ES2325837T3 - Sistema y procedimiento de alimentacion de tinta a un cabezal de impresion de vaiven en un aparato de impresion por inyeccion de tinta. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de circulación de tinta (1) para uso en un aparato de impresión por inyección de tinta, incluyendo el sistema de circulación de tinta: - un cabezal de impresión por inyección de tinta (10); - un depósito de suministro secundario (20) para contener un suministro de una tinta al cabezal de impresión por inyección de tinta (10); - un depósito de retorno secundario (30) para contener un excedente de la tinta no usada por el cabezal de impresión por inyección de tinta (10); - un primer recorrido de fluido que acopla el depósito de suministro secundario (20) con el cabezal de impresión por inyección de tinta (10) y con el depósito de retorno secundario (30) para proporcionar un flujo de tinta desde el depósito de suministro secundario (20) al cabezal de impresión por inyección de tinta (10) y al depósito de retorno secundario (30); - un segundo recorrido de fluido que acopla el depósito de retorno secundario (30) con el depósito de suministro secundario (20) para alimentar la tinta desde el depósito de retorno secundario (30) de nuevo al depósito de suministro secundario (20); caracterizado porque el sistema incluye además un carro para movimiento alternativo a través de un medio de impresión, donde el depósito de suministro secundario (20), el cabezal de impresión por inyección de tinta (10), el depósito de retorno secundario (30) y el primer recorrido de fluido se soportan en el carro.
Description
Sistema y procedimiento de alimentación de
tinta a una cabezal de impresión de vaivén en un aparato de
impresión por inyección de tinta.
La presente invención se refiere a aparatos de
deposición de gotitas y especialmente a aparatos de impresión por
inyección de tinta. La invención se refiere más específicamente a
sistemas de distribución de tinta para impresoras de inyección de
tinta.
Se usan impresoras para imprimir la salida de
ordenadores o dispositivos de tipo similar que generan información,
sobre un medio de registro tal como papel. Los tipos de impresoras
comúnmente disponibles incluyen impresoras de impacto, impresoras
láser e impresoras de inyección de tinta. El término "inyección de
tinta" abarca varios procesos físicos y hardware, pero
básicamente estas impresoras transfieren tinta desde un suministro
de tinta al medio de registro en una configuración de finas gotas
de tinta. Los cabezales de impresión por inyección de tinta
producen gotas de forma continua o a demanda. "De forma
continua" significa que se crea una corriente continua de gotas
de tinta, por ejemplo, presurizando el suministro de tinta. "A
demanda" difiere de "continuo" en que las gotas de tinta
solamente son expulsadas de un cabezal de impresión por manipulación
de un proceso físico para superar momentáneamente las fuerzas de
tensión superficial que mantienen la tinta en el cabezal de
impresión. La tinta se mantiene en una boquilla, formando un
menisco. La tinta permanece en posición a no ser que alguna otra
fuerza supere las fuerzas de tensión superficial que son inherentes
al líquido. La práctica más común es elevar de repente la presión
de la tinta, expulsándola de la boquilla. Una categoría de
cabezales de impresión por inyección de tinta de gota a demanda usa
el fenómeno físico de electroestricción, un cambio en la dimensión
del transductor en respuesta a un campo eléctrico aplicado. La
electroestricción es más fuerte en materiales piezoeléctricos y por
lo tanto estos cabezales de impresión se denominan cabezales de
impresión piezoeléctricos. El cambio dimensional muy pequeño del
material piezoeléctrico se implementa en una zona grande para
generar un cambio de volumen que es suficientemente grande para
expulsar una gota de tinta de una cámara pequeña. Un cabezal de
impresión piezoeléctrico incluye múltiples pequeñas cámaras de
tinta, dispuestas en serie, teniendo cada una una boquilla
individual y un porcentaje de zona de pared transformable para
crear los cambios de volumen requeridos para expulsar una gota de
tinta de la boquilla, según los principios de la
electroestricción.
La presente invención se refiere a la forma en
que se suministra tinta a las cámaras de tinta, el acondicionamiento
de la tinta y el impacto del acondicionamiento de la tinta en la
operación de un cabezal de impresión por inyección de tinta.
Es conocido que la presencia de burbujas de aire
en la cámara de tinta de un cabezal de impresión piezoeléctrico a
menudo produce el fallo operativo del cabezal de impresión. Si hay
aire en la cámara de tinta, los cambios de presión previstos
resultantes de la deformación piezoeléctrica de parte de las paredes
de la cámara de tinta serán absorbidos por el aire, sin que quede
afectada la presión de la tinta. La fuerza de tensión superficial
de la tinta en la boquilla mantiene el menisco y no se expulsarán
gotas de la cámara de tinta. A las frecuencias a las que operan los
transductores piezoeléctricos en el cabezal de impresión
piezoeléctrico, es decir, en el rango de khz a Mhz, no solamente
las burbujas de aire, sino también el aire disuelto en la tinta
pueden producir fallo operativo, como se ha descrito anteriormente.
En la técnica anterior, se han descrito conceptos para evitar
burbujas de aire en la cámara de tinta creando una trampa de aire
hacia arriba de la cámara de tinta, es decir, antes de que la tinta
entre en la cámara de tinta. Se han propuesto soluciones en
EP-A-0 714 779 y US 4.929.963 en
forma de amortiguadores de aire o separadores de gases que permiten
que las burbujas de aire suban y sean evacuadas de la tinta en un
depósito intermedio antes de que la tinta sea suministrada al
cabezal de impresión. En US 5.771.052 se describe un tubo
desaireador como una parte interna de un cabezal de impresión por
inyección de tinta. El tubo desaireador es una membrana tubular
permeable al aire e impermeable a la tinta que permite sacar aire
de la tinta, a través de la membrana, mediante una fuente de
vacío.
vacío.
Un segundo punto de atención en los sistemas de
suministro de tinta es la presión en la boquilla, que es crítica
para un cabezal de impresión bien sintonizado y de buen
funcionamiento. Los cabezales de impresión por inyección de tinta
operan mejor a una presión ligeramente negativa de la boquilla o
contrapresión. En la práctica esto se logra a menudo manteniendo
una diferencia de altura entre la superficie libre de tinta en un
depósito ventilado de suministro de tinta y el menisco en la
boquilla. Es decir, la superficie libre de tinta en el depósito de
suministro ventilado se mantiene gravimétricamente un par de
centímetros por debajo del nivel del menisco en la boquilla. Esta
diferencia de altura establece una diferencia de presión
hidrostática para controlar la contrapresión en la boquilla. En
configuraciones de cabezal de impresión alternativo el depósito de
suministro de tinta está situado fuera del eje, es decir, sin
exploración, porque de otro modo la posición bajada del depósito de
suministro de tinta en función del cabezal de impresión interferiría
con el recorrido de transporte del medio de impresión. Se usan
tubos flexibles para conectar el depósito de suministro de tinta
fuera del eje con el cabezal de impresión en el eje, como se
describe, por ejemplo, en US 4.929.963. Durante la aceleración y
deceleración del cabezal de impresión, en los tubos se crean ondas
de presión que pueden perturbar de forma significativa el
equilibrio de presión en el menisco y pueden dar lugar a goteo de la
boquilla en el caso de una disminución de presión negativa, o a la
rotura del menisco en el caso de un aumento de la presión negativa
y entrada de aire en el canal de tinta. Se han propuesto muchos
acercamientos para controlar la contrapresión en aplicaciones de
cabezales de impresión alternativos. En EP-A- 1 120
257 y US 6.485.137 se describen mecanismos de regulación de
contrapresión en forma de amortiguadores o reductores de presión
montados conjuntamente con el cabezal de impresión en el carro
alternativo. Para aceleraciones y deceleraciones del carro por
encima de 1G, el tiempo de respuesta de estos dispositivos es
insuficiente. En EP-A- 1 142 713 se usa un depósito
secundario ventilado. El depósito secundario sirve como un depósito
local de tinta cerca del cabezal de impresión y se llena
intermitentemente desde un depósito principal situado fuera del eje.
La solución proporciona un mejor control de la contrapresión de la
boquilla manteniendo una diferencia local de presión hidrostática
entre la superficie libre de tinta del depósito secundario ventilado
y el menisco.
Aunque las propiedades de la tinta de inyección
se pueden controlar bien en la fabricación y mantener a un nivel
razonable durante el transporte y almacenamiento, algunas
propiedades de la tinta se pueden degradar cuando la tinta se usa
en un sistema de tinta o mantienen en el cabezal de impresión. Por
ejemplo, las tintas de inyección conteniendo COVs (compuestos
orgánicos volátiles) a menudo experimentan evaporación de algunos
COVs en el menisco de tinta en la boquilla. La viscosidad de la
tinta cambiará localmente en la boquilla, lo que tiene un efecto
negativo en sus propiedades de expulsión y potencialmente dan lugar
a fallo de la boquilla. El tiempo que tarda una tinta en degradarse
dando lugar a un fallo de la boquilla, se denomina a menudo su
período de latencia. Los problemas de latencia se evitan o
solucionan a menudo mediante el mantenimiento regular de las
boquillas, por ejemplo purgando la boquilla de modo que entre tinta
"nueva" en la boquilla. Junto a estos problemas, se ha hallado
que si el tiempo de retención de tinta en un sistema de suministro
de tinta es demasiado largo, por ejemplo durante interrupciones de
la producción o durante la noche, se pueden producir efectos como
sedimentación de dispersiones, auto-curado, etc. En
muchos casos, una operación fiable de una impresora de inyección de
tinta después de una interrupción de la producción o parada de la
producción solamente se logra después de un amplio procedimiento de
arranque, incluyendo la purga de una cantidad significativa de
tinta degradada retenida en todo o en parte del sistema de
suministro de tinta para asegurar que la tinta en las cámaras de
tinta del cabezal de impresión sea de buena calidad y funcione
fiablemente en el cabezal de impresión. A menudo estas cantidades
de tinta purgada no son reutilizables dentro de la preparación de
la impresora. EP-A- 0 968 827 describe un sistema de
circulación de tinta donde una mezcla de un disolvente de tinta y
una tinta más espesa es gestionada para uso en diferentes
condiciones operativas, por ejemplo lavado inicial, impresión o
limpieza del cabezal de impresión.
Para equipo impresor de inyección de tinta de
tipo profesional, donde son de la máxima importancia las altas
velocidades de impresión y la fiabilidad, el acondicionamiento de la
tinta es crítico. Las soluciones propuestas en la técnica anterior
solamente resuelven parcialmente algunos de los problemas descritos
anteriormente. Por lo tanto, un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de tinta, incorporado en una impresora de
inyección de tinta, que pone la tinta en condición óptima
inmediatamente después del arranque y la mantiene en condición
óptima durante la impresión.
Uno de los retos al controlar las condiciones
operativas de un sistema de tinta en configuraciones alternativas
de cabezales de impresión se refiere al control de la contrapresión
en el cabezal de impresión mientras imprime y va de un lado al otro
en un carro, como ya se ha explicado en la sección "Antecedentes
de la invención". La invención proporciona una respuesta a este
reto poniendo todos los componentes del sistema de tinta que
suministran directamente y/o recuperan la tinta a y/o del cabezal de
impresión sobre el carro para movimiento alternativo junto con el
cabezal de impresión. En una realización de la invención, esto se
lleva a cabo proporcionando un sistema de circulación de tinta
según la reivindicación 1. Un segundo recorrido de fluido acopla el
depósito de retorno secundario con el depósito de suministro
secundario y alimenta la tinta del depósito de retorno secundario
de nuevo al depósito de suministro secundario. El segundo recorrido
de fluido puede estar situado fuera del eje y tener conexiones
flexibles con los componentes del sistema de tinta en el carro, o
también puede estar situado en el carro.
Una ventaja de la invención es que se minimiza
la cantidad de tubos a y del cabezal de impresión, generalmente
conocido como uno de los componentes que introducen ondas de presión
en la tinta como resultado de la aceleración y deceleración del
carro.
Características específicas de otras
realizaciones preferidas de la invención se exponen en las
reivindicaciones dependientes.
Otras ventajas y realizaciones de la presente
invención serán evidentes por la descripción siguiente y los
dibujos.
La figura 1 representa una vista esquemática de
una primera realización de un sistema de tinta según la presente
invención.
La figura 2A, 2B y 2C muestran la superficie
libre de tinta en un depósito secundario en aceleración o
deceleración y la posición preferida de entradas y salidas de tinta
del depósito secundario.
