ES2862471T3

ES2862471T3 - Un cabezal de impresión por goteo bajo demanda y un procedimiento de impresión

Info

Publication number: ES2862471T3
Application number: ES17751660T
Authority: ES
Inventors: Piotr Jeuté
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: CN113022138A; AU2017306809A1; US10661562B2; EP3822081B1; EP3493990A1; PL3493990T3; EP3822081A1; EP3493990B1; WO2018024514A1; CA3032556A1; PL3822081T3; CN109789701A; JP2019523159A; CN109789701B; US20190184701A1; EP3822081C0

Abstract

Un procedimiento de impresión por goteo bajo demanda que comprende la ejecución de las siguientes etapas en un cabezal de impresión: - descargar una primera gota primaria de un primer líquido desde la salida de una primera boquilla para que se desplace a lo largo de una primera trayectoria (pA) con una primera velocidad; - descargar una segunda gota primaria de un segundo líquido desde la salida de una segunda boquilla para que se desplace a lo largo de una segunda trayectoria (pB) con una segunda velocidad, inferior a la primera, en la que la segunda trayectoria (pB) está inclinada con respecto a la primera trayectoria (pB) a lo largo de un eje inclinado con un ángulo (α) de 3 a 60 grados y cruza la primera trayectoria (pA) en un punto de conexión; - controlar el vuelo de la primera gota primaria y de la segunda gota primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en una gota combinada en el punto de conexión, de modo que se inicie una reacción química entre el primer líquido de la primera gota primaria y el segundo líquido de la segunda gota primaria; caracterizado porque el procedimiento comprende además - aplicar carga eléctrica a la gota combinada; - en la que la trayectoria de vuelo (pC) de la gota combinada se altera no más de 20 grados con respecto al eje de la trayectoria de vuelo (pA) de la primera gota primaria; y - controlar la trayectoria de vuelo (pC) de la gota combinada con la carga eléctrica aplicada mediante los electrodos de desviación.

Description

DESCRIPCIÓN

Un cabezal de impresión por goteo bajo demanda y un procedimiento de impresión

Campo técnico

La presente invención se refiere a los cabezales de impresión por goteo bajo demanda y a los procedimientos de impresión.

Antecedentes

La impresión por inyección de tinta es un tipo de impresión que recrea una imagen digital propulsando gotas de tinta sobre papel, plástico u otros sustratos. Hay dos tecnologías principales en uso: la inyección de tinta continua (CIJ) y la de goteo bajo demanda (DOD).

En la tecnología de inyección de tinta continua, una bomba de alta presión dirige la solución líquida de tinta y disolvente de secado rápido desde un depósito a través de un cuerpo de pistola y una boquilla microscópica, creando un flujo continuo de gotas de tinta mediante la inestabilidad Plateau-Rayleigh. Un cristal piezoeléctrico crea una onda acústica al vibrar dentro del cuerpo de la pistola y hace que el flujo de líquido se rompa en gotas a intervalos regulares. Las gotas de tinta se someten a un campo electrostático creado por un electrodo de carga a medida que se forman; el campo varía en función del grado de desviación de la gota deseado. Esto da lugar a una carga electrostática controlada y variable en cada gota. Las gotas cargadas están separadas por una o más "gotas protectoras" no cargadas para minimizar la repulsión electrostática entre las gotas vecinas. Las gotas cargadas pasan a través de un campo electrostático y son dirigidas (desviadas) por placas de desviación electrostática para imprimir en el material receptor (sustrato), o bien se les permite continuar sin desviarse hasta un canal de recolección para su reutilización. Las gotas más cargadas se desvían en mayor medida. Sólo una pequeña fracción de las gotas se utiliza para imprimir, la mayoría se recicla. El sistema de tinta requiere una regulación activa del disolvente para contrarrestar la evaporación del mismo durante el tiempo de vuelo (tiempo entre la expulsión de la boquilla y el reciclado del canal), y del proceso de ventilación mediante el cual el gas que se introduce en el canal junto con las gotas no utilizadas se expulsa del depósito. Se controla la viscosidad y se añade un disolvente (o una mezcla de disolventes) para contrarrestar la pérdida de disolvente.

Las impresoras de goteo bajo demanda (DOD) pueden dividirse en impresoras DOD de baja resolución que utilizan electroválvulas para expulsar gotas de tinta comparativamente grandes sobre los sustratos impresos, o impresoras DOD de alta resolución, que pueden expulsar gotas de tinta muy pequeñas mediante el uso de un procedimiento DOD térmico y DOD piezoeléctrico de descarga de la gota.

En el proceso de inyección de tinta térmica, los cartuchos de impresión contienen una serie de cámaras diminutas, cada una de las cuales contiene un calentador. Para expulsar una gota de cada cámara, se hace pasar un pulso de corriente a través del elemento calefactor provocando una rápida vaporización de la tinta en la cámara para formar una burbuja, lo que provoca un gran aumento de presión, impulsando una gota de tinta sobre el papel. La tensión superficial de la tinta, así como la condensación y, por lo tanto, la contracción de la burbuja de vapor, atraen otra carga de tinta hacia la cámara a través de un estrecho canal unido a un depósito de tinta. Las tintas utilizadas suelen ser de base acuosa y utilizan pigmentos o tintes como colorante. Las tintas utilizadas deben tener un componente volátil para formar la burbuja de vapor, ya que de lo contrario no puede producirse la expulsión de las gotas.

