ES2709375T3 - Un cabezal de impresión por goteo bajo demanda y procedimiento de impresión - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento de impresión por goteo bajo demanda, que comprende combinar gotas primarias para formar una gota combinada, realizando las siguientes etapas en un cabezal de impresión: - descargar una primera gota (x21A) primaria de un primer líquido recogida desde un primer depósito (x16A) de líquido para moverse a lo largo de una primera trayectoria; - descargar una segunda gota (x21B) primaria de un segundo líquido recogida desde un segundo depósito (x16B) de líquido para moverse a lo largo de una segunda trayectoria; - controlar el vuelo de la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en la gota (x22) combinada en un punto (x32) de conexión dentro de una cámara de reacción dentro del cabezal de impresión para que se inicie una reacción química dentro de un entorno controlado de la cámara de reacción entre el primer líquido de la primera gota primaria y el segundo líquido de la segunda gota primaria; - y controlar el vuelo de la gota (x22) combinada a través de la cámara de reacción a lo largo de una trayectoria de gota combinada dirigida hacia la superficie que ha de imprimirse de manera que la gota (x22) combinada durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de gota de combinada que comienza desde el punto de conexión se distancie de los elementos del cabezal de impresión.

Description

DESCRIPCION
Un cabezal de impresion por goteo bajo demanda y procedimiento de impresion
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a cabezales de impresion por goteo bajo demanda y a procedimientos de impresion.
Antecedentes
La impresion de inyeccion de tinta es un tipo de impresion que recrea una imagen digital mediante propulsion de gotas de tinta sobre papel, plastico, u otros sustratos. Hay dos tecnologfas principales en uso: inyeccion de tinta continua (CIJ) y goteo bajo demanda (DOD).
En la tecnologfa de inyeccion de tinta continua, una bomba de alta presion dirige la solucion lfquida de tinta y solvente de secado rapido desde un deposito a traves de un cuerpo de pistola y una boquilla microscopica, creando una corriente continua de gotas de tinta a traves de la inestabilidad de Plateau-Rayleigh. Un cristal piezoelectrico crea una onda acustica, ya que vibra dentro del cuerpo de pistola y hace que la corriente de lfquido se rompa en gotas en intervalos regulares. Las gotas de tinta se someten a un campo electrostatico creado por un electrodo de carga a medida que se forman; el campo vana de acuerdo con el grado de deflexion de las gotas deseado. Esto da como resultado una carga electrostatica variable controlada en cada gota. Las gotas cargadas estan separadas por una o mas "gotas de proteccion" sin carga para minimizar la repulsion electrostatica entre gotas vecinas. Las gotas cargadas pasan a traves de un campo electrostatico y son dirigidas (desviadas) mediante placas de desviacion electrostaticas para imprimir sobre el material receptor (sustrato), o se dejan continuar sin desviarse a un canal de recogida para su reutilizacion. Las gotas mas cargadas se desvfan en mayor medida. Solo una pequena fraccion de las gotas se usa para imprimir, reciclandose la mayona. El sistema de tinta requiere regulacion activa del solvente para contrarrestar la evaporacion del solvente durante el tiempo de vuelo (tiempo entre la eyeccion de la boquilla y el reciclaje del canal) y del procedimiento de expulsion por el cual el gas que se introduce en el canal junto con las gotas no utilizadas se expulsa del deposito. La viscosidad se monitoriza y se anade un solvente (o mezcla de solventes) para contrarrestar la perdida de solvente.
El goteo bajo demanda (DOD) puede dividirse en impresoras DOD de baja resolucion que usan electrovalvulas para expulsar gotas comparativamente grandes de tintas en sustratos impresos, o impresoras DOD de alta resolucion, pueden expulsar gotas de tinta muy pequenas usando un DOD termico y un procedimiento DOD piezoelectrico para descargar la gota.
En el procedimiento de inyeccion de tinta termica, los cartuchos de impresion contienen una serie de pequenas camaras, conteniendo cada una un calentador. Para expulsar una gota de cada camara, se pasa un pulso de corriente a traves del elemento de calentamiento, provocando una vaporizacion rapida de la tinta en la camara para formar una burbuja, lo que provoca un aumento de presion grande, propulsando una gota de tinta sobre el papel. La tension superficial de la tinta, asf como la condensacion y, por lo tanto, la contraccion de la burbuja de vapor atrae una carga adicional de tinta a la camara a traves de un canal estrecho unido a un deposito de tinta. Las tintas utilizadas suelen ser a base de agua y utilizan pigmentos o tintes como colorante. Las tintas utilizadas deben tener un componente volatil para formar la burbuja de vapor, ya que de lo contrario no se puede producir la expulsion de gotas.
El DOD piezoelectrico usa un material piezoelectrico en una camara llena de tinta detras de cada boquilla, en lugar de un elemento de calentamiento. Cuando se aplica una tension, el material piezoelectrico cambia de forma, lo que genera un pulso de presion en el fluido, forzando una gota de tinta desde la boquilla. Un procedimiento DOD utiliza un software que dirige los cabezales para aplicar entre cero y ocho gotas de tinta por punto, solo donde sea necesario.
Las impresoras de alta resolucion, junto con las aplicaciones de oficina, tambien estan siendo utilizadas en algunas aplicaciones de codificacion y marcado industrial. El chorro de tinta termica se usa con mayor frecuencia en impresoras basadas en cartuchos, principalmente para impresiones mas pequenas, por ejemplo, en la industria farmaceutica. Los cabezales de impresion piezoelectricos de compares como Spectra o Xaar se han utilizado con exito para impresoras industriales de codificacion en casos de alta resolucion.
Todas las impresoras DOD comparten una caractenstica en comun: las gotas descargadas de tinta tienen un tiempo de secado mas largo en comparacion con la tecnologfa CIJ cuando se aplica sobre un sustrato no poroso. La razon es el uso de solvente de secado rapido, que es bien aceptado por la tecnologfa CIJ disenada con solvente de secado rapido en mente, pero cuyo uso debe limitarse en la tecnologfa DOD en general y en DOD de alta resolucion en particular. Esto se debe a que las tintas de secado rapido causanan que el secado vuelva a las boquillas. En la mayona de las aplicaciones conocidas, el tiempo de secado de las impresiones de las impresoras DOD de alta resolucion en sustratos no porosos sena de al menos dos veces y, por lo general, tres veces mas largo que el de CIJ. Esto es una desventaja en ciertas aplicaciones de codificacion industrial, por ejemplo, lmeas de produccion muy rapidas en las que el tiempo de secado de unos pocos segundos puede exponer la impresion aun humeda (no seca) a danos cuando entra en contacto con otros objetos.
Otra desventaja de la tecnologfa DOD de alta resolucion es la energfa de gota limitada, lo que requiere que el sustrato sea guiado muy uniformemente y estrechamente a las boquillas de impresion. Esto tambien demuestra ser desventajoso para algunas aplicaciones industriales. Por ejemplo, cuando la superficie codificada no es plana, no puede guiarse muy cerca de las boquillas.
La tecnologfa CIJ tambien demuestra tener limitaciones inherentes. Hasta ahora, CIJ no se ha utilizado con exito para impresiones de alta resolucion debido a que necesita cierto tamano de gota para funcionar bien. La otra desventaja bien conocida de la tecnologfa CIJ es el alto uso de solvente. Esto no solo causa altos costes de suministros, sino que tambien puede ser peligroso para los operadores y el medio ambiente, ya que los solventes mas eficientes son venenosos, tal como MEK (metil etil cetona) ampliamente utilizado.
Los siguientes documentos ilustran diversas mejoras en la tecnologfa de impresion de inyeccion de tinta.
El artfculo "Double-shot inkjet printing of donor-acceptor-type organic charge-transfer complexes: Wet/nonwet definition and its use for contact engineering" de T. Hasegawa y otros (Thin Solid Films 518 (2010) paginas 3988­ 3991) presenta una tecnica de impresion por inyeccion de tinta de doble inyeccion (DS-IJP), en la que dos tipos de gotas de tinta de escala de picolitros que incluyen moleculas donadoras de componente soluble (por ejemplo, tetratiafulvaleno, TTF) y aceptora (por ejemplo, tetracianoquinodimetano, TCNQ) se depositan individualmente en una posicion identica sobre las superficies del sustrato para formar pelfculas de compuestos metalicos apenas solubles de TTF-TCNQ. La tecnica utiliza la modificacion de la superficie humeda/no humeda para limitar las gotas entremezcladas de las tintas donantes y aceptoras impresas individualmente en un area predefinida, lo que da como resultado la formacion de complejos instantaneos a escala de picolitro.
La patente de Estados Unidos US7429100 presenta un procedimiento y un dispositivo para aumentar el numero de gotas de tinta en un chorro de gotas de tinta de una impresora de inyeccion de tinta de operacion continua, en el que las gotas de tinta de al menos dos chorros de gotas de tinta producidos por separado se combinan en una gota de inyeccion de tinta, de manera que el chorro de gotas de tinta combinadas encierra completamente las gotas de tinta separadas de los correspondientes chorros de gotas de tinta correspondientes y, por lo tanto, tiene un numero de gotas de tinta igual a la suma de los numeros de gotas de tinta en la corriente individual. Las gotas de las corrientes individuales no colisionan entre sf y no se combinan entre sf, sino que permanecen separadas en el chorro de gotas combinadas.
La solicitud de patente de Estados Unidos US20050174407 presenta un procedimiento para la deposicion de materiales solidos, en el que un par de dispositivos de impresion de inyeccion de tinta expulsan gotas de tinta, respectivamente, en una direccion tal que coinciden durante el vuelo, formando gotas mezcladas que continuan hacia adelante hacia un sustrato, en el que las gotas mezcladas se forman fuera del cabezal de impresion.
La solicitud de patente japonesa JP2010105163A desvela una placa de boquillas que incluye una pluralidad de orificios de boquilla que descarga lfquidos que se combinan en vuelo fuera de la placa de boquillas.
La patente de Estados Unidos US8092003 presenta sistemas y procedimientos para la impresion digital de imagenes en sustratos utilizando tintas digitales y catalizadores que inician y/o aceleran el curado de las tintas sobre los sustratos. La tinta y el catalizador se mantienen separados entre sf mientras estan dentro de los cabezales de una impresora de inyeccion de tinta y se combinan solo despues de ser descargados del cabezal, es decir, fuera del cabezal. Esto puede causar problemas en el control preciso de la coalescencia de las gotas en vuelo fuera del cabezal y la correspondiente falta de control preciso sobre la colocacion de la gota en el objeto impreso.
En todos los procedimientos anteriormente mencionados, las gotas de los lfquidos primarios respectivos no estan guiadas despues de descargarse desde las boquillas respectivas. Por lo tanto, su trayectoria de vuelo en su trayectoria hacia el punto de conexion en el que comienzan a formar una gota combinada mezclada no esta controlada. Tal control puede resultar necesario a la hora de mezclar sustratos de reaccion qrnmica con el fin de evitar un contacto accidental e indeseable entre los sustratos en el area de las terminaciones de las boquillas, en las que un contacto demasiado precipitado podna conducir a una acumulacion de residuos de la sustancia combinada y a un bloqueo de la boquilla con el tiempo mientras que la sustancia combinada se solidifica.
Se conocen diversas disposiciones para alterar la velocidad de la gota que sale del cabezal de impresion mediante el uso de electrodos para afectar gotas cargadas, como se describe, por ejemplo, en los documentos de patente US3657599, US20110193908 o US20080074477.
La solicitud de patente de Estados Unidos US20080074477 desvela un sistema para controlar el volumen de gotas en una impresora de inyeccion de tinta continua, en el que una sucesion de gotas de tinta, todas expulsadas de una sola boquilla, se proyectan a lo largo de una trayectoria longitudinal en un sustrato diana. Se selecciona un grupo de gotas a partir de la sucesion en la trayectoria, y este grupo de gotas se combina acelerando electrostaticamente las gotas aguas arriba del grupo y/o desacelerando las gotas corriente abajo del grupo para combinarlas en una sola gota.
Las solicitudes de patente alemana DE3416449 y DE350190 presentan cabezales de impresion CIJ que comprenden generadores de gotas que generan una corriente continua de gotas. La corriente de gotas se genera como resultado de perturbaciones de presion periodicas en la proximidad de las boquillas que descomponen las inyecciones de tinta emergentes en gotas que tienen el mismo tamano y estan separadas por igual. La mayona de las gotas son recogidas mediante canales y alimentadas a los depositos que suministran tinta a los generadores de gotas, como es comun en la tecnologfa CIJ.
La solicitud de patente japonesa JPS5658874 presenta un cabezal de impresion CIJ que comprende boquillas que generan corrientes continuas de gotas, que estan separadas por igual, en el que algunas de las gotas se recogen mediante canales y solo algunas de las gotas llegan a la superficie a imprimir. Las trayectorias de las gotas son alteradas por un conjunto de electrodos, tal que la trayectoria de una gota se altera para cruzar la trayectoria de otra gota.
Debido a las diferencias estructurales y tecnologicas sustanciales entre los cabezales de impresion de tecnologfa CIJ y DOD, estos cabezales de impresion no son compatibles entre sf y sus caractensticas individuales no son transferibles entre las tecnologfas.
La patente de Estados Unidos US8342669 desvela un conjunto de tintas que comprende al menos dos tintas, que se pueden mezclar en cualquier momento (que se enumeran: antes de la inyeccion, durante la inyeccion, o despues de la inyeccion). Una realizacion particular especifica en la que las tintas se pueden mezclar o combinar en cualquier lugar entre la salida del cabezal de inyeccion de tinta y el sustrato, es decir, en cualquier lugar durante el vuelo. Despues de la combinacion de las tintas entre el dispositivo de inyeccion de tinta y el sustrato, las gotas de las tintas pueden comenzar a reaccionar, es decir, pueden comenzar la polimerizacion de los monomeros de vinilo y el momento de las gotas puede llevar las gotas a una ubicacion deseada en el sustrato. Esto tiene, sin embargo, la desventaja de que es diffcil de controlar los parametros de coalescencia de las gotas, ya que el entorno exterior al dispositivo de inyeccion de tinta es variable.
Sena deseable controlar la trayectoria de vuelo de las gotas de sustrato primario despues de que estas abandonen sus respectivas salidas de las boquillas no solo para garantizar la coalescencia apropiada, sino tambien con el fin de evitar un contacto demasiado prematuro entre los sustratos de reaccion qmmica en las proximidades de las salidas de las boquillas. Tal contacto indeseable podna conducir a la acumulacion de residuos de la sustancia que se ha hecho reaccionar y, por consiguiente, a una obstruccion de la boquilla.