La figura 3 representa una vista esquemática de
una realización alternativa de un depósito secundario.
La figura 4 representa una vista esquemática de
una realización de un sistema de tinta en carro según la invención,
adecuado para conectar un cabezal de impresión del tipo de disparo
de extremo.
La figura 5 representa el flujo de tinta a
través de un cabezal de impresión en función de la diferencia de
presión entre el depósito de retorno secundario y el depósito de
suministro secundario, en una realización específica de la
invención.
La figura 6 representa la eficiencia de
extracción de gas disuelto en función del flujo de tinta a través
de la unidad de desgasificación activa, en un ejemplo no
reivindicado.
La figura 7 representa una realización
alternativa de una unidad de desgasificación.
La figura 8 representa una realización
alternativa de relleno del sistema de tinta con tinta nueva.
La figura 9 representa una realización
alternativa de un sistema de circulación de tinta, especialmente
adecuado para configuraciones de múltiples cabezales de
impresión.
La figura 10 representa una realización
alternativa de un sistema de circulación de tinta con una operación
mejorada de una unidad de desgasificación.
La figura 11 representa una realización de una
unidad de desgasificación con una conexión de vacío controlable.
La aplicabilidad de la presente invención es de
amplio alcance.
La invención se puede aplicar en impresoras con
configuraciones de cabezal de impresión alternativo conocidas en el
mercado SOHO, es decir, las impresoras de inyección de tinta para
oficinas y domésticas, y el mercado de formato ancho, por ejemplo
para aplicaciones de punto de venta, publicidad, etc. En estos tipos
de aparatos de impresión, los cabezales de impresión por inyección
de tinta se mueven en una primera dirección, la dirección de
exploración rápida, a través del medio de registro, mientras
imprimen gotas de tinta sobre el medio de registro. Entre dos
operaciones de exploración rápida, el medio de registro es enviado
en una segunda dirección, la dirección de exploración lenta
perpendicular a la dirección de exploración rápida, con el fin de
presentar una parte no impresa del medio de registro debajo de la
trayectoria de impresión en exploración rápida del cabezal de
impresión. Se pueden montar múltiples cabezales de impresión sobre
un solo carro que se mueve de un lado al otro a lo largo de la
dirección de exploración rápida. Se han descrito y están disponibles
comercialmente numerosas configuraciones de impresora y métodos de
impresión incluyendo cabezales de impresión alternativos.
En contraposición a las configuraciones de
cabezal de impresión alternativo, también se conocen configuraciones
de matriz fija. En la configuración de matriz fija, los cabezales
de impresión son estacionarios y solamente el medio de registro es
movido en una dirección de alimentación mientras que los cabezales
de impresión están imprimiendo. Los cabezales de impresión
estacionarios pueden imprimir un renglón específico del medio de
registro, por ejemplo para impresión de datos variables de
etiquetas de nombre y dirección dentro de una zona dedicada en
forma preimpresa, o los cabezales de impresión estacionarios se
pueden disponer en una matriz para imprimir páginas a lo ancho, por
ejemplo para impresión digital de material de empaquetado o
etiquetas en una prensa digital de pasada única.
A excepción de los aparatos de impresión SOHO,
casi todos los aparatos de impresión por inyección de tinta usan un
sistema de tinta que distribuye tinta desde un depósito sustituible
de suministro de tinta a los cabezales de impresión por inyección
de tinta. La tinta es expulsada como gotitas individuales por las
boquillas del cabezal de impresión, según una configuración
predefinida. Dependiendo de la aplicación, esta configuración puede
representar una imagen en una aplicación de impresión de pósters,
una estructura conductora en una aplicación para electrónica
impresa, pistas de cola en una aplicación de unión, etc. La presente
invención puede ser implementada en cualquiera de estos aparatos de
impresión por inyección de tinta.
Impresión por inyección de tinta es un término
genérico para varias tecnologías de impresión diferentes que
expulsan gotas de tinta por una boquilla de cabezal de impresión en
la dirección de un medio de registro. Las tecnologías más
importantes de cabezales de impresión por inyección de tinta de hoy
día incluyen inyección continua de tinta, inyección térmica de
gotas de tinta a demanda e inyección piezoeléctrica de gotas de
tinta a demanda. Dentro de la tecnología de inyección de gotas de
tinta a demanda podemos distinguir además entre cabezales de
impresión del tipo de disparo de extremo, cabezales de impresión del
tipo de disparo lateral y cabezales de impresión del tipo de flujo,
dependiendo de su diseño. Los cabezales de impresión de disparo de
extremo se caracterizan por tener las boquillas en el extremo de las
cámaras de tinta, mientras que los cabezales de impresión de
disparo lateral se caracterizan por tener sus boquillas en un lado
de las cámaras de tinta. Los cabezales de impresión de disparo de
extremo y de disparo lateral requieren una conexión de tinta para
proporcionar la tinta mediante un colector de tinta a una pluralidad
de cámaras de tinta individuales cada una de las cuales tiene
medios de accionamiento para expulsar una gota de tinta a través de
su boquilla. La tinta suministrada al cabezal de impresión es
retenida en el cabezal de impresión hasta que es expulsada de una
boquilla. Por otra parte, los cabezales de impresión de flujo se
caracterizan por tener un flujo continuo de tinta a través de las
cámaras de tinta, es decir, la tinta fluye mediante una entrada de
tinta a un colector de suministro, a través de una pluralidad de
cámaras de tinta individuales, que terminan en un colector desde
donde la tinta sale del cabezal de impresión mediante una salida de
tinta. Solamente una pequeña parte del volumen de tinta que fluye
de forma continua a través de las cámaras de tinta, se usa para
expulsar gotas de tinta de la boquilla, por ejemplo menos de 10%.
También se conocen diseños híbridos de cabezales de impresión, por
ejemplo cabezales de impresión del tipo de disparo de extremo donde
el colector de tinta tiene una entrada de tinta y una salida de
tinta. Aquí la tinta contenida en las cámaras de tinta de disparo de
extremo es retenida en el cabezal de impresión hasta que se usa; la
tinta en el colector de tinta puede ser refrescada de forma
continua.
La presente invención es independiente de la
tecnología del cabezal de impresión por inyección de tinta o del
tipo de cabezal de impresión. Aunque las realizaciones descritas en
detalle en las secciones siguientes de la descripción detallada
tratarán principalmente de cabezales de impresión de tipo
piezoeléctrico híbrido, es decir, un disparador de extremo con
características de flujo pasante, la invención es igualmente
aplicable a otro tipo de cabezal de impresión, como será evidente
por la descripción siguiente.
Las "tintas" usadas para procesos de
impresión por inyección de tinta ya no se limitan a material de
impresión en color para reproducción de imágenes, sino que hoy día
incluyen también materiales estructurantes para la impresión de
pantallas OLED, materiales conductores electrónicos para etiquetas
RFID impresas, materiales adhesivos, etc. Especialmente la
tecnología piezoeléctrica de inyección de tinta se utiliza a menudo
para lanzar varios materiales líquidos distintos de tintas de
impresión tradicionales porque la física que subyace a la inyección
de tinta piezoeléctrica, es decir, la electroestricción, no impone
limitaciones a la composición química del material líquido a
lanzar. Éste no es el caso de la tecnología de inyección de tinta
térmica que requiere una "evaporación" local de la tinta, o la
tecnología de inyección de tinta continua que requiere la "carga
electrostática" de las gotas de tinta.
Desde el punto de vista de la composición
química, las tintas de inyección se clasifican a menudo en familias
en base al material de soporte, por ejemplo agua, usado para
soportar el material funcional, por ejemplo pigmentos. Los ejemplos
de familias de tintas basadas en el soporte usado incluyen tintas a
base de agua, tintas de disolvente, tintas a base de aceite, tintas
curables UV o EB, tintas de fusión en caliente, y tintas
eco-solvente y bio recientemente introducidas
dirigidas al uso inocuo para el medio ambiente.
Por la explicación en los antecedentes de la
invención se sabe que el rendimiento y la fiabilidad de los sistemas
de impresión por inyección de tinta aumentan con el uso de tintas
desgasificadas porque las burbujas de aire indeseadas que se
desarrollan en las cámaras de tinta, perturban seriamente el proceso
de generación de gotas e incluso puede dar lugar a fallo del
proceso de expulsión de tinta. Por lo tanto, se prefiere usar una
tinta desgasificada en el proceso de impresión. Aunque la presente
invención se describirá con más detalle con referencia a una tinta
curable UV, la invención no se limita a tintas curables UV, sino que
también se puede usar para mejorar el rendimiento de otros tipos de
tinta.
Por los antecedentes de la invención también se
conoce que algunas dispersiones de tinta sedimentan fácilmente
cuando se dejan demasiado tiempo sin agitar. Un ejemplo típico es
una tinta pigmentada que utiliza dióxido de titanio como un
pigmento blanco. Estas tintas requieren una circulación continua
para mantener la dispersión de tinta adecuada a efectos de la
inyección.
Primera
realización
En la figura 1 se representa un diagrama
esquemático de un sistema de tinta 1 que realiza la invención. El
sistema de tinta 1 se puede dividir en un sistema de tinta fuera de
eje 2 y un sistema de tinta en carro 3. La división en dos partes
separadas puede ser ventajosa en impresoras de inyección de tinta
con cabezales de impresión alternativos. El sistema de tinta en
carro 3 se puede colocar aquí conjuntamente con el cabezal de
impresión en un solo carro alternativo, y el sistema de tinta fuera
de eje 2 puede ser estacionario con respecto a la operación
alternativa de los cabezales de impresión. En configuraciones de
cabezales de impresión de matriz fija como en prensas digitales de
pasada única, ambas partes pueden ser estacionarias. El sistema de
tinta en carro 3 incluye un cabezal de impresión por inyección de
tinta que tiene dos series de boquillas 10a y 10b, ambas series
pueden estar entrelazadas con el fin de proporcionar una resolución
de impresión que tiene una resolución intrínseca doble de la serie
de boquillas individuales. El cabezal de impresión tiene una
entrada de tinta 11 para recibir tinta de un depósito de suministro
secundario 20, y una salida de tinta 12 para devolver tinta a un
depósito de retorno secundario 30.
El cabezal de impresión puede tener medios de
acondicionamiento, generalmente indicados con el número de
referencia 15 en la figura 1, por ejemplo, elementos de
calentamiento para operar la tinta a temperatura elevada o un
colector de calor para enfriar la electrónica y otras partes de
disipación de calor. Los medios de acondicionamiento 15 tienen sus
propias conexiones eléctricas o de fluido a un circuito de
acondicionamiento separado generalmente indicado con 19 en la
figura 1. Por ejemplo, el cabezal de impresión 10 puede estar
conectado a un sistema de circulación de fluido donde un fluido de
acondicionamiento a temperatura elevada se hace circular para
(pre)-calentar el cabezal de impresión a su
temperatura operativa. El sistema de circulación de fluido puede
pasar otros componentes del sistema de tinta que pueden beneficiarse
del (pre-)calentamiento, por ejemplo, el depósito de suministro
secundario 20 donde la tinta puede ser (pre-)calentada antes de ser
suministrada al cabezal de impresión 10. El (pre-)calentamiento de
la tinta en el depósito de suministro secundario 20 tiene la
ventaja de reducir la solubilidad del gas en la tinta, un tema a
explicar más tarde cuando se explique la desgasificación activa. Un
ejemplo práctico puede ser que el sistema de circulación de fluido
incluya partes de extrusión a través de las que fluye un fluido de
acondicionamiento a temperatura elevada y sobre las que se puede
montar el depósito de suministro secundario 20 con el fin de crear
una interface de intercambio térmico entre el fluido de
acondicionamiento y el depósito de suministro secundario.
