ES2537542T3 - Cabezal de impresión o cabezal de dosificación de múltiples canales - Google Patents

Abstract

Cabezal de impresión, particularmente adecuado para fluidos viscosos o llenos de partículas, con múltiples canales, estando un canal caracterizado por - un microcircuito electroneumático (2) que contiene entre un primer y un segundo nivel de presión un circuito en serie de una primera microválvula (18) y un estrangulador neumático (23) o una segunda microválvula, para generar una presión de control pc en un nodo neumático común (5) entre la primera microválvula y el estrangulador o la segunda válvula, - al menos un eyector de fluido de goteo por demanda (4) con un actuador neumático controlado por la presión de control pc, controlando el eyector de fluido (4) una descarga de fluido a través de al menos una salida de fluido (6).

Description

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[0061] En esta realización, los dispositivos y métodos de acuerdo con la invención permiten, utilizando el microcircuito electroneumático 2 de la invención, una amplificación de la carrera de una válvula piezoeléctrica de aproximadamente 0,05 mm a una carrera de válvula de diafragma en el eyector de fluido 4 de 0,2 mm a 0,5 mm, si se utiliza, por ejemplo, un diafragma de elastómero 8 con un espesor de 0,05 mm. Al utilizar el diafragma de elastómero también se pueden procesar fluidos con elevada carga de partículas, con tamaños de partícula del rango de las décimas de milímetro. Por un lado, la deflexión del diafragma de elastómero de varias décimas de milímetro permite el pasaje de partículas en el estado abierto, por el otro lado, la alta flexibilidad del diafragma en estado cerrado de la válvula también permite un sellado efectivo, porque las partículas quedan atrapadas por el diafragma elástico. Debido a la alta elasticidad de un diafragma de elastómero, el contacto con el diafragma con partículas abrasivas solo produce bajas tensiones internas, que no pueden dañar el diafragma. El diafragma “deja pasar”, de modo que los diafragmas de elastómero son preferibles respecto de otros diafragmas, en particular en presencia de partículas abrasivas.

[0062] Con la configuración según se describió, el tiempo para abrir la válvula es de entre 0,05 ms y 0,2 ms, y el tiempo para cerrar la válvula de fluido es <0,05 ms. Estos breves tiempos de transición solo se logran con una versión miniaturizada del microcircuito electroneumático y aseguran una eyección limpia del fluido, también de fluidos de mayor viscosidad y/o llenos de partículas, con frecuencias de descarga en el rango de los kHz.

[0063] La fig. 7-B muestra una realización de un cabezal de impresión, que es particularmente adecuado para la impresión de fluidos por chorro libre. El cabezal de impresión contiene una microválvula 18, configurada como una microválvula normalmente cerrada y que se conecta con el mayor de los dos niveles de presión p1 o p2. El eyector de fluido 4 es del tipo diafragma con desplazamiento de fluido. La realización combina un microcircuito electroneumático 2 como en la fig. 3-A en modo de operación 1 con un eyector de fluido como el que se muestra en la fig. 5-C, equipado con un diafragma más rígido 8, por ejemplo, hecho en PEEK con un espesor de 0,1 mm. El cabezal de impresión se puede operar con el mismo dimensionado de los elementos del microcircuito electroneumático como el que se usa en la fig. 7-A. Como la resistencia neumática del estrangulador neumático 23 es elevada si se la compara con la de la microválvula abierta 18, también es alta la constante de tiempo de la liberación de presión de control tras la eyección de fluido, lo que significa que la presión de control siempre decrece lentamente. Este comportamiento es deseable para la fase de succión de fluido. Por el otro lado, la resistencia de flujo de la microválvula abierta 18 y el volumen del nodo neumático 5 son pequeños, resultando en una eyección de fluido eficiente debido a la rápida ruptura de presión tras el accionamiento eléctrico de la microválvula 18.

[0064] Como una desventaja de esta configuración, debido a un diámetro creciente de las salidas de fluido y, por lo tanto, las decrecientes fuerzas capilares en las salidas de fluido, se deben tener en consideración tiempos de llenado más largos y, por consiguiente, frecuencias de operación más bajas, para evitar la succión de aire hacia la cavidad del eyector.

[0065] La fig. 8 muestra una vista en sección a través de un canal dosificador en una realización de un cabezal de impresión hecho con varias placas estampadas. Se basa en una configuración como la que se muestra en la fig. 3-B y en la fig. 4-A. Decenas o cientos de canales similares se disponen en una hilera perpendicular al plano de la ilustración.

[0066] De acuerdo con la invención, las placas estampadas se pueden fabricar por separado a partir de metal, materiales orgánicos o inorgánicos. Por lo tanto, es ventajoso concebir la estructura mecánica de modo que, desde el punto de vista funcional, elementos similares de varios canales o de todos sean parte de una estructura común. Así, por ejemplo, los asientos y aberturas de las microválvulas neumáticas 18 de algunos o todos los canales del cabezal de impresión 1 están contenidos en una placa estampada PP2, véase la fig. 8, y/o los tubos capilares y/o estranguladores neumáticos 2 del microcircuito electroneumático de varios o todos los canales del cabezal de impresión 1 están contenidos en una placa estampada PP3, y/o partes de los actuadores piezoeléctricos monomórficos 21 de las microválvulas 18 de varios o todos los canales del cabezal de impresión 1 están contenidos en una placa estampada, y/o los asientos de válvulas y/o partes similares de la alimentación de fluido de varios o todos los canales del cabezal de impresión están contenidos en una placa estampada común PF1 y/o las salidas de fluido de varios o todos los canales del cabezal e impresión están contenidas en una placa estampada PF2. Los diafragmas de varios o todos los canales también pueden ser parte de un diafragma integrado.

