oder einer dieser Abstände wird sodann als vorgegebener Abstand der jeweiligen Kante der Platten zur Seitenwand festgelegt.
Wird kein akzeptables Beschichten bzw. Aufträgen erzielt, so ist der jeweilige vorgewählte Abstand der Innenseite der jeweiligen Platten zu den jeweiligen Längskanten der Stösselstirnseite in einer zweiten Testreihe so lange grösser oder kleiner zu wählen, dass man bei einer entsprechenden Wiederholung der ersten Testreihe mit dem neu vorgewählten Abstand der Innenseite der jeweiligen Platten zu den jeweiligen Längskanten der Stösselstirnseite zu geeigneten Abständen und damit zu akzeptablem Beschichten gelangt.
Wird dennoch kein akzeptables Beschichten bzw. Aufträgen erzielt, so wird die Grösse der Platten in einer dritten Testreihe erhöht und die erste Testreihe und gegebenenfalls die zweite Testreihe wiederholt durchgeführt bis man zu dem gewünschten Ergebnis gelangt.
Eine Platte ist vorzugsweise dann ausreichend gross dimensioniert, wenn deren Höhe, die parallel zur Richtung des Stösselhubs ausgerichtet ist, zumindest das 50-Fache der vom Stösselhub abgefahrenen Strecke beträgt, und deren Länge, die vertikal zur Höhe ausgerichtet ist, zumindest der Länge einer länglichen Längskante der Stösselstirnseite entspricht. Vorzugsweise beträgt die Höhe der Platte zumindest das 150-Fache, und ganz besonders bevorzugt zumindest das 500-Fache der vom Stösselhub abgefahrenen Strecke.
Der Fachmann kann aber auch anders herum starten und zunächst ein mit konstanter, aber jeweils unterschiedlich grossen Abständen der Innenseite der Platten zu den jeweiligen Längskanten der Stösselstirnseite bei vorgewähltem Abstand der Kante der vorgewählten jeweiligen Platten zur Seitenwand durchführen und überprüfen, ob und wenn ja bei welchem Abstand oder welchen Abständen ein akzeptables Beschichten bzw. Auftrag möglich ist. Dieser Abstand oder einer dieser Abstände wird sodann als vorgegebener Abstand der Innenseite der jeweiligen Platten zu den jeweiligen Längskanten festgelegt. Wird kein akzeptables Beschichten bzw. Aufträgen erzielt wird zumindest eines der beiden anderen Parameter so lange mit der Durchführung von Testreihen angepasst bis ein akzeptables Ergebnis erzielt wird.
Gemäss einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die besagten Platten so gross dimensioniert und die besagten Abstände derart gewählt, dass ein makulaturloses Beschichten eines Druckmediums gewährleistet wird, wobei im Vergleich zu den jeweiligen Abständen bestimmte andere entsprechende Abstände und gegebenenfalls kleiner dimensionierten Platten zu einem makulaturbehafteten Druckmedium geführt hätte.
Von Vorteil ist diese Weiterbildung, da dadurch die Erzeugung von makulaturlosen Druckmedien unabhängig von den effektiven räumlichen Dimensionen des Tintenversorgungskanals sichergestellt werden kann. Dadurch werden durch alle Düsen des einen Satzes Düsen Tropfen von im Wesentlichen identischer Grösse ausgestossen.
Die längliche Stösselstirnseite weist vorzugsweise eine rechteckartige Form auf, deren zwei gegenüberliegende länglichen Längskanten zueinander parallel orientiert sind und durch zwei gegenüberliegende kürzere Kanten, die kürzer sind als die Längskanten, verbunden sind. Eine rechteackartige Stösselstirnseite, kann beispielsweise ein Profil eines Rechtecks oder eines Parallelogramms aufweisen.
Ferner ist es möglich, dass die Platten jeweils eine solche Höhe aufweisen, dass sie mit jener Seitenwand des Tintenversorgungskanals, die gegenüber jener Seitenwand liegt, an der alle Düsen des einen Satzes Düsen angeordnet sind, in Kontakt stehen.