El depósito de suministro secundario 20 incluye
un depósito cerrado 29 para contener tinta, una entrada de tinta 21
para rellenar la tinta en el depósito, una salida de tinta 22 para
alimentar tinta al cabezal de impresión, una conexión de presión 23
para aplicar una presión al depósito cerrado y uno o más sensores de
nivel de tinta 25, 26, 27 para supervisar la superficie libre de
tinta en el depósito 29. Estos sensores pueden enviar una señal
analógica que represente,, por ejemplo, una medición de nivel
continua, o una señal digital, por ejemplo en caso de un
interruptor de nivel. En la descripción siguiente de la invención se
puede usar ambos tipos de sensores, o combinaciones de tipos de
sensores. Con referencia a la figura 1, los tres sensores de nivel
de tinta pueden estar configurados como un sensor de nivel mínimo 25
usado para iniciar el proceso de relleno de tinta combinado con un
máximo sensor de nivel 27 usado para detener el proceso de relleno;
puede haber solamente un sensor de nivel operativo 26 con un rango
de histéresis de hardware o software para crear una funcionalidad
similar; puede haber una combinación donde se usa un solo sensor de
nivel operativo 26 y los sensores de nivel 25 y 27 se usan como
indicaciones de alarma por flujo insuficiente y rebosamiento, u
otra combinación. En general, la finalidad de los sensores es
supervisar el nivel de tinta en el depósito 29 y disparar el inicio
y la parada del proceso de relleno de tinta, así como condiciones de
indicación de alarma como rebosamiento o flujo insuficiente del
nivel de tinta en el depósito secundario. Múltiples realizaciones
de depósitos secundarios de suministro de tinta se han descrito en
EP-A- 1 142 713, todas las cuales se pueden usar
con la presente invención. El depósito de retorno secundario 30
puede ser una "copia" del depósito de suministro secundario
20, que tiene características similares para realizar funciones
equivalentes, por ejemplo, la entrada de tinta 31 recibe tinta del
cabezal de impresión, la salida de tinta 32 drena tinta del depósito
de retorno secundario 30, los sensores de nivel de tinta 35, 36 y
37 supervisan la superficie de tinta libre en el depósito de
retorno secundario 30 y controlan el proceso de drenaje.
Preferiblemente, las entradas y salidas de los depósitos
secundarios están situadas en la parte inferior del depósito cerrado
y en un eje de simetría del depósito que es perpendicular a la
dirección de exploración rápida. El por qué resulta claro por la
investigación de la superficie de tinta libre en los contenedores
cuando los contenedores se están acelerando o decelerando. Durante
la aceleración y deceleración, la superficie de tinta libre se
inclina o disminuye debido a la inercia de la masa de tinta. Esto
se ilustra en las figuras 2A, 2B y 2C. En un plano de simetría del
depósito, perpendicular a la dirección de aceleración o
deceleración, la altura de la superficie de tinta libre 28 es
constante, dando lugar a una presión hidrostática constante en dicha
posición. Dado que las presiones hidrostáticas de la tinta son
parte del mecanismo para crear una contrapresión en las boquillas
del cabezal de impresión, es ventajoso tener al menos la salida de
tinta 22 del depósito de suministro secundario 20 y la entrada de
tinta 31 del depósito de retorno secundario 30 colocadas en un plano
de simetría de su depósito, perpendicular a la dirección de
exploración rápida. Para una operación fiable y constante, también
puede ser ventajoso hacer que los sensores de nivel de tinta de los
depósitos secundarios midan en estos planos de simetría. El
comportamiento de la superficie de tinta libre 28 durante la
aceleración o deceleración se ilustra en las figuras 2A a 2C. La
figura 2A representa una superficie de tinta libre de estado de
régimen 28 cuando el depósito de suministro secundario 20 no
acelera ni decelera. La figura 2B representa la situación de un
depósito de suministro secundario 20 en aceleración y la figura 2C
representa la situación de un depósito de suministro secundario 20
en deceleración. En los tres ejemplos, la altura de la superficie de
tinta libre 28, y por lo tanto también la presión hidrostática, en
el plano de simetría indicado es constante. Como se representa en
las figuras, la salida de tinta 22 está situada preferiblemente en
el plano de simetría. Además, el volumen de aire en los depósitos
cerrados 29 y 39 de los respectivos depósitos secundarios también
actúa como un amortiguador de alta frecuencia que reduce el ruido
externo. El depósito de suministro secundario 20 y el depósito de
retorno secundario 30 se pueden prever como partes mecánicas
separadas o pueden estar integrados en un solo conjunto, es decir
la funcionalidad de ambos depósitos secundarios puede estar
integrada en una sola pieza de plástico moldeada. Se prefiere que
los depósitos secundarios estén colocados justo encima del cabezal
de impresión correspondiente. Esta posición es ventajosa porque los
tubos y otras conexiones de tinta entre los depósitos secundarios y
el cabezal de impresión tendrán un mínimo de secciones horizontales
de transporte de tinta que pueden ser responsables de las
variaciones de presión inducidas durante la aceleración y
deceleración del carro del cabezal de impresión.
Ahora se describirá el sistema de tinta fuera de
eje 2 con referencia continuada a la figura 1. El sistema de tinta
fuera de eje tiene un lado de suministro y un lado de retorno. En el
lado de suministro, el sistema de tinta fuera de eje incluye un
depósito principal de tinta 70, un depósito de suministro 40 y una
unidad de desgasificación 60. En el lado de retorno, el sistema de
tinta fuera de eje incluye un depósito de retorno 50. El lado de
suministro y el lado de retorno están conectados hidráulicamente
mediante una conexión en serie de una válvula de retención 74, un
filtro 75 y una bomba 76, entre la salida de tinta 52 del depósito
de retorno 50 y la entrada de tinta 41 del depósito de suministro
40. La bomba 76 debe ser adecuada para bombear tintas de inyección
y deberá resistir la contrapresión resultante de la diferencia de
presión entre la presión en el depósito de suministro 40 y la
presión en el depósito de retorno 50. Una bomba adecuada puede ser
una bomba de líquido de microdiafragma NF60 de KNF Neuberger. El
filtro 75 es preferiblemente un filtro que impide que vuelva a
entrar al recorrido de suministro material de obstrucción en la
tinta devuelta. Un filtro adecuado puede ser un filtro tipo MAC de
Pall. Se usa preferiblemente un MACCA0303 para tintas curables UV y
se desea un régimen de extracción de 3 \mum. Esta conexión
hidráulica permite la reentrada de tinta devuelta a la cadena de
suministro, creando así un sistema de tinta circulante. El depósito
de suministro 40, con la entrada de tinta 48, también está
conectado hidráulicamente a un depósito principal de tinta 70 para
suministro de tinta nueva al sistema de circulación mediante una
conexión serie de una válvula de retención 71, un filtro 72 para
filtrar partículas sólidas con dimensiones superiores a unos 3 a 5
\mum de la tinta y una bomba 73 que puede ser una bomba
peristáltica adecuada para bombear tintas de inyección y resistir la
contrapresión en el depósito de suministro 40. El depósito de
suministro 40 y el depósito de retorno 50 están diseñados de modo
que se puedan presurizar mediante una conexión de presión 43,
respectivamente 53. También pueden contener uno o más sensores de
nivel de tinta para supervisar la superficie de tinta libre en los
depósitos. La realización ilustrada en la figura 1 usa sensores
únicos de nivel de tinta 46, respectivamente 56, con una histéresis
de hardware o software alrededor de su nivel de conmutación, para
crear señales de disparo para iniciar y parar las operaciones de
llenado, respectivamente de drenaje, pero se puede aplicar otros
métodos de detección de nivel que pueden servir para disparar las
operaciones de llenado o drenaje. En el lado de suministro del
sistema de tinta fuera de eje 2 se facilita una unidad de
desgasificación de flujo pasante activo 60. La unidad de
desgasificación tiene una entrada de tinta 61 que recibe tinta de la
salida de tinta 42 del depósito de suministro 40, y una salida de
tinta 62 que suministra tinta desgasificada al lado de suministro de
tinta del sistema de tinta en carro 3. La unidad de desgasificación
tiene además una conexión de vacío 63 para aplicar el vacío usado
para desgasificar la tinta. La unidad de desgasificación es del tipo
de flujo pasante que quita de forma continua el gas disuelto de la
tinta durante la circulación de la tinta, hasta un valor asintótico
de gas disuelto en la tinta. El valor asintótico puede ser una
función del vacío aplicado, la tasa de flujo pasante de tinta y
naturalmente las especificaciones del desgasificador. Un ejemplo de
una unidad de desgasificación de flujo pasante adecuada para tintas
de inyección puede ser una unidad de desgasificación del tipo de
membrana de fibra hueca MiniModule que se puede obtener de Membrana
GmbH. Finalmente, el sistema de tinta fuera de eje está conectado
al sistema de tinta en carro mediante dos válvulas. Una válvula de
relleno 24 conecta el lado de suministro del sistema de tinta fuera
de eje 2 con la entrada de tinta 21 del depósito de suministro
secundario 20 del sistema de tinta en carro 3. Una válvula de
drenaje 34 conecta el lado de retorno del sistema de tinta fuera de
eje 2 con la salida de tinta 32 del depósito de retorno secundario
30 del sistema de tinta en carro 3. La válvula de relleno 24 y la
válvula de drenaje 34 pueden estar en el carro, es decir en el
sistema de tinta en carro 3, o ser estacionarias en la impresora,
es decir en el sistema de tinta fuera de eje 2. Preferiblemente
residen en el carro, muy cerca de los depósitos secundarios, de modo
que puedan impedir que las ondas de presión dinámica, generadas en
los tubos usados para conectar el sistema de tinta en carro 3 con
el sistema de tinta fuera de eje 2, se propaguen a los depósitos
secundarios y también al cabezal de
impresión.
impresión.
A modo de ejemplo, la unidad de desgasificación
60 en la realización de la figura 1 se representa como parte del
sistema de tinta fuera de eje, pero la unidad de desgasificación
también puede residir en el sistema de tinta en carro que tiene la
ventaja de que la longitud del recorrido de tinta desde la unidad de
desgasificación al cabezal de impresión es reducida y así reduce el
riesgo de degradación de la tinta antes de que la tinta llegue a la
boquilla del cabezal de impresión.
En la figura 7 se representa una realización aún
más preferida de una unidad de desgasificación activa. La figura 7
solamente representa el módulo de desgasificación activa del sistema
de tinta 1 y puede estar integrado en el sistema de tinta ilustrado
en la figura 1, como parte del sistema de tinta en carro o como
parte del sistema de tinta fuera de eje. La figura 7 representa,
además de la unidad de desgasificación activa propiamente dicha y
la presión de conexión de vacío 63, una válvula de rotura de vacío
64 y un filtro 65. Las ventajas de esta realización alternativa se
explicarán mejor cuando se explique la desgasificación activa con
más detalle.
Primera
realización
Ahora se describe la operación de la realización
según la figura 1 en modo de impresión normal. El flujo de tinta a
través del cabezal de impresión 10 se realiza estableciendo una
diferencia de presión entre la presión P2 en el depósito de
suministro secundario 20 y la presión P3 en el depósito de retorno
secundario 30. Estas presiones se aplican mediante la conexión de
presión 23 en el depósito de suministro secundario 20,
respectivamente la conexión de presión 33 en el depósito de retorno
secundario 30. Con el fin de crear un flujo positivo desde el
depósito de suministro secundario 20 a través del cabezal de
impresión 10 y al depósito de retorno secundario 30, la presión en
el depósito de suministro secundario 20 se controla a un valor
ligeramente más alto que la presión en el depósito de retorno
secundario 30. La tasa de flujo de tinta a través del cabezal de
impresión se puede controlar mediante la diferencia de presión
P3-P2, pero también depende de la resistencia
hidráulica de los conductos de fluido a y del cabezal de impresión
así como de la tasa de flujo de tinta a través de estos conductos,
y la resistencia hidráulica dentro del cabezal de impresión. En la
práctica, una diferencia de presión de 2,5 mbar puede proporcionar
una tasa de flujo de más de 300 ml/h a través del cabezal de
impresión 10. En la figura 5 se representa un gráfico que ilustra
el aumento del flujo pasante a través del cabezal de impresión 10
cuando aumenta la diferencia de presión P3-P2. La
figura 5 es solamente ilustrativa porque los gráficos exactos
dependen de la viscosidad de la tinta, la resistencia
hidráulica,
etc.
etc.