La solicitud de patente de Estados Unidos US2011/0181674 desvela un cabezal de impresion de inyeccion de tinta que incluye una camara de presion que almacena una primera tinta succionada desde un deposito y que transfiere la primera tinta a una boquilla mediante una fuerza de accionamiento de un actuador; y un amortiguador dispuesto entre la camara de presion y la boquilla y que permite que la primera tinta se mezcle con una segunda tinta extrafda a traves de una trayectoria de flujo de tinta para la segunda tinta. La desventaja de esa solucion es que la tinta mezclada esta en contacto con la boquilla. Esto puede ocasionar problemas cuando los parametros fisicoqmmicos de la tinta mezclada no permiten inyectar la tinta mezclada, o la tinta mezclada no es qmmicamente estable y las reacciones que se producen dentro de la tinta mezclada provocan el cambio de parametros fisicoqmmicos que no permiten la inyeccion de la tinta mezclada, o la reaccion provoca la solidificacion de la tinta mezclada. En caso de que la reaccion qmmica se inicie al mezclar los componentes de la tinta, cualquier residuo de la tinta mezclada que entre en contacto con la boquilla y no sea eliminada de la misma por la corriente de gas puede provocar la acumulacion de residuos, que conducen a bloquear la boquilla durante el procedimiento de impresion.
La solicitud de patente europea EP1574343 desvela un aparato de expulsion de gotas, en el que corriente abajo las gotas se descargan por un par de boquillas, en el que cada boquilla descarga lfquido desde el mismo deposito de lfquido, que es comun a ambas boquillas. La primera boquilla expulsa una gota principal y una gota satelite; y la segunda boquilla expulsa otra gota principal. Las gotas principales corriente abajo se combinan entre sf para formar una gota combinada. La gota combinada se dirige a lo largo de una trayectoria de gota combinada dirigida hacia una seccion de captura que dirige esa gota combinada, a traves de una trayectoria de flujo de tinta capilar, de vuelta al deposito de lfquido. Solo la gota satelite se dirige hacia la superficie que se va a imprimir.
La solicitud de patente japonesa JPH11227227 desvela una impresora de inyeccion de tinta que tiene un cabezal de lmea capaz de ejecutar una gradacion de area de multiples valores a todo color por punto y eliminar la obstruccion. Las gotas primarias, que son expulsadas de los electrodos de corte, se mezclan dentro de un electrodo 13 de mezcla para formar una gota de masa mas grande, que es expulsada por un electrodo de expulsion y luego acelerada por electrodos de aceleracion. La gota combinada se mueve a lo largo de un paso de tinta formado por paredes hidrofobas, de manera que exista poca resistancia entre la gota y las paredes, por lo tanto, la gota combinada esta en contacto con los elementos del cabezal de impresion a medida que se mueve hacia la superficie que ha de imprimirse.
Sumario
El problema asociado con la impresion de inyeccion de tinta DOD es el tiempo relativamente largo de curado de la tinta despues de que su deposicion sobre la superficie permanezca real.
Todavfa hay una necesidad de mejorar la tecnologfa de impresion de inyeccion de tinta DOD para acortar el tiempo de curado de la tinta despues de su deposicion sobre la superficie. Ademas, sena ventajoso obtener dicho resultado combinado con una mayor energfa de las gotas y una colocacion de las gotas mas precisa para codificar diferentes productos de diferentes sustratos y formas.
Hay una necesidad de mejorar las tecnologfas de impresion de inyeccion de tinta en un intento de disminuir el tiempo de secado (o curado) de la impresion y para aumentar la energfa de las gotas de la impresion que se descargan desde la impresora. La presente invencion combina esas dos ventajas y las eleva al nivel disponible hasta ahora solo para impresoras CIJ y no disponibles en el area de tecnologfa DOD en general (principalmente cuando se trata del tiempo de secado) y, en particular, la tecnologfa DOD de alta resolucion, en la que tanto el secado (tiempo de curado) como la energfa de las gotas se han mejorado mucho en comparacion con el estado actual de la tecnologfa. La presente invencion tambien aborda las principales desventajas de la tecnologfa CIJ, que conduce a un mmimo de reduccion de 10 veces el uso del solvente y que permite que gotas mucho mas pequenas -en comparacion con las de CIJ - se descarguen a mayor velocidad, mientras que la impresion resultante podna consolidarse en la amplia variedad de sustratos aun en muy poco tiempo y con una adhesion muy alta.
Se presenta un procedimiento de impresion de gota sobre demanda y un cabezal de impresion por goteo bajo demanda de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se muestra mediante un ejemplo de realizacion en un dibujo, en el que:
La figura 1 muestra esquematicamente la vista general de la primera realizacion de la invencion;
Las figuras 2A y 2B muestran esquematicamente la primera variante de la primera realizacion;
La figura 2C muestra esquematicamente la segunda variante de la primera realizacion;
La figura 2E muestra esquematicamente la cuarta variante de la primera realizacion;
Las figuras 3, 4A, 4B, 5 y 6 muestran esquematicamente la primera variante de la segunda realizacion de la invencion;
La figura 4C muestra esquematicamente la segunda variante de la segunda realizacion de la invencion;
La figura 7 muestra esquematicamente la tercera realizacion de la invencion;
La figura 8 muestra esquematicamente la cuarta realizacion de la invencion;
La figura 9 muestra esquematicamente la quinta realizacion de la invencion;
Las figuras 10, 11, 12 muestran esquematicamente diferentes dispositivos para propulsar una gota fuera de la boquilla;
La figura 13A muestra esquematicamente la primera variante de una sexta realizacion de la invencion;
La figura 13B muestra esquematicamente la segunda variante de la sexta realizacion de la invencion;
La figura 13C muestra esquematicamente la tercera variante de la sexta realizacion de la invencion;
Las figuras 13D-13F muestran esquematicamente la cuarta variante de la sexta realizacion de la invencion; La figura 13G muestra esquematicamente la quinta variante de la sexta realizacion de la invencion;
La figura 13H muestra esquematicamente la sexta variante de la sexta realizacion de la invencion;
La figura 14 muestra esquematicamente un cabezal de impresion de acuerdo con una septima realizacion;
Las figuras 15A, 15B muestran esquematicamente un conjunto de boquillas de acuerdo con la septima realizacion;
Las figuras 16A-16E muestran esquematicamente el procedimiento de combinacion de gotas primarias a una gota combinada en la septima realizacion;
La figura 17 muestra esquematicamente un conjunto de electrodos para desviar o corregir la trayectoria de movimiento de la gota en la salida del cabezal de impresion en la septima realizacion;
La figura 18 muestra esquematicamente un cabezal de impresion de acuerdo con una octava realizacion.
Descripcion detallada
Los detalles y caractensticas de la presente invencion, su naturaleza y diversas ventajas, resultaran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada de las realizaciones preferidas de un cabezal de impresion por goteo bajo demanda y un procedimiento de impresion.
La presente invencion permite acortar el tiempo de curado de la tinta despues de su deposicion en la superficie, por lo que permite utilizar componentes de curado rapido que entran en reaccion qmmica en una camara de reaccion dentro del cabezal de impresion, lo que aumenta la eficiencia y la controlabilidad del procedimiento de impresion. En otras palabras, la invencion proporciona coalescencia en un entorno controlado.
En el cabezal de impresion de acuerdo con la invencion, la camara de reaccion se configura de manera que las gotas primarias pueden combinarse en la misma en una gota combinada en la que se inicia una reaccion qmmica, sin el riesgo de obstruccion de la camara de reaccion o la salida de la camara de reaccion. Esto se logra por medios tales como un separador, corrientes de gas o campo electrico, que gma las gotas primarias lejos de las salidas de las boquillas antes de que las gotas primarias se combinen entre sf (por ejemplo, a una distancia de al menos el 50 % del diametro de la gota primaria), de modo que las gotas primarias se combinan en vuelo (en el entorno controlado y predecible de la camara de reaccion) e inmediatamente salen de la camara de reaccion.
La camara de reaccion tiene preferentemente en el punto de conexion, en el que se forma la gota combinada, un tamano mayor que el tamano esperado de la gota combinada, tal como para permitir una buena coalescencia de las gotas primarias y evitar que la gota combinada toque las paredes de la camara de reaccion. En el punto de conexion, existe, por lo tanto, algo de espacio disponible para que las gotas primarias se combinen libremente.
Una reaccion qmmica se inicia entre el(los) componente(s) del primer lfquido que forma la primera gota primaria y el(los) componente(s) del segundo lfquido que forma la segunda gota primaria cuando las gotas primarias se unen para formar la gota combinada. Se puede usar una variedad de sustancias como componentes de gotas primarias. Los siguientes ejemplos se deben tratar como ejemplos solamente y no limitan el ambito de la invencion:
- una gota combinada de poliacrilato puede formarse por reaccion qmmica entre la gota primaria de un monomero (por ejemplo: metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de propilo, metacrilato de butilo opcionalmente con adicion de colorante) y la segunda gota primaria de un iniciador (para ejemplo: catalizador tal como trimetilolpropano, tris(l-aziridinapropionato) o azaridina, ademas la luz UV puede usarse como agente iniciador).
- una gota combinada de poliuretano puede formarse por reaccion qmmica entre la gota primaria de un monomero (por ejemplo: 4,4'-diisocianato de metilendifenilo (MDI) o diferentes diisocianatos monomericos alifaticos o cicloalifaticos) y la segunda gota primaria de un iniciador (por ejemplo: alcohol monohidroxilado, alcohol dihndrico o alcohol polihndrico tal como glicerol o glicol; tioles, opcionalmente con adicion de colorante). - una gota combinada de policarboimida puede formarse por reaccion entre la gota primaria de un monomero (por ejemplo, carbimidas) y la segunda gota primaria de un iniciador (por ejemplo, acidos dicarboxflicos, tales como acido adfpico, opcionalmente con adicion de colorante).
En general, el primer lfquido puede comprender un primer sistema de formacion de polfmero (preferentemente, uno o mas compuestos tales como un monomero, un oligomero (una resina), un polfmero, etc., o una mezcla de los mismos) y el segundo lfquido puede comprender un segundo sistema formador de polfmero (preferentemente, uno o mas compuestos tales como un monomero, un oligomero (una resina), un polfmero, un iniciador de una reaccion de polimerizacion, uno o mas agentes de entrecruzamiento, etc., o una mezcla de los mismos). La reaccion qmmica es preferentemente una polirreaccion o copolicorreaccion, que puede implicar reticulacion, tal como policondensacion, poliadicion, polimerizacion de radicales, polimerizacion ionica o polimerizacion de coordinacion. Ademas, el primer ifquido y el segundo lfquido pueden comprender otras sustancias, tales como solventes, dispersantes, etc.
Mediante el control del entorno de la camara de reaccion, es posible lograr una coalescencia controlable completa de las gotas primarias (que se produce solo en condiciones particulares, dependiendo de los lfquidos, tales como la velocidad, la masa de las gotas, la tension superficial, la viscosidad, el angulo de incidencia). Normalmente no es posible controlar estos parametros en el entorno fuera del cabezal de impresion, en los que la temperatura ambiente, la presion, la humedad y la velocidad del viento pueden variar y tener un impacto significativo en el procedimiento de coalescencia (y dar lugar a desviaciones de las trayectorias de vuelo de las gotas, generacion de gotas satelite (que podnan obstruir el interior del cabezal de impresion), rebotando fuera de las gotas primarias, lo que puede provocar al menos una perdida de calidad, si no un mal funcionamiento total del procedimiento de impresion).
Mediante el aumento de la temperatura dentro del cabezal de impresion, se pueden reducir la tension superficial y la viscosidad de las gotas primarias.
Si el procedimiento de coalescencia esta bajo control, la reaccion qmmica puede ser iniciada de manera uniforme dentro del volumen de la gota combinada, proporcionando de este modo impresiones de calidad predecible. Los lfquidos de las gotas primarias se unen de manera mecanica debido a la colision entre las gotas y por difusion de los componentes. La velocidad de difusion depende de la diferencia de concentracion de componentes en las gotas individuales y del coeficiente de difusion dependiente de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, el coeficiente de difusion aumenta, y la velocidad de difusion de los componentes dentro de la gota combinada aumenta. Por lo tanto, el aumento de la temperatura conduce a gotas combinadas de composicion mas uniforme. Ademas, para algunas composiciones, en particular, formadas por al menos 3 gotas, aparte del monomero(s) e iniciador(es), puede introducirse una gota primaria adicional de inhibidor, para reducir la velocidad de la reaccion qmmica entre el(los) monomero(s) y el(los) iniciador(es), para permitir una mejor homogeneizacion de la composicion antes de la polimerizacion.
Si la cafda combinada se forma de manera que tenga una temperatura mayor que la temperatura de la superficie a imprimir, la gota combinada, cuando golpea la superficie impresa, se somete a enfriamiento rapido, y su viscosidad aumenta, por lo tanto, la gota es menos propensa a alejarse de la posicion en la que fue depositada. Este procedimiento de enfriamiento debena aumentar la densidad y la viscosidad de la gota combinada mientras se deposita, sin embargo, no en la etapa de solidificacion final, ya que la solidificacion final debena ser el resultado de una reaccion qmmica completa en lugar de solo un cambio de temperatura. Ademas, como la reaccion qmmica (es decir, polimerizacion, curado (reticulacion)) ya se inicio en la gota combinada, se mejora la reticulacion de las capas individuales de la materia impresa (lo que es particularmente importante para la impresion 3D).
En algunas realizaciones, la trayectoria de vuelo de la primera gota primaria y la segunda gota primaria se controla en toda la trayectoria de vuelo entre la salida de la boquilla y el punto de conexion. En otras realizaciones, la trayectoria de vuelo se controla solo en una porcion de la distancia - preferentemente, debe controlarse a una distancia no menor que el 50 % de la distancia entre la salida de la boquilla y el punto de conexion.
La solucion presentada permite evitar que los remanentes de una sustancia combinada que reacciona se acumulen en las proximidades de las salidas de las boquillas por medio del control de la trayectoria de vuelo de las gotas primerias despues de que se hayan descargado de las respectivas salidas de las boquillas.
El cabezal y el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda presentados se pueden emplear para diversas aplicaciones, incluyendo la impresion de alta calidad, incluso en sustratos no porosos o superficies con percolacion limitada. Una muy buena adhesion de polfmeros combinada con una energfa de gota comparativamente alta permite la impresion industrial y la codificacion con altas velocidades en una amplia variedad de productos en la ultima fase de su procedimiento de produccion. El control de la solidificacion gradual, que incluye el aumento de densidad preliminar que permite que la gota permanezca donde se aplico, pero al mismo tiempo permite que la reaccion qmmica se complete antes de la solidificacion final, hace que esta tecnologfa sea adecuada para impresion 3D avanzada. La reticulacion entre capas individuales permitina evitar el tipo de fenomenos de anisotropfa en el material impreso en 3D final, lo que sena ventajoso en comparacion con la gran cantidad de tecnologfa basada en inyeccion de tinta 3D existente.
Primera realizacion
Una primera realizacion del cabezal 100 de impresion de inyeccion de tinta segun la invencion se muestra en una vision general en la figura 1 y en unas vistas detalladas en seccion transversal en diferentes variantes en las figuras 2A-2E. Las figuras 2A y 2B muestran la misma vista en seccion transversal, pero para mayor claridad se han referenciado diferentes elementos en diferentes figuras.