Los DOD piezoeléctricos utilizan un material piezoeléctrico en una cámara llena de tinta detrás de cada boquilla en lugar de un elemento calefactor. Cuando se aplica una tensión, el material piezoeléctrico cambia de forma, lo que genera un pulso de presión en el fluido que fuerza una gota de tinta desde la boquilla. El proceso DOD utiliza un software que dirige los cabezales para aplicar entre cero y ocho gotas de tinta por punto, sólo donde sea necesario. Las impresoras de alta resolución, además de las aplicaciones de oficina, también se utilizan en algunas aplicaciones de codificación y marcado industrial. La inyección de tinta térmica se utiliza más a menudo en impresoras a base de cartuchos, sobre todo para impresiones más pequeñas, por ejemplo en la industria farmacéutica. Los cabezales piezoeléctricos de empresas como Spectra o Xaar se han utilizado con éxito en impresoras industriales de codificación de alta resolución.

Todas las impresoras DOD tienen una característica en común: las gotas de tinta descargadas tienen un tiempo de secado más largo en comparación con la tecnología CIJ cuando se aplican sobre un sustrato no poroso. La razón es el uso de disolvente de secado rápido, que es bien aceptado por la tecnología CIJ diseñada con disolvente de secado rápido en mente, pero cuyo uso debe ser limitado en la tecnología DOD en general y en la DOD de alta resolución en particular. Esto se debe a que las tintas de secado rápido provocarían que el secado vuelva a las boquillas. En la mayoría de las aplicaciones conocidas, el tiempo de secado de las impresiones DOD de alta resolución sobre sustratos no porosos sería al menos el doble y normalmente más del triple que el de la CIJ. Esto es una desventaja en ciertas aplicaciones de codificación industrial, por ejemplo, líneas de producción muy rápidas donde el tiempo de secado de unos pocos segundos puede exponer la impresión aún húmeda (no seca) a daños cuando entra en contacto con otros objetos.

Otra desventaja de la tecnología DOD de alta resolución es la limitada energía de gota, que requiere que el sustrato sea guiado muy uniformemente y cerca de las boquillas de impresión. Esto también resulta desventajoso para algunas aplicaciones industriales. Por ejemplo, cuando la superficie codificada no es plana, no puede ser guiada muy cerca de las boquillas.

La tecnología CIJ también ha demostrado tener limitaciones inherentes. Hasta ahora, la CIJ no se ha utilizado con éxito para impresiones de alta resolución debido a que necesita cierto tamaño de gota para funcionar bien. La otra desventaja conocida de la tecnología CIJ es el elevado uso de disolventes. Esto no sólo provoca altos costes de suministros, sino que también puede ser peligroso para los operarios y el medio ambiente, ya que la mayoría de los disolventes eficaces son venenosos, tal como MEK (metil etil cetona) ampliamente utilizado.

Los siguientes documentos ilustran varias mejoras de la tecnología de impresión de inyección de tinta.

Un artículo "Double-shot inkjet printing of donor-acceptor-type organic charge-transfer complexes: Wet/nonwet definition and its use for contact engineering" de T. Hasegawa et al (Thin Solid Films 518 (2010) páginas 3988-3991 ) presenta una técnica de impresión por inyecciónde tinta de doble disparo (DS-IJP), en la que dos tipos de gotas de tinta a escala de picolitros que incluyen moléculas donantes de componente soluble (por ejemplo, tetratiafulvaleno, TTF) y aceptora (por ejemplo, tetracianoquinodimetano, TCNQ) se depositan individualmente en una posición idéntica sobre las superficies del sustrato para formar películas de compuestos metálicos apenas solubles de TTF-TCNQ. La técnica utiliza la modificación de la superficie húmeda/no húmeda para limitar las gotas entremezcladas de las tintas donantes y aceptoras impresas individualmente en un área predefinida, lo que da como resultado la formación de complejos instantáneos a escala de picolitros.

Una patente estadounidense US7429100 presenta un procedimiento y un dispositivo para aumentar el número de gotas de tinta en un chorro de gota de tinta de una impresora de inyección de tinta de funcionamiento continuo, en el que las gotas de tinta de al menos dos chorros de gota de tinta producidos por separado se combinan en un chorro de gota de tinta, de modo que el chorro de gota de tinta combinado encierra completamente las gotas de tinta separadas de los correspondientes chorros de gota de tinta separados y, por lo tanto, tiene un número de gotas de tinta igual a la suma de los números de gotas de tinta en la corriente individual. Las gotas de las corrientes individuales no chocan entre sí y no se combinan entre sí, sino que siguen siendo gotas separadas en el chorro de gotas combinado.

Una solicitud de patente estadounidense US20050174407 presenta un procedimiento para depositar materiales sólidos, en el que un par de dispositivos de impresión de inyección de tinta expulsan gotas de tinta respectivamente en una dirección tal que coinciden durante el vuelo, formando gotas mezcladas que continúan hacia un sustrato, en el que las gotas mezcladas se forman fuera del cabezal de impresión.

La patente estadounidense US8092003 presenta sistemas y procedimientos para imprimir digitalmente imágenes en sustratos utilizando tintas digitales y catalizadores que inician y/o aceleran el curado de las tintas en los sustratos. La tinta y el catalizador se mantienen separados entre sí mientras están dentro de los cabezales de una impresora de inyección de tinta y se combinan sólo después 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 colocación de las gotas en el objeto impreso.

Una solicitud de patente japonesa JP2010105163A divulga una placa de boquilla que incluye una pluralidad de orificios de boquilla que descargan líquidos que se combinan en vuelo fuera de la placa de boquilla.