La contrapresión en las boquillas del cabezal de
impresión es controlada por medio de los mismos valores de presión
P2 y P3 usados para establecer el flujo de tinta a través del
cabezal de impresión 10. En una construcción simétrica
hidrodinámica preferida del sistema de tinta en carro 3, es decir,
con una resistencia hidráulica equilibrada antes y después de las
boquillas del cabezal de impresión, la contrapresión en la boquilla
es igual a ((P2+P3):2)+(pgh) donde pgh es la presión hidrostática
de la columna de tinta entre la superficie de tinta libre en los
depósitos secundarios y el menisco en las boquillas. En
realizaciones donde los depósitos secundarios y el cabezal de
impresión están montados en un solo carro, los valores h son
típicamente del rango de entre 20 cm y 50 cm. Cualquier desviación
de esta construcción simétrica preferida del sistema de tinta en
carro 3 da lugar a caídas desequilibradas de la presión dinámica y
presiones hidrostáticas desequilibradas en el recorrido de
suministro en función del recorrido de retorno. Este desequilibrio
puede ser pre-calculado o calibrado por adelantado
de modo que finalmente la contrapresión en las boquillas sea
perfectamente controlable con la presión en el depósito de
suministro secundario 20 y el depósito de retorno secundario 30. Una
ventaja es que la tasa de flujo de tinta y la contrapresión son
controlables solamente con dos valores de presión, es decir, la
presión en el depósito de suministro secundario 20 y la presión en
el depósito de retorno secundario 30. En realizaciones donde los
depósitos secundarios y el cabezal de impresión están montados en un
solo carro, los valores de presión P2 y P3 se eligen con el fin de
compensar en gran medida la presión hidrostática de la columna de
tinta entre la superficie de tinta libre en los depósitos
secundarios y el menisco en las boquillas, y crear una pequeña
contrapresión en la boquilla. En una realización específica usada
para verificar la invención, los valores de presión en el modo de
impresión normal eran -30 mbar para P2 y -33 mbar para P3. Estos
valores de presión y una diferencia de altura entre la superficie
de tinta libre en los depósitos secundarios y las boquillas
aproximadamente 30 cm dan lugar a una contrapresión en las boquillas
de aproximadamente -1,5 mbar y una tasa de flujo de tinta superior
a 300 ml/h.
Con el fin de mantener un flujo continuo de
tinta a través del cabezal de impresión 10, el depósito de
suministro secundario 20 se tiene que rellenar de forma continua y
el depósito de retorno secundario 30 se tiene que drenar de forma
continua con el fin de mantener constantes los niveles de tinta en
los depósitos secundarios. Después de todo, la contrapresión en las
boquillas depende en cierta medida de la presión hidrostática de
las columnas de tinta en el lado de suministro y retorno del cabezal
de impresión. Y aunque las presiones hidrostáticas se pueden
calibrar por adelantado y tomar en cuenta al determinar los puntos
establecidos para P2 y P3, se deberán mantener constantes durante
la operación. Por fortuna, los cabezales de impresión tienen una
ventana operativa de contrapresión dentro de la que puede operar el
proceso de expulsión. Una ventana operativa de contrapresión se
expresa como un rango de presión hidrostática y puede llegar a
\pm10 cm de agua alrededor de su punto de trabajo, para operación
de cabezales de impresión en un sistema estacionario con parámetros
constantes del proceso de impresión. Pero los parámetros del proceso
de impresión raras veces son constantes y varían también dentro de
una ventana de tolerancia alrededor de su punto de trabajo, por
ejemplo, las tolerancias de fabricación del cabezal de impresión o
las caídas de presión dinámica variables en los tubos de tinta.
Estas ventanas de tolerancia consumen una parte de la ventana
operativa disponible para la contrapresión del cabezal de
impresión. En la práctica, las variaciones de la superficie de tinta
libre en los depósitos secundarios se limitan preferiblemente a
\pm1 cm, más preferiblemente \pm0,5 cm, muy preferiblemente
\pm0,1 cm. Esta ventana operativa deja así espacio para
activación/desactivación intermitente del relleno de tinta en el
depósito de suministro secundario 20 y el drenaje de la tinta en el
depósito de retorno secundario 30. Los conceptos de relleno
intermitente se pueden realizar usando válvulas de conmutación
rápida con tasas de conmutación en el rango de 1 a 10 Hz y que
tienen un diafragma pequeño. La conmutación puede ser disparada por
un solo interruptor de nivel operativo con una pequeña histéresis
que define la ventana operativa deseada. La conmutación rápida con
bajas tasas de flujo está cerca del concepto de relleno continuo,
en gran parte de forma análoga a cómo las unidades de potencia
modulada en anchura de pulsos se aproximan a las unidades de
potencia analógica, pero es más barata y más fácil de controlar. En
la realización de la figura 1, la válvula de relleno 24 se abre y
cierra bajo el control de uno o más sensores de nivel de detección
25, 26 o 27 del depósito de suministro secundario 20. Dependiendo de
la ventana operativa de contrapresión, los sensores de detección de
nivel de tinta en el depósito de suministro secundario 20 pueden
estar configurados para permitir una diferencia de altura mínima a
máxima de \pm1 cm, más preferiblemente \pm0,5 cm, muy
preferiblemente \pm0,1 cm.
Una realización alternativa para controlar el
flujo continuo de tinta a través del cabezal de impresión 10 es
mantener iguales los valores de presión P2 y P3, aplicados al
depósito de suministro secundario 20 respectivamente el depósito de
retorno secundario 30, y usar control hidrostático de la superficie
de tinta libre de los respectivos depósitos secundarios para crear
una diferencia de presión hidrostática entre la superficie de tinta
libre en el depósito de suministro secundario 20 en función del
depósito de retorno secundario 30. La diferencia de presión
hidrostática sustituye a la diferencia de presión activa
P3-P2. La diferencia de presión hidrostática puede
ser realizada mediante una posición diferente de los sensores de
nivel de tinta en los respectivos depósitos secundarios, factible
porque el flujo continuo de tinta controlará el nivel de tinta en
los depósitos secundarios hacia la posición de los sensores de
nivel de tinta en dicho depósito secundario, o puede ser realizada
mediante una diferencia de altura de los depósitos secundarios uno
con relación a otro. Esta realización es ventajosa cuando las
pequeñas diferencias de presión ya crean una tasa deseada de flujo
de tinta a través del cabezal de impresión, en cuyo caso la
diferencia hidrostática se implementa fácilmente sin serias
consecuencias mecánicas para la implementación de la realización, y
es ventajosa porque solamente un valor de presión P2=P3 tiene que
estar disponible en el sistema de tinta en carro.
La tinta en el depósito de suministro secundario
20 en el sistema de tinta en carro se rellena desde un depósito de
suministro 40 situado fuera de eje y a través de una unidad de
desgasificación de flujo pasante. Se puede aplicar una presión P4
al depósito de suministro 40 mediante la conexión de presión 43. La
presión P4 en el depósito de suministro 40 se pone más alta que la
presión P2 en el depósito de suministro secundario 20 con el fin de
forzar un flujo de tinta desde el depósito de suministro 40 al
depósito de suministro secundario 20 cuando la válvula de relleno
24 está abierta. La diferencia de presión P4-P2
entre el depósito de suministro 40 y el depósito de suministro
secundario 20 se elige en función de la tasa de flujo deseada, la
perturbación permisible de la superficie de tinta libre en el
depósito de suministro secundario 20 durante el relleno, una
resistencia al flujo conocida en el recorrido de tinta desde el
depósito de suministro 40 al depósito de suministro secundario 20,
la caída de presión en la unidad de desgasificación 60, y la
diferencia de altura hidrostática entre el depósito de suministro
40 y el depósito de suministro secundario 20. La presión P4 se
puede elegir en un rango de 200 mbar a 1000 mbar. Un ejemplo
práctico para el valor de presión P4, en combinación con P2 igual a
-30 mbar, puede ser +400 mbar. Se prefiere que la diferencia de
presión P4-P2 pueda crear una tasa de flujo de
tinta de al menos 1000 ml/h entre el depósito de suministro 40 y el
depósito de suministro secundario 20. Esta tasa mínima preferida de
flujo de tinta está relacionada con la unidad de desgasificación
activa 60 que necesita un flujo pasante mínimo para funcionar
adecuadamente, como se describirá más adelante.
En el lado de retorno del sistema de tinta 1, la
tinta que vuelve del cabezal de impresión 10 entra en el depósito
de retorno secundario 30 donde sube el nivel de tinta. El nivel de
tinta en el depósito de retorno secundario 30 tiene una
contribución hidrostática a la regulación de contrapresión en las
boquillas y por lo tanto el nivel de tinta en el depósito de
retorno secundario 30 se tiene que mantener dentro de límites, de
forma similar a que el nivel de tinta en el depósito de suministro
secundario 20 se tiene que mantener dentro de límites. La tinta en
el depósito de retorno secundario 30 en el sistema de tinta en carro
3 se drena hacia el depósito de retorno 50 situado fuera de eje. Se
puede aplicar una presión P5 al depósito de retorno 50 mediante la
conexión de presión 53. La presión P5 en el depósito de retorno 50
se pone más baja que la presión P3 en el depósito de retorno
secundario 30 con el fin de forzar un flujo de tinta del depósito de
retorno secundario 30 al depósito de retorno 50 cuando se abre una
válvula de drenaje 34. La válvula de drenaje 34 se abre y cierra
bajo el control de uno o más sensores de nivel de detección 35, 36 o
37 del depósito de retorno secundario 30. Dependiendo de la ventana
operativa de contrapresión para el cabezal de impresión 10, los
sensores de detección de nivel de tinta en el depósito de retorno
secundario 30 pueden estar configurados para permitir una
diferencia de altura mínima a máxima de \pm5 cm, más
preferiblemente \pm1 cm, muy preferiblemente \pm0,5 cm. La
diferencia de presión P5-P3 entre el depósito de
retorno 50 y el depósito de retorno secundario 30 se elige en
función de la tasa de flujo deseada, la perturbación permisible de
la superficie de tinta libre en el depósito de retorno secundario
30 durante el drenaje, una resistencia al flujo conocida en el
recorrido de tinta del depósito de retorno secundario 30 al
depósito de retorno 50, y la diferencia de altura hidrostática
entre el depósito de retorno 50 y el depósito de retorno secundario
30. La presión P5 se puede elegir en un rango de -100 mbar a -950
mbar. Un ejemplo práctico del valor de presión P5, en combinación
con P3 igual a -40 mbar, puede ser -300 mbar. Se prefiere que la
diferencia de presión P5-P3 pueda crear una tasa de
flujo de tinta de al menos 1000 ml/h entre el depósito de retorno
secundario 30 y el depósito de retorno 50. La tinta que vuelve al
depósito de retorno 50 se usa para rellenar el depósito de
suministro 40, a describir ahora.
Para asegurar un suministro constante de tinta y
un drenaje de tinta del sistema de tinta en carro 3, el depósito de
suministro 40 del sistema de tinta fuera de eje 2 tiene que tener
continuamente tinta disponible mientras el depósito de retorno 50
del sistema de tinta fuera de eje 2 tiene que tener continuamente
capacidad de drenaje disponible. Esto se logra mediante operaciones
de llenado y drenaje del depósito de suministro 40, respectivamente
el depósito de retorno 50. Estas operaciones son menos críticas con
respecto al mantenimiento de niveles exactos de tinta en los
depósitos 40 y 50. El depósito de suministro 40 puede ser rellenado
mediante las entradas de tinta 41 y 48, desde dos fuentes: una
conexión hidráulica con el depósito de retorno 50 mediante la salida
de tinta 52 rellenará el depósito de suministro 40 con tinta
devuelta del cabezal de impresión, y una conexión hidráulica con el
depósito principal de tinta 70 rellenará el depósito de suministro
40 con tinta nueva para compensar la tinta expulsada del cabezal de
impresión. Uno de los procedimientos posibles puede ser que el
relleno del depósito de suministro 40 lo dispare el sensor de nivel
de tinta 46 y empieza con tinta procedente del depósito de retorno
50, por defecto y si es posible. Si durante este proceso de relleno
el nivel de tinta en el depósito de retorno 50 fuese insuficiente
para soportar más el proceso de relleno, es decir, tiene lugar una
condición de flujo insuficiente, se interrumpe el relleno mediante
el depósito de retorno 50 y el relleno es asumido por el depósito
principal de tinta 70, hasta que la cantidad de tinta devuelta al
depósito 50 sea de nuevo suficiente para soportar el proceso de
relleno mediante el depósito de retorno 50. La causa de una
condición de flujo insuficiente en el depósito de retorno 50 es el
consumo de tinta por el cabezal de impresión 10. Cuando se consume
tinta, es decir, se imprime, la cantidad total de tinta que circula
en el sistema de tinta 1 disminuye gradualmente y la tinta en uno
de los elementos intermedios de almacenamiento de tinta del sistema
de circulación de tinta, es decir, uno de los depósitos secundarios
o uno de los depósitos, pasará a una condición de flujo
insuficiente, es decir, por debajo de su nivel operativo normal de
tinta. Es preferible permitir que esta condición de flujo
insuficiente solamente suceda en el depósito de retorno 50, porque
el nivel de tinta en el depósito de retorno 50 es el menos crítico
para la operación de todo el sistema de circulación. La línea entre
tener una condición de flujo insuficiente o no en el depósito de
retorno 50 es algo arbitrario, pero se puede elegir, por ejemplo,
con el fin de garantizar el relleno de tinta en el depósito de
suministro 40 durante el intervalo de tiempo de una operación de
sustitución del depósito principal, es decir durante un tiempo que
el depósito de suministro 40 puede no ser rellenado mediante
depósito principal 70. Una condición de flujo insuficiente en el
depósito de retorno 50 puede ser detectada mediante el sensor de
nivel de tinta 56. El proceso de relleno con tinta nueva mediante
la bomba 73 puede operar bajo el control de la detección de flujo
insuficiente en el depósito de retorno 50, bajo el control de un
controlador de impresora que hace el seguimiento de la cantidad de
tinta consumida por el cabezal de impresión para imprimir, u operar
manualmente en el caso de vaciar el depósito principal por un
operador antes de sustituirlo por uno nuevo.
