ES2272168A1 - Procedimiento y dispositivo para impresion por micro-gotas de espuma. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y dispositivo para impresión por micro-gotas de espuma. La presente invención describe un procedimiento y un dispositivo para la impresión utilizando micro-gotas de una espuma de tinta producida antes de la emisión de la gota por parte del sistema de inyección, también objeto de la presente invención, o bien durante el vuelo de la micro-gota desde su emisión hasta su impacto sobre la superficie a imprimir.
Description
Procedimiento y dispositivo para impresión por
micro-gotas de espuma.
La presente invención describe un procedimiento
y un dispositivo para la impresión utilizando
micro-gotas de una espuma de tinta producida antes
de la emisión de la gota por parte del sistema de inyección,
también objeto de la presente invención, o bien durante el vuelo de
la micro-gota desde su emisión hasta su impacto
sobre la superficie a imprimir.
La impresión por chorro de tinta (bien por
chorro continuo, continuous ink jet -CIJ-, o por gota a
gota, drop on demand -DOD-) es la vía más común de impresión
sin contacto (non-contact printing). El
chorro o las gotas de tinta pueden dirigirse al punto donde se
desea depositar la tinta mediante movimiento de la cabeza de
emisión, mediante campos eléctricos, o por movimiento del sustrato
sobre el que desea imprimirse.
Hasta ahora, todas las técnicas de impresión por
chorro de tinta, bien CIJ o DOD, emplean tinta líquida de una sola
fase o, en su caso, emulsiones y suspensiones; es general la
ausencia de burbujas de aire u otro gas. De hecho, la presencia de
burbujas en el sistema de impresión es considerada muy indeseable,
pues lleva consigo deficiencias de funcionamiento del sistema y
falta de calidad de la impresión. La tinta líquida debe tener una
formulación muy cuidadosa porque no debe secarse o solidificarse
demasiado pronto, lo que obstruiría los inyectores, ni demasiado
tarde, lo que implicaría una alta probabilidad de difusión en la
matriz del sustrato, dispersión o corrimiento superficial, etc.
Además, la velocidad de impresión demandada por los usuarios, cada
vez mayor, implica una velocidad de impacto de las microgotas con
el sustrato también creciente. Ello determina una alta probabilidad
de salpicaduras (splashing) que deterioran la calidad de
impresión. Por otro lado, las formulaciones de las tintas llegan a
ser costosas, y la duración de los recambios de tinta
escasa.
escasa.
Figura 1.- (a) Eyección directa de las
micro-gotas desde un recipiente en el que se
contiene la micro-espuma previamente formada; (b)
Producción de la gota de micro-espuma por eyección
desde un capilar de un flujo ordenado de émbolos sucesivos de
liquido y gas inyectados desde dos entradas, que pueden estar
controladas electrónicamente; (c) Producción de la gota de
micro-espuma en la boca de descarga de dos
capilares por los que circula el líquido y el gas separadamente;
(d) Producción de la gota de micro-espuma por
ebullición de la tinta o precipitación de un gas o vapor disuelto
en ella al ser dicha gota eyectada desde un recipiente o capilar
donde se halla almacenado el líquido a mayor presión que la
ambiente.
Figura 2.- Eyección de la gota de
micro-espuma desde un capilar por la aplicación de
un impulso suficiente ejercido sobre la columna de
micro-espuma.
Figura 3.- Eyección de la gota de
micro-espuma por el arrastre aerodinámico producido
por la corriente confluente de un gas.
Figura 4.- Eyección de las gotas de
micro-espuma por fuerzas electrostáticas aplicadas
al extremo de un conducto capilar por el que circula la
micro-espuma; (a) La diferencia de potencial
electrostático se produce entre la boca del conducto capilar de la
micro-espuma y la superficie de impresión; (b) La
diferencia de potencial electrostático se produce entre la boca del
conducto capilar de la micro-espuma y un electrodo
perforado por el que pasan las gotas de
micro-espuma.
Es objeto de la invención un procedimiento para
impresión caracterizado por el uso de micro-gotas
de espuma, estando dichas micro-gotas integradas por
un fluido bifásico, que es estable durante el tiempo que transcurre
desde la producción de la gota hasta su impacto sobre el sustrato
de impresión, compuesto por un líquido de impresión o tinta que
lleva suspendida una densa distribución de
micro-burbujas de gas, de manera que la proporción
de volumen de gas en las microburbujas sobre el volumen total de la
gota es superior a un 40% e inferior a un 99%, estando
preferentemente entre el 70% y el 80%, e impulsándose dichas gotas
hacia la superficie de impresión por medios mecánicos,
aerodinámicos, electrostáticos, electromagnéticos o una combinación
de
éstos.