Typischerweise werden sowohl die längliche Stösselstirnseite als auch die zwei Platten im Wesentlichen parallel zur Flussirchtung der Tinte im Tintenversorgungskanal ausgerichtet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist es ferner besonders bevorzugt, wenn die Platten an der Seitenwand des Tintenversorgungskanals so angeordnet sind, dass der Fluss der Tinte zwischen den zwei Platten in Flussrichtung nicht oder nicht wesentlich gehindert wird. Die Platten können ferner direkt miteinander verbunden sein.
Der jeweilige Abstand zwischen den Kanten der Platten und der Seitenwand ist bevorzugt grösser als der Stössel/Düsen-Abstand am ersten Umkehrpunkts (U1 ) und gegebenenfalls am dritten Umkehrpunkt (U3) gewählt, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Ausbildung einer homogenen Beschichtung weiter erhöhen lässt. Ferner ist es möglich einen Drucker mit zumindest zwei Druckköpfen bereitzustellen, wobei mit jedem Druckkopf ein Druckstreifen aus Tinte mit einer Druckbreite aufgebracht wird, wobei der erste und zweite Druckkopf zueinander so angeordnet wurden, dass die Breite der Druckstreifen im Wesentlichen die Summe der Streifenbreiten der beiden Druckköpfe entspricht.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, zum Erzeugen eines reliefartigen Dekors mit als Vertiefungen aufzufassende Bereiche und mit als Erhöhungen aufzufassende Bereiche auf dem Druckmedium, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Aufbringen einer eine wasserbasierte Tinte abweisende flüssige Zusammensetzung auf die als Vertiefungen aufzufassenden Bereiche auf dem Druckmedium mit einer ersten Auflösung, gefolgt von
- Verdrucken der wasserbasierten Tinte mit dem Druckkopf mit einer zweiten Auflösung entweder ausschliesslich auf die als Erhöhungen aufzufassenden Bereiche oder ausschliesslich auf die als Erhöhungen aufzufassenden Bereiche und auf die Randbereiche der als Vertiefungen aufzufassenden Bereiche, wobei die erste Auflösung mindestens viermal, vorzugsweise mindestens achtmal höher ist als die zweite Auflösung.
Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass reliefartige Dekore mit einer hohen Abbildegenauigkeit erzielt werden können, und ausserdem als Vertiefungen aufzufassende Bereiche im reliefartigen Dekor erzeugt werden können, die immer frei von Tinte sind, wodurch eine hohe Druckqualität erzielt wird. Dieser vorteilhafte technischen Effekt macht sich insbesondere nach dem Brennen eines keramisches Druckmedium bemerkbar. Ausserdem ist diese vorteilhafte Wirkung selbst dann gewährleistet, wenn die jeweiligen als Vertiefungen aufzufassenden Bereiche so gross sind, dass ansonsten, d.h. auch beim gegebenenfalls Verdrucken der Tinte auf die jeweiligen Mittelbereiche der als Vertiefungen aufzufassenden Bereiche, die Wirkung, die von der wasserbasierten Tinte abweisenden flüssigen Zusammensetzung ausgeht, nämlich die wasserbasierte Tinte aus den als Vertiefungen aufzufassende Bereiche hin zum Rand zu drängen nicht mehr gewährleistet werden kann.
Unter einem Randbereich eines als Vertiefung aufzufassenden Bereichs ist ein Randbereich zu verstehen, der durch einen vom tatsächlichen Rand beabstandeten fiktiven Rand des als Vertiefung aufzufassenden Bereichs definiert wird, und der bevorzugt bis zu 1 ,5 cm, besonders bevorzugt bis zu 1 ,0 cm, ganz besonders bevorzugt bis zu 0,5 cm vom tatsächlichen Rand beabstandet ist, wobei der besagte Randbereich dadurch einen entsprechenden Mittelbereich des als Vertiefung aufzufassenden Bereichs definiert und umschliesst aber mit diesem nicht überlappt.
Dem Fachmann sind die entsprechenden wasserbasierten Tinten abweisenden flüssigen Zusammensetzungen aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Aufträgen der die Tinte abweisenden Zusammensetzung kann mit einem Tintenstrahl- Druckkopf mit Düsen erfolgen, bei dem jede einzelne Düse separat ansteuerbar ist.