Una alternativa a un relleno progresivo del
depósito de suministro 40 del depósito principal de tinta 70,
cuando se consume tinta e imprime con el cabezal de impresión, es
rellenar de una vez todo el contenido de un depósito principal de
tinta. Una realización posible de esta alternativa se ilustra en la
figura 8. En la figura 8 el depósito de retorno 50 también se usa
como un depósito intermedio. El depósito de retorno 50, al estar a
una presión negativa P5, puede aspirar un cartucho de tinta completo
80 cuando el cartucho 80 está acoplado hidráulicamente al depósito
de retorno 50, a condición de que el depósito de retorno 50 pueda
almacenar el volumen de tinta en el cartucho 80. La ventaja de esta
realización es que cargar una cantidad de tinta nueva en el sistema
de circulación 1 es una acción que el operador realiza de una vez,
después de lo que el operador tiene mucho tiempo para sustituir el
cartucho de tinta vacío 80 por otro nuevo. Hay preferiblemente una
válvula 84 entre el cartucho de tinta 80 y el depósito de retorno 50
para controlar el inicio y la parada del proceso de carga. En el
proceso de carga no hay bomba, lo que también es una ventaja; la
presión negativa P5 en el depósito de retorno 50 establece la
acción de bombeo. Dependiendo del consumo de tinta en el sistema de
tinta, es decir la cantidad de tinta impresa por el (los) cabezales
de impresión, puede ser ventajoso sustituir el cartucho 80 por una
lata puede cuando el consumo de tinta sea alto. Los cartuchos
proporcionan típicamente una cantidad de tinta de hasta
aproximadamente 1 o 2 litros. Por otra parte, las latas pueden
proporcionar fácilmente cantidades de tinta superiores a 2
litros.
Primeras
realizaciones
La presión P2 en el depósito de suministro
secundario 20 se puede seleccionar de al menos tres valores
preestablecidos P21, P22 y P23 que corresponden a diferentes
condiciones operativas del cabezal de impresión 10. Estos valores
de presión establecidos para el depósito de suministro secundario 20
cooperan con un conjunto paralelo de valores preestablecidos P31,
P32, P33 para la presión P3 en el depósito de retorno secundario 30.
Una primera condición operativa del cabezal de impresión
corresponde con una condición de impresión normal que se ha descrito
previamente. Para ello un conjunto de válvulas (véase la figura 1)
podría operar para enlazar los valores preestablecidos P21 y P31
con su depósito secundario respectivo. Una segunda condición
operativa del cabezal de impresión puede ser una operación de
purga, donde las presiones aplicadas a las boquillas son tales que
salga tinta de las boquillas sin accionar las boquillas. Para una
operación de purga, se aplican presiones positivas iguales al
depósito de suministro secundario 20 y el depósito de retorno
secundario 30. En este caso no hay flujo pasante en el cabezal de
impresión 10 y toda la tinta disponible en el depósito de suministro
secundario 20 y el depósito de retorno secundario 30 se purga a
través de las boquillas del cabezal de impresión. Es claro que
también se puede crear una condición de purga por medio de dos
presiones positivas, pero desiguales, en cuyo caso se creará un
flujo pasante en el cabezal de impresión 10. En la realización de la
figura 1 se pueden seleccionar presiones preestablecidas P22 y P32,
iguales o diferentes, para crear condiciones de purga. La purga del
cabezal de impresión por inyección de tinta se puede hacer con
presiones de entre 50 mbar y 500 mbar. Un ejemplo práctico de la
realización en la figura 1 puede igualar P22 y P32 a 150 mbar.
Se usa una tercera condición operativa del
cabezal de impresión 10 para crear una chapa de boquilla exudante
antes de limpiar la chapa de boquilla durante el mantenimiento del
cabezal de impresión. Una chapa de boquilla exudante puede ayudar a
impregnar o separar la suciedad en la chapa de boquilla antes de
limpiar la chapa de boquilla con una escobilla. La presión
requerida para que una boquilla inicie la exudación es típicamente
un poco menos negativa que la contrapresión operativa, es decir,
justo fuera de la ventana operativa de contrapresión en la
dirección de presión positiva. La exudación de una chapa de boquilla
se puede realizar con presiones de entre 0 mbar y 50 mbar en el
menisco, por lo tanto ligeramente positivas mientras que la
contrapresión de la boquilla para impresión normal es ligeramente
negativa. Como con la operación de purga, la exudación de la chapa
de boquilla se puede realizar con valores de presión iguales P23 y
P33 en el depósito de suministro secundario 20, respectivamente el
depósito de retorno secundario 30, en cuyo caso no hay flujo a
través del cabezal de impresión 10, lo que no es un requisito para
este modo de operación. Un ejemplo práctico de la realización de la
figura 1 y con una diferencia de altura h entre la superficie de
tinta libre en los depósitos secundarios y la chapa de boquilla de
aproximadamente 30 cm, P32 y P33 puede ser igual a -26 mbar con el
fin de crear una presión ligeramente positiva en la boquilla.
Como se ilustra en la figura 1, los diferentes
valores preestablecidos para la presión en el suministro y el
depósito de retorno secundario se pueden obtener a partir de un
subsistema de generación de presión, representado muy
esquemáticamente como varios pictogramas de regulador de presión, y
un conjunto de válvulas. Las válvulas pueden ser parte del conjunto
de depósitos secundarios al que pertenecen, y, como tal, parte del
sistema de tinta en carro 3. En este caso, cada conjunto de
depósitos secundarios está conectado a una pluralidad de tubos de
presión procedentes del sistema regulador de presión que puede estar
situado fuera de eje. Alternativamente, las válvulas pueden estar
situadas fuera de eje, en cuyo caso cada conjunto de depósitos
secundarios en el carro tiene solamente una conexión de tubo de
presión a la configuración de válvula fuera de eje. Depende en gran
medida de la configuración de la impresora la determinación de qué
instalación de distribución de presión es preferible. Si se usan
múltiples cabezales de impresión, cada uno con su suministro
individual y depósito de retorno secundario, se podría usar un solo
bar de presión para distribuir cada uno de los valores de presión
establecidos a todos los puntos de aplicación en los múltiples
depósitos secundarios de cabezal de impresión. Es posible otra
optimización si todos los cabezales de impresión en la configuración
de cabezal de impresión siempre operan del mismo modo, es decir,
imprimen simultáneamente, son purgados simultáneamente o se limpian
simultáneamente. En este caso, la conmutación de presión se puede
hacer fuera de eje y solamente se necesita un bar de presión para
distribuir la presión preestablecida seleccionada a todos los puntos
de aplicación.
Se conoce por la técnica anterior que la
fiabilidad de inyección de los cabezales de impresión se puede
incrementar de forma significativa suministrando tinta
desgasificada al cabezal de impresión. En el campo de la impresión
por inyección de tinta, la desgasificación también se denomina
extracción de aire o desaireación. Es el proceso de reducir la
cantidad de gas, por ejemplo oxígeno o nitrógeno u otros gases,
disuelto en la tinta. La realización ilustrada en la figura 1
incluye una unidad de desgasificación activa 60 para controlar la
cantidad de gas en la tinta. El término "activo" se refiere a
la propiedad de ser capaz de controlar el nivel de extracción de
gas disuelto de la tinta hacia un valor deseado, a menudo denominado
un punto de control de referencia. Los parámetros del proceso que
pueden estar disponibles para controlar el nivel de extracción de
gas disuelto, pueden ser la presión de vacío usada con la unidad de
desgasificación, la tasa de flujo de tinta a través de la unidad de
desgasificación, el tipo de membrana semipermeable usada en la
unidad de desgasificación, etc. El control activo del nivel de
extracción de gas disuelto tiene las ventajas siguientes. Por una
parte, la cantidad de aire disuelto en la tinta puede ser
controlada de modo que sólo sea posible evitar la cavitación de la
tinta durante los cambios rápidos de presión en cámaras de tinta del
cabezal de impresión, por ejemplo, variaciones en el rango MHz para
cabezales piezoeléctricos de impresión por inyección de tinta. Por
otra parte, la cantidad de aire disuelto en la tinta puede ser
controlada de modo que no sea demasiado baja porque la estabilidad
química de la tinta puede ser un problema. Por ejemplo, una tinta
curable UV puede iniciar el curado espontáneo (térmico) cuando la
cantidad de oxígeno en la tinta es demasiado baja. Con
desgasificación activa, el nivel de extracción de gas disuelto de
la tinta puede ser controlado dentro de niveles mínimo y máximo.
También se ha hallado que el nivel de gas disuelto de la tinta es
susceptible a los cambios durante su permanencia en el sistema de
tinta. Por ejemplo, el lado de suministro de tinta de un sistema de
tinta puede incluir varios componentes que no son "estancos" y
por lo tanto permiten el intercambio de gas entre la tinta y su
entorno. Éste es naturalmente un proceso relativamente lento, pero
cuando la tinta pasa horas, días o semanas en un sistema de tinta
sin ser usada, este proceso de aireación es relevante.
Por lo tanto, un sistema de tinta incluye una
unidad de desgasificación de flujo pasante activo 60 que controla
la tinta continuamente circulante hacia un nivel deseado de gas
disuelto. Un ejemplo de una unidad de desgasificación de flujo
pasante adecuada para tintas de inyección es una unidad de
desgasificación del tipo de membrana de fibra hueca MiniModule que
se puede obtener de Membrana GmbH. Las fibras huecas Celgard® son
hidrófobas y proporcionan un área superficial para que un líquido y
una fase gas entren en contacto directo uno con otro sin que el
líquido penetre en los poros. Estas fibras huecas no se ensucian, un
problema que pueden tener las unidades de desgasificación del tipo
de membrana porosa. Generalmente, en unidades de desgasificación de
flujo pasante, la extracción de gas disuelto es una función de la
tasa de flujo pasante de la tinta, el tipo de tinta, la presión de
vacío P6 aplicada y, naturalmente, la construcción de la unidad de
desgasificación propiamente dicha. Se ha hallado que el nivel de
extracción de gas disuelto de la tinta llega a un valor asintótico
después de dos o tres pasadas de la tinta a través de la unidad de
desgasificación. Una unidad de desgasificación activa de flujo
pasante como parte de un sistema de circulación de tinta permite que
el sistema de tinta proporcione tinta desgasificada de la calidad
correcta al cabezal de impresión casi al instante y de forma
continua. La distribución de tinta desgasificada es independiente
de la producción de impresión (tasas de consumo de tinta),
operaciones de mantenimiento o purga, reinicio de la impresora,
paradas para cambio de medio, etc. La impresora será capaz de
imprimir fiablemente desde el primer centímetro del medio de
impresión en adelante. También se ha hallado que el proceso de
extracción de gas disuelto opera eficientemente solamente con un
flujo pasante de tinta mínimo. Las mediciones de la extracción de
gas disuelto en función del flujo pasante a través de la unidad de
desgasificación se han ilustrado en la figura 6. La figura
representa que la ventana operativa más eficiente de la unidad de
desgasificación es superior a un flujo pasante de 1000 ml/h.