El cabezal 100 de impresion de inyeccion de tinta puede comprender uno o mas conjuntos 110 de boquillas, cada uno configurado para producir una gota 122 combinada formada de dos gotas 121A, 121B primarias expulsadas desde un par de boquillas 111A, 111B separadas por un separador 131. La realizacion puede mejorarse utilizando mas de dos boquillas. La figura 1 muestra un cabezal con 8 conjuntos 110 de boquillas dispuestos en paralelo para imprimir filas 191 de ocho puntos sobre un sustrato 190. Vale la pena senalar que el cabezal de impresion en realizaciones alternativas puede comprender solo un unico conjunto 110 de boquillas o mas o menos de 8 conjuntos de boquillas, incluso tanto como 256 conjuntos de boquillas o mas para una impresion de mayor resolucion.
Cada boquilla 111A, 111B del par de boquillas en el conjunto 110 de boquillas tiene un canal 112A, 112B para conducir el lfquido desde un deposito 116A, 116B. En la salida 113A, 113B de la boquilla, el lfquido se forma en gotas 121A, 121B primarias como resultado de la operacion de los dispositivos 161A, 161B de generacion de gotas y de propulsion que se muestran en las figuras 10, 11, 12. Las salidas 113A, 113B de las boquillas son adyacentes a un separador 131 que tiene una seccion transversal que se estrecha corriente abajo (preferentemente, en forma de una cuna longitudinal o un cono) que separa las salidas 113A, 113B (en particular, en el plano de las terminaciones de las boquillas) de las boquillas y evita asf el contacto indeseable entre las gotas 121A y 121B primarias antes de su descarga completa desde sus respectivas salidas 113A y 113B de las boquillas. Las gotas 121A, 121B primarias expulsadas de las salidas 113A, 113B de las boquillas se desplazan respectivamente una primera trayectoria pA y una segunda trayectoria pB a lo largo del separador 131 hacia su punta 132, en la que se combinan para formar una gota 122 combinada, que se separa de la punta 132 separadora y se desplaza a lo largo de una trayectoria pC de gota combinada hacia la superficie a imprimir. Por lo tanto, el separador 131 funciona como medios para controlar el vuelo de la primera gota 121A primaria y de la segunda gota 121B primaria para permitir que la primera gota 121A primaria se combine con la segunda gota 121B primaria en el punto 132 de conexion en la gota 122 combinada.
La gota 122 combinada, durante el movimiento a lo largo de la trayectoria pC de gota combinada que comienza desde el punto de conexion, se distancia de los elementos del cabezal de impresion. En un ejemplo teorico, tal y como se muestra en la figura 2B, la gota 122 combinada se separa de la punta del separador justo despues de que se aleje del punto 132 de conexion. En la practica, el procedimiento de coalescencia lleva algo de tiempo mientras que toda la sustancia - consistente en primer lugar en dos sustratos que comienzan a mezclarse - se sigue alejando del separador hacia el producto impreso. Esto significa que, de hecho, la gota combinada, en la que la difusion de dos sustratos alcanza la fase que permite que comience la reaccion qmmica entre los sustratos primarios, ya esta formada despues de perder el contacto con los elementos del cabezal de impresion a pesar del hecho de que las gotas primarias sean guiadas por tales elementos hacia el punto de conexion. Existen varias turbulencias posibles dentro de la gota combinada y la gota combinada no tendra una forma perfectamente redonda desde el comienzo. Por lo tanto, para mayor claridad, puede decirse que la gota combinada esta distanciada de los elementos (es decir, paredes de los elementos) del cabezal de impresion durante el movimiento a lo largo de la trayectoria pC de gota combinada que comienza desde el punto de conexion despues de desplazarse cierta distancia corta, por ejemplo, una distancia de un diametro dC de la gota 122 combinada. El mismo tiempo que la trayectoria pC de gota combinada se distancia de los elementos del cabezal de impresion por una distancia mayor que la mitad del diametro de la gota 122 combinada. Por lo tanto, la gota combinada, despues de formarse, no toca ningun elemento del cabezal de impresion, lo que minimiza el riesgo de obstruccion del cabezal de impresion por el material de la gota combinada. Tal obstruccion puede derivarse de una acumulacion de residuos de la sustancia combinada que se ha hecho reaccionar, que podna depositarse dentro del cabezal de impresion en el caso de un contacto indeseable entre la sustancia combinada de reaccion sometida a solidificacion y los elementos del cabezal de impresion. El cabezal de impresion esta construido, por lo tanto, de manera que la gota combinada no toque ningun elemento del cabezal de impresion distinto al elemento que gma las gotas primarias hacia el punto de conexion (en el que el contacto con la gota combinada se efectua solo al mismo comienzo de la trayectoria de gota combinada). Una vez que la gota combinada se separa del elemento de gma, no entra en contacto con los otros elementos del cabezal de impresion. Por lo tanto, una vez que se ha iniciado la reaccion qmmica en la camara de reaccion y continua durante el movimiento de la gota combinada a lo largo de su trayectoria, la gota combinada no hace contacto con ningun elemento del cabezal de impresion. Estas relaciones tambien se mantienen para las otras realizaciones.
Los lfquidos suministrados desde los dos depositos 116A, 116B son un primer lfquido (preferentemente una tinta) y un segundo lfquido (preferentemente un catalizador para iniciar el curado de la tinta). Esto permite el inicio de una reaccion qmmica entre el primer lfquido de la primera gota 121A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 121B primaria para el curado de la tinta en la gota 122 combinada antes de que llegue a la superficie a imprimir, de forma que la tinta puede adherirse mas facilmente a la superficie impresa y/o curarse mas rapidamente en la superficie impresa.
La reaccion qmmica se inicia en el punto 132 de conexion (en el que la primera trayectoria se cruza con la segunda trayectoria) dentro de una camara de reaccion, que en esta realizacion esta formada por la cubierta 181 del cabezal de impresion.
Por ejemplo, la tinta puede comprender ester de acido acnlico (de 50 a 80 partes en peso), acido acnlico (de 5 a 15 partes en peso), pigmento (de 3 a 40 partes en peso), tensioactivo (de 0 a 5 partes en peso), glicerina (de 0 a 5 partes en peso), modificador de la viscosidad (de 0 a 5 partes en peso). El catalizador puede comprender un agente de curado basado en azaridina (de 30 a 50 partes en peso), pigmento (de 3 a 40 partes en peso), tensioactivo (de 0 a 5 partes en peso), glicerina (de 0 a 5 partes en peso), modificador de la viscosidad (de 0 a 5 partes en peso), solvente (de 0 a 30 partes en peso). Los lfquidos pueden tener una viscosidad de 1 a 30 mPas y una tension superficial de 20 a 50 mN/m. Tambien se pueden usar otras tintas y catalizadores conocidos de la tecnica anterior. Preferentemente, el solvente asciende a un maximo del 10 %, preferentemente un maximo del 5 % en peso de la gota combinada. Esto permite disminuir significativamente el contenido del solvente en el procedimiento de impresion, lo que hace que la tecnologfa segun la invencion sea mas ecologica que las tecnologfas CIJ actuales, en las que el contenido de solventes suele exceder el 50 % de la masa total de la gota durante el procedimiento de impresion. Por esta razon, la presente invencion se considera una tecnologfa verde.
En la primera variante de la primera realizacion, como se muestra en las figuras 2A y 2B, la gota de tinta se combina con la gota de catalizador dentro de la camara 181 de reaccion, en particular, en la punta 132 separadora. Sin embargo, la construccion del cabezal es tal que las salidas 113A, 113B de las boquillas estan separadas entre sf por el separador 131 y, por lo tanto, la tinta y el catalizador no se mezclaran directamente en las salidas 113A, 113B de las boquillas, lo que evita que las salidas 113A, 113B de las boquillas se obstruyan. Una vez que las gotas se combinan en una gota 122 combinada, se minimiza el riesgo de obstruccion de la punta 132 separadora, ya que la punta 132 separadora tiene una superficie pequena y la energfa cinetica de la gota 122 combinada en movimiento es lo suficientemente alta para separar la gota 122 combinada de la punta 132 separadora. El separador 131 gma las gotas 121A, 121B a lo largo de su superficie, por lo tanto, las gotas 121A, 121B son guiadas de una manera controlada y predecible hasta que se encuentran entre sf. Permite un control mucho mejor sobre el procedimiento de coalescencia de dos gotas primarias, asf como el control sobre la direccion en que seguira la gota combinada despues de su descarga desde la punta 132 separadora. Por lo tanto, es facil controlar la colocacion de las gotas de la gota 122 combinada en la superficie que se imprimira. Incluso si, debido a las diferencias en tamano o densidad o energfa cinetica de las gotas 121A, 121B primarias, la gota 122 combinada no saldna del cabezal perpendicularmente (como se muestra en las figuras 2A y 2B), sino en un angulo inclinado, ese angulo sena relativamente constante y predecible para todas las gotas, por lo tanto, podna tenerse en cuenta durante el procedimiento de impresion. Incluso gotas relativamente grandes, como las utilizadas por ejemplo en impresoras de inyeccion de tinta basadas en valvulas de baja resolucion, se pueden combinar debido al uso del separador 131 de una manera mas predecible que en las soluciones de la tecnica anterior en la que las gotas se combinan en vuelo fuera del cabezal de impresion.
Por lo tanto, el separador 131 funciona como una gma para las gotas 121A, 121B primarias dentro de la camara de reaccion desde la salida 113A, 113B de la boquilla a un punto de conexion, es decir, la punta 132 del separador. La punta 132 del separador restringe la libertad de combinacion de las gotas 121A, 121B primarias en una gota 122 combinada, es decir, la gota combinada puede formarse solo debajo de la punta 132 del separador, lo que afecta a su trayectoria adicional de desplazamiento hacia abajo, hacia la abertura en la cubierta 181.
Las boquillas 112a, 112b tienen dispositivos 161A, 161B de generacion y propulsion de gotas para la expulsion de las gotas, que estan marcados solamente de forma esquematica en las figuras 2A y 2B, y sus tipos representados esquematicamente se muestran en las figuras 10 a 12. Los dispositivos de generacion y propulsion de gotas pueden ser, por ejemplo, de tipo termico (figura 10), piezoelectrico (figura 11) o de valvula (figura 12). En el caso de la valvula, el lfquido tendna que ser entregado a la presion adecuada.
El separador 131 como se muestra en las figuras 2A y 2B, es simetrico, es dedr, los angulos de inclinacion aA, aB de sus paredes 114A, 114B laterales son los mismos con respecto al eje del cabezal 100 o de la disposicion 110 de boquillas. En realizaciones alternativas, el separador puede ser asimetrico, es dedr, los angulos aA, aB pueden ser diferentes, dependiendo de los parametros de los lfquidos suministrados desde las salidas 113A, 113B de las boquillas.
Los angulos de inclinacion aA, aB son posibles de 0 a hasta 90 grados, preferentemente de 5 a 75 grados, y mas preferentemente de 15 a 45 grados.
Preferentemente, el angulos de inclinacion BA, pB de los canales 112A, 112B de las boquillas (que son en esta realizacion igual a los angulos de expulsion yA, yB en el que las gotas primarias se expulsan de los canales de las boquillas) no son mas pequenos (como se muestra en la figura 2B) que los angulos de inclinacion aA, aB de las paredes 114A, 114B correspondientes del separador, de modo que las gotas 121A, 121B primarias expulsadas se fuerzan para entrar en contacto con las paredes 114A, 114B del separador.
El separador 131 puede ser reemplazable, lo que permite el montaje del cabezal 110 con un separador 131 que tiene parametros que corresponden al tipo de lfquido utilizado para la impresion.
El separador 131 tiene preferentemente una longitud LA, LB de su pared lateral 114A, 114B, respectivamente, medida desde la salida 113A, 113B (es decir, desde el plano de la terminacion de la salida de la boquilla) de la boquilla a la punta del separador 132, no mas corto que el diametro dA, dB de la gota 121A, 121B primaria que sale de la salida 113A, 113B de la boquilla en esa pared 114A, 114B lateral. Esto evita que las gotas 121A, 121B primarias se fusionen antes de que salgan de las salidas 113A, 113B de las boquillas.
La superficie del separador 131 tiene preferentemente un bajo coeficiente de friccion para proporcionar una baja adhesion de las gotas 121A, 121B, 122, tal como para no limitar su movimiento y no introducir rotacion giratoria de las gotas 121A, 121B primarias. Ademas, las paredes laterales del separador 131 estan inclinadas de manera que tengan un alto angulo de humectacion entre las paredes laterales y las gotas primarias, tal como para disminuir la adhesion. Para disminuir la adhesion entre el separador y las gotas 121A, 121b , 122, el separador y/o las salidas 113A, 113B de las boquillas pueden calentarse a una temperatura superior a la temperatura del entorno. Los lfquidos en los depositos 116A, 116B tambien pueden precalentarse. La temperatura incrementada de los fluidos de trabajo (es decir, tinta y catalizador) tambien puede conducir a un procedimiento de coalescencia mejorado de las gotas primarias, y preferentemente aumentar la adhesion y disminuir el tiempo de curado de la gota 122 combinada cuando se aplica sobre el sustrato.
Como se muestra en la figura 1, el separador 131 puede ser comun para una pluralidad de conjuntos 110 de boquillas. En realizaciones alternativas, cada conjunto 110 de boquillas puede tener su propio separador 131 y/o cubierta 181 o un subgrupo de conjuntos 110 de boquillas puede tener su propio separador 131 comun y/o cubierta 181.
El cabezal de impresion puede comprender ademas una cubierta 181 que protege los componentes del cabezal, en particular, la punta 132 del separador y las salidas 113A, 113B de las boquillas, desde el entorno, por ejemplo, impide que se toquen por el usuario o el sustrato impreso.
Por otra parte, la cubierta 181 puede comprender elementos 182 de calentamiento para calentar el volumen dentro de la camara 181 de reaccion, es decir, el volumen circundante de las salidas 113A, 113B de las boquillas y el separador 131 a una temperatura predeterminada, por ejemplo, de 40 °C a 60 °C (tambien son posibles otras temperaturas, dependiendo de los parametros de las gotas), para proporcionar condiciones estables para la combinacion de las gotas. Un sensor 183 de temperatura puede colocarse dentro de la cubierta 181 para detectar la temperatura.
Por otra parte, el cabezal 110 de impresion puede comprender boquillas 119A, 119B de suministro de gas para el soplado de gas (tal como aire o nitrogeno), preferentemente calentado a una temperatura superior a la temperatura ambiente o mayor que la temperatura de los lfquidos en el primer y segundo depositos (es decir, a una temperatura superior a la temperatura de la primera y la segunda gota generada), hacia la punta 132 del separador, para disminuir el tiempo de curado, aumentar la dinamica de movimiento de las gotas y eliminar cualquier residuo que pudiera formarse en las salidas 113A, 113B de las boquillas en la punta 132 del separador. En esta realizacion, asf como en las otras realizaciones descritas a continuacion, las corrientes de gas pueden generarse de manera intermitente, durante al menos el tiempo de vuelo de la gota combinada a traves del cabezal de impresion desde el punto de conexion en la camara de reaccion hasta la salida del cabezal de impresion, que permite controlar mediante las corrientes de gas el vuelo de la gota combinada. Ademas, las corrientes de gas pueden generarse de manera intermitente, al menos durante un tiempo, ya que las gotas primarias salen de las salidas de las boquillas hasta que la gota combinada sale por la salida del cabezal de impresion, lo que permite controlar mediante las corrientes de gas el vuelo de las gotas primarias y de la gota combinada. Ademas, las corrientes de gas pueden seguir soplando despues de que la gota combinada sale del cabezal de impresion, por ejemplo, incluso durante unos segundos despues de que finalice la impresion (es decir, despues de que se genere la ultima gota), para limpiar los componentes del cabezal de impresion de cualquier residuo del primer lfquido, segundo lfquido o su combinacion. La corriente de gas tambien puede generarse y entregarse de manera continua.