éstos.
Otra variante de la invención es un
procedimiento para impresión según descrito anteriormente,
caracterizado porque dichas micro-gotas son
extraídas sucesivamente de un recipiente de almacenamiento de la
espuma conforme lo demande el proceso de impresión (Fig. 1a).
Asimismo se da a conocer un procedimiento para
impresión según se ha descrito arriba, caracterizado porque dichas
micro-gotas son emitidas por el extremo de un tubo
capilar por el que circula un flujo bifásico ordenado de tinta y
gas.
Formas más específicas de la invención conducen
a procedimientos según lo anterior, en los que dicho flujo bifásico
en el tubo capilar consta de sucesivos paquetes columnares de tinta
y de gas regularmente distribuidos (Fig. 1b), de tal forma que
dicho flujo bifásico en el tubo capilar se obtiene mediante la
inyección simultánea de gas y tinta a través de dos entradas que
confluyen en dicho capilar, que puede ser producido mediante un
sistema de control electrónico.
En otra variante, se describe un procedimiento
para impresión según la reivindicación 1, caracterizado porque
dichas micro-gotas se producen en una boca de
emisión en la que confluyen dos corrientes separadas de tinta y gas
(Fig. 1c), que pueden circular en disposición concéntrica,
excéntrica, o tangencial previamente a su mezclado en la boca de
emisión.
Una modalidad adicional se basa en que dichas
micro-gotas para la impresión son generadas por
ebullición de la tinta o precipitación de algún gas o vapor
disuelto en la tinta (Fig 1d), bien en el momento de ser expulsada
la gota de tinta o previamente a su expulsión, a lo largo de los
canales de expulsión. La gota es eyectada desde un recipiente o
capilar donde se halla almacenado el líquido a mayor presión que la
ambiente.
La presente invención describe un nuevo modo de
producir el depósito de tinta sobre el sustrato, mediante
microgotas espumosas. En particular, se puede considerar el caso de
una espuma de burbujas idénticas a las producidas por ciertos
sistemas microfluídicos. La tecnología conocida como "Flow
Focusing" produce micro-burbujas de tamaño
homogéneo (Gañán-Calvo y Gordillo 2001, Phys Rev
Lett 87, 274501) que pueden ser recogidas para formar
micro-espumas monodispersas (de tamaño uniforme).
Otras técnicas microfluídicas de producción de burbujas son
descritas en Gordillo, Cheng, Gañán-Calvo, Marquez y
Weitz, "A new device for the generation of microbubbles",
Physics of Fluids, 16(8):2828-2834,
2004 o en Takeuchi, Garstecki, Weibel y Whitesides, "An
axisymmetric flow-focusing microfluidic device",
Advanced Materials, vol. 17, no. 8, pp.
1067-1072, 2005. Véanse fundamentos de la
producción de espumas en Durian, D.J. y Weitz, D.A., "Foams",
en Kirk-Othmer Enciclopedia of Chemical
Technology, 4th edition, Vol. 11, 783-805
(1994). Las espumas caracterizadas por una relación de volumen de
gas a volumen total igual 0.74 (relación de máximo empaquetamiento
de esferas idénticas) determinan ventajas adicionales en cuanto a
la plasticidad de la microespuma, rápida tendencia a la ordenación
micro-cristalina dentro de la gota, etc.
Las ventajas para la impresión que ofrece una
microgota de espuma con respecto a una micro-gota
maciza son inmediatas y perfectamente comprensi-
bles:
bles:
- -
- La inercia de la gota de espuma es muchas veces inferior a la de una gota maciza de igual tamaño. Su impacto sobre el sustrato reduce enormemente la huella y el corrimiento, permitiendo una mucho más fácil impresión tridimensional (en el caso de prototipaje rápido o rapid prototyping) con tintas de formulación más variada.
- -
- La gota de espuma retiene por capilaridad la tinta, que por tanto no tiene tanta tendencia a difundirse por capilaridad en la matriz del sustrato. Esto permite utilizar una mucho mayor variedad de sustratos sobre los que se puede imprimir.
- -
- La gota de espuma da lugar a un enorme ahorro de tinta.
Éstas son las tres ventajas fundamentales del
sistema propuesto en la presente invención.
Una gota de espuma de tinta puede producirse de
diversos modos:
- -
- Por expulsión de una pequeña cantidad de espuma desde un recipiente donde previamente se contiene, o se produce, la espuma de tinta.