Una alternativa para obtener un valor asintótico
para el nivel de extracción de gas disuelto de la tinta circulante
es el uso de un módulo de aireación combinado con una unidad de
desgasificación. El módulo de aireación se puede insertar en el
circuito de circulación de tinta en la parte delantera del módulo de
desgasificación y poner el nivel de gas disuelto de la tinta de
nuevo a un nivel de equilibrio o saturación. Tal módulo de
aireación puede incluir, por ejemplo, una válvula de
despresurización que reduce la presión de una conexión de aire a
presión disponible hacia un valor de presión adecuado para inyectar
aire a un componente ya presurizado en el sistema de tinta. Por
ejemplo, si el módulo de aireación está conectado al depósito de
suministro de tinta 40 que está presurizado a una presión P4, el
aire deberá ser inyectado a una presión superior a P4. Entre la
válvula de despresurización y el depósito de suministro 40 se
encuentra una válvula de control para controlar el proceso de
inyección de aire, por ejemplo, el encendido/apagado. Además de la
válvula de despresurización y la válvula de control, puede haber
medios de agitación para acelerar el proceso de disolución de gas en
la tinta. Al estar la unidad de desgasificación hacia abajo el
módulo de aireación, siempre recibe tinta con una cantidad
equilibrada de gas disuelto y siempre envía tinta con un nivel
reproducible de gas disuelto quitado, dependiendo el nivel siendo
de los parámetros de fabricación o los parámetros operativos de la
unidad de desgasificación. El módulo de aireación se puede insertar
en el sistema de circulación de tinta 1 en una posición después del
depósito de retorno secundario 30 y antes de la unidad de
desgasificación 60, y se inserta preferiblemente cerca del depósito
de retorno 50.
En la realización ilustrada en la figura 1, la
unidad de desgasificación de flujo pasante 60 es un módulo separado
en el sistema de circulación de tinta 1. Hay varias ventajas
vinculadas a esta configuración. En primer lugar, hay una ventaja
de mantenimiento si la unidad de desgasificación 60 se dispone como
un módulo sustituible en el sistema de tinta 1, en contraposición,
por ejemplo, a una unidad de desgasificación integrada en el
cabezal de impresión. Esta ventaja es importante porque una unidad
de desgasificación 60 puede tener una duración más corta que el
cabezal de impresión en la impresora y puede requerir mantenimiento
regular tal como limpieza, lavado, etc. En segundo lugar, hay una
ventaja de adecuación al uso, es decir, las características de la
unidad de desgasificación se pueden elegir en función del tipo de
tinta, las tasas esperadas de flujo pasante, u otros parámetros de
la impresora. Todas estas consideraciones nos inclinan a favor de
una unidad de desgasificación individual.
En la figura 7 se ilustra una realización
alternativa del módulo de desgasificación activa. La realización
alternativa incluye una válvula de rotura de vacío 64 y un filtro
65. La válvula de rotura de vacío 64 rompe el vacío aplicado a la
unidad de desgasificación 60 en el caso de que la circulación de
tinta se pare por cualquier razón, por ejemplo, parada de la
máquina, o cuando el flujo de tinta a través de la unidad de
desgasificación 60 es inferior a un valor mínimo. Se ha hallado que
algunos tipos de tinta se degradan cuando permanecen demasiado
tiempo en una unidad de desgasificación operativa. Por ejemplo, las
tintas curables UV empiezan a curar cuando permanecen demasiado
tiempo en la unidad de desgasificación bajo presión de vacío. Dentro
de la tinta empiezan a formarse geles que pueden perturbar
significativamente la operación de inyección del cabezal de
impresión. Por lo tanto, se toma una segunda precaución para
reducir el riesgo de que entren geles en el cabezal de impresión,
es decir, el filtro adicional 65 se coloca entre la unidad de
desgasificación 60 y el depósito de suministro secundario 20,
situado físicamente lo más cerca posible del depósito de suministro
secundario 20. El filtro 65 filtra los geles de la tinta.
La figura 11 representa una realización aún más
preferida de la unidad de desgasificación 60, donde la conexión de
vacío 63 de la unidad de desgasificación 60 está conectada a una
válvula de control 66 que permite controlar el vacío aplicado a la
unidad de desgasificación 60 a un valor deseado de presión de vacío.
La válvula de control 66 controla la presión de vacío por
conmutación entre un vacío fijo P6 y presión atmosférica P_{atm}.
Una válvula adecuada para este tipo de control puede ser una válvula
basculante de 3/2 vías que se puede obtener de Bikkert Flduid
Control Systems (UK). La ventaja de controlar el vacío aplicado a la
unidad de desgasificación 60 es que la presión de vacío se puede
ajustar en función de varios parámetros operativos del sistema de
circulación de tinta, por ejemplo la tasa de flujo de la tinta a
través de la unidad de desgasificación 60, el tipo de tinta usado,
la temperatura de la tinta, la cantidad media de pasadas de la tinta
a través del sistema de circulación, etc. La realización de la
figura 11 también puede ser usada en un modo de conmutación de
encendido/apagado para aplicar el vacío fijo P6 o la presión
atmosférica P_{atm} a la unidad de desgasificación 60. El uso de
encendido/apagado de la válvula de 3/2 vías puede ser controlado por
eventos operativos, por ejemplo, durante la parada de circulación,
durante los períodos de no impresión, etc.
En la primera realización, el depósito de
suministro secundario 20 y el depósito de retorno secundario 30 son
módulos separados con un modo de operación similar. Un diseño
alternativo se representa en la figura 3. Donde es posible, se
reutilizan los números de referencia de la figura 1 para
características con funcionalidad similar. Un depósito secundario
del cabezal de impresión 90 está provisto de un primer
compartimiento I y un segundo compartimiento II separados por una
pared 91 fijada a una parte inferior de depósito secundario del
cabezal de impresión 90 y usada como un rebosamiento del
compartimiento I al compartimiento II. Rebosa continuamente tinta
del compartimiento I al compartimiento II mediante la pared de
rebosamiento 91. Así, el nivel de tinta en compartimiento I es
constante y no se mide, mientras que el nivel de tinta en
compartimiento II no es constante y por lo tanto se mide con
sensores de nivel de tinta 35, 36 o 37, que tienen una funcionalidad
similar a las descritas conjuntamente con el depósito de retorno
secundario 30 de la primera realización. La medición del nivel de
tinta en el compartimiento II puede controlar la válvula de relleno
24 y/o la válvula de drenaje 34 para mantener el nivel de tinta en
el compartimiento II del depósito secundario del cabezal de
impresión 90 dentro de una ventana operativa permisible (véanse las
explicaciones anteriores). La válvula de relleno 24 y la válvula de
drenaje 34 se puede elegir de modo que sean válvulas reductoras que
reduzcan la presión del suministro completo de tinta y la presión
de drenaje, por ejemplo, de +400 mbar, respectivamente -300 mbar,
de modo que se pueda establecer un flujo de tinta continuo y
constante a través del depósito secundario del cabezal de impresión
90. Esto difiere de la primera realización descrita juntamente en la
figura 1, donde la válvula de relleno y la válvula de drenaje eran
válvulas de conmutación y operaban en base de apertura/cierre a alta
frecuencia.
El depósito secundario del cabezal de impresión
90 tiene una salida de tinta 22 conectada a la entrada de tinta 11
del cabezal de impresión para proporcionar tinta del compartimiento
I al cabezal de impresión, y una entrada de tinta 31 conectada a la
salida de tinta 12 del cabezal de impresión para hacer volver tinta
del cabezal de impresión al compartimiento II desde el depósito
secundario del cabezal de impresión 90. La diferencia de altura
entre los niveles de tinta en el compartimiento I y el
compartimiento II del depósito secundario del cabezal de impresión
90 crea una diferencia de presión hidrostática \DeltaP entre la
salida de tinta 22 y la entrada de tinta 31, de modo que se
establezca espontáneamente un flujo de tinta de salida de tinta 22
a través del cabezal de impresión 10 y de nuevo a la entrada de
tinta
31. \DeltaP es funcionalmente comparable con la diferencia de presión P3-P2 en la primera realización de la invención.
31. \DeltaP es funcionalmente comparable con la diferencia de presión P3-P2 en la primera realización de la invención.
La conexión de presión 93 puede ser usada para
superponer una presión sobre la presión de la tinta de impresión,
establecida mediante las válvulas 24 y 34, para operación de no
impresión o para ajustar las condiciones de impresión, por ejemplo,
operación de purga o exudación forzada de la chapa de boquilla.
Una variante de la pared de rebosamiento 91
ilustrada en la figura 3 puede ser una pared que se extiende desde
la parte inferior del depósito secundario a la parte superior del
depósito secundario, y que tiene solamente un agujero que sirve
como agujero de rebosamiento. Estáticamente, esta variante sería
equivalente a la pared 91 de la figura 3, pero dinámicamente evita
que salpiquen grandes cantidades de tinta del compartimiento I al
compartimiento II al acelerar y decelerar el depósito secundario en
un carro del cabezal de impresión, perturbando por ello el
equilibrio de presión hidrostática.
El uso de tabiques adicionales en el
compartimiento II usados como rompeolas, estabilizará más la
superficie de tinta libre en el compartimiento II cuando el
depósito secundario 90 alterna en el carro.
La válvula 24 puede ser sustituida por una bomba
de funcionamiento continuo puesto que sirve principalmente para
mantener una condición de rebosamiento continuo del compartimiento I
al compartimiento II. El control del nivel de tinta en el
compartimiento II puede ser realizado con la válvula 34
solamente.
En una configuración de cabezal de impresión por
inyección de tinta estacionario, dividir un sistema de tinta en un
sistema de tinta fuera de eje y un sistema de tinta en carro puede
ser algo artificial porque no hay componentes de exploración. No
obstante, puede ser ventajoso mantener componentes que operan muy
estrechamente con el cabezal de impresión, como el depósito de
suministro secundario y el depósito de retorno secundario,
físicamente agrupados conjuntamente con el cabezal de impresión en
un subconjunto de "carro". Una de las ventajas evidentes es la
menor caída de presión estática o dinámica entre los depósitos
secundarios y el cabezal de impresión.
Aunque la figura 1 representa un sistema de
tinta incluyendo solamente un cabezal de impresión, es claro para
los expertos en la técnica que también se puede incluir múltiples
cabezales de impresión. Son posibles diferentes configuraciones del
sistema de tinta.
El sistema de tinta fuera de eje puede ser común
a todos los cabezales de impresión, mientras que el sistema de
tinta en carro de la figura 1 se duplica varias veces según el
número de cabezales de impresión en la configuración. Puede ser
ventajoso tener un depósito de suministro secundario individual y un
depósito de retorno secundario dedicado a cada cabezal de impresión
porque esto permitiría el mantenimiento individual de los cabezales
de impresión, el control individual de la contrapresión y el
control del flujo pasante, y el amortiguamiento individual de
fuerzas inerciales de aceleración o deceleración en la tinta. Los
tubos de tinta adicionales resultantes del uso de depósitos de
suministro individual y de retorno secundarios para cada cabezal de
impresión se pueden reducir integrando mecánicamente los depósitos
secundarios y el cabezal de impresión en un solo subconjunto
funcional y compacto.
En aplicaciones de cabezales de impresión
estacionarios o aplicaciones menos críticas de cabezales de
impresión alternativos, se pueden agrupar conjuntamente componentes
en el sistema de tinta en carro. La ventaja es un sistema de tinta
más simple con menos componentes generales. Por ejemplo, los
depósitos de retorno secundarios de los múltiples cabezales de
impresión decalados, que forman un solo cabezal de impresión de
ancho de página, se pueden combinar en un solo depósito de retorno
secundario que sirve a todos los cabezales de impresión en el
conjunto de cabezales de impresión de ancho de página. Este montaje
permite el control individual de la contrapresión mediante la
presión en los depósitos de suministro secundarios individuales que
todavía están asignados a cada uno de los cabezales de impresión
individuales, pero la purga se organizaría para todos los cabezales
de impresión en el conjunto de cabezales de impresión de ancho de
página simultáneamente. Son posibles otras varias combinaciones,
dependiendo de las especificaciones funcionales que los expertos en
la técnica integren en el sistema de tinta y su operación.