Por lo tanto, esta realizacion se puede utilizar en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 121A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 121B primaria del segundo lfquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y controlar, por medio del separador, el vuelo de la primera gota 121A primaria y la segunda gota 121B primaria para combinar la primera gota l2 lA primaria con la segunda gota 121B primaria en el punto 132 de conexion dentro de la camara 181 de reaccion dentro del cabezal de impresion, de modo que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara 181 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 121A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 121B primaria.
La segunda variante de la primera realizacion, como se muestra en la figura 2C, se diferencia de la primera variante de la figura 2A en que un tubo 141 de una seccion transversal que se estrecha esta formada en la abertura de salida de la cubierta 181, es decir, en la salida de la camara de reaccion. La salida corriente abajo del tubo 141 tiene preferentemente una seccion transversal de un diametro al menos ligeramente mayor (por ejemplo, al menos 110 % o al menos 150 % o al menos dos veces mayor) que el diametro deseado de la gota 122 combinada corriente abajo. La cuarta variante de la primera realizacion, como se muestra en la figura 2E, difiere de la primera variante de las figuras 2A-2B y de la segunda variante de la figura 2C en que el separador 131E tiene una punta 132E truncada, de manera que las gotas primarias solamente se grnan desde las salidas de las boquillas hacia el punto de conexion, pero ya no estan en contacto con el separador 131E en el punto de conexion. En ese caso, el procedimiento de coalescencia se produce sin restricciones en el punto de conexion, pero se controla al menos parcialmente porque las gotas primarias han sido guiadas por las paredes laterales del separador, de modo que su direccion se establece con mayor precision en comparacion con las gotas que hubieran sido descargadas directamente desde las salidas de las boquillas y no guiadas en su trayectoria hacia el punto de conexion. corriente abajo Incluso una forma muy corta de separador siendo la longitud de las paredes laterales no menor que el diametro de la gota primaria tiene una funcion muy importante a parte de la de guiar la gota primaria. Esta funcion consiste en evitar el contacto accidental indeseable entre los sustratos primarios en las proximidades de las salidas de las boquillas, lo que puede dar como resultado que un residuo de la acumulacion de reaccion combinada sometida a solidificacion conduzca a la obstruccion de las boquillas. Tal contacto indeseable podna derivar, por ejemplo, de vibraciones exteriores durante el procedimiento de impresion, lo que puede suceder especialmente en las aplicaciones de impresion industrial.
Segunda realizacion
Una primera variante de la segunda realizacion del cabezal 200 de impresion de inyeccion de tinta segun la invencion se muestra en una vision general en la figura 3. Las figuras 4A y 4B muestran la misma vista en seccion transversal longitudinal, pero para mayor claridad se han referenciado diferentes elementos en diferentes figuras. La figura 5 muestra una vista en seccion transversal longitudinal a lo largo de una seccion paralela a la de las figuras 4A y 4B. La figura 6 muestra varias vistas en seccion transversal.
El cabezal 200 de impresion de inyeccion de tinta puede comprender uno o mas conjuntos 210 de boquillas, cada uno configurado para producir una gota 222 combinada formada de dos gotas 221A, 221B primarias expulsadas desde un par de boquillas 211A, 211B. La figura 3 muestra un cabezal con una pluralidad de conjuntos 210 de boquillas dispuestos en paralelo para imprimir filas 291 de multiples puntos sobre un sustrato 290. Vale la pena senalar que el cabezal de impresion puede comprender solo un unico conjunto 210 de boquillas, o incluso tanto como 256 conjuntos de boquillas o mas.
Cada boquilla 211A, 211B del par de boquillas en el conjunto 210 de boquillas tiene un canal 212A, 212B para conducir el lfquido desde un deposito 216A, 216B. En la salida 213A, 213B de la boquilla, el lfquido forma una gota 221A, 221B primaria. En la salida 213A, 213B de la boquilla, el lfquido se forma en gotas 221A, 221B primarias como resultado de la operacion de los dispositivos 261A, 261B de generacion de gotas y de propulsion que se muestran en las figuras 10, 11, 12. Las salidas 213A, 213B de las boquillas estan adyacentes a un separador 231 con forma conica que separa las salidas 213A, 213B de las boquillas. Las gotas primarias expulsadas de las salidas 213A, 213B de las boquillas se desplazan respectivamente una primera trayectoria y una segunda trayectoria a lo largo del separador 231 hacia su punta 232, en la que se combinan para formar una gota 222 combinada, que se separa de la punta 232 separadora y se desplaza hacia la superficie a imprimir.
Las gotas 221A, 221B primarias son guiadas a lo largo de la superficie del separador 231 por las corrientes 271A, 271B de gas (tal como aire o nitrogeno, proporcionado desde una entrada 219 de gas a presion, que tiene una presion preferentemente de 5 bar) dentro de un recinto 241 primario. La forma del recinto 241 primario en su parte superior ayuda a dirigir la corriente de gas a lo largo de las boquillas 211A, 211B y grna las gotas desde las salidas 213A, 213B de las boquillas 211A, 211B hacia el punto de conexion en la punta 232 del separador, en la que se unen para formar la gota 222 combinada. Por lo tanto, para todas las realizaciones, el punto de conexion puede considerarse como cualquier punto en la trayectoria de las gotas primarias, comenzando desde el punto en que comienza la coalescencia, a traves de puntos en los que se desarrolla la coalescencia, hacia un punto en el que termina la coalescencia, es decir, la gota combinada se forma a su forma final. Es importante que el separador grne las gotas hacia ese punto de conexion. Preferentemente, en el punto de conexion, la libertad de combinacion de las gotas primarias en una gota combinada esta restringida, para ayudar al desarrollo de la gota combinada.
Las boquillas 212A, 212B tienen dispositivos 261A, 261B de generacion y propulsion de gotas para la expulsion de las gotas, que estan marcados solamente de forma esquematica en las figuras 4A y 4B, y sus tipos representados esquematicamente se muestran en las figuras 10-12. Los dispositivos de generacion y propulsion de gotas pueden ser, por ejemplo, de tipo termico (figura 10), piezoelectrico (figura 11) o de valvula (figura 12). En el caso de la valvula, el lfquido tendna que ser entregado a la presion adecuada.
El recinto 241 primario tiene secciones de diferentes formas. La primera seccion 243, que esta situada mas abajo (es decir, hacia la direccion de flujo de la gota 222 combinada) tiene preferentemente una seccion transversal constante, redonda de un diametro D1 al menos ligeramente mayor (por ejemplo, al menos 110 % o al menos 150 % o al menos dos veces mayor) que el diametro deseado dC de la gota 222 combinada. Preferentemente, la seccion transversal de la primera seccion 243, preferentemente no es menor que al menos el 110 % de la seccion transversal de la gota 222 combinada, de manera que la gota 222 combinada no toque las paredes del recinto 241 primario. Por lo tanto, a la salida del recinto 241 primario en el extremo corriente abajo de la primera seccion 243, se forma un tipo de boquilla de gota combinada, a traves de la cual se empuja la gota gracias a su energfa cinetica mejorada por gas en movimiento. Esto mejora la precision de su movimiento directamente hacia adelante, lo que facilita la colocacion precisa de las gotas, lo que a su vez mejora la calidad de impresion. La segunda seccion 244 (del recinto 241 primario) esta situada entre la primera seccion 243 y las salidas 213A, 213B de las boquillas y tiene un diametro que aumenta aguas arriba (es decir, opuesto a la direccion del flujo de gotas), de modo que su diametro aguas arriba abarca las salidas 213A, 213B de las boquillas y deja algo de espacio para que el gas 271A, 271B fluya entre las paredes del recinto y las salidas 213A, 213B de las boquillas. Al mismo tiempo, la seccion transversal del recinto 241 primario cambia aguas arriba de redonda a elfptica, ya que la anchura de la seccion transversal aumenta mas con la longitud aguas arriba, que su profundidad (vease la seccion transversal E-E en la figura 6). Las paredes internas de la segunda seccion 244 convergen corriente abajo, por lo tanto, la corriente 271A, 271B de gas que fluye forma un manguito de gas externo que impulsa las gotas 221A, 221B, 222 hacia el centro del recinto 241.
El recinto 241 primario puede comprender ademas una tercera seccion 245 situadas aguas arriba de la segunda seccion, que tiene paredes internas en paralelo a las paredes externas de las boquillas 211A, 211B. Como es mas claramente visible en la seccion transversal B-B (mostrada solamente para la parte izquierda) de la figura 6, la boquilla 211A esta rodeada por el recinto 241 primario y separada de la boquilla 211B por el elemento 233 de bloqueo, de modo que la corriente 271A de gas fluye solo en la periferia exterior de las boquillas 211A, 211B, pero no entre las boquillas 211A, 211B, en las que es bloqueado por el elemento 233 de bloqueo, que a continuacion forma el separador 231.
La corriente de gas 271A, 271B que es guiada por esta seccion esta en paralelo a la direccion de expulsion de las gotas 221A, 221B primarias de las salidas 213A, 213B de las boquillas. La direccion paralela del gas que fluye estabilizado antes de su contacto con las gotas primarias mejora el control sobre la trayectoria del flujo de gotas, comenzando desde las salidas 213A, 213B de las boquillas, ya que desde el momento de la descarga su flujo es soportado en terminos de energfa y direccion mediante el gas que fluye. Vale la pena observar que la forma del recinto 241 primario esta disenada preferentemente de tal manera que mejora la velocidad apropiada del flujo de gas a traves de las secciones respectivas, es decir, 245, 244, 243. La velocidad del gas que fluye es preferentemente mayor que la velocidad de la gota precisamente en el area de las salidas de las boquillas, que esta cerca del extremo de la seccion 245, preferentemente al menos no mas baja que la velocidad de la gota en el area de la seccion 244 y mas alta de nuevo en la boquilla 243, en la que el flujo se vera forzado a ser de mayor velocidad nuevamente debido a la superficie de seccion transversal mas pequena del canal de salida, es decir, la boquilla 243. Tal diseno dejana espacio para ajustes momentaneos de compensacion de la presion del gas mientras que, durante el breve instante, el flujo de gas a traves de la boquilla 243 se ralentizana al pasar la gota 222 combinada. Este aumento momentaneo de presion en la seccion 244 anadina preferentemente mas energfa cinetica a la gota 222 al salir de la boquilla 243.
En cualquier caso, en la segunda seccion 244 del recinto 241 primario, la corriente 271A, 271B de gas esta configurada preferentemente para fluir con una velocidad lineal no menor que la velocidad de las gotas 221A, 221B de tinta primarias expulsadas de las salidas 213A, 213B de las boquillas. La temperatura del gas puede aumentarse para permitir una mejor coalescencia y mezcla de las gotas 221A, 221B primarias, disminuyendo la tension superficial y la viscosidad de la tinta y el agente de curado (iniciador de la polimerizacion). La geometna de la primera seccion 243 con respecto a la segunda seccion 244, especialmente la disminucion de la superficie de la seccion transversal de la seccion 243 frente a la seccion 244, esta disenada de manera que el gas aumenta su velocidad, preferentemente de 5 a 20 veces, aumentando asf la cinetica energfa de la gota 222 combinada y estabilizando el flujo de la gota 222 combinada.
Por lo tanto, el separador 231 y las corrientes 271A, 271B del gas funcionan como medios para controlar el vuelo de la primera gota 221A primaria y de la segunda gota 221B primaria para permitir que la primera gota 221A primaria se combine con la segunda gota 221B primaria en el punto 232 de conexion en la gota 222 combinada.
Los lfquidos suministrados desde los dos depositos 216A, 216B son un primer lfquido (preferentemente una tinta) y un segundo Ifquido (preferentemente un catalizador para iniciar el curado de la tinta), como se describe con referencia a la primera realizacion. Esto permite el inicio de una reaccion qmmica entre el primer Ifquido de la primera gota 221A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 221B primaria para el curado de la tinta en la gota 222 combinada antes de que llegue a la superficie a imprimir, de forma que la tinta puede adherirse mas facilmente a la superficie impresa y/o curarse mas rapidamente en la superficie impresa.
La reaccion qmmica se inicia en el punto 232 de conexion (en el que la primera trayectoria se cruza con la segunda trayectoria) dentro de una camara de reaccion, que en esta realizacion esta formada por el recinto 241 primario. En la segunda realizacion, la gota de tinta se combina con la gota de catalizador dentro de la camara 241 de reaccion, es decir, antes de que la gota 222 combinada salga del recinto 241 primaria. La construccion del cabezal es tal que las salidas 213A, 213B de las boquillas estan separadas entre sf por el separador 231, que no permite que las gotas 221A, 221B primarias se combinen en las salidas 213A, 213B de las boquillas. Por lo tanto, la tinta y el catalizador no se mezclaran directamente en las salidas 213A, 213B de las boquillas, y la gota 222 combinada no tocara ningun elemento del cabezal de impresion durante su flujo a lo largo de la trayectoria de gota combinada, lo que evita que las salidas 213A, 213B de las boquillas se obstruyan. Una vez que las gotas se combinan en una gota 222 combinada, no hay riesgo de obstruccion del recinto 241 primario en el punto de conexion o corriente abajo del recinto 241, ya que la gota 222 combinada ya esta separada de las salidas 213A, 213B de las boquillas y la corriente 271A, 271B de gas (que preferentemente fluye continuamente) puede eliminar efectivamente cualquier residuo que se pegue al separador 231 o a las paredes del recinto 241 antes de la solidificacion. El recinto 241 grna las gotas 221A, 221B, 222 hacia su eje, por lo tanto, las gotas 221A, 221B, 222 son guiadas de una manera controlada y predecible. Por lo tanto, es facil controlar la colocacion de las gotas de la gota 222 combinada en la superficie que se imprimira. Incluso si, debido a las diferencias en tamano o densidad de las gotas 221A, 221B primarias, la gota 222 combinada tendena a desviarse del eje del recinto 241 primario, se alineara con su eje en el extremo del recinto 241, y por lo tanto salir del recinto 241 a lo largo de su eje. Por lo tanto, incluso gotas de tamano relativamente grande y gotas primarias que tienen diferentes tamanos se pueden combinar debido al uso del recinto 241 primario de una manera mas predecible que en las soluciones de la tecnica anterior, en la que las gotas se combinan en vuelo fuera del cabezal de impresion.
Por lo tanto, el separador 231 y el recinto 241 primario funcionan como una grna para las gotas 221A, 221B primarias dentro de la camara de reaccion desde la salida 213A, 213B de la boquilla a un punto 232 de conexion. El separador 231 y la primera seccion 243 del recinto primario restringen la libertad de combinacion de gotas 221A, 221B primarias en una gota 222 combinada, y el separador 231 y la primera seccion 243 impactan la trayectoria adicional de desplazamiento de la gota 222 combinada - hacia abajo, hacia la salida de la primera seccion 243. El separador 231 puede tener las mismas propiedades que el separador 131 que se describe para la primera realizacion.