En todos los procedimientos mencionados, las gotas de los respectivos líquidos primarios no son guiadas después de ser descargadas de las respectivas boquillas. Por lo tanto, su trayectoria de vuelo en su camino hacia el punto de conexión donde comienzan a formar una gota mezclada y combinada, no está controlada. Este control puede ser necesario cuando se mezclan sustratos que reaccionan químicamente para evitar un contacto accidental e indeseado entre los sustratos en la zona de las terminaciones de las boquillas, donde dicho contacto demasiado temprano podría conducir a la acumulación de residuos de la sustancia combinada y al bloqueo de la boquilla con el tiempo mientras la sustancia combinada se solidifica.

Una solicitud PCT WO2016135294A2 divulga un procedimiento de impresión por goteo bajo demanda que comprende ejecutar las siguientes etapas en un cabezal de impresión: descargar una primera gota primaria de un primer líquido para que se mueva a lo largo de una primera trayectoria; descargar una segunda gota primaria de un segundo líquido para que se mueva a lo largo de una segunda trayectoria; controlar el vuelo de la primera gota primaria y de la segunda gota primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en una gota combinada en un punto de conexión dentro de una cámara de reacción dentro del cabezal de impresión de manera 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 combinada a través de la cámara de reacción a lo largo de una trayectoria de la gota combinada de tal manera que la gota combinada, durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de la gota combinada a partir del punto de conexión se distancie de los elementos del cabezal de impresión. En una de las realizaciones, el cabezal de impresión comprende un conjunto de electrodos para alterar la trayectoria de vuelo de la segunda gota primaria a una trayectoria que está en línea con la trayectoria de vuelo de la primera gota primaria antes o en el punto de conexión.

Se conocen varias disposiciones para alterar la velocidad de la gota que sale del cabezal de impresión mediante el uso de electrodos para afectar a las gotas cargadas, como se describe, por ejemplo, en los documentos de patente US3657599, US20110193908 o US20080074477 .

La solicitud de patente estadounidense US20080074477 divulga un sistema para controlar el volumen de las gotas en una impresora de inyección de tinta continua, en el que una sucesión de gotas de tinta, todas ellas expulsadas de una única boquilla, se proyectan a lo largo de una trayectoria longitudinal en un sustrato objetivo. Se selecciona un grupo de gotas de la sucesión en la trayectoria, y este grupo de gotas se combina acelerando electrostáticamente las gotas del grupo aguas arriba y/o desacelerando las gotas del grupo aguas abajo para combinarlas en una sola gota.

Las solicitudes de patente alemanas DE3416449 y DE350190 presentan cabezales de impresión CIJ que comprenden generadores de gotas que generan una corriente continua de gotas, algunas de las cuales se combinan en una gota combinada. La corriente de gotas se genera como resultado de perturbaciones de presión periódicas en las proximidades de las boquillas que descomponen los chorros de tinta emergentes en gotas que tienen el mismo tamaño y están igualmente espaciadas. La mayoría de las gotas se cargan y son recolectadas por los canales y alimentadas de nuevo a los depósitos que suministran tinta a los generadores de gotas, como es habitual en la tecnología CIJ. Las características principales del cabezal de impresión relacionadas con la tecnología CIJ lo hacen intrínsecamente limitado con respecto a la tecnología DOD. Una gota combinada está formada por gotas no cargadas y se dirige hacia la superficie a imprimir según una trayectoria de movimiento que depende de las trayectorias de movimiento de las gotas primarias que colisionan.

Una solicitud de patente japonesa JPS5658874 presenta un cabezal de impresión CIJ que comprende boquillas que generan corrientes continuas de gotas, que están igualmente espaciadas, en el que algunas de las gotas son recolectadas por canales y sólo algunas de las gotas alcanzan la superficie a imprimir. Las características principales del cabezal de impresión relacionadas con la tecnología CIJ lo hacen intrínsecamente limitado con respecto a la tecnología DOD. Las trayectorias de las gotas primarias cargadas son alteradas por un conjunto de electrodos de manera que la trayectoria de una gota se altera para cruzar la trayectoria de otra gota, de manera que las gotas se concentran en la superficie a imprimir. Así, se forma una gota combinada directamente en la superficie a imprimir.

Debido a las diferencias estructurales y tecnológicas sustanciales entre los cabezales de impresión de tecnología CIJ y DOD, estos cabezales de impresión no son compatibles entre sí y las características individuales no son transferibles entre las tecnologías.

Una patente estadounidense US8342669 divulga un conjunto de tintas que comprende al menos dos tintas, que pueden mezclarse en cualquier momento (como se indica: antes de la inyección, durante la inyección, o después de la inyección). Una realización particular especifica en la que las tintas se pueden mezclar o combinar en cualquier lugar entre la salida del cabezal de inyección de tinta y el sustrato, es decir, en cualquier lugar durante el vuelo. Después de la combinación de las tintas entre el dispositivo de inyección de tinta y el sustrato, las gotas de las tintas pueden comenzar a reaccionar, es decir, pueden comenzar la polimerización de los monómeros de vinilo y el momento de las gotas puede llevar las gotas a una ubicación deseada en el sustrato. Esto tiene, sin embargo, la desventaja de que es difícil de controlar los parámetros de coalescencia de las gotas, ya que el entorno exterior al dispositivo de inyección de tinta es variable.

Sería deseable controlar la trayectoria de vuelo de las gotas de sustrato primario después de que salgan de sus respectivas salidas de boquilla, no sólo para asegurar la coalescencia adecuada, sino también para evitar un contacto demasiado temprano entre los sustratos que reaccionan químicamente en la proximidad de las salidas de boquilla. Este contacto no deseado podría conducir a la acumulación de residuos de la sustancia reaccionada y, en consecuencia, a la obstrucción de la boquilla.