[0067] Debido a los altos requisitos de precisión de dimensiones de los elementos del microcircuito neumático, como los tubos capilares o aberturas de microválvula, así como por los elementos de los eyectores de fluido, como las salidas de fluido, asientos de válvula y aberturas de válvula, la invención propone que, como mínimo, una de las placas estampadas sea estampada utilizando técnicas micromecánicas. Las técnicas micromecánicas incluyen todas las técnicas y procesos de fabricación, conocidos de la tecnología de microsistemas (MEMS) e ingeniería de microestructuras. Por ejemplo, los tubos capilares neumáticos, canales de fluidos, salidas de fluidos y asientos de válvulas se pueden realizar en una placa microestampada de uno o dos lados, usando una combinación de técnica litográfica y de grabado (proceso sustractivo) o agregando capas, también por estampado litográfico (proceso aditivo). Además, las técnicas micromecánicas incluyen los métodos de moldeo por microinyección u otros métodos de duplicación.

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prensar juntos con un dispositivo de presión en forma de un racor roscado, un encaje de presión, con ménsulas o abrazaderas. El diafragma 8 comúnmente usado, aprovechando sus propiedades elásticas, además se usa como sello entre la parte neumática 24 y la parte fluídica 25, en particular como sello de superficie.

[0076] De acuerdo con la invención, una capa de diafragma se puede conectar a la parte fluídica, por ejemplo, soldando el diafragma 8 a la parte fluídica 25, véase la fig. 8-C (ejemplo de un disparador lateral), que contiene los diafragmas de varios canales. Así, el cabezal de impresión comprende solo una estructura de dos partes que, comparada con una estructura de 3 partes, ofrece la ventaja de una manipulación más rápida durante el cambio de la parte fluídica y una hermeticidad permanente a los derrames entre la parte fluídica 25 y el diafragma 8. No obstante, de todos modos la capa de diafragma 8 o una segunda capa de diafragma se pueden unir de manera segura con la parte neumática.

[0077] De acuerdo con la invención, por ejemplo, la parte neumática 24 se puede fijar a un aparato de impresión o dosificación utilizando un racor roscado. El aparato de impresión o dosificación, entonces, puede comprender una abrazadera o un racor rápido, en donde se pueden insertar el diafragma 8 y la parte fluídica 25 y, cuando están exactamente alineados, se prensan contra el lado inferior de la parte neumática 24.

[0078] Un diseño modular así ofrece un máximo de flexibilidad cuando se cambia a diferentes fluidos, cuando se cambia un diafragma de diferente configuración, defectuoso o gastado, o cuando se cambia una parte fluídica 25 de diferente configuración, sucia o contaminada.

[0079] En lo que respecta a impresión multicolor (por ejemplo, de 4, 5 o 6 colores), de acuerdo con la invención se propone una configuración en la que un cabezal de impresión contiene una variedad de módulos planos 34 en una formación, cada uno de ellos fabricados con placas delgadas estampadas paralelas, cada una reúne las características de los eyectores de fluido y microcircuitos electroneumáticos, véase la fig. 9, de modo que las placas microestampadas son preferentemente placas de metal estampadas utilizando técnicas de grabado. Para unir las placas de metal se propone utilizar un adhesivo en lámina estampada y un proceso de laminado. Un módulo 34 contiene en una disposición lateral las estructuras de los microcircuitos electroneumáticos y de los eyectores de fluido, con una configuración, por ejemplo, de disparador lateral de uno o varios colores. De acuerdo con la invención, las líneas de suministro de pintura para los diversos colores y las líneas de suministro neumáticas se alimentan perpendicularmente a las placas en toda la anchura del cabezal de impresión. Para poder reemplazar fácilmente los módulos individuales, la pila de módulos se prensa preferentemente de manera desprendible entre dos placas de borde 35. Como se sugiere en la fig. 9, cada módulo puede incluir un control electrónico por separado, en el caso de un cabezal de impresión de 4 colores son adecuados microchips de 4 canales. Las salidas de fluido de cada canal de color se pueden disponer en paralelo y a cierta distancia entre sí, también pueden conducir internamente a una salida de fluido en común, haciéndose así una mezcla interna. Finalmente, como se muestra en la fig. 6-B, la pintura descargada además se puede atomizar. La atomización se puede realizar por medio de aire de atomización continuo o discontinuo por medio de un canal adicional, que controla el aire de atomización.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La presente lista de referencias citadas por el solicitante es solo para la conveniencia del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. A pesar de la extrema diligencia tenida al compilar las referencias, no se puede excluir la posibilidad de que haya errores u omisiones y la OEP queda exenta de todo tipo de responsabilidad a este respecto.

Bibliografía de patentes citada en la descripción

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US 5119110 A [0003]

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US 5356034 A [0003]

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US 20090115816 A [0003]

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US 4723131 A [0003]

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Claims (1)

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