Los angulos de inclinacion BA, pB de los canales 212A, 212B de las boquillas (que son en esta realizacion tambien los angulos de expulsion yB, yB en el que las gotas primarias se expulsan de los canales de las boquillas) como se muestra en las figuras 4A y 4B son los mismos que los angulos de inclinacion aA, aB de las paredes laterales del separador 231, de modo que las gotas 221A, 221B primarias son expulsadas de las boquillas en paralelo a las paredes del separador. En realizaciones alternativas, pueden ser mayores que los angulos de inclinacion aA, aB correspondientes de las paredes del separador, de modo que las gotas 221A, 221B primarias expulsadas se fuerzan en contacto con las paredes del separador.
Sin embargo, una realizacion alternativa es posible, en la que los angulos de inclinacion BA, pB de los canales 212A, 212B de las boquillas y los angulos de expulsion yB, yB son mas pequenos que los angulos de inclinacion aA, aB de las paredes laterales del separador 231, que puede hacer que las gotas primarias expulsadas se separen de las paredes laterales del separador 231 y se combinen mas corriente abajo, es decir, debajo de la punta del separador. En tal caso, el separador 231 funciona como una grna para las gotas 221A, 221B primarias solo parcialmente y su funcion principal es separar las salidas 213A, 213B de las boquillas para evitar que se obstruyan. En ese caso, es principalmente la corriente 271A, 271B de gas formada por las paredes interiores del recinto 241 preliminar que actua de esta manera (es decir, a traves de gas movil) como medios para guiar las gotas 221A, 221B primarias dentro de la camara 241 de reaccion desde la salida 213A, 213B de la boquilla a un punto de conexion. La libertad de combinacion de las gotas 221A, 221B primarias en la gota 222 combinada en el punto de conexion tambien esta restringida por la fuerza de la corriente 271A, 271B de gas formada por las paredes internas del recinto 241 primario. Las boquillas 212a, 212b mostradas en la figura 4A son simetricas, es decir, sus angulos de inclinacion BA, pB, y los angulos expulsion yB, yB son los mismos con respecto al eje del cabezal 200 o de la disposicion 210 de boquilla. En realizaciones alternativas, las boquillas 212A, 212B pueden ser asimetricas, es decir, los angulos pA, pB o yB, yB pueden ser diferentes, dependiendo de los parametros de los lfquidos suministrados desde las salidas 213A, 213b de las boquillas.
Los angulos de inclinacion BA, pB y los angulos de expulsion yB, yB puede ser de 0 a 90 grados, preferentemente de 5 a 75 grados, y mas preferentemente de 15 a 45 grados.
El recinto 241 primario puede ser reemplazable, lo que permite el montaje del cabezal 210 con un recinto 241 que tiene parametros que corresponden al tipo de Kquido utilizado para la impresion. Por ejemplo, se pueden usar recintos 241 de diferentes diametros D1 de la primera seccion 243, dependiendo de las caractensticas y del tamano reales, asf como de la velocidad de salida deseada de la gota 222 combinada. Los angulos de inclinacion pA, pB de las boquillas 211A, 211B pueden ser ajustables, para ajustar el conjunto 210 de boquillas a los parametros de los lfquidos almacenados en los depositos 216A, 216B.
La primera seccion 243 del recinto 241 primario tiene preferentemente una longitud L1 no mas corta que el diametro dC de la gota 222 combinada, y preferentemente la longitud L1 igual a unos pocos diametros dC de la gota 222 combinada, para establecer su trayectoria de movimiento precisamente para un control preciso de colocacion de las gotas.
La superficie interna del recinto 241 primario, especialmente en la primera seccion 243 y en la segunda seccion 244 tiene preferentemente un coeficiente de friccion bajo y de baja adherencia para evitar que las gotas 221A, 221B, 222 o residuos de su combinacion se adhieran a la superficie, ayudando a mantener el dispositivo limpio y permitiendo que los eventuales residuos sean expulsados por la corriente 271A, 271B de gas. Ademas, las paredes internas del recinto 241 primario estan inclinadas para proporcionar un angulo de contacto bajo entre las paredes laterales y las gotas primarias, que podnan golpear accidentalmente las paredes internas, como para disminuir la adhesion y facilitar el rebote de las gotas. Para evitar cualquier residuo, las paredes laterales del separador y del recinto primario son lisas con terminaciones de bordes afilados, preferentemente cubiertas de material que tiene un alto angulo de contacto con el lfquido de las gotas primarias. La corriente de gas evita preferentemente que cualquier partfcula del entorno exterior contamine el interior del recinto 243 primario.
El cabezal de impresion puede comprender, ademas, un recinto 251 secundario que rodea el recinto 241 primario y tiene una forma correspondiente al recinto 241 primario, pero una anchura mayor de la seccion transversal, de manera que una segunda corriente 272 de gas, suministrada desde la entrada 219 de gas presurizado puede rodear la salida de la primera seccion 243 del recinto 241 primario, de modo que la gota 222 combinada que sale del recinto 241 primario se grna adicionalmente corriente abajo para facilitar el control de su trayectoria. La corriente 272 de gas puede aumentar aun mas su velocidad en el area de la segunda seccion 253 de salida debido a su forma, y asf acelerar aun mas la gota 222 que sale del recinto 241 primario. La superficie de la seccion transversal de la corriente 272 de gas disminuye hacia abajo, lo que causana que la corriente 272 de gas alcanzara la velocidad no menor, sino preferentemente mayor que la de la gota 222 combinada en el momento de abandonar la seccion 243 del recinto 241 primario. Para aumentar aun mas la velocidad de la gota, la seccion transversal de la segunda seccion 253 de salida del recinto 251 secundario, que se encuentra entre la salida del recinto primario y la primera seccion 252 de salida del recinto secundario, esta disminuyendo preferentemente corriente abajo tal como dirigir la corriente 272 de gas hacia el eje central. La primera seccion 252 de salida del recinto 251 secundario tiene preferentemente una seccion transversal redonda y un diametro D2 que es preferentemente mayor (preferentemente, al menos 2 veces mayor) que el diametro D1 de la salida de la seccion 243 del recinto primario, de modo que la gota 222 combinada no toca el lado interno de todo el recinto 251 secundario para evitar la obstruccion y es guiada por las corrientes (ahora combinadas) de gas 271A, 271B, 272 entre la gota 222 combinada y las paredes laterales del recinto 251 secundario. Ademas, el recinto secundario puede tener perforaciones (aberturas) 255 en la primera seccion 252 de salida, para ayudar en la descompresion de la corriente de gas en una direccion distinta a la direccion de flujo de la gota combinada. Preferentemente, el diametro D2 es al menos 2 veces mayor que el diametro dC de la gota combinada. Preferentemente, la longitud L2 de la primera seccion 252 de salida es de cero a un multiplo de diametros dC de la gota 222 combinada, tal como 10, 100 o incluso 1000 veces el diametro dC, para guiar la cafda de una manera controlable y proporcionarle la energfa cinetica deseada. Esto puede aumentar significativamente la distancia a la que la gota 222 combinada puede ser expulsada del cabezal de impresion y aun asf mantener la colocacion precisa de la gota sobre la superficie impresa, lo que permite imprimir objetos de superficie variable. Ademas, esto puede permitir expulsar gotas formando un angulo con el vector de gravedad, manteniendo un control de colocacion de gotas satisfactorio. Ademas, la longitud L2 relativamente alta puede permitir que la gota combinada se cure previamente antes de alcanzar el sustrato 290.
En las secciones 252, 253 de salida del recinto 251 secundario el gas aumenta su velocidad, disminuyendo asf su presion y, en consecuencia, reduciendo su temperatura. Esto puede causar el aumento de la velocidad y la disminucion de la temperatura de la gota 222 combinada, que permanece dentro de la corriente de gas. Bajar la temperatura de la gota 222 combinada puede aumentar su viscosidad y adhesion, lo que es deseable en el momento de alcanzar el sustrato mediante la gota, ayudando a que la gota permanezca en el punto objetivo y evite que fluya lateralmente.
La segunda realizacion puede comprender ademas una cubierta 281, que tiene la configuracion y la funcionalidad como se describe para la cubierta 181 de la primera realizacion, incluyendo los elementos de calentamiento y el sensor de temperatura (no mostrado para mayor claridad del dibujo).
Por lo tanto, esta realizacion se puede utilizar en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 221A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 221B primaria del segundo lfquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y controlar, por medio de la superficie del separador (es decir, mediante una superficie de un elemento de cabezal de impresion) y las corrientes de gas, el vuelo de la primera gota 221A primaria y la segunda gota 221B primaria para combinar la primera gota 221A primaria con la segunda gota 221B primaria en el punto 232 de conexion dentro de la camara 241 de reaccion dentro del cabezal de impresion, de modo que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara 241 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 221A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 221B primaria.
La segunda variante de la segunda realizacion, como se muestra en la figura 4C, se diferencia de la primera variante de la figura 4A en que las paredes laterales del separador 231C estan ligeramente desplazadas (no adyacentes) de las paredes laterales internas de las salidas de las boquillas, de modo que las gotas 221A, 221B primarias que se descargan no estan inmediatamente en contacto con las paredes laterales del separador 231C. En ese caso, se forma una fina capa de gas entre las paredes laterales del separador 231C y las gotas 221A, 221B primarias. Sin embargo, dado que el separador 231C restringe la libertad de flujo de gas y, por lo tanto, la libertad de flujo de las gotas primarias desde las salidas de las boquillas hacia el punto de conexion, el separador 23lC puede considerarse que grna indirectamente las gotas primarias. De forma similar a la variante de la primera realizacion mostrada en la figura 2E, es principalmente el extremo tubular de estrechamiento corriente abajo del recinto 241 primario, junto con las corrientes 271A, 271B de gas que lo separan de las paredes del recinto 241 primario, lo que restringe la libertad de combinacion de las gotas primarias en una gota 222 combinada en el punto de conexion y/o modela la gota combinada y alinea su eje de flujo de salida.
Tercera realizacion
La tercera realizacion del cabezal 300 se muestra esquematicamente en una seccion transversal longitudinal en la figura 7. Tiene la mayona de sus caractensticas en comun con la segunda realizacion, con las siguientes diferencias.
En la primera seccion 343 del recinto 341 primario y en la primera seccion 352 del recinto 351 secundario, hay electrodos 362, 363 de carga que aplican carga electrostatica a la gota 322 combinada.
Por otra parte, corriente abajo, detras de la primera seccion 352 de salida del recinto 351 secundario hay electrodos 364A, 364B de desviacion que desvfan la direccion del flujo de las gotas 322 cargadas en una direccion controlable. De ese modo, la colocacion de la gota 322 puede ser controlada de manera efectiva. Para permitir el cambio de la trayectoria de salida de las gotas 322 desde el interior del cabezal 300, la abertura 381O de salida de la cubierta 381 tiene una anchura apropiada para que la gota 322 desviada no entre en contacto con la cubierta 381.
Los electrodos 362, 363 de carga y los electrodos 364A, 364B de desviacion pueden ser disenados de una manera conocida en la tecnica de la tecnologfa CIJ y, por lo tanto, no requieren mas aclaraciones sobre detalles.
Los otros elementos, que tienen numeros de referencia que empiezan con 3 (3xx) corresponden a los elementos de la segunda realizacion, que tienen numeros de referencia partiendo de 2 (2xx).
Cuarta realizacion
Una cuarta realizacion del cabezal 400 de impresion de inyeccion de tinta segun la invencion se muestra en la figura 8 en una vista detallada en seccion transversal. A menos que se especifique lo contrario, la cuarta realizacion comparte caractensticas comunes con la primera realizacion.
El cabezal 400 de impresion de inyeccion de tinta puede comprender uno o mas conjuntos de boquillas, cada uno configurado para producir una gota 422 combinada formada de dos gotas 421A, 421B primarias expulsadas desde un par de boquillas 411A, 411B separadas por un separador 431. La realizacion puede mejorarse utilizando mas de dos boquillas. Cada boquilla 411A, 411B del par de boquillas en el conjunto de boquillas tiene un canal 412A, 412B para conducir el lfquido desde un deposito 416A, 416B. En la salida 413a , 413B de la boquilla, el lfquido se forma en gotas 421A, 421B primarias como resultado de la operacion de los dispositivos 461A, 461B de generacion de gotas y de propulsion que se muestran en las figuras 10, 11, 12. Las salidas 413A, 413B de las boquillas estan separadas por un separador 431 que tiene una seccion transversal que se estrecha corriente abajo que separa las salidas 413A, 413B de las boquillas y evita asf el contacto indeseable entre las gotas 421A y 421B primarias antes de su descarga completa desde sus respectivas salidas 413A y 413B de las boquillas.
Las boquillas 412A, 412B tienen dispositivos 461A, 461B de generacion y de propulsion de gotas para la expulsion de las gotas para moverse respectivamente a lo largo de una primera trayectoria y una segunda trayectoria, que unicamente estan senalados esquematicamente en la figura 8, y sus tipos representados esquematicamente se muestran en las figuras 10-12. Los dispositivos de generacion y propulsion de gotas pueden ser, por ejemplo, de tipo termico (figura 10), piezoelectrico (figura 11) o de valvula (figura 12). En el caso de la valvula, el lfquido tendna que ser entregado a la presion adecuada.
El cabezal de impresion comprende ademas una cubierta 481 que forma la camara de reaccion y protege los componentes del cabezal, en particular, la punta 432 del separador y las salidas 413A, 413B de las boquillas, desde el entorno, por ejemplo, impide que se toquen por el usuario o el sustrato impreso.
En la cuarta realizacion, los angulos de expulsion yA, yB en los que las gotas 421A, 421B primarias son expulsadas de los canales 412A, 412B de las boquillas son iguales a 90 grados, es decir, las gotas 421A, 421B primarias se expulsan a lo largo de la primera trayectoria y la segundo trayectoria, que inicialmente estan dispuestas perpendicularmente al eje longitudinal del cabezal. En esta realizacion, los angulos de inclinacion pA, pB de las boquillas son iguales a 0 grados, es decir, los canales de las boquillas son paralelos al eje longitudinal del cabezal, pero en otras realizaciones pueden ser diferentes. A continuacion, las gotas 421A, 421B primarias expulsadas son guiadas a lo largo del separador 431, que tiene paredes 414A, 414B laterales concavas, hacia su punta 432, en la que se combinan para formar una gota 422 combinada, que se separa de la punta 432 del separador y se desplaza hacia la superficie a imprimir. En esta realizacion, es la geometna del separador, y no de las boquillas, la que determina los parametros de colision de las gotas primarias que permiten la coalescencia completa. Por lo tanto, el separador 431 funciona como medios para controlar el vuelo de la primera gota 421A primaria y la segunda gota 421B primaria y, en particular, para alterar la primera trayectoria y la segunda trayectoria antes del punto de conexion, para permitir que la primera gota 421A primaria se combine con la segunda gota 421B primaria en el punto de conexion 432 en la gota 422 combinada dentro de la camara 481 de reaccion.