Una solicitud de patente estadounidense US2011/0181674 divulga un cabezal de impresión de inyección de tinta que incluye una cámara de presión que almacena una primera tinta extraída de un depósito y que transfiere la primera tinta a una boquilla mediante la fuerza motriz de un actuador; y un amortiguador dispuesto entre la cámara de presión y la boquilla y que permite que la primera tinta se mezcle con una segunda tinta extraída a través de una trayectoria de flujo de tinta para la segunda tinta. El inconveniente de esta solución es que la tinta mezclada está en contacto con la boquilla. Esto puede ocasionar problemas cuando los parámetros fisicoquímicos de la tinta mezclada no permiten inyectar la tinta mezclada, o la tinta mezclada no es químicamente estable y las reacciones que se producen dentro de la tinta mezclada provocan el cambio de parámetros fisicoquímicos que no permiten la inyección de la tinta mezclada, o la reacción provoca la solidificación de la tinta mezclada. En el caso de que la reacción química se inicie mientras se mezclan los componentes de la tinta, cualquier residuo de la tinta mezclada que entre en contacto con la boquilla puede causar la acumulación de residuos, lo que lleva a la obstrucción de la boquilla durante el proceso de impresión. El documento EP-A-1574343 divulga el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 3. El problema asociado a la impresión por inyección de tinta DOD es el tiempo relativamente largo de curado de la tinta después de que su deposición sobre la superficie permanezca real.

Sigue siendo necesario mejorar la tecnología de impresión por inyección de tinta DOD para acortar el tiempo de curado de la tinta tras su deposición en la superficie. Además, sería ventajoso obtener dicho resultado combinado con una mayor energía de gota y una colocación de gota más precisa para codificar diferentes productos de diferentes sustratos y formas. Existe la necesidad de mejorar las tecnologías de impresión por inyección de tinta para intentar disminuir el tiempo de secado (o curado) de la impresión y aumentar la energía de la gota de impresión que sale de la impresora. La presente invención combina estas dos ventajas y las lleva al nivel disponible hasta ahora sólo para las impresoras CIJ y no disponible en el área de la tecnología DOD en general (principalmente cuando se trata del tiempo de secado) y de la tecnología DOD de alta resolución en particular, donde tanto el tiempo de secado (curado) como la energía de la gota se han mejorado mucho en comparación con el estado actual de la tecnología. La presente invención aborda también las principales desventajas de la tecnología CIJ, reduciendo al menos 10 veces el uso de disolventes y permitiendo que gotas mucho más pequeñas -en comparación con las de la CIJ- se descarguen con mayor velocidad, mientras que la impresión resultante podría consolidarse en la amplia variedad de sustratos todavía en un tiempo muy corto y con una adhesión muy alta.

También es necesario proporcionar una solución alternativa para controlar el vuelo de las gotas de impresión, con medios alternativos para controlar la trayectoria de vuelo de las gotas de impresión, y con el objetivo de mejorar la precisión de colocación de las gotas, la selección del tamaño de las gotas y la resolución de impresión. Dicha solución alternativa debería permitir, preferentemente, aplicar las mejoras mencionadas anteriormente en una amplia gama de sustratos diferentes mediante el uso de una amplia gama de tintas, incluyendo tintas que permitan la combinación de una adhesión muy alta, una resolución de impresión muy alta y la precisión de la colocación de las gotas, es decir, la calidad de la impresión y un tiempo de secado o solidificación muy corto, es decir, el tiempo que transcurre entre el momento de la colocación de la gota en el sustrato y el momento de la creación de una impresión permanente, seca y sólida en el sustrato.

Sumario

El objeto de la invención es un cabezal de impresión goteo bajo demanda y un procedimiento de impresión según las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La invención se muestra mediante una realización ilustrativa en un dibujo, en el que:

La Fig. 1 muestra de forma esquemática una vista general del cabezal de impresión;

La Fig. 2 muestra esquemáticamente una primera variante de una primera realización;

La Fig. 3 muestra esquemáticamente una segunda variante de una primera realización;

La Fig. 4 muestra esquemáticamente una segunda realización.

La Fig. 5 muestra esquemáticamente una primera variante de una tercera realización.

La Fig. 6 muestra esquemáticamente una segunda variante de una tercera realización.

La Fig. 7 muestra esquemáticamente una tercera variante de una tercera realización.

La Fig. 8 muestra esquemáticamente una cuarta variante de una tercera realización.

La Fig. 9 muestra esquemáticamente una primera variante de una cuarta realización.

La Fig. 10 muestra esquemáticamente una segunda variante de una cuarta realización.

Las Figs. 11A y 11B muestran esquemáticamente una quinta realización;

Las Figs. 12, 13, 14 muestran esquemáticamente diferentes dispositivos para propulsar una gota fuera de la boquilla;

La Fig. 15 muestra esquemáticamente una sexta realización;

La Fig. 16 muestra esquemáticamente una séptima realización;

La Fig. 17 muestra esquemáticamente una octava realización.

Descripción detallada

Los detalles y características de la presente invención, su naturaleza y diversas ventajas se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes de un cabezal de impresión por goteo bajo demanda y del procedimiento de impresión.

La presente invención permite acortar el tiempo de curado de la tinta tras su deposición sobre la superficie, permitiendo utilizar componentes de curado rápido que entran en reacción química en una cámara de reacción dentro del cabezal de impresión, aumentando así la eficiencia y la controlabilidad del proceso de impresión. En otras palabras, la invención proporciona la coalescencia en un entorno controlado.