- -
- Por expulsión desde un pequeño capilar donde se produce un flujo bifásico tinta-gas, que puede ser altamente ordenado (émbolos de tinta y de gas regularmente distribuidos a lo largo del micro-canal) e incluso controlado electrónicamente, por inyección simultánea de gas y tinta a través de dos entradas que confluyen en dicho capilar.
- -
- Por expulsión simultánea (de forma concéntrica, excéntrica o tangencial) de la tinta y el gas.
- -
- Por ebullición de la tinta o precipitación de algún gas o vaporque contenga disuelto la tinta, bien en el momento de ser expulsada la gota de tinta o previamente a su expulsión, a lo largo de los canales de expulsión.
Una vez que la gota de tinta es producida en la
salida del inyector, debido a su menor inercia y a la importancia
acrecentada de la tensión superficial, debe cuidarse especialmente
el modo de lanzarla contra el sustrato. Pueden emplearse varias
técnicas:
- -
- Se dota a la espuma expulsada de velocidad suficiente como para que se forme una gota cuya inercia la arranca de la superficie y la dirige hacia el sustrato. Las superficies a la salida del inyector se pueden tratar de manera que sean suficientemente hidrófobas y faciliten la liberación de la gota de tinta (ver Figura 2).
- -
- Se produce una corriente de gas (e.g. aire) alrededor del punto de inyección o de salida de la espuma, de manera que el tamaño de la gota producida y arrastrada por dicha corriente es función de la velocidad del gas y de la geometría local del punto de salida de la espuma (ver Figura 3).
- -
- Se produce una diferencia de potencial eléctrico entre la salida de la espuma y el sustrato, o bien entre la salida de la espuma y un electrodo dotado de una abertura para que pase la gota. Puede incluso engendrarse un menisco de microespuma con forma cónica (similar al que se produce en un líquido monofásico -electrospray- cuando es expulsado lentamente a través de un tubo capilar electrificado), de cuyo vértice puede emanar un pequeño chorro que se rompe en gotas de espuma [Figuras 4 (a) y (b)].
Ejemplo
1
Se hace circular un flujo bifásico ordenado de
líquido y aire por un capilar de silica (Polymicro Inc.) de 365
micras de diámetro exterior y 40 micras de diámetro interior, y 30
mm de longitud. El líquido es una tinta (Parker Quink negra) con un
15% de glicerina y un 0.1% de Tween 80. El flujo bifásico ordenado
se produce enfrentando el extremo de entrada del tubo capilar a
otro capilar igual al anterior, por el que se impulsa el gas, de
manera que la distancia entre la boca de entrada del primero y la
de descarga del segundo es aproximadamente 35 micras, y estando
alineados los ejes de ambos tubos. Es condición fundamental en este
ejemplo que dichas bocas de entrada y descarga de los dos capilares
mencionados estén contenidas en planos o superficies suficientemente
planas perpendiculares al eje de dichos tubos. El líquido se
impulsa a través del espacio que queda entre las bocas de los tubos
anteriormente mencionados. El caudal de la tinta es de 3 mililitros
por hora, y el de gas de 7 mililitros por hora medidos en
condiciones de presión y temperatura estándar. La salida del tubo
capilar por el que circula el flujo bifásico se rodea
concéntricamente por un conducto de 2 milímetros de diámetro
interior, de manera que la salida del tubo capilar queda 2
milímetros atrasada respecto de la salida del conducto exterior
concéntrico, y se hace circular una corriente de gas por dicho
conducto, a velocidades entre 10 y 200 metros por segundo. En las
condiciones anteriormente descritas, se observa cómo se produce la
eyección continua de micro-gotas de
micro-espuma cuyo tamaño y frecuencia de producción
vienen controlados por la velocidad del gas en el conducto
concéntrico.
concéntrico.
Claims (11)
1. Procedimiento para impresión
caracterizado por el uso de micro-gotas de
espuma, estando dichas micro-gotas integradas por un
fluido bifásico compuesto por un líquido de impresión o tinta que
lleva suspendida una densa distribución de
micro-burbujas de gas, de manera que el volumen de
gas en las microburbujas es superior a un 40% e inferior a un 99%
del volumen total de la gota, estando preferentemente entre el 70%
y el 80%, e impulsándose dichas gotas hacia la superficie de
impresión por medios mecánicos, aerodinámicos, electrostáticos,
electromagnéticos o una combinación de éstos.
2. Procedimiento para impresión según las
reivindicación 1, caracterizado porque dichas
micro-gotas son extraídas sucesivamente de un
recipiente de almacenamiento de la espuma con arreglo a lo
demandado por el proceso de impresión.
3. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichas
micro-gotas son emitidas por el extremo de un tubo
capilar por el que circula un flujo bifásico ordenado de tinta y
gas.
4. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 3, caracterizado porque dicho flujo bifásico
en el tubo capilar consta de sucesivas columnas de tinta y de gas
regularmente distribuidas.
5. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 3 o 4, caracterizado porque dicho flujo
bifásico en el tubo capilar se obtiene mediante la inyección
simultánea de gas y tinta a través de dos entradas que confluyen en
dicho capilar.
6. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 3, 4 o 5, caracterizado porque dicho flujo
bifásico ordenado es producido mediante un sistema de control
electrónico.
7. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichas
micro-gotas se producen en una boca de emisión en la
que confluyen dos corrientes separadas de tinta y gas.
8. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 7, caracterizado porque dichas corrientes
separadas de tinta y gas circulan en disposición concéntrica
previamente a su mezclado en la boca de emisión.
9. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 7, caracterizado porque dichas corrientes
separadas de tinta y gas circulan en disposición excéntrica
previamente a su mezclado en la boca de emisión.
10. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 7, caracterizado porque dichas corrientes
separadas de tinta y gas circulan en disposición tangencial
previamente a su mezclado en la boca de emisión.
11. Procedimiento para impresión según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichas
micro-gotas son generadas por ebullición de la tinta
o precipitación de algún gas o vapor disuelto en la tinta, bien en
el momento de ser expulsada la gota de tinta o previamente a su
expulsión, a lo largo de los canales de expulsión.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200501652A ES2272168B1 (es) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Procedimiento y dispositivo para impresion por micro-gotas de espuma. |
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| ES200501652A ES2272168B1 (es) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Procedimiento y dispositivo para impresion por micro-gotas de espuma. |
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| ES2272168B1 ES2272168B1 (es) | 2008-04-16 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10369579B1 (en) | 2018-09-04 | 2019-08-06 | Zyxogen, Llc | Multi-orifice nozzle for droplet atomization |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9091434B2 (en) | 2008-04-18 | 2015-07-28 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Meso-scaled combustion system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2971458A (en) * | 1957-12-30 | 1961-02-14 | Interchem Corp | Process of coloring textile materials |
| ES2158741A1 (es) * | 1997-12-17 | 2001-09-01 | Univ Sevilla | Dispositivo de sipersion de un fluido en otro inmiscible en forma de microgotas o microburbujas de tamaño uniforme. |
| ES2175828T3 (es) * | 1997-12-17 | 2002-11-16 | Univ Sevilla | Metodo de produccion de gotitas huecas. |
-
2005
- 2005-06-30 ES ES200501652A patent/ES2272168B1/es active Active
-
2006
- 2006-05-23 WO PCT/ES2006/000282 patent/WO2007003667A1/es active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2971458A (en) * | 1957-12-30 | 1961-02-14 | Interchem Corp | Process of coloring textile materials |
| ES2158741A1 (es) * | 1997-12-17 | 2001-09-01 | Univ Sevilla | Dispositivo de sipersion de un fluido en otro inmiscible en forma de microgotas o microburbujas de tamaño uniforme. |
| ES2175828T3 (es) * | 1997-12-17 | 2002-11-16 | Univ Sevilla | Metodo de produccion de gotitas huecas. |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| GARSTECKI, GAЇN CALVO, WHITESIDES,"Formation of Bubbles and Droplets in Microfluidic Systems", Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 2005, vol. 53, n‘ 4, pßginas 361-372. * |
| GARSTECKI, GAÑÁN CALVO, WHITESIDES,"Formation of Bubbles and Droplets in Microfluidic Systems", Bulletin of the Polish Academy of Sciences, 2005, vol. 53, nº 4, páginas 361-372. * |
| GORDILLO, CHENG, GAЇN CALVO, M‡RQUEZ, WEITZ, "A New Device for the Generation of Microbubbles", Physics of Fluids, Agosto 2004, vol. 16, n‘ 8, pßginas 2828-2834. * |
| GORDILLO, CHENG, GAÑÁN CALVO, MÁRQUEZ, WEITZ, "{}A New Device for the Generation of Microbubbles", Physics of Fluids, Agosto 2004, vol. 16, nº 8, páginas 2828-2834. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10369579B1 (en) | 2018-09-04 | 2019-08-06 | Zyxogen, Llc | Multi-orifice nozzle for droplet atomization |
Also Published As
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|---|---|
| ES2272168B1 (es) | 2008-04-16 |
| WO2007003667A1 (es) | 2007-01-11 |
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