El separador puede ser intercambiable, permitiendo la modificacion de los parametros de colision. Ademas, cualesquiera gotas residuales que se forman desde las boquillas pueden ser guiadas a lo largo de las paredes laterales del separador y fuera del cabezal de impresion y tambien por medio de la corriente de gas que fluye a lo largo de la trayectoria de las gotas principales y, desde el punto de conexion, a lo largo de la trayectoria de la gota combinada.
Por lo tanto, esta realizacion se puede utilizar en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 421A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 421B primaria del segundo lfquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y controlar, por medio del separador, el vuelo de la primera gota 421A primaria y la segunda gota 421B primaria para combinar la primera gota 42lA primaria con la segunda gota 421B primaria en el punto 432 de conexion dentro de la camara 481 de reaccion dentro del cabezal de impresion, de modo que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara 481 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 421A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 421B primaria.
Quinta realizacion
Una quinta realizacion del cabezal 500 de impresion por inyeccion de tinta de acuerdo con la invencion se muestra en la figura 9 en una vista en seccion transversal detallada. A no ser que se especifique de otra forma, la cuarta realizacion comparte caractensticas comunes con la primera realizacion.
El cabezal 500 de impresion por inyeccion de tinta puede comprender uno o mas conjuntos de boquillas, cada uno configurado para producir una gota 522 combinada formada por dos gotas 521A, 521B primarias expulsadas desde un par de boquillas 511A, 511B separadas por un separador 531. La realizacion puede mejorarse usando mas de dos boquillas. Cada boquilla 511A, 511B del par de boquillas en el conjunto de boquillas tiene un canal 512A, 512B para conducir lfquido desde un deposito 516A, 516B. En la salida 513A, 513B de la boquilla el lfquido se forma en gotas 521A, 521B primarias como resultado de la operacion de los dispositivos 561A, 561B de generacion y de propulsion de gotas mostrados en las figuras 10, 11, 12. Las salidas 513a , 513B de las boquillas estan separadas por un separador 531 que tiene una seccion transversal que se estrecha corriente abajo que separa las salidas 513A, 513B de las boquillas y evita asf el contacto indeseable entre las gotas 521A y 521B primarias antes de su descarga completa desde sus respectivas salidas 513A y 513B de las boquillas.
Las boquillas 512A, 512B tienen dispositivos 561A, 561B de generacion y de propulsion de gotas para la expulsion de las gotas para moverse respectivamente a lo largo de una primera trayectoria y una segunda trayectoria, que unicamente estan senalados esquematicamente en la figura 9, y sus tipos representados esquematicamente se muestran en las figuras 10-12. Los dispositivos de generacion y propulsion de gotas pueden ser, por ejemplo, de tipo termico (figura 10), piezoelectrico (figura 11) o de valvula (figura 12). En el caso de la valvula, el lfquido tendna que ser entregado a la presion adecuada.
El cabezal de impresion comprende ademas una cubierta 581 que forma la camara de reaccion y protege los componentes del cabezal, en particular, la punta 532 del separador y las salidas 513A, 513B de las boquillas, desde el entorno, por ejemplo, impide que se toquen por el usuario o el sustrato impreso.
En la quinta realizacion, los angulos de expulsion yA, yB en los que las gotas 521A, 521B primarias son expulsadas de los canales 512A, 512B de las boquillas son iguales a 90 grados, es decir, las gotas 521A, 521B primarias se expulsan a lo largo de la primera trayectoria y la segunda trayectoria, que inicialmente estan dispuestas perpendicularmente al eje del cabezal. A continuacion, las trayectorias primera y segunda (es decir, la trayectoria de las gotas 521A, 521B primarias expulsadas) se cambian mediante el rebote desde las paredes 514A, 514B laterales del separador, que son preferentemente planas, para que su trayectoria sea redirigida hacia un punto de conexion en el que se combinan para formar una gota 522 combinada, que se desplaza hacia la superficie que ha de imprimirse. El angulo de incidencia determina el angulo de reflexion, de este modo se determina la trayectoria de la gota mediante el angulo de inclinacion de las paredes del separador. En la presente realizacion, las gotas primarias se unen en el punto de conexion que esta corriente abajo en relacion con la punta del separador.
Sexta realizacion
La sexta realizacion del cabezal 600 se muestra en una vista general, en una primera variante, en la figura 13A. La sexta realizacion 600 tiene la mayona de sus caractensticas en comun con la segunda realizacion, con la diferencia principal de manera que no comprende el separador 231.
Las gotas 621A, 621B primarias expulsadas de las salidas 613A, 613B de las boquillas se mueven a lo largo respectivamente de una primera trayectoria y una segunda trayectoria hacia un punto 632 de conexion, en el que se combinan para formar una gota 622 combinada y se desplaza hacia la superficie a imprimir.
Las gotas 621A, 621B primarias son guiadas por corrientes 671A, 671B y 674a, 674b de gas (tal como aire o nitrogeno, proporcionado desde una entrada 619 de gas a presion que tiene una presion de preferentemente 5 bar) dentro del recinto 641 primario. La forma del recinto 641 primario en su parte superior ayuda a dirigir la corriente de gas a lo largo de las boquillas 611A, 611B y gma las gotas desde las salidas 613A, 613B de las boquillas 611A, 611B hacia el punto de conexion, en la que se unen para formar la gota 622 combinada.
Por lo tanto, las corrientes 671A, 671B del gas funcionan como medios para controlar el vuelo de la primera gota 521A primaria y de la segunda gota 621B primaria para permitir que la primera gota 621A primaria se combine con la segunda gota 621B primaria en el punto 632 de conexion en la gota 622 combinada.
La reaccion qmmica se inicia en el punto 632 de conexion (en el que la primera trayectoria se cruza con la segunda trayectoria) dentro de una camara de reaccion, que en esta realizacion esta formada por el recinto 641 primario. Las boquillas 611A, 611B pueden estar separadas por un elemento 633 de bloqueo (que esta, sin embargo, separado de las boquillas 611A, 611B), de tal manera que las corrientes de 671A, 671B de gas se pueden formar entre las boquillas 611A, 611B y el recinto 641 primario y se pueden formar corrientes 674A, 674B de gas entre las boquillas 611A, 611B y el elemento 633 de bloqueo.
Alternativamente, el cabezal puede no tener ningun elemento 633 de bloqueo, entonces las corrientes 674a, 674b de gas no se dirigiran en paralelo a los ejes de las boquillas 611A, 611B. Sin embargo, debido a las direcciones de las corrientes 671A, 671B, el control sobre la trayectoria de movimiento de las gotas 621A, 621B primarias todavfa puede ser posible.
Las salidas 613A, 613B de las boquillas pueden calentarse a una temperatura superior a la temperatura del entorno. Los lfquidos en los depositos 616A, 616B tambien pueden precalentarse. La temperatura incrementada de los fluidos de trabajo (es decir, el primer lfquido y el segundo lfquido) tambien puede conducir a un procedimiento de coalescencia mejorado de las gotas primarias, y preferentemente aumentar la adhesion y disminuir el tiempo de curado de la gota 622 combinada cuando se aplica sobre el sustrato.
Los otros elementos, que tienen los numeros de referencia que empiezan con 6 (6xx) corresponden a la segunda realizacion, que tienen los numeros de referencia empezando de 2 (2xx).
Por lo tanto, esta realizacion se puede utilizar en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 621A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 621B primaria del segundo lfquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y controlar, por medio de las corrientes de gas, el vuelo de la primera gota 621A primaria y la segunda gota 621B primaria para combinar la primera gota 621A primaria con la segunda gota 621B primaria en el punto 632 de conexion dentro de la camara 641 de reaccion dentro del cabezal de impresion, de modo que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara 641 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 621A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 621B primaria.
En una segunda variante de la sexta realizacion, mostrada esquematicamente en la figura 13B, uno o ambos de los lfquidos almacenados en depositos 616A, 616B de lfquido pueden cargarse previamente con una carga electrostatica predeterminada, de tal manera que una o ambas de las gotas primarias que salen de las salidas de la boquilla se cargan, lo que puede facilitar la combinacion de las gotas 621A, 621B primarias a una gota 622 combinada. Como se muestra en la figura 13B, la salida del recinto 641 primario puede contener un conjunto de electrodos 664, que generan un campo electrico que fuerza a la gota 622 combinada cargada a alinearse con el eje longitudinal del cabezal. Ademas, la salida del recinto 651 secundario puede contener un conjunto de electrodos 665, que generan un campo electrico que fuerza a la gota 622 combinada cargada a alinearse con el eje longitudinal del cabezal. Se pueden usar ambos o solo uno de los conjuntos 664, 665 de electrodos. Preferentemente, los conjuntos 664, 665 comprenden cada uno al menos 3 electrodos, o preferentemente 4 electrodos, que estan distribuidos uniformemente a lo largo de la circunferencia de un cfrculo, tal como para forzar la gota 622 hacia el eje central. Por lo tanto, los conjuntos 664, 665 de electrodos ayudan en la colocacion de las gotas. Los otros elementos son equivalentes a la primera variante.
En una tercera variante de esa realizacion, que se muestra esquematicamente en la figura 13C, solo esta presente el recinto 641 primario, sin el recinto 651 secundario. El recinto 641 primario tiene una primera seccion 643 mas larga en comparacion con la primera variante, lo que facilita el control sobre la colocacion de la gota y puede permitir aumentar la ene^a de la gota combinada de salida. Los otros elementos son equivalentes a la primera variante. La cuarta variante de la realizacion, mostrada esquematicamente en las figuras 13D y 13E, 13F (que son secciones transversales esquematicas a lo largo de la lmea A-A de la figura 13D), se diferencia de la primera variante de la figura 13-A por lo siguiente. Las boquillas 611A, 611B tienen las secciones de extremo de sus canales 612A, 612B dispuestas sustancialmente perpendiculares al eje principal del cabezal de impresion, y las salidas 613A, 613B de las boquillas estan configuradas para expulsar las gotas 621A, 621B primarias, de manera que se mueven respectivamente una primera trayectoria y una segunda trayectoria que estan inicialmente dirigidas en paralelo al eje principal X del cabezal de impresion.
Esta disposicion de las secciones de extremo de los canales 612A, 612B de las boquillas permite ademas posicionar dispositivos 661A, 661B de generacion y propulsion de gotas relativamente grandes (por ejemplo, piezoelectricos), como se muestra en la figura 16E.
La figura 16F muestra otra variante, con la posibilidad de implementar mas de dos (por ejemplo, seis) boquillas 612A-612F, teniendo cada una su propio dispositivo 661A-661F de generacion de gotas y de propulsion, cada uno conectado a un deposito de lfquido individual, para permitir la generacion de una gota combinada desde mas de dos gotas primarias. Debe observarse que en tal caso no todas las gotas combinadas deben combinarse a partir de seis gotas, es posible que, para una gota combinada particular, solo algunas de las boquillas 612A-612F proporcionen gotas primarias, por ejemplo, dos, tres, cuatro o cinco boquillas, dependiendo de las propiedades deseadas de la gota combinada.
Despues de ser expulsadas, las gotas 621A, 621B primarias son guiadas por las corrientes de 671A, 671B de gas dentro del recinto 641 primario, de manera que la primera trayectoria y la segunda trayectoria se cambian para cruzarse entre sf en el punto 632 de conexion, que esta ubicado preferentemente en la seccion 643 corriente abajo del recinto 641 primario, que tiene preferentemente una seccion transversal constante, redonda, de un diametro al menos ligeramente mayor (por ejemplo, al menos 110 % o al menos 150 % o al menos dos veces mayor) que el diametro deseado de la gota 622 combinada, y puede configurarse ademas tal como se describe con respeto a la seccion 243 de la segunda realizacion como se muestra en las figuras 4A-4B.
La quinta variante de esa realizacion, que se muestra esquematicamente en la figura 13G, difiere de la primera variante de la figura 13A por lo siguiente. Al menos una de las boquillas, en ese ejemplo, la primera boquilla 611A, esta conectada a una camara 617 de mezcla, en la que el lfquido se mezcla a partir de una pluralidad de depositos 616A1, 616A2, desde los cuales el lfquido se dosifica mediante las valvulas 617.1, 617.2. Por ejemplo, los depositos 616A1, 616A2 separados pueden almacenar tintas de diferentes colores, para suministrar desde la primera boquilla 611A una gota primaria de tinta que tiene un color deseado.
La sexta variante de esa realizacion, que se muestra esquematicamente en la figura 13H, difiere de la cuarta variante de las figuras 13D-13F por lo siguiente. Las boquillas estan dispuestas en una pluralidad de niveles. El primer nivel de boquillas 611A.1, 611B.1 (conectado a los depositos 616A.1, 616B.1 de lfquido) esta dispuesto de manera que producen gotas 121A.1, 121B.1 primarias de primer nivel dentro del recinto 641 primario, que son guiadas por las corrientes de gas para combinarse en una gota 122.1 combinada del primer nivel. El segundo nivel de boquillas 611A.2, 611B.2 (conectado a los depositos 616A.2, 616B.2) de lfquido esta dispuesto de manera que producen gotas 121A.2, 121B.2 primarias de segundo nivel dentro del recinto 651 secundario, que son guiadas por las corrientes de gas para combinarse en una gota 122.2 combinada de segundo nivel. La gota 122.1 combinada de segundo nivel puede estar formada solo por las gotas 121A.2, 121B.2 primarias de segundo nivel (que permite aumentar la frecuencia de generacion de gotas o la variedad de tipos de gotas que pueden generarse) o puede formarse por las gotas 121A.2, 121B.2 primarias de segundo nivel combinadas con la gota 122.1 combinada de primer nivel (que permite aumentar la variedad de tipos de gotas de mas de dos componentes que pueden generarse).
Septima realizacion
El cabezal 700 de impresion por inyeccion de tinta de acuerdo con una septima realizacion se muestra en una vista general esquematica en la figura 14 Y en una vista en seccion transversal detallada en las figuras 15A y 15B, que muestran la misma vista en seccion transversal pero, para mayor claridad del dibujo, los elementos diferentes se han referenciado en figuras diferentes.
El cabezal 700 de impresion por inyeccion de tinta puede comprender uno o mas conjuntos 710 de boquillas, cada uno configurado para producir una gota 722 combinada formada por dos gotas 721A, 721B primarias expulsadas desde un par de boquillas 711A, 711B. El cabezal de impresion es de un tipo de goteo bajo demanda (DOD).
La figura 14 muestra un cabezal con una pluralidad de conjuntos 710 de boquillas dispuestos en paralelo para imprimir filas 791 de multiples puntos sobre un sustrato 790. Vale la pena senalar que el cabezal de impresion puede comprender en realizaciones alternativas solo un unico conjunto 710 de boquillas o mas conjuntos de boquillas, o incluso tanto como 256 conjuntos de boquillas o mas para una impresion de mayor resolucion.