En el cabezal de impresión según la invención, las gotas primarias pueden combinarse en una gota combinada en la que se inicia una reacción química, sin riesgo de obstrucción de la cámara de reacción o de la salida de la cámara de reacción. Preferentemente, las gotas primarias se combinan en la gota combinada dentro de la cámara de reacción (en el entorno controlado y predecible del cabezal de impresión, pero también pueden combinarse fuera del cabezal de impresión, justo antes de entrar en contacto con la superficie impresa. Esto se consigue cargando las gotas primarias con cargas opuestas, de modo que las gotas primarias puedan atraerse entre sí y unirse en vuelo. La cámara de reacción tiene preferentemente en el punto de conexión, en el que se forma la gota combinada, un tamaño mayor que el tamaño previsto de la gota combinada, de forma que permita una buena coalescencia de las gotas primarias y evite que la gota combinada toque las paredes de la cámara de reacción. En el punto de conexión, por lo tanto, hay algo de espacio disponible para que las gotas primarias se combinen libremente.

Se inicia una reacción química entre el (los) componente(s) del primer líquido que forma(n) la primera gota primaria y el (los) componente(s) del segundo líquido que forma(n) la segunda gota primaria cuando las gotas primarias se unen para formar la gota combinada. Se pueden utilizar diversas sustancias como componentes de las gotas primarias. Los siguientes ejemplos deben considerarse únicamente como ejemplares y no limitan el alcance de la invención:

• una gota combinada de poliacrilato puede formarse por reacción química entre la gota primaria de un monómero (por ejemplo: metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de propilo, metacrilato de butilo, opcionalmente con adición de colorante) y la segunda gota primaria de un iniciador (por ejemplo: catalizador como trimetilolpropano, tris(1-aziridinopropionato) o azaridina, además puede utilizarse luz UV como agente iniciador)

• una gota combinada de poliuretano puede formarse por reacción química entre la gota primaria de un monómero (por ejemplo: diisocianato de metilendifenilo (MDI), tal como diisocianato de 4,4-metilendifenilo, o diisocianato de tolueno (TDI) o diferentes diisocianatos monoméricos alifáticos o cicloalifáticos) y la segunda gota primaria de un iniciador (por ejemplo: alcohol monohídrico, alcohol dihídrico o alcohol polihídrico como glicerol o glicol; tioles, opcionalmente con adición de colorante)

• una gota combinada de policarboimida puede formarse por reacción entre la gota primaria de un monómero (por ejemplo: carbimidas) y la segunda gota primaria de un iniciador (por ejemplo ácidos dicarboxílicos tal como el ácido adípico, opcionalmente con adición de colorante)

En general, el primer líquido puede comprender un primer sistema formador de polímeros (preferentemente, uno o más compuestos como un monómero, un oligómero (una resina), un polímero, etc., o una mezcla de los mismos) y el segundo líquido puede comprender un segundo sistema formador de polímeros (preferentemente, uno o más compuestos tal como un monómero, un oligómero (una resina), un polímero, un iniciador de una reacción de polimerización, uno o más reticulantes, etc., o una mezcla de los mismos). La reacción química es preferentemente una polirreacción o copolirreacción, que puede implicar reticulación, tal como policondensación, poliadición, polimerización radical, polimerización iónica o polimerización de coordinación. Además, el primer líquido y el segundo líquido pueden comprender otras sustancias como disolventes, dispersantes, etc.

En general, es muy preferente que los líquidos se seleccionen de forma que ambos tengan una viscosidad dinámica similar y baja, preferentemente inferior a 50 mPa*s (cps).

Ambos líquidos se seleccionarán de manera que no formen una mezcla explosiva en el aire.

Ambos líquidos tendrán una tensión superficial de interfaz seleccionada para permitir que los líquidos se fusionen en vuelo y se difundan para formar la gota combinada, de modo que se inicie una reacción química inmediatamente después de la fusión de las gotas primarias. Pueden añadirse aditivos, como tensioactivos, a los líquidos para reducir la tensión superficial de la interfaz.

Se obtuvieron resultados particularmente buenos cuando el primer líquido era diisocianato de metilendifenilo (MDI) (que puede comprender un pigmento) y el segundo líquido era etanolamina. Una gota combinada formada por estos líquidos se coaguló por la vía de la reacción química en aproximadamente 1 segundo o menos.

Al controlar el entorno de la cámara de reacción, es posible lograr una coalescencia controlable y completa de las gotas primarias (que se produce sólo en condiciones particulares, dependientes de los líquidos, como la velocidad, la masa de las gotas, la tensión superficial, la viscosidad, el ángulo de incidencia). Normalmente no es posible controlar estos parámetros en el entorno exterior del cabezal de impresión, donde la temperatura ambiente, la presión, la humedad, la velocidad del viento (o cualquier movimiento de aire), así como cualquier partícula contaminante en el aire, pueden variar y tener un impacto significativo en el proceso de coalescencia. Ello también podría dar lugar a una desviación de las trayectorias de vuelo de las gotas, rebotando en las gotas primarias, lo que podría conducir al menos a una pérdida de calidad, si no a un mal funcionamiento total del proceso de impresión). Al aumentar la temperatura dentro del cabezal de impresión, la tensión superficial y la viscosidad de las gotas primarias pueden reducirse.

Si el proceso de coalescencia está bajo control, la reacción química puede iniciarse uniformemente dentro del volumen de la gota combinada, proporcionando así impresiones de calidad predecible. Los líquidos de las gotas primarias se unen de manera mecánica (debido a la colisión entre las gotas) y se mezclan por difusión de los componentes. La velocidad de difusión depende de la diferencia de concentración de los componentes en las gotas individuales y del coeficiente de difusión dependiente de la temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta el coeficiente de difusión y la velocidad de difusión de los componentes dentro de la gota combinada. Por lo tanto, el aumento de la temperatura conduce a gotas combinadas de composición más uniforme y aumenta la velocidad de la reacción química.