También es posible una simplificación mecánica
del sistema de tinta en carro en configuraciones de cabezales de
impresión alternativos. Los múltiples depósitos de suministro
secundarios, uno para cada cabezal de impresión, se pueden combinar
en un solo depósito de suministro secundario que sirva a todos los
cabezales de impresión. El único depósito de suministro secundario
todavía puede ser parte del sistema de tinta en carro y estar
montado en el carro para movimiento alternativo de un lado al otro,
conjuntamente con los cabezales de impresión. Esta realización
tiene la ventaja de limitar el número de depósitos secundarios en el
carro y de evitar todavía que las ondas de presión en los tubos de
tinta entre el sistema de tinta en carro y el sistema de tinta fuera
de eje entren en los cabezales de impresión. Entre el único
depósito de suministro secundario y la pluralidad de cabezales de
impresión se pueden usar múltiples válvulas para cortar
individualmente el cabezal de impresión con respecto al suministro
de tinta. En modo de impresión normal, cada válvula se abriría para
permitir el suministro de tinta desde el único depósito secundario
al cabezal de impresión. El cierre de las válvulas es ventajoso en
el modo de no impresión. Por ejemplo, si un cabezal de impresión de
la pluralidad de cabezales de impresión en el carro se tiene que
purgar durante el mantenimiento, la presión en el único depósito de
suministro secundario, y con ello la contrapresión en las boquillas,
se eleva y la tinta es expulsada de las boquillas del cabezal de
impresión. Si se cierran las válvulas correspondientes a los
cabezales de impresión que no requieren una operación de purga,
estos cabezales de impresión están cerrados al aumento de presión
de la tinta en el único depósito de suministro secundario,
excluyendo por ello la operación de purga y ahorrando cantidades de
tinta significativas. En términos generales, cuando se usan
múltiples cabezales de impresión que imprimen con la misma tinta,
un solo sistema de tinta fuera de eje suministra y distribuye la
tinta a los múltiples cabezales de impresión dentro del sistema de
tinta en carro. Si hay n cabezales de impresión cada uno de los
cuales requiere un flujo pasante mínimo de tinta para que el cabezal
de impresión opere adecuadamente, entonces el sistema de tinta
fuera de eje tiene que ser diseñado para suministrar n veces la
cantidad mínima de flujo de tinta al sistema de tinta en carro
donde se distribuirá dicho flujo de tinta.
Con referencia a la figura 9 se describe una
realización de un sistema de circulación de tinta, especialmente
adecuado para configuraciones de múltiples cabezales de impresión y
que incluye varias alternativas de diseño mencionadas
anteriormente. La realización alternativa incluye un depósito
secundario de suministro de tinta 20 y depósito secundario de
retorno de tinta 30 que tiene funcionalidad similar a la antes
descrita. El depósito de suministro secundario 20 y el depósito de
retorno secundario 30 están equipados con un sensor de nivel de
tinta 26, respectivamente un sensor de nivel de tinta 36. Una
realización preferible de los sensores de nivel 26 y 36 puede
incluir un sensor ultrasónico de nivel con una salida de conmutación
o salida análoga como el que se puede obtener de Hans Turck GmbH
& Co (DE) o un elemento flotante que tiene un imán, dispuesto
en el depósito secundario, y un conjunto de detectores Hall
asociados, dispuestos en el exterior del depósito secundario a lo
largo de una pared vertical. El número de detectores Hall en el
conjunto determina el grado de medición binaria a continua. Los
sensores de nivel pueden ser usados para mantener una diferencia de
altura entre la superficie de tinta libre en el depósito de
suministro secundario 20 y la superficie de tinta libre en el
depósito de retorno secundario 30. Esta diferencia de altura crea
una diferencia de presión hidrostática \DeltaP que es la fuerza
de accionamiento para el flujo de tinta a través del cabezal de
impresión, como se explicará ahora. El depósito de suministro
secundario 20 proporciona tinta a una barra colectora de suministro
28 que puede ser, por ejemplo, un perfil extrusionado de un material
resistente a la tinta (por ejemplo, acero inoxidable). La barra
colectora de suministro 28 tiene múltiples conexiones a las entradas
de tinta de los múltiples cabezales de impresión 10. Las salidas de
tinta de los múltiples cabezales de impresión 10 están conectadas a
una barra colectora de retorno 38, que, a su vez, está conectada al
depósito de retorno secundario 30. La barra colectora de suministro
28 y la barra colectora de retorno 38 sustituyen a una cantidad
significativa de tubos de tinta entre los depósitos secundarios y
los cabezales de impresión, y por lo tanto proporcionan una ventaja
significativa. Además, las barras colectoras pueden estar
dimensionadas para reducir casi a cero la resistencia al flujo del
recorrido de tinta desde el depósito de suministro secundario 20, a
través del cabezal de impresión 10 y de nuevo al depósito de
retorno secundario 30. Los cabezales de impresión 10 están
conectados a la barra colectora 28 y 38 mediante válvulas accionadas
que pueden apagar cada cabezal de impresión individual 10 del
sistema de tinta, como se ilustra en la figura 9. Las válvulas
tienen dos ventajas principales: (1) en un modo no operativo de la
impresora, el cabezal de impresión puede estar cerrado al sistema de
tinta reduciendo por ello el riesgo de escape de tinta del sistema
de tinta mediante las boquillas del cabezal de impresión, por
ejemplo a causa de una pérdida de contrapresión en las boquillas, y
(2) en una operación de mantenimiento, los cabezales de impresión
que no requieren purga se pueden dejar fuera cerrándolos al sistema
de tinta antes de aplicar la presión de purga incrementada al
sistema de tinta, reduciendo por ello la cantidad de tinta
desperdiciada por purga. La contrapresión en las boquillas de los
múltiples cabezales de impresión es controlada activamente mediante
presión P0 aplicada en las superficies de tinta libre del depósito
de suministro secundario 20 y el depósito de retorno secundario 30.
El sistema de tinta se cierra mediante un recorrido de tinta desde
el depósito de retorno secundario 30 de nuevo al depósito de
suministro secundario 20 mediante la bomba 76, la unidad de
desgasificación 60 y el filtro 65. Realizaciones preferidas de la
bomba, la unidad de desgasificación y el filtro se han descrito en
las secciones anteriores. La bomba 76 opera bajo el control del
sensor de nivel 36 del depósito de retorno secundario 30, similar a
la operación de la válvula de drenaje 34 en realizaciones
explicadas previamente. El sistema de circulación de tinta de la
figura 9, como se ha descrito hasta ahora, puede estar situado en
el carro de un dispositivo de impresión por inyección de tinta. La
realización es especialmente adecuada para dispositivos de impresión
por inyección de tinta de un tipo industrial donde no es problema
que un carro alternativo robusto soporte el sistema de circulación
de tinta. Fuera de eje se ha situado un depósito de suministro 40 y
la bomba 73 para rellenar el depósito de suministro secundario 20
con tinta nueva, cuando el cabezal de impresión 10 consume la tinta.
La bomba 73 opera bajo el control del sensor de nivel 26 del
depósito de suministro secundario 20. Se usa una bomba en lugar de
una válvula de relleno como en realizaciones anteriores porque la
tinta en el depósito de suministro 40 se mantiene a presión
ambiente. El depósito de suministro 40 incluye un acoplamiento para
un depósito principal de tinta, por ejemplo, un tipo de lata, que
se vacía automáticamente cuando se coloca. Una realización puede
proporcionar en el acoplamiento, por ejemplo, una cuchilla que
rompe automáticamente una junta estanca en la lata cuando la lata
se coloca; la lata se vacía por gravedad.
La realización ilustrada en la figura 9 tiene
múltiples ventajas: reducción del número de conexiones de fluido y
tubos, circulación local (en carro) de la tinta y desgasificación,
sistema de circulación de tinta con menos componentes, circulación
bombeada de la tinta en lugar de circulación presurizada de la
tinta, que es más segura en caso de problemas, mínima interacción
entre la parte de suministro de tinta en carro y la parte de
suministro de tinta fuera de eje, solamente un depósito de
suministro secundario y depósito de retorno secundario para los
múltiples cabezales de impresión en la configuración, etc.
Es obvio que el concepto de una barra colectora
no se limita al sistema de circulación de tinta descrito, sino que
el concepto se puede aplicar en otras configuraciones donde
múltiples cabezales de impresión por inyección de tinta tienen que
conectar con un suministro o retorno comunes de tinta.
Con referencia a la figura 10, se describe una
realización alternativa para un sistema de circulación de tinta,
especialmente adecuado para la operación mejorada de la unidad de
desgasificación. Se ha indicado anteriormente que se requiere un
flujo de tinta mínimo a través de la unidad de desgasificación para
la operación óptima de una unidad de desgasificación de flujo
pasante activo. Según la figura 6, este flujo de tinta mínimo es
aproximadamente 1000 ml/h. En realizaciones anteriores del sistema
de circulación de tinta, el flujo de tinta a través de la unidad de
desgasificación era también el flujo de tinta a través del cabezal
de impresión. En varias aplicaciones, un flujo de tinta óptimo a
través de la unidad de desgasificación puede no ser un flujo de
tinta óptimo a través del cabezal de impresión. El sistema de
circulación de tinta ilustrado en la figura 10 proporciona una
solución a este problema porque permite un flujo más alto a través
de la unidad de desgasificación que el flujo a través del cabezal
de impresión. La realización de la figura 10 incluye un depósito
secundario de suministro de tinta 20 y un depósito secundario de
retorno de tinta 30 que tienen funcionalidad similar a la descrita
anteriormente. El depósito de suministro secundario 20 y el depósito
de retorno secundario 30 están equipados con un sensor de nivel de
tinta 26, respectivamente un sensor de nivel de tinta 36. Una
realización preferible de los sensores de nivel 26 y 36 puede
incluir un sensor ultrasónico de nivel con una salida de
conmutación o salida análoga como el que se puede obtener de Hans
Turck GmbH & Co (DE) o un elemento flotante que tiene un imán,
dispuesto en el depósito secundario, y asociado a un conjunto de
detectores Hall, dispuesto en el exterior del depósito secundario a
lo largo de una pared vertical. El número de detectores Hall en el
conjunto determina el grado de medición binaria a continua. El
sensor de nivel puede ser usado en la figura 1, es decir, el sensor
de nivel 28 se usa para controlar la válvula de relleno 24 y el
sensor de nivel 38 se usa para controlar la válvula de drenaje 34.
Los sensores de nivel también pueden ser usados para mantener una
diferencia de altura entre la superficie de tinta libre en el
depósito de suministro secundario 20 y la superficie de tinta libre
en el depósito de retorno secundario 30. Esta diferencia de altura
crea una diferencia de presión hidrostática \DeltaP que es la
fuerza de accionamiento para el flujo de tinta a través del cabezal
de impresión 10. La diferencia de presión \DeltaP controla la tasa
de flujo de tinta a través del cabezal de impresión 10. La
contrapresión en las boquillas del cabezal de impresión 10 es
controlada activamente mediante la presión P0 aplicada en las
superficies de tinta libre del depósito de suministro secundario 20
y el depósito de retorno secundario 30. El sistema de circulación de
tinta incluye además un depósito de retorno 50 para drenar el
depósito de retorno secundario 30 cuando la válvula de drenaje 34 se
abre, movida por una diferencia de presión negativa
P5-P0. El depósito de retorno 50 se puede cargar con
una cantidad de tinta nueva procedente de un cartucho 80, movido
por una presión negativa P5 en el depósito de retorno 50. La
cantidad de tinta nueva sustituirá la cantidad de tinta impresa por
el cabezal de impresión 10. Por lo tanto, el nivel de tinta en el
depósito de retorno 50 se puede medir con un sensor de nivel 56. Una
realización preferida del sensor de nivel 56 puede ser un sensor de
nivel T/LL 55 que se puede obtener de Fozmula (UK) o un sensor de
nivel de tipo ultrasónico similar al usado para los depósitos
secundarios (véase anteriormente). El recorrido de tinta
proporcionado por el componente explicado hasta ahora con referencia
a la figura 10, es decir, desde la válvula de relleno 24 hasta el
depósito de retorno 50, también se denomina el recorrido principal.
El sistema de tinta se cierra mediante un recorrido de
acondicionamiento desde el depósito de retorno 50 de nuevo a la
válvula de relleno 24, incluyendo el recorrido de acondicionamiento
una bomba de circulación 76, una unidad de desgasificación 60 y un
filtro 65. Realizaciones preferidas de la bomba, la unidad de
desgasificación y el filtro se han descrito en las secciones
anteriores. En paralelo al recorrido de acondicionamiento se ha
dispuesto un recorrido de derivación, incluyendo una restricción de
flujo 78 que permite que fluya tinta desde la salida del filtro 65
de nuevo a la entrada de la bomba de circulación 76, dejando por
ello en derivación el recorrido principal a través del cabezal de
impresión 10. Las realizaciones de una restricción de flujo 78
pueden incluir una válvula de restricción, una válvula de reducción,
una válvula de retención empujada por muelle o una simple
constricción en el tubo de tinta. La operación del recorrido de
derivación se explica ahora. La bomba de circulación 76 opera de
forma continua y bombea tinta a una tasa de flujo dada a través de
la unidad de desgasificación 60 y el filtro 65 para suministrar
tinta en la bifurcación del recorrido principal y el recorrido de
derivación. Pueden producirse dos situaciones. En una primera
situación, la válvula de relleno 24 está cerrada y toda la tinta
que entra desde el recorrido de acondicionamiento fluye al recorrido
de derivación, a través de la restricción de flujo 78 y contra la
resistencia al flujo proporcionada por la restricción de flujo 78.