Cada boquilla 711A, 711B del par de boquillas en el conjunto 710 de boquillas tiene un canal 712A, 712B para conducir el Ifquido desde un deposito 716A, 716B. En la salida 713A, 713B de la boquilla, el Ifquido se forma en gotas 721A, 721B primarias y se expulsa como resultado de la operacion de los dispositivos 761A, 761B de generacion y propulsion de gotas que se muestran de una manera mas detallada en las figuras 10, 11, 12. Los dispositivos de generacion y propulsion de gotas pueden ser, por ejemplo, de un tipo termico (figura 10), piezoelectrico (figura 11) o de valvula (figura 12). En el caso de la valvula, el lfquido tendna que ser entregado a una presion apropiada. Una boquilla 711A se dispone preferentemente en paralelo al eje principal Aa del cabezal de impresion - por esa razon, se denominara brevemente “boquilla de eje paralelo”. La otra boquilla 711B se dispone en un angulo a a la primera boquilla 711A - por esa razon se denominara brevemente “boquilla de eje inclinado”. Por lo tanto, la primera boquilla 711A esta configurada para expulsar la primera gota 721A primaria para moverse a lo largo de una primera trayectoria y la segunda boquilla 711B esta configurada para expulsar la segunda gota 721B primaria para moverse a lo largo de una segunda trayectoria. Las salidas 713A, 713B de las boquillas estan distanciadas entre sf por una distancia igual a al menos el tamano de la mayor de las gotas primarias generadas en las salidas 713AM 713B, para que las gotas 721A, 721B primarias no se toquen cuando siguen en las salidas 713A, 713B de las boquillas. Esto impide que se forme una gota combinada en las salidas 713A, 713B de las boquillas y la obstruccion posterior de las salidas 713A, 713B con una tinta solidificada. Preferentemente, el angulo a es un angulo estrecho, preferentemente de 3 a 60 grados, y mas preferentemente de 5 a 25 grados (lo que ayuda a la alineacion de las dos gotas antes de la coalescencia). En tal caso, la salida 713A de la boquilla 711A de eje paralelo esta distanciada de la salida del cabezal de impresion por una distancia mayor por “x” que la salida 713B de la boquilla 711B de eje inclinado.
El lfquido producido por combinacion de las gotas desde los dos depositos 716A, 716B es un producto de una reaccion qmmica de de un primer lfquido suministrado desde un primer deposito 716A y un segundo lfquido suministrado desde el segundo deposito 716B (preferentemente una tinta reactiva compuesta de una base de tinta y un catalizador para iniciar el curado la base de tinta). La base de tinta puede estar compuesta por monomeros polimerizables o resinas de polfmeros con modificadores de reologfa y colorante. El catalizador (que tambien puede ser un denominado agente de curado) puede ser un reactivo de union transversal en el caso de resinas de polfmeros o un catalizador de polimerizacion en el caso de resinas polimerizables. La naturaleza de la base de tinta y el agente de curado es tal que inmediatamente despues de la mezcla en el punto 732 de conexion, una reaccion qmmica comienza a producirse conduciendo a la solidificacion de la mezcla en la superficie de material impresa, para que la tinta pueda adherirse mas facilmente a la superficie impresa y/o curar mas rapidamente en la superficie imprimida.
Por ejemplo, la tinta puede comprender un ester de acido acnlico (de 50 a 80 partes por peso), acido acnlico (de 5 a 15 partes por peso), un pigmento (de 3 a 40 partes por peso), un surfactante (de 0 a 5 partes por peso), glicerina (de 0 a 5 partes por peso), un modificador de viscosidad (de 0 a 5 partes por peso). El catalizador puede comprender un agente de curado a base de azaridina (de 30 a 50 partes por peso), un pigmento (de 30 a 40 partes por peso), un surfactante (de 0 a 5 partes por peso), glicerina (de 0 a 5 partes por peso), un modificador de viscosidad (de 0 a 5 partes por peso), un disolvente (de 0 a 30 partes por peso). Los lfquidos pueden tener una viscosidad de 1 a 30 mPas y una tension superficial de 20 - 50 Mn/m. Tambien pueden usarse otras tintas y catalizadores conocidas/os a partir de la tecnica anterior. Preferentemente, las cantidades de disolvente a un maximo de 10%, preferentemente un maximo de 5 % por peso de la gota combinada. Esto permite disminuir significativamente el contenido del disolvente en el procedimiento de impresion, lo que hace la tecnologfa de acuerdo con la invencion mas respetuosa con el medio ambiente que las tecnologfas CIJ actuales, en las que el contenido de los disolventes suelen sobrepasar el 50 % de la masa total de la gota durante el procedimiento de impresion. Por esta razon, se considera que la presente invencion es de tecnologfa verde.
Los lfquidos suministrados por los dos depositos 716A, 716B pueden ser varias sustancias, seleccionadas de manera que inmediatamente despues de la mezcla comience a producirse una reaccion qmmica conducente a la transformacion del primer y segundo lfquido a un producto de reaccion. De este modo, la reaccion qmmica que transforma el primer y el segundo lfquido en un producto de reaccion se inicia dentro de la camara de reaccion dentro del cabezal de impresion. Por lo tanto, una reaccion qmmica se inicia antes de que la gota combinada abandone el recinto del cabezal de impresion y alcance la superficie de material impresa.
Normalmente, la gota de tinta sera mayor que la gota del catalizador. En el caso de que las gotas tengan diferentes tamanos, la gota 721A mas pequena se expulsa preferentemente desde la boquilla 711A de eje paralelo, mientras que la gota 721B mas grande se expulsa preferentemente de la boquilla 711B de eje inclinado, porque puede acumular una carga electrica mas elevada y, por lo tanto, puede ser mas facil controlar su trayectoria de movimiento. Preferentemente, la gota 721A mas pequena se expulsa con una velocidad mayor que la gota 721B mas grande.
Las gotas primarias se combinan preferentemente dentro del cabezal 700, es decir, antes de que las gotas abandonen la salida 785 del cabezal. El procedimiento de generacion de las gotas 721A, 721B primarias esta controlado (mediante el control de sus parametros, tales como tiempo de expulsion, fuerza, temperatura, etc.) de manera que su trayectoria de movimiento pueda predecirse y disponerse de manera que las gotas primarias se combinen para formar una gota combinada en un punto 732 de conexion.
El procedimiento de generacion de las gotas 721A, 721B primarias esta controlado mediante un controlador de los dispositivos 761A, 761B de generacion y propulsion de gotas (no mostrados en los dibujos para mayor claridad), lo que genera senales de desencadenamiento. Las gotas primarias se generan, por lo tanto, bajo demanda, a diferencia de la tecnolog^a CIJ en la que se genera una corriente continua de gotas en las salidas de las boquillas. Cada una de las gotas primarias generadas se dirige entonces a la superficie que ha de imprimirse, a diferencia de la tecnologfa CIJ, en la que solo se emite una porcion de las gotas y las otras gotas se entregan de vuelta a un canalon.
En una realizacion, el cabezal puede estar disenado de manera que ambas gotas 721A, 721B sean expulsadas desde las salidas 713A, 713B de las boquillas al mismo tiempo, es decir, los dispositivos 761A, 761B de generacion y propulsion de gotas pueden desencadenarse por una senal comun.
Con el fin de mejorar el control sobre el procedimiento de coalescencia de las dos gotas primarias para que estas se integren en una gota combinada de una manera predecible y repetible y tambien para conseguir una direccion predecible de flujo de la gota 722 combinada, las trayectorias de flujo de las gotas 72lA, 721B primarias se disponen para estar en lmea entre sf antes del o en el punto 732 de conexion. Las gotas primarias estan configuradas, ademas, para tener diferentes velocidades antes de que alcancen el punto 732 de conexion, para que puedan chocar en el punto 732 de conexion. Cuando dos gotas primarias que fluyen con diferentes velocidades a lo largo de los mismos ejes chocan, su coalescencia es muy predecible y la gota combinada continuara fluyendo a lo largo del mismo eje Ac.
Las diferentes velocidades pueden conseguirse expulsando las gotas primarias desde las salidas de las boquillas con diferentes velocidades. Sin embargo, en algunas realizaciones puede ser posible expulsar las gotas primarias con sustancialmente la misma velocidad de ambas salidas de las boquillas. El hecho de que las boquillas esten dispuestas en un angulo, garantiza que el componente paralelo de velocidad de la gota inclinada sea mas pequeno que la velocidad de la gota paralela, mientras que las velocidades cambiaran durante el flujo entre la salida de la boquilla y el punto de conexion, por ejemplo, debido a la resistancia de flujo (por ejemplo, relacionada con el tamano de la gota) o campo electrico, etc.
La salida de la gota 721B primaria desde la salida 713B de la boquilla de eje inclinado tiene una carga electrica distinta a cero y, por esa razon, se denominara una gota 721B primaria cargada. La gota 721B puede cargarse de diferentes formas. Por ejemplo, el lfquido en el deposito 716B puede precargarse. Alternativamente, el lfquido puede cargarse cargando los electrodos situados a lo largo del canal 712B de la boquilla o en la salida 713B de la boquilla. Ademas, la gota 721B primaria puede cargarse despues de formarse o expulsarse a lo largo de su trayectoria de movimiento, cargando electrodos situados antes de los electrodos 741, 742 de desviacion.
Un conjunto de electrodos 741, 742 de desviacion que forman un condensador esta dispuesto a lo largo de la trayectoria de flujo de la gota 721B primaria cargada para alterar la trayectoria de vuelo de la gota 721B primaria cargada, para alinearla en lmea con la trayectoria de vuelo de la salida de la gota 721A primaria desde la otra salida 713A de la boquilla antes del o en el punto 732 de conexion. Los electrodos 741, 742 estan conectados a fuentes de tension de CC controlables y son controlables de acuerdo con procedimientos conocidos. Por lo tanto, la trayectoria de vuelo de la gota 721B primaria cargada se ve afectada sobre una distancia di del intervalo de operacion de los electrodos. La distancia dx entre los electrodos esta disenada para evitar una tension de interrupcion del condensador o cualquier contacto ffsico entre la gota que vuela y los electrodos, permitiendo no obstante una generacion del campo electrico lo suficientemente fuerte como para cambiar la trayectoria de movimiento de la gota 721B primaria cargada desde una trayectoria de inclinada a paralela.
En otra realizacion, los electrodos 741 y 742 pueden ser parte de un electrodo cilmdrico con la misma carga que la gota 721B primaria cargada. La distancia dx no dependera de la tension de interrupcion del condensador como en la realizacion anterior. Tal realizacion permitira tolerancias mas altas de la colocacion de la boquilla y permitira asimismo una alineacion paralela de la boquilla. Aunque es menos preferible desde el punto de vista de la estabilidad de las operaciones, requerina una menor precision de fabricacion.
Tambien es posible alinear las boquillas 711A, 711B en paralelo entre sf y usar un primer conjunto de electrodos para cambiar la trayectoria de la gota 721B primaria cargada de paralela a inclinada y un segundo conjunto de electrodos para alinear la gota 721B primaria cargada con la gota paralela antes del punto 732 de conexion.
Tambien es posible combinar ambas realizaciones anteriores: usar una primera fase de electrodos 741, 742 de desviacion (para alinear las gotas en paralelo entre sf), tal y como se muestra en la figura 15A, seguidos por electrodos similares al conjunto de electrodos 771 presentado en la figura 15A y 17 para guiar con mayor precision la gota cargada (o gotas cargadas), lo que aumentana la precision y la estabilidad de la trayectoria de movimiento de la gota antes del punto 732 de conexion, con el fin de mejorar ademas, las condiciones de coalescencia.
Por lo tanto, los electrodos 741, 742 de desviacion funcionan como medios para controlar el vuelo de la primera gota 721A primaria y la segunda gota 721B primaria para permitir que la primera gota 721A primaria se combine con la segunda gota 721A primaria en el punto 732 de conexion en la gota 722 combinada.
La gota 721A primaria de eje paralelo tiene preferentemente una carga electrica cero, es decir, no esta cargada. Sin embargo, son posibles otras realizaciones en las que la otra gota 721A primaria tambien este cargada y se expulse en un eje inclinado con respecto al eje deseado Ac de flujo de la gota 722 combinada, y el cabezal de impresion comprenda, ademas, otro conjunto de electrodos de desviacion para alinear su eje de flujo al eje Ac antes del punto 732 de conexion.
En otra realizacion mas, pueden generarse mas de dos gotas primarias, es decir, la gota 722 combinada puede formarse por coalescencia (simultanea o secuencial) de mas de dos gotas, por ejemplo, tres gotas expulsadas desde tres boquillas, de las que al menos dos tienen sus ejes inclinados con respecto al eje deseado de flujo Ac de la gota 722 combinada.
El eje de flujo Ac de la gota 722 combinada es preferentemente el eje principal del cabezal de impresion, pero tambien puede ser otro eje. El cabezal de impresion puede comprender medios adicionales para mejorar el control de colocacion de la gota.
Por ejemplo, el cabezal de impresion puede comprender un conjunto de electrodos 751, 752 de tipo peine conectado a fuentes de tension de CC o CA controlables, configuradas para aumentar la velocidad de flujo de la gota 722 combinada cargada antes de que salga de la salida 785 del cabezal de impresion. La velocidad puede aumentarse de una manera controlable controlando las fuentes de tension de CA conectadas a los electrodos 751, 752, con el fin de conseguir una velocidad de salida de la gota 722 combinada deseada, por ejemplo, para controlar la distancia de impresion, que puede resultar particularmente util a la hora de imprimir sobre sustratos irregulares, El conjunto de electrodos 751, 752 de aceleracion debena colocarse a una distancia d3 de los electrodos 741, 742 de desviacion, que es lo suficientemente grande para que los campos electricos generados por los electrodos no interfieran en su operacion de manera indeseada. La distancia d2 y el numero de pares de electrodos de aceleracion en el que la gota 722 combinada permanece bajo la influencia de la fuerza de aceleracion depende del tamano de la gota 722 combinada y el aumento requerido de su velocidad. Para algunas aplicaciones de impresion industrial, todo el conjunto de condensadores de CA puede necesitarse con el fin de doblar o triplicar preferentemente la velocidad de la gota combinada, por ejemplo, de 3 m/s a 9 m/s medidos en la salida 785 del cabezal. Tambien es posible montar los electrodos de CC como una unidad de aceleracion. Para aplicaciones de impresion en oficina, no se requiere ninguna aceleracion.
El uso de los electrodos de aceleracion permite expulsar gotas primarias desde salidas de las boquillas con velocidades relativamente pequenas, lo que ayuda a la coalescencia (que se produce a determinados parametros de colision optimos segun: velocidad relativa de las gotas, su tension superficial dada, el tamano, la temperatura, etc.), y despues para acelerar la gota combinada con el fin de conseguir condiciones de impresion deseadas.
Ademas, el cabezal de impresion puede comprender un conjunto de electrodos 771 para desviar o corregir (la trayectoria de movimiento de la gota) conectada a una fuente de tension de CC controlable, mostrada en una seccion transversal a lo largo de la lmea B-B de la figura 15A en la figura 17, lo que puede desviar de manera controlable la direccion del flujo de la gota 722 combinada cargada en una direccion deseada para controlar la colocacion de la gota de una manera equivalente a la conocida a partir de la tecnologfa CIJ o - en el caso de corregir electrodos - mejorar la alineacion de la trayectoria de movimiento de la gota 722 combinada paralela al eje del cabezal con el fin de mejorar la precision de colocacion de la gota.