Si la gota combinada se forma de manera que tenga una temperatura superior a la de la superficie a imprimir, la gota combinada, al chocar con la superficie impresa, sufre un rápido enfriamiento, y su viscosidad aumenta, por lo que la gota es menos propensa a alejarse de la posición en la que fue depositada. Este proceso de enfriamiento debería aumentar la densidad y la viscosidad de la gota combinada mientras se deposita, sin embargo no hasta la etapa de solidificación final, ya que la solidificación final debería ser el resultado de la reacción química completada y no del cambio de temperatura solamente. Además, como la reacción química (es decir, la polimerización, el curado (reticulación)) ya se ha iniciado en la gota combinada, se mejora la reticulación de las capas individuales del material impreso (lo que es especialmente importante para la impresión en 3D).

La solución presentada permite evitar que se acumulen restos de sustancia combinada y de reacción en la proximidad de las salidas de las boquillas mediante el control de la trayectoria de vuelo de las gotas primarias después de que se descarguen de las respectivas salidas de las boquillas.

El procedimiento y el cabezal de impresión por goteo bajo demanda presentados pueden emplearse para diversas aplicaciones, incluida la impresión de alta calidad, incluso en sustratos no porosos o superficies con percolación limitada. La muy buena adhesión de los polímeros, combinada con una energía de gota comparativamente alta, permite la impresión industrial y la codificación con altas velocidades en una amplia variedad de productos en la última fase de su proceso de producción. El control de la solidificación gradual, que incluye el aumento de densidad preliminar que permite que la gota permanezca donde se aplica, pero al mismo tiempo permite que la reacción química se complete antes de la solidificación final, hace que esta tecnología sea adecuada para la impresión 3D avanzada. La reticulación entre capas individuales permitiría evitar fenómenos de anisotropía en el material final impreso en 3D, lo que sería ventajoso en comparación con la gran cantidad de tecnología existente basada en la inyección de tinta 3D.

El procedimiento y el cabezal de impresión presentados combinan características y ventajas de las tecnologías CIJ y DOD en una única solución. Esta solución es superior a las impresoras industriales existentes en términos de velocidad, área impresa, precisión en la colocación de las gotas, selección y adhesión de la tinta a diferentes sustratos, resolución de impresión y reducción del uso de disolventes peligrosos. Por lo tanto, el cabezal de impresión y el procedimiento presentados pueden considerarse como un tipo DOD mejorado por las ventajas disponibles hasta ahora sólo en la tecnología CIJ.

A continuación se describirá una pluralidad de realizaciones de la presente invención.

Sumario de las realizaciones

Las realizaciones primera, segunda, tercera y cuarta se refieren a ejemplos que no entran en el ámbito de la presente invención.

Las realizaciones quinta, sexta, séptima y octava se refieren a la presente invención tal como se divulga en las reivindicaciones 1 a 15 y abordan al menos el problema de mejorar las impresoras industriales existentes en términos de características como la velocidad, el área impresa, la precisión de colocación de las gotas, la selección de la tinta y la adhesión a diferentes sustratos, la resolución de impresión y la reducción del uso de disolventes peligrosos.

Todas las realizaciones comparten al menos la característica de que al menos una de las gotas primarias se carga antes del punto de conexión.

El cabezal de impresión y el procedimiento presentados pueden considerarse, por tanto, como un tipo DOD mejorado por las ventajas disponibles hasta ahora sólo en la tecnología CIJ.

Un ejemplo del cabezal de impresión de inyección de tinta común a todas las realizaciones se muestra en una vista general en la Fig. 1 y en una vista transversal detallada en las figuras adicionales específicas de una realización particular.

Primera realización

Una primera realización ilustrativa del cabezal de impresión de inyección de tinta 100 según la invención se muestra en vistas transversales detalladas en una primera variante en la Fig. 2 y en una segunda variante en la Fig. 3.

Las variantes mostradas en las Figs. 2 y 3 difieren por el posicionamiento de los dispositivos piezoeléctricos de generación y propulsión de gotas 161A, 161B - en la variante mostrada en la Fig. 2 están dispuestos en paralelo a la dirección de descarga de gotas, mientras que en la variante mostrada en la Fig. 3 están dispuestos en perpendicular a la dirección de descarga de gotas. La disposición particular puede ser seleccionada dependiendo de la forma deseada y del espacio disponible dentro del cabezal de impresión. Además, como se muestra en la Fig. 2, el punto de conexión 132 está situado dentro de la cámara de reacción (que puede estar definida por la cubierta 181 del cabezal de impresión, u otro recinto dentro del cabezal de impresión), mientras que en la Fig. 3 el punto de conexión 132 está situado fuera de la cubierta 181. La ubicación del punto de conexión 132 es independiente del posicionamiento de los dispositivos de generación y propulsión de gotas 161A, 161B.