Eine eine wasserbasierte Tinte abweisende flüssige Zusammensetzung ist typischerweise hydrophob.
Als Druckmedium kann ein keramisches Druckmedium bereitgestellt werden.
Die Tinte kann eine Suspension, vorzugsweise eine Glasursuspension, insbesondere eine wasserbasierte Glasursuspension sein, die besonders bevorzugt ein nicht Newton'sches Fluid ist. Die Tinte kann wie oben ausgeführt auch eine wasserbasierte Tinte sein.
Ferner ist es möglich, dass das keramische Druckmedium mit seinem reliefartigen Dekor zu brennen, um ein eingebranntes reliefartige Dekor auf der Oberfläche des Druckmediums zu erzeugen, sofern als Tinte eine Glasursuspension eingesetzt wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Trocknen der wasserbasierten Tinte und der die wasserbasierten Tinte abweisenden flüssigen Zusammensetzung auf dem Druckmedium das Aufbringen eines Motivs auf die als Vertiefungen aufzufassenden Bereiche und/oder auf die als Erhöhungen aufzufassenden Bereiche mithilfe zumindest eines Tintenstrahl-Druckkopfes mit Düsen, bei dem jede einzelne Düse separat ansteuerbar ist.
Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Übereinstimmung zwischen bestimmten Reliefmerkmalen und dem aufgedruckten Motiv führt zu einem hochqualitativen Motiv, insbesondere einem natürlichen Eindruck eines abzubildenden Motivs, wie beispielsweise bestimmter Steinmotive oder Holzmotive.
Anwendung kann das Verfahren zum Beschichten zumindest eines keramischen Druckmediums mit einer Glasur oder Engobe oder Smaltobe als Tinte finden, jeweils in Form einer Suspension, indem sie auf das zumindest eine keramische Druckmedium aufgebracht und dann zumindest teilweise eingeengt wird. Aus dem Stand der Technik sind Lagenweise-Schlicker-Auftrag Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts bekannt. Beispielsweise ist ein entsprechendes Verfahren zum lagenweisen Aufbauen eines dreidimensionalen Grünkörpers vorbekannt umfassend die Schritte: (i) bereitstellen einer längliche Giessdüse; (ii) Auftrag eines Schlickers auf eine Oberfläche zu einer Schlickerschicht, indem die Giessdüse zwischen zwei gegenüberliegenden Positionen hin- und herbewegt wird, während dessen Schlicker aus der länglichen Öffnung der Giessdüse gegossen wird, gefolgt vom Trocknen der Schicht zu einer Pulverschicht; und (iii) Konsolidieren des Pulvers der Pulverschicht an den dem Querschnitt des Grünkörpers entsprechenden Stellen; und (iv) Wiederholen der Schritte ii) und iii) bis der Grünkörper hergestellt wurde.
Ein den hohen Materialverbrauch verursachendes Problem ist die Tatsache, dass bei den heute bekannten Lagenweise-Schlicker-Auftrag-Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten lediglich die oben beschriebene Herstellungsmethode verwirklicht ist. Es gibt dreidimensional Objekte, bei denen nahezu jede Schicht relativ kleine zu konsolidierende Pulverbereiche und entsprechend relativ grosse nicht zu konsolidierende Pulverbereiche (Freibereiche) aufweisst. Wird eine Giessdüse über einen Freibereich einer Zeile geführt, so giesst sie trotzdem Schlicker über die gesamte Baubereichsbreite aus. Der hierdurch einhergehende Schichtaufbau geht mit einem hohen Verbrauch an Schlicker einher, da deren eingetrocknete Form Stand heute nicht oder nur mit erheblichem Aufwand recycelbar ist. Dies ist vor allem dann relevant, wenn eine unveränderliche Baubereichsbreite relativ gross ist und in einer Vielzahl an Schichten nur sehr kleine Bereiche Teil des Grünkörper ausmachen sollen.