Ademas, el cabezal de impresion puede comprender medios para acelerar el curado de la gota 722 combinada antes de que abandone el cabezal de impresion, por ejemplo, una fuente de luz UV (no mostrada en el dibujo) para afectar un agente de curado sensible a UV en la gota 722 combinada.
Por lo tanto, el procedimiento de generacion de gotas se conduce tal y como se muestra en los detalles de las figuras, 16A-16E. Primero, las gotas 721A, 721B primarias se expulsan desde las salidas 713A, 713B de las boquillas tal y como se muestra en la figura 16A. La trayectoria de flujo de la gota 721B de eje inclinado se altera para ponerse en alineacion con la trayectoria de flujo de la gota 721A de eje paralelo, tal y como se muestra en la figura 16B. Una vez que las gotas 721A primarias estan en trayectorias alineadas, se mueven con diferentes velocidades tal y como se muestra en la figura 16C y chocan tarde o temprano en un punto 732 de conexion para formar una gota 722 combinada, tal y como se muestra en la figura 16D. La gota combinada puede acelerarse mas desde entonces y/o desviarse por medios de control de gota adicionales y expulsarse finalmente, tal y como se muestra en la figura 16E.
Los lfquidos en los depositos 716A, 716B pueden precalentarse o las salidas de las boquillas pueden calentarse mediante calentadores instalados en las salidas de las boquillas, de manera que las gotas primarias expulsadas tengan una temperatura aumentada. La temperatura aumentada de los fluidos funcionales (es decir, tinta y catalizador) puede conducir a un procedimiento de coalescencia mejorado de las gotas primarias y aumentar preferentemente la adhesion y disminuir el tiempo de curado de la gota 722 combinada cuando se aplica en el sustrato que tiene una temperatura menor que la temperatura de la gota combinada. La temperatura de las gotas primarias expulsadas debena ser, por lo tanto, mayor que la temperatura de la superficie que ha de imprimirse, en la que la diferencia de temperatura debena ajustarse a propiedades de fluido funcional particulares. El rapido enfriamiento de la gota unida despues de la colocacion en la superficie de impresion (que tiene una temperatura menor que la tinta) aumenta la viscosidad de la gota, impidiendo el flujo de la gota debido a la gravitacion.
El cabezal de impresion comprende, ademas, una cubierta 781 que protege los componentes del cabezal, en particular las salidas 713A, 713B de las boquillas y el area alrededor del punto 732 de conexion, del entorno, por ejemplo, impide que las toque el usuario o el sustrato impreso. La cubierta 781 forma la camara de reaccion. Debido a que el punto 732 de conexion esta dentro de la camara de reaccion, el procedimiento de combinacion de gotas primarias puede controlarse con precision y predeciblemente, ya que el procedimiento se produce en un entorno separado de los alrededores del cabezal de impresion. El entorno dentro del cabezal de impresion es controlable y las condiciones del entorno (tales como las trayectorias de flujo de aire, la presion, la temperatura) se conocen y , por lo tanto, el procedimiento de coalescencia puede producirse de una manera predecible.
Ademas, la cubierta 781 puede comprender elementos de calentamiento (no mostrados en el dibujo) para calentar el volumen dentro de la cubierta 781, es decir, el volumen que rodea las salidas 713A, 713B de las boquillas y los depositos 716A, 766B de lfquido a una temperatura predeterminada elevada respecto de la temperatura ambiente, por ejemplo, de 40 °C a 80 °C (tambien son posibles otras temperaturas, segun los parametros de las gotas), para proporcionar condiciones estables para combinar las gotas. Un sensor 783 de temperatura puede posicionarse dentro de la cubierta 781 para detectar la temperatura. La temperatura mas alta dentro del cabezal de impresion facilita una mejor mezcla de la gota unida por medio de difusion. Adicionalmente, la temperatura aumentada aumenta la velocidad de la reaccion qmmica que comienza en el momento de la mezcla. La tinta que reacciona en la superficie del material impreso permite una mejor adhesion de la imagen impresa.
Ademas el cabezal 710 de impresion puede comprender boquillas de suministro de gas (no mostradas en el dibujo) para soplar gas (tal como aire o nitrogeno), preferentemente calentado, a lo largo de los ejes Aa, Ab y/o Ac, con el fin de disminuir el tiempo de curado, aumentar la dinamica del movimiento de las gotas y de soplar hacia fuera cualquier residuo que pudiera formarse en las salidas 713A, 713B de las boquillas u otros componentes del conjunto de boquillas.
Por lo tanto, esa realizacion puede usarse en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 721A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 721B primaria del segundo lfquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y para controlar, por medio de un separador, el vuelo de la primera gota 721A primaria y la segunda gota 721B primaria para combinar la primera gota 721A primaria con la segunda gota 721B primaria en el punto 732 de conexion dentro de la camara 781 de reaccion dentro del cabezal de impresion para que una reaccion qmmica se inicie dentro de un entorno controlado de la camara 781 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 721A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 721B primaria.
Esta realizacion combina de manera unica las caractensticas y las ventajas de dos tecnologfas de inyeccion de tinta sobradamente conocidas por medio de la entrega de una gota de tinta funcional de la forma en que trabajan las impresoras DOD - incluidas las de alta resolucion - pero siendo capaces de desviar y controlar su trayectoria de vuelo de la forma en que trabajan las impresoras CIJ, con el tiempo de secado o curado de la impresion tambien mas cercano a los estandares de la CIJ. Tal invencion mejora posibilidades tecnicas para aplicar impresiones digitales duraderas de alta calidad en una amplia variedad de sustratos y productos. Esta caractenstica demostrara ser especialmente ventajosa en la mayona de aplicaciones industriales de marcado y codificacion.
Octava realizacion
La octava realizacion del cabezal800 se muestra en una vista general en la figura 18. La octava realizacion 800 esta adaptada particularmente para su uso con dispositivos de propulsion y generacion de gotas de gran tamano.
Las gotas 821A, 821B primarias son expulsadas desde las salidas 813A, 813B de las boquillas de las boquillas 811A, 811B, que preferentemente tienen al menos las secciones de extremo de sus canales 812A, 812B dispuestos sustancialmente de forma perpendicular al eje principal X del cabezal de impresion. Los canales 812A, 812B de las boquillas pueden acomodar dispositivos 861A, 861B de generacion y propulsion de gotas de gran tamano (por ejemplo, piezoelectrico). Las gotas 821A, 821B primarias estan formadas por un primer lfquido y un segundo lfquido desde los depositos 816A, 816B.
Las gotas 821A, 8211B primarias son expulsadas para moverse a lo largo, respectivamente, de la primera y segunda trayectorias, que estan dispuestas inicialmente sustancialmente en paralelo al eje principal X. Las gotas 821A, 821B primarias a continuacion son guiadas dentro de un recinto 841 primario (que funciona como la camara de reaccion) mediante corrientes 871A, 871B de gas que pueden generarse dentro del recinto 841 primario a partir de una fuente de gas apropiada, por ejemplo, una boquilla de suministro de gas. El recinto 841 primario tiene una seccion transversal de estrechamiento hacia abajo. La seccion 843 de salida del recinto 841 primario tiene preferentemente una seccion transversal redonda constante de un diametro al menos ligeramente mayor (por ejemplo, al menos 110 % o al menos 150 % o al menos dos veces mayor) que el diametro deseado de la gota 822 combinada, y puede configurarse ademas tal como se describe con respecto a la seccion 243 de la segunda realizacion como se muestra en las figuras 4A-4B.
Por lo tanto, esta realizacion se puede utilizar en el procedimiento de impresion por goteo bajo demanda para descargar la primera gota 821A primaria del primer lfquido para moverse a lo largo de la primera trayectoria y para descargar la segunda gota 821B primaria del segundo Kquido para moverse a lo largo de la segunda trayectoria; y controlar, por medio de la forma del canal del recinto 841 primario y las corrientes 871A, 871B de gas, el vuelo de la primera gota 821A primaria y la segunda gota 821B primaria para combinar la primera gota 821A primaria con la segunda gota 821B primaria en el punto 832 de conexion dentro de la camara 841 de reaccion dentro del cabezal de impresion, de modo que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara 841 de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota 821A primaria y el segundo lfquido de la segunda gota 821B primaria.
Otras realizaciones
Debe observarse que los dibujos son esquematicos y no a escala y se usan solo para ilustrar las realizaciones para una mejor comprension de los principios de operacion.
La presente invencion es particularmente aplicable para impresoras de inyeccion de tinta DOD de alta resolucion. Sin embargo, la presente invencion tambien se puede aplicar a DOD de baja resolucion basado en valvulas que permiten descargar gotas de tinta presurizada.
El entorno en la camara de reaccion puede ser controlada mediante el control de al menos uno de los siguientes parametros: la temperatura de la camara (por ejemplo, por medio de un calentador dentro de la camara de reaccion), la velocidad de las corrientes de gas (por ejemplo, mediante el control de la presion de suministro de gas), los componentes del gas (por ejemplo, controlando la composicion del gas suministrado desde diversas fuentes), el campo electrico (por ejemplo, controlando los electrodos), el campo de ultrasonidos (por ejemplo, proporcionando generadores de ultrasonidos adicionales dentro de la camara de reaccion, no mostrados en los dibujos), luz UV (por ejemplo, proporcionando generadores de luz UV adicionales dentro de la camara de reaccion, no mostrados en los dibujos), etc.
Una persona experta se dara cuenta de que las caractensticas de las realizaciones descritas anteriormente se pueden mezclar adicionalmente entre las realizaciones. Por ejemplo, puede haber mas de dos boquillas dirigiendo mas de dos gotas primarias para formar una gota combinada mediante el uso de los mismos principios de descarga, grna, formacion, tambien mediante coalescencia controlada, y gotas aceleradas dentro del cabezal de impresion como se describio anteriormente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de impresion por goteo bajo demanda, que comprende combinar gotas primarias para formar una gota combinada, realizando las siguientes etapas en un cabezal de impresion:
- descargar una primera gota (x21A) primaria de un primer Kquido recogida desde un primer deposito (x16A) de Kquido para moverse a lo largo de una primera trayectoria;
- descargar una segunda gota (x21B) primaria de un segundo lfquido recogida desde un segundo deposito (x16B) de lfquido para moverse a lo largo de una segunda trayectoria;
- controlar el vuelo de la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en la gota (x22) combinada en un punto (x32) de conexion dentro de una camara de reaccion dentro del cabezal de impresion para que se inicie una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota primaria y el segundo lfquido de la segunda gota primaria;
- y controlar el vuelo de la gota (x22) combinada a traves de la camara de reaccion a lo largo de una trayectoria de gota combinada dirigida hacia la superficie que ha de imprimirse de manera que la gota (x22) combinada durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de gota de combinada que comienza desde el punto de conexion se distancie de los elementos del cabezal de impresion.
2. El procedimiento segun la reivindicacion 1, que comprende ademas impedir que las gotas (x21A, x21B) primarias hagan contacto entre sf en las salidas (x13A, x13B) de las boquillas proporcionando un separador (x3l) entre el plano de las terminaciones de las salidas de las boquillas.
3. El procedimiento segun la reivindicacion 2, que comprende ademas controlar el vuelo de la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria mediante el separador (x31) para guiar la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria.
4. El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la longitud (LA, LB) de la pared lateral del separador (x31) desde el plano de la terminacion de la salida de la boquilla no es mas corto que el diametro (dA, dB) de la gota primaria.
5. El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas controlar la trayectoria de vuelo de la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria a una distancia no mas corta que el 50 % de la distancia entre la salida de la boquilla y el punto de conexion.
6. El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas controlar el vuelo de la primera gota (x21A) primaria y la segunda gota (x21B) primaria mediante un campo electrico.
7. El procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas controlar al menos uno de los siguientes parametros dentro de la camara de reaccion: temperatura de la camara, campo electrico, campo de ultrasonidos, luz UV.
8. Un cabezal de impresion por goteo bajo demanda que comprende:
- un conjunto (x10) de boquillas, que comprende:
una primera boquilla (x11A) conectada a traves de un primer canal (x12A) con un primer deposito (x16A) de lfquido con un primer lfquido y que tiene un primer dispositivo (x61A) de generacion y propulsion de gota para formar bajo demanda una primera gota (x21A) primaria del primer lfquido y descargar la primera gota (x2lA) primaria para moverse a lo largo de una primera trayectoria; y
una segunda boquilla (x11B) conectada a traves de un segundo canal (x12B) con un segundo deposito (x16B) de lfquido con un segundo lfquido y que tiene un segundo dispositivo (x61A) de generacion y propulsion de gota para formar bajo demanda una segunda gota (x21B) primaria del segundo lfquido y descargar la segunda gota (x21B) primaria para moverse a lo largo de una segunda trayectoria;
- una camara de reaccion;
- en el que la primera trayectoria se cruza con la segunda trayectoria dentro de la camara de reaccion en un punto (x32) de conexion;
- medios para controlar el vuelo de la primera gota primaria y la segunda gota primaria y configurados para permitir que la primera gota (x21A) primaria se combine con la segunda gota (x2lB) primaria en el punto de conexion en una gota (x22) combinada, de modo que se inicia una reaccion qmmica dentro de un entorno controlado de la camara de reaccion entre el primer lfquido de la primera gota primaria y el segundo lfquido de la segunda gota primaria durante el flujo de la gota (x22) combinada a traves de la camara de reaccion a lo largo de una trayectoria de gota combinada;
- en el que la gota (x22) combinada, durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de gota combinada que comienza desde el punto de conexion, se distancia de los elementos del cabezal de impresion.
9. El cabezal de impresion segun la reivindicacion 8, que comprende ademas medios para controlar la trayectoria de vuelo de la gota combinada.
10. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en el que los medios para controlar el vuelo de la primera gota primaria y la segunda gota primaria estan formados por un separador (x31) que tiene una seccion transversal que se estrecha corriente abajo posicionada entre las salidas (x13A, x13B) de las boquillas.
11. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el separador (x31) esta configurado para guiar las gotas (x21A, x21B) primarias a lo largo de sus paredes (x14A, x14B) laterales y para separar las salidas de las boquillas en el plano de sus terminaciones.
12. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque los medios para controlar el vuelo de la primera gota primaria y la segunda gota primaria son un conjunto de electrodos (741, 742) para alterar la trayectoria de vuelo de la segunda gota (721B) primaria a una trayectoria que esta en lmea con la trayectoria de vuelo de la primera gota (721A) primaria antes del o en el punto (732) de conexion.
13. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la segunda gota (721B) primaria es una gota cargada que tiene una carga electrica distinta de cero o se carga el lfquido en el segundo deposito (716B) conectado con la segunda boquilla (711B).
14. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, que comprende ademas un conjunto de electrodos (771) conectado a la fuente de tension de CC controlable y que se situa corriente abajo con respecto al punto (732) de conexion para desviar y/o corregir la trayectoria de vuelo de la gota combinada.
15. El cabezal de impresion segun cualquiera de las reivindicacion 8 a 14, en el que el primer lfquido es una base de tinta y el segundo lfquido es un catalizador para curar la base de tinta.
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