El cabezal de impresión de inyección de tinta 100 puede comprender uno o más conjuntos de boquillas 110, cada uno de los cuales está configurado para producir una gota combinada 122 formada por dos gotas primarias 121A, 121B expulsadas de un par de boquillas 111A, 111B separadas por un separador 131. La realización puede mejorarse utilizando más de dos boquillas. La Fig. 1 muestra un cabezal con 8 conjuntos de boquillas 110 dispuestos en paralelo para imprimir filas de 8 puntos 191 en un sustrato 190. Cabe señalar que el cabezal de impresión en realizaciones alternativas puede comprender sólo un conjunto de boquillas 110 o más o menos de 8 conjuntos de boquillas, incluso hasta 256 conjuntos de boquillas o más para una impresión de mayor resolución. Cada boquilla 111A, 111B del par de boquillas del conjunto de boquillas 110 tiene un canal 112A, 112B para conducir el líquido desde un depósito 116A, 116B. En la salida de la boquilla 113A, 113B el líquido se forma en gotas primarias 121A, 121B como resultado del funcionamiento de los dispositivos de generación y propulsión de gotas 161A, 161B, preferentemente de tipo piezoeléctrico. Las salidas de boquilla 113A, 113B son adyacentes a un separador 131 que tiene una sección transversal que se estrecha aguas abajo (preferentemente en forma de cuña longitudinal o de cono) que separa las salidas de boquilla 113A, 113B (en particular, en el plano de los extremos de la boquilla) y, por lo tanto, evita el contacto indeseable entre las gotas primarias 121A y 121B antes de su descarga completa de sus respectivas salidas de boquilla 113A y 113B. Las gotas primarias 121A, 121B expulsadas de las salidas de boquilla 113A, 113B se mueven a lo largo de una primera trayectoria pA y una segunda trayectoria pB, respectivamente, a lo largo del separador 131 (o junto a él). En un punto de conexión, que puede estar en la punta del separador, o más abajo a lo largo de la trayectoria, preferentemente dentro de la cámara de reacción, pero posiblemente también fuera del cabezal de impresión, las gotas primarias 121A, 121B se combinan para formar una gota combinada 122, que recorre una trayectoria de gota combinada pC hacia la superficie a imprimir. Por lo tanto, el separador 131 funciona como medio para evitar que la primera gota primaria 121A se combine con la segunda gota primaria 121B cerca de las salidas de la boquilla 113A, 113B, como para evitar la obstrucción. Además, el separador 131 también puede funcionar como medio para controlar el vuelo de las gotas primarias 121A, 121B para permitir que la primera gota primaria 121A se combine con la segunda gota primaria 121B en el punto de conexión 132 en la gota combinada 122.

Las trayectorias pA y pB se unen en el punto de conexión 132 debido a que las gotas primarias 121A, 121B están cargadas con cargas opuestas. Por ejemplo, la primera gota primaria 121A está cargada con una carga positiva y la segunda gota primaria 121B está cargada con una carga negativa, o viceversa. La cantidad de la carga se selecciona para las gotas dependiendo del tipo de líquidos, el tamaño de la gota, la velocidad de vuelo y la ubicación deseada del punto de conexión 132 (preferentemente, dentro del cabezal de impresión, pero posiblemente también fuera del cabezal de impresión), como para lograr una baja velocidad de colisión de las gotas en el punto de conexión.

La carga puede efectuarse mediante la precarga de los líquidos almacenados en los depósitos de líquido 116A, 116B (pero de forma que no se produzca una reacción electroquímica dentro de los depósitos). La carga también puede efectuarse mediante dispositivos de carga situados dentro de las boquillas 111A, 111B.

El separador puede formar una placa de aislamiento eléctrico que aísla eléctricamente los depósitos de líquido 116A, 116B, las boquillas 111A, 111B y las salidas de boquilla 113A, 113B.

El separador es un elemento recomendado, pero no esencial, del cabezal de impresión. Para aplicaciones en ambientes estabilizados y limpios, el cabezal de impresión sin el separador podría aplicarse también, como se muestra en la segunda realización de la Fig. 4.

La distancia D entre las salidas de boquilla 113A, 113B, medida entre sus ejes en el plano de las salidas, es mayor que la suma de los diámetros de las gotas primarias 121A, 121B que salen de las salidas de boquilla. Esto proporciona una distancia mínima que las gotas primarias 121A, 121B deben recorrer en el plano de las salidas de las boquillas antes de colisionar, lo cual es beneficioso para controlar los parámetros de la trayectoria de vuelo y facilita la coalescencia después de que las gotas primarias 121A, 121B se combinen para formar la gota combinada 122 en una distancia de las salidas de las boquillas necesaria para evitar su posible obstrucción con el residuo de la sustancia de la gota combinada.

La gota combinada 122, durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de la gota combinada pC a partir del punto de conexión se aleja de los elementos del cabezal de impresión. El proceso de coalescencia lleva algún tiempo mientras la sustancia completa -constituida al principio por dos sustratos que comienzan a mezclarse- sigue alejándose de los componentes del cabezal de impresión hacia el producto impreso. Esto significa que, de hecho, la gota combinada, en la que la difusión de dos sustratos alcanza la etapa que permite que se inicie la reacción química entre los sustratos primarios, se forma ya después de perder el contacto con los elementos del cabezal de impresión, a pesar de que las gotas primarias pueden ser guiadas por dichos elementos hacia el punto de conexión. Es posible que haya varias turbulencias dentro de la gota combinada y que ésta no tenga una forma perfectamente redonda desde el principio. Por lo tanto, en aras de la claridad, puede decirse que la gota combinada se aleja de los elementos (es decir, de las paredes de los elementos) del cabezal de impresión durante el movimiento a lo largo de la trayectoria de la gota combinada pC a partir del punto de conexión después de recorrer alguna distancia corta, por ejemplo, una distancia de un diámetro de la gota combinada 122. Al mismo tiempo, la trayectoria de la gota combinada pC se aleja de los elementos del cabezal de impresión en una distancia mayor que la mitad del diámetro de la gota combinada 122. Por lo tanto, la gota combinada, después de ser formada, no toca ningún elemento del cabezal de impresión, lo que minimiza el riesgo de obstrucción del cabezal de impresión por el material de la gota combinada. Dicho atasco podría ser el resultado de la acumulación de residuos de la sustancia combinada y reaccionada, que podría depositarse dentro del cabezal de impresión en caso de contacto no deseado entre la sustancia combinada y reaccionada, sujeta a solidificación, y los elementos del cabezal de impresión. Por lo tanto, el cabezal de impresión se construye de manera que la gota combinada no toque ningún elemento del cabezal de impresión que no sea el elemento que guía las gotas primarias hacia el punto de conexión (en el que el contacto con la gota combinada se efectúa sólo al principio del recorrido de la gota combinada). Una vez que la gota combinada se separa del elemento guía, no entra en contacto con los demás elementos del cabezal de impresión. Por lo tanto, una vez que la reacción química se ha iniciado en la cámara de reacción y continúa durante el movimiento de la gota combinada a lo largo de su trayectoria, la gota combinada no entra en contacto con ningún elemento del cabezal de impresión. Estas relaciones se mantienen también para las otras realizaciones.