Es wäre daher wünschenswert ein Lagenweise-Schlicker-Auftrag-Verfahren zur Verfügung zu haben, mit dem der Materialverbrauch unabhängig von der Grösse des Objekts niedrig gehalten werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur lagenweisen Herstellung eines Grünkörpers anzugeben, mit dem der Materialverbrauch niedrig gehalten werden kann, wodurch ein nachhaltigeres Verfahren angegeben wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 32 gelöst.
Entsprechend ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform das Verfahren dadurch gekennzeichnet, zur Herstellung eines dreidimensionalen Grünkörpers, umfassend die Schritte: c) Füllen des Tintenversorgungskanals mit Tinte, die ein keramischer und/oder metallischer Schlicker ist; d) Verdrucken des Schlickers auf einer bestimmten Oberfläche zu einer Schicht eines Grünkörpers mit dem Druckkopf durch Ausstössen des Schlickers aus allen Düsen des einen Satzes Düsen mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Frequenz, und Trocknen der Schicht zu einer Pulverschicht; e) Konsolidieren des Pulvers der Pulverschicht an den dem Querschnitt des Grünkörpers entsprechenden Stellen; f) Wiederholen der Schritte d) und e) bis der Grünkörper fertig hergestellt wurde.
Dadurch werden mit jedem Ausstoss des Schlickers aus allen Düsen des einen Satzes Düsen Tropfen des Schlickers ausgestossen. Wie oben beschrieben erfolgt das Ausstössen des Schlickers durch Zubewegen der Stirnseite des Stössels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf alle Einströmöffnungen der Düsen des einen Satzes Düsen des Druckkopfes. Dementsprechend erfolgt vorzugsweise beim entsprechenden Verdrucken ein Richtungswechsel des Stössels am ersten Umkehrpunkt (U1 ), oder gegebenenfalls ein Richtungswechsel des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite jeweils am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite am dritten Umkehrpunkt (U3), mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Frequenz.
Typischerweise wird der Grünkörper vor dem Brennen desselben zu einem gesinterten dreidimensionalen Objekt aus dem nicht konsolidierten Pulver gelöst.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Konsolidieren durch Aufbringen von Tropfen einer Fixierflüssigkeit an den dem Querschnitt des Grünkörpers entsprechenden Stellen mit einem Tintenstrahl-Druckkopf mit Düsen, bei dem jede einzelne Düse separat ansteuerbar ist.
Ferner ist es möglich, dass die Fixierflüssigkeit ein organisches Bindemittel umfasst oder aus diesem besteht.
Die Fixierflüssigkeit, insbesondere das organische Bindemittel, hat die Eigenschaft die dadurch konsolidierten keramischen und/oder metallischen Partikel und Schichten formschlüssig zusammen zu halten, insbesondere zu verkleben.
Typischerweise umfasst der keramische und/oder metallische Schlicker ein oder mehrere Additive, beispielsweise zumindest ein Dispergiermittel und/oder zumindest ein organisches Bindemittel, das sich besonders bevorzugt vom organischen Bindemittel der Fixierflüssigkeit unterscheidet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Tintenstrahl-Druckkopf mit Düsen, bei dem jede einzelne Düsen separat ansteuerbar ist, ausgebildet Tropfen der Fixierflüssigkeit mit einem Tropfenvolumen von jeweils <100pl, bevorzugt von jeweils > 10pl und < 80pl, besonders bevorzugt jeweils > 20pl und < 45pl auszustossen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druckkopf ausgebildet Tropfen des Schlickers mit einem Tropfenvolumen auszustossen, die jeweils mindestens das 15-fache Volumen, bevorzugt mindestens das 50-fache Volumen, besonders bevorzugt mindestens 150-fache Volumen, ganz besonders bevorzugt mindestens 300-fache Volumen der Tropfen der Fixierflüssigkeit des Tintenstrahl-Druckkopfes mit Düsen, bei dem jede einzelne Düsen separat ansteuerbar ist, aufweisen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Düsen des zumindest einen Satzes Düsen jeweils einen Düsen-Innendurchmesser von zwischen 100 pm bis 400 pm, bevorzugt zwischen 100 pm bis 250 pm auf, wodurch sich bei derartigen Druckköpfen beispielsweise Suspensionen mit grösseren Partikeln drucken lassen als bei den sonst typischen piezoelektrisch betriebenen Tintenstrahldruckvorrichtungen aus dem Stand der Technik, die typischerweise Düsen mit einem Innendurchmesser von nur bis zu 60 pm umfassen.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Tintenstrahldrucker zur Herstellung eines dreidimensionalen Objekts umfassend mehrere erfindungsgemässe Drückköpfe bereitgestellt, wobei der Tintenstrahldrucker gemeinsame zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte in einem jeden Tintenversorgungskanal eines jeden Druckkopfes mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck umfasst, wobei der Tintenstrahldrucker auch mit mehreren Tintenstrahl-Druckköpfen mit Düsen, bei welchen jede einzelne Düsen separat ansteuerbar ist, bereitgestellt wird.