La operación de la bomba de circulación 76 incrementa la presión de
la tinta en la bifurcación del recorrido principal y el recorrido
de derivación a un valor que contrarresta la resistencia de presión
de la restricción de flujo 78. La bomba de circulación 76 hace
circular de forma continua la tinta en un bucle cerrado con el
filtro 65 y la unidad de desgasificación 60. Por lo tanto, esta
circulación en bucle cerrado se denomina la circulación de
acondicionamiento. En una segunda situación, la válvula de relleno
24 está abierta y la tinta que entra desde el filtro 65 fluye al
depósito de suministro secundario 20, contra una contrapresión P0
en el depósito de suministro secundario 20 que es generalmente
inferior a la contrapresión establecida por la restricción de flujo
78. La bomba de circulación 76 suministra ahora tinta al recorrido
principal. La tasa de flujo de tinta a través del recorrido
principal se determina por la diferencia de presión entre las
superficies de tinta libre en los depósitos secundarios 20 y 30, y
también puede ser determinada por la presión absoluta P0 en los
depósitos secundarios 20 y 30. Esta circulación de tinta se denomina
la circulación de impresión. Durante la circulación de impresión,
el flujo de tinta a través de la restricción de flujo 78 puede ser
despreciable o estar totalmente interrumpido, dependiendo de la
realización específica usada para realizar la restricción de flujo
78. En la operación, la válvula de relleno 24 opera
intermitentemente a alta frecuencia, creando un flujo de tinta
pseudo-continuo controlable a través del recorrido
principal durante la impresión. Es decir, en la operación, la
válvula de relleno 24 es funcionalmente comparable con una
restricción de flujo controlable. Por lo tanto, la válvula de
relleno 24 y la restricción de flujo 78 permiten dos flujos
paralelos de tinta, es decir, un flujo de impresión mediante el
recorrido principal (incluyendo el cabezal de impresión) y un flujo
de acondicionamiento mediante el recorrido de derivación. De estos
dos flujos de tinta, el flujo de impresión es controlable y el
flujo de acondicionamiento toma el excedente de lo procedente de la
bomba de circulación. Por lo tanto, la ventaja principal de esta
realización alternativa es que el flujo de tinta a través de la
unidad de desgasificación se puede establecer independientemente del
flujo de tinta a través del cabezal de impresión y, por lo tanto,
la unidad de desgasificación puede operar a una tasa óptima, sean
cuales sean las limitaciones de flujo aplicables a la tasa de flujo
a través del cabezal de impresión.
\newpage
En una realización alternativa que cumple la
misma finalidad, es decir, óptimas condiciones de desgasificación,
el recorrido de derivación está dispuesto entre la salida de la
unidad de desgasificación 60, es decir, antes de la válvula de
relleno 24, y la entrada de tinta al depósito de retorno 50, es
decir, después de la válvula de drenaje 34. El contenido de tinta
del depósito de retorno 50 se incluye ahora también en el flujo de
acondicionamiento.
En una impresora de inyección de tinta de color,
cada color se imprime con un cabezal de impresión diferente o un
conjunto de cabezales de impresión. Cada color tiene su propio
sistema de tinta con una parte fuera de eje y una parte en carro.
Cada sistema de tinta puede soportar uno o múltiples cabezales de
impresión que imprimen el mismo color. Los múltiples cabezales de
impresión que imprimen el mismo color, se pueden montar en un
módulo alternativo a través del medio de impresión y anchos de
impresión mayores que la anchura de un solo cabezal de impresión, o
pueden estar decalados en un conjunto completo de cabezales de
impresión de anchura de página.
La presente invención se ha descrito hasta ahora
con cabezales de impresión del tipo de flujo pasante. De hecho, las
ventajas de una circulación continua de tinta con desgasificación
activa continua son sustanciales con el uso de cabezales de
impresión del tipo de flujo pasante, porque la tinta en el cabezal
de impresión es rejuvenecida de forma continua con tinta nueva y
acondicionada. Los sistemas de tinta de la técnica anterior para
cabezales de impresión del tipo de disparo de extremo con solamente
una entrada de tinta tienen a menudo una cadena unidireccional de
suministro de tinta desde un depósito principal de tinta o cartucho
al cabezal de impresión. Estos sistema de tintas no tienen
circulación de tinta y, por lo tanto, la tinta en el cabezal de
impresión, los tubos y otros componentes no se pueden rejuvenecer de
forma continua. Una realización de la presente invención para
cabezales de impresión de disparo de extremo puede ser muy similar a
la realización ilustrada en la figura 1, a excepción de que el
cabezal de impresión no está conectado en serie entre el depósito
de suministro secundario y el depósito de retorno secundario, sino
en paralelo con un atajo entre el depósito de suministro y el
depósito de retorno. La figura 4 representa el sistema de tinta en
carro de una realización de la invención para cabezal de impresión
del tipo de disparo de extremo. Para sistemas de suministro de tinta
de disparo de extremo, la invención puede tener las ventajas
siguientes. En primer lugar, la cantidad de tinta retenida en el
sistema de tinta que no se rejuvenece mediante circulación, se
limita a la cantidad en los cabezales de impresión de disparo de
extremo. En consecuencia, en caso de fallo de la boquilla o de
mantenimiento, también se reduce la cantidad de tinta
"residual" que hay que purgar a través del cabezal de impresión
antes de disponer de tinta nueva en las boquillas. Además, dado que
las propiedades de desgasificación de la tinta se pueden degradar
con el tiempo mientras reside en los tubos de suministro y los
depósitos intermedios del sistema de tinta, el rejuvenecimiento y
la circulación de la tinta limitan la cantidad de "tinta residual
de arranque" que, por ejemplo, después de una parada de
producción en fin de semana, no se puede rejuvenecer y, por lo
tanto, se tiene que purgar a través del cabezal de impresión. Una
segunda ventaja es que se puede obtener un punto operativo
constante y óptimo para la unidad de desgasificación de flujo
pasante en línea, dando lugar a un mejor nivel controlado de
extracción de gas disuelto de la tinta. Un lote de unidades de
desgasificación no son adecuadas para operación a tasas de flujo
bajas, inherentes a los sistemas unidireccionales de suministro de
tinta para cabezales de impresión de disparo de extremo, a causa de
su pronunciada característica de desgasificación.
- 1
- Sistema de tinta
- 2
- Sistema de tinta fuera de eje
- 3
- Sistema de tinta en carro
- 10
- Cabezal de impresión
- 10a, 10b
- Serie de boquillas
- 11
- Entrada de tinta
- 12
- Salida de tinta
- 13, 14
- Conexiones eléctricas o de fluido
- 15
- Medios de acondicionamiento
- 19
- Circuito de acondicionamiento
- 20
- Depósito secundario de suministro
- 30
- Depósito secundario de retorno
- 40
- Depósito de suministro
- 50
- Depósito de retorno
- 21, 31, 41, 51, 61
- Entrada de tinta
- 22, 32, 42, 52, 62
- Salida de tinta
- 23, 33, 43, 53, 63, 93
- Conexión de presión
- 24
- Válvula de relleno
- 34
- Válvula de drenaje
- 84
- Válvula de carga de tinta
- 25, 35
- Sensor de nivel mínimo
- 26, 36, 46, 56
- Sensor de nivel operativo
- 27, 37
- Sensor de nivel máximo
- 28
- Superficie de tinta libre
- 29, 39, 49, 59
- Depósito cerrado
- 48, 58
- Entrada de tinta nueva
- 70
- Depósito principal de tinta
- 71, 74
- Válvula de retención
- 72, 75, 65
- Filtro
- 73, 76
- Bomba
- 78
- Restricción de flujo
- 60
- Unidad de desgasificación activa de flujo pasante
- 64
- Válvula de rotura de vacío
- 66
- Válvula de control de vacío
- 80
- Cartucho de tinta
- 90
- Depósito secundario de cabezal de impresión
- 91
- Pared de rebosamiento
Claims (11)
1. Un sistema de circulación de tinta (1) para
uso en un aparato de impresión por inyección de tinta, incluyendo
el sistema de circulación de tinta:
- -
- un cabezal de impresión por inyección de tinta (10);
- -
- un depósito de suministro secundario (20) para contener un suministro de una tinta al cabezal de impresión por inyección de tinta (10);
- -
- un depósito de retorno secundario (30) para contener un excedente de la tinta no usada por el cabezal de impresión por inyección de tinta (10);
- -
- un primer recorrido de fluido que acopla el depósito de suministro secundario (20) con el cabezal de impresión por inyección de tinta (10) y con el depósito de retorno secundario (30) para proporcionar un flujo de tinta desde el depósito de suministro secundario (20) al cabezal de impresión por inyección de tinta (10) y al depósito de retorno secundario (30);
- -
- un segundo recorrido de fluido que acopla el depósito de retorno secundario (30) con el depósito de suministro secundario (20) para alimentar la tinta desde el depósito de retorno secundario (30) de nuevo al depósito de suministro secundario (20);
caracterizado porque el sistema incluye
además un carro para movimiento alternativo a través de un medio de
impresión, donde el depósito de suministro secundario (20), el
cabezal de impresión por inyección de tinta (10), el depósito de
retorno secundario (30) y el primer recorrido de fluido se soportan
en el carro.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El sistema de circulación de tinta (1) según
la reivindicación 1, incluyendo además medios (70, 73) para
rellenar el depósito de suministro secundario (20) con una cantidad
de tinta con el fin de compensar la tinta usada por el cabezal de
impresión por inyección de tinta (10) para imprimir.
3. El sistema de circulación de tinta (1) según
alguna de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además
medios de control (P1, P2, \DeltaP) para controlar el flujo de
tinta desde el depósito de suministro secundario (20) al cabezal de
impresión por inyección de tinta (10) y al depósito de retorno
secundario (30), donde los medios de control se soportan en el
carro.
4. El sistema de circulación de tinta (1) según
alguna de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además
medios activos de control de presión (P1, P2) para controlar una
contrapresión en el cabezal de impresión (10), donde los medios
activos de control de presión (P1, P2) se soportan en el carro.
5. El sistema de circulación de tinta (1) según
alguna de las reivindicaciones precedentes, donde el depósito de
suministro secundario (20) y el depósito de retorno secundario (30)
están colocados encima del cabezal de impresión por inyección de
tinta (10).
6. El sistema de circulación de tinta (1) según
alguna de las reivindicaciones precedentes, donde el depósito de
suministro secundario (20) y el depósito de retorno secundario (30)
están integrados en un depósito secundario (90) del cabezal de
impresión.
7. El sistema de circulación de tinta (1) según
alguna de las reivindicaciones precedentes, donde el segundo
recorrido de fluido se soporta en el carro para movimiento
alternativo a través del medio de impresión.
8. El sistema de circulación de tinta (1) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, incluyendo además una
pluralidad de cabezales de impresión por inyección de tinta (10),
donde el primer recorrido de fluido incluye una barra colectora de
suministro (28) para acoplar el depósito de suministro secundario
(20) con la pluralidad de cabezales de impresión por inyección de
tinta (10) y una barra colectora de retorno (38) para acoplar la
pluralidad de cabezales de impresión por inyección de tinta (10) con
el depósito de retorno secundario (30).
9. El sistema de circulación de tinta (1) según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, incluyendo además una
pluralidad de cabezales de impresión (10), teniendo cada cabezal de
impresión (10) un depósito de suministro secundario correspondiente
(20), un depósito de retorno secundario correspondiente (30) y un
primer recorrido de fluido correspondiente, y donde el segundo
recorrido de fluido es un recorrido común de fluido que acopla la
pluralidad de depósitos de retorno secundarios (30) con la
pluralidad de depósitos de suministro secundarios (20) para
alimentar la tinta desde la pluralidad de depósitos de retorno
secundarios (30) a la pluralidad de depósitos de suministro
secundarios (20).
\newpage
10. Un método para proporcionar un flujo de
tinta a un cabezal de impresión por inyección de tinta (10) usando
un sistema de circulación de tinta como el definido en cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 9.
11. Un sistema de impresión por inyección de
tinta incluyendo un sistema de circulación de tinta (1) como el
definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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