Claims

Ansprüche:
1. Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, wobei der Druckkopf zumindest einen Tintenversorgungskanal und zumindest eine Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung aufweist, wobei durch die Einströmöffnung Tinte aus dem Tintenversorgungskanal in den Düsenkanal gepresst und aus diesem ausgestossen werden kann, wobei die Düse ortsfest an einer Seitenwand des Tintenversorgungskanals angeordnet ist und der zumindest einen Düse ein Stössel mit im Tintenversorgungskanal liegender Stösselstirnseite, die der Einströmöffnung beabstandet gegenüber liegt, zugeordnet ist, wobei der Druckkopf erste Mittel umfasst zum Bewegen der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der Düse minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und einem von der Einströmöffnung der Düse maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2), wobei die ersten Mittel die Bewegung einer Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1 ,U2) begrenzen und zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte im Tintenversorgungskanal mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck vorgesehen sind, wobei zumindest ein Satz besagter Düsen vorliegt, der die eine Düse umfasst dadurch gekennzeichnet, dass allen Düsen des einen Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet ist.
2. Druckkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser Null ist.
3. Druckkopf nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der eine Satz Düsen mindestens dreissig Düsen, bevorzugt mindestens fünfzig Düsen, besonders bevorzugt mindestens siebzig Düsen umfasst.
4. Druckkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel zumindest einen ersten und zweiten Aktuator umfassen, wobei der Stössel an einem ersten Abschnitt des Stössels über eine erste Stösselstange mit einem ersten Stellelement des ersten Aktuators und an einem zweiten Abschnitt des Stössels über eine zweite Stösselstange mit einem zweiten Stellelement des zweiten Aktuators wirkverbunden ist, wobei erster und zweiter Abschnitt insbesondere in einer zur Düsenachse der einer Düse des einen Satzes Düsen vertikalen Richtung voneinander beabstandet sind.
5. Druckkopf nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator ausgebildet ist zum Bewegen eines Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen dem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und dem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U2) und der zweite Aktuator ausgebildet ist zum Bewegen eines Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite in dem Tintenversorgungskanal zwischen einem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) und einem von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen maximal beabstandeten Umkehrpunkt (U4).
6. Druckkopf nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktuator die Bewegung des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U3,U4) begrenzt und der erste Aktuator die Bewegung des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite auf eine Bewegung zwischen den Umkehrpunkten (U1 ,U2) begrenzt.
7. Druckkopf nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Umkehrpunktes (U2) als Ausgangspunkt und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U1 ) sowie die Position des Umkehrpunktes (U4) als Ausgangspunkt und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U3) so gewählt sind, dass ein Stösselhub eine vorbestimmte und vorzugsweise im Wesentlichen identisch Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstossen kann.
8. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren so ausgebildet und ansteuerbar sind, dass die Bewegung der Stösselstirnseite durch eine synchrone Bewegung der ersten und zweiten Stösselstange bewirkt wird.
9. Druckkopf nach zumundest einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Stösselstangen jeweils fest mit dem Stössel wirkverbunden sind, bevorzugt über eine formschlüssige Verbindung und/oder über eine stoffschlüssige Verbindung.
10. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel in einem Mittel- und zwei gegenüberliegenden Randbereichen, vorzugsweise entlang einer Längsachse des Stössels, unterteilbar ist, wobei der erste Abschnitt im ersten Randbereich liegt und der zweite Abschnitt in dem vom ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich liegt, wobei der Stössel besonders bevorzugt länglicher Bauart ist.
1 1. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass ein jedes Stellelement als Biegewandler, vorzugsweise als piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet ist.
12. Druckkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U1 ) und am minimal beabstandeten Umkehrpunkt (U3) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser als eine Partikelgrösse der Partikel einer Partikel enthaltenden Tinte ist.
13. Druckkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dritte Mittel vorgesehen sind zum Pumpen der Tinte durch den Tintenversorgungskanal des Druckkopfs, vorzugsweise permanent, insbesondere zumindest im Wirkungsbereich des Stössels in eine Flussrichtung.
14. Druckkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sätze besagter Düsen vorliegen, wobei jeweils allen Düsen des jeweiligen Satzes Düsen jeweils ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet ist.
15. Druckkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand des Tintenversorgungskanals mit zumindest einer jeden Düse des zumindest einen Satzes Düsen einstückig als Düsenplatte ausgebildet ist.
16. Tintenstrahldrucker umfassend mehrere Drückköpfe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tintenstrahldrucker gemeinsame zweite Mittel zum Beaufschlagen der Tinte in einem jeden Tintenversorgungskanal eines jeden Druckkopfes mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck umfasst.
17. Verfahren zur Durchführung von Druckprozessen mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Druckkopfes mit Tintenversorgungskanal, Stössel und Düse mit Düsenkanal und Einströmöffnung die die Verbindung des Düsenkanals zum Tintenversorgungskanal bildet, b) Füllen des Tintenversorgungskanals mit Tinte wobei zumindest während den Zeitintervallen in denen nicht gedruckt werden soll der Tintenversorgungskanal zumindest im Bereich der Einströmöffnung der Düse mit einem Unterdrück relativ zum Umgebungsluftdruck beaufschlagt wird, wodurch ein Ausströmen der Tinte aus dem Düsenkanal auch ohne Verschlusskörper verhindert wird, wobei der Tintenversorgungskanal mit zumindest einem Satz besagter Düsen bereitgestellt wird, der die eine Düse umfasst dadurch gekennzeichnet, dass allen Düsen des einen Satzes Düsen ein einzelner gemeinsamer Stössel zugeordnet wird, wobei zum Ausstössen der Tinte eine Stirnseite des Stössels ausgehend von einem Ausgangspunkt auf alle Einströmöffnungen der Düsen des einen Satzes Düsen zubewegt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite des Stössels lediglich bis zu einem ersten Umkehrpunkt (U1 ) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt wird, wobei am ersten Umkehrpunkt (U1 ) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser Null ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, dass der eine Satz Düsen dreissig Düsen, bevorzugt fünfzig Düsen, besonders bevorzugt siebzig Düsen umfasst.
20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des ersten Umkehrpunktes (U1 ) die Stirnseite des Stössels von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen zu einem zweiten Umkehrpunkt (U2) wegbewegt wird, welcher den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bildet.
21. Verfahren nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Ausgangspunktes und des darauffolgenden Umkehrpunktes (U1 ) so gewählt wird, dass der Stösselhub eine vorbestimmte Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstösst.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel mit zumindest einem ersten und zweiten Aktuator bereitgestellt werden, wobei der Stössel an einem ersten Abschnitt des Stössels über eine erste Stösselstange mit einem ersten Stellelement des ersten Aktuators und an einem zweiten Abschnitt des Stössels über eine zweite Stösselstange mit einem zweiten Stellelement des zweiten Aktuators wirkverbunden ist, wobei erster und zweiter Abschnitt insbesondere in einer zur Düsenachse vertikalen Richtung voneinander beabstandet sind.
23. Verfahren nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite mithilfe des ersten Aktuators lediglich bis zum ersten Umkehrpunkt (U1 ) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt wird und ein Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite mithilfe des zweiten Aktuators lediglich bis zu einem dritten Umkehrpunkt (U3) auf die Einströmöffnung der einen Düse des Satzes Düsen zubewegt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des ersten Umkehrpunkts (U1 ) durch das eine Ende des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite dieser von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen mithilfe des ersten Aktuators zum zweiten Umkehrpunkt (U2) wegbewegt wird, und nach Erreichen des dritten Umkehrpunkts (U3) durch das eine Ende des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite von der Einströmöffnung der einen Düse des einen Satzes Düsen mithilfe des zweiten Aktuators zum vierten Umkehrpunkt (U4) wegbewegt wird, wobei die Umkehrpunkte (U2) und (U4) jeweils den Ausgangspunkt für den darauffolgenden Druckzyklus bilden.
25. Verfahren nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Position des zweiten Umkehrpunktes (U2) und des darauffolgenden ersten Umkehrpunktes (U1 ) und die Position des vierten Umkehrpunktes (U4) und des darauffolgenden dritten Umkehrpunktes (U3) so gewählt werden, dass der Stösselhub eine vorbestimmte und vorzugsweise im Wesentlichen identisch Tintenmenge und damit Tropfengrösse aus einer jeden Düse des einen Satzes Düsen ausstösst.
26. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 22 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Stösselstirnseite durch eine synchrone Bewegung des ersten und zweiten Stösselstange mithilfe des zumindest ersten und zweiten Aktuators bewirkt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte durch den Tintenversorgungskanal gepumpt wird, vorzugsweise permanent.
28. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 27, dass am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und am dritten Umkehrpunkt (U3) der Abstand an jeder Stelle zwischen der Stösselstirnseite und jeder Einströmöffnung einer jeden Düse des einen Satzes Düsen grösser als eine Partikelgrösse der Partikeln einer Partikel enthaltenden Tinte beträgt.
29. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 28 gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Transport zumindest eines Druckmediums entlang einer Transportrichtung, dergestalt, dass das Druckmedium in den Wirkungsbereich des Druckkopfes hinein und aus diesem wieder heraus transportiert wird;
- Beschichten des zumindest einen Druckmediums, indem ein Richtungswechsel des Stössels am ersten Umkehrpunkt (U1 ), oder gegebenenfalls ein Richtungswechsel des einen Endes des ersten Abschnitts der Stösselstirnseite jeweils am ersten Umkehrpunkt (U1 ) und des einen Endes des zweiten Abschnitts der Stösselstirnseite am dritten Umkehrpunkt (U3), mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Frequenz erfolgt.
30. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte eine Suspension, vorzugsweise eine Glasursuspension ist, die besonders bevorzugt ein nicht Newton'sches Fluid ist.
31 . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest eine Druckmedium ein keramischen Druckmedium bereitgestellt wird.
32. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, zur Herstellung eines dreidimensionalen Grünkörpers, umfassend die Schritte: c) Füllen des Tintenversorgungskanals mit Tinte, die ein keramischer und/oder metallischer Schlicker ist; d) Verdrucken des Schlickers auf einer bestimmten Oberfläche zu einer Schicht eines Grünkörpers mit dem Druckkopf durch Ausstössen des Schlickers aus allen Düsen des einen Satzes Düsen mit einer vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Frequenz, und Trocknen der Schicht zu einer Pulverschicht; e) Konsolidieren des Pulvers der Pulverschicht an den dem Querschnitt des Grünkörpers entsprechenden Stellen; f) Wiederholen der Schritte d) und e) bis der Grünkörper hergestellt wurde.
33. Verfahren nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, dass das Konsolidieren durch Aufbringen von Tropfen einer Fixierflüssigkeit an den dem Querschnitt des Grünkörpers entsprechenden Stellen mit einem Tintenstrahl-Druckkopf mit Düsen, bei dem jede einzelne Düse separat ansteuerbar ist.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33 dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierflüssigkeit ein organisches Bindemittel umfasst oder aus diesem besteht.
EP24707430.5A 2023-03-08 2024-02-28 Druckkopf für einen tintenstahldrucker, insbesondere zum beschichten von druckmedien Pending EP4676652A1 (de)

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