Los líquidos suministrados desde los dos depósitos 116A, 116B son un primer líquido (preferentemente una tinta) y un segundo líquido (preferentemente un catalizador para iniciar el curado de la tinta). Esto permite iniciar una reacción química entre el primer líquido de la primera gota primaria 121A y el segundo líquido de la segunda gota primaria 121B para el curado de la tinta en la gota combinada 122 antes de que llegue a la superficie a imprimir, de modo que la tinta pueda adherirse más fácilmente a la superficie impresa y/o curarse más rápidamente en la superficie impresa.

La reacción química se inicia en el punto de conexión 132 (en el que la primera trayectoria se cruza con la segunda trayectoria) dentro de una cámara de reacción, que en esta realización está formada por la cubierta 181 del cabezal de impresión.

Por ejemplo, la tinta puede comprender éster de ácido acrílico (de 50 a 80 partes en peso), ácido acrílico (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 a base de 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), disolvente (de 0 a 30 partes en peso). Los líquidos pueden tener una viscosidad de 1 a 30 mPas y una tensión superficial de 20 a 50 mN/m. También pueden utilizarse otras tintas y catalizadores conocidos en la técnica anterior. Preferentemente, el disolvente asciende a un máximo del 10%, preferentemente a un máximo del 5% en peso de la gota combinada. Esto permite disminuir significativamente el contenido de disolvente en el proceso de impresión, lo que hace que la tecnología según la invención sea más respetuosa con el medio ambiente que las tecnologías CIJ actuales, en las que el contenido de disolventes suele superar el 50% de la masa total de la gota durante el proceso de impresión. Por esta razón, la presente invención se considera una tecnología ecológica.

La construcción del cabezal es tal que las salidas de la boquilla 113A, 113B están preferentemente separadas entre sí por el separador 131 y, por lo tanto, la tinta y el catalizador no se mezclan directamente en las salidas de la boquilla 113A, 113B, lo que evita que las salidas de la boquilla 113A, 113B se obstruyan. Una vez que las gotas se combinan en una gota combinada 122, el riesgo de obstrucción de la punta del separador 132 se minimiza, ya que el separador generalmente no se toca durante el vuelo de la gota y desempeña el papel de protección adicional de las salidas de la boquilla. Además, en caso de contacto no deseado entre la gota y el separador, la punta del separador 132 tiene una superficie pequeña y la energía cinética de la gota combinada 122 en movimiento es lo suficientemente alta como para desprender la gota combinada 122 de la punta del separador 132. Incluso si, debido a las diferencias de tamaño o densidad o energía cinética de las gotas primarias 121A, 121B, la gota combinada 122 no saliera del cabezal perpendicularmente (como se muestra en la Fig. 2) sino en un ángulo inclinado, dicho ángulo sería relativamente constante y predecible para todas las gotas, por lo que podría tenerse en cuenta durante el proceso de impresión. En otras realizaciones, pueden utilizarse otros tipos de dispositivos de generación y propulsión de gotas 161A, 161B, como los de tipo térmico o de válvula. En el caso de la válvula, el líquido tendría que ser suministrado a una presión adecuada.

Las gotas primarias pueden ser expulsadas desde las salidas de la boquilla perpendicularmente a la superficie a imprimir, como se muestra en la Fig. 2. También pueden ser expulsadas en un ángulo inferior a 90 grados, como para iniciar la dirección de las trayectorias pA, pB una hacia la otra.

El separador 131 tiene preferentemente una longitud de su pared lateral medida desde la salida de la boquilla (es decir, desde el plano de la terminación de la salida de la boquilla) hasta la punta del separador 132, no más corta que el diámetro de la gota primaria 121A, 121B que sale de la salida de la boquilla 113A, 113B en esa pared lateral. Esto evita que las gotas primarias 121A, 121B se fusionen antes de salir de las salidas de la boquilla 113A, 113B. Los líquidos en los depósitos 116A, 116B pueden ser precalentados. El aumento de la temperatura de los fluidos de trabajo (es decir, la tinta y el catalizador) también puede conducir a un mejor proceso de coalescencia de las gotas primarias y, preferentemente, aumentar la adhesión y disminuir el tiempo de curado de la gota combinada 122 cuando se aplica sobre el sustrato.

El separador 131 puede ser común para una pluralidad de conjuntos de boquillas 110. En realizaciones alternativas, cada conjunto de boquillas 110 puede tener su propio separador 131 y/o cubierta 181 o un subgrupo de conjuntos de boquillas 110 puede tener su propio separador común 131 y/o cubierta 181.

El cabezal de impresión puede comprender además una cubierta 181 que protege los componentes del cabezal, en particular la punta separadora 132 y las salidas de la boquilla 113A, 113B, del entorno, por ejemplo, evitando que sean tocadas por el usuario o el sustrato impreso.

Además, la cubierta 181 puede comprender elementos de calentamiento 182 para calentar el volumen dentro de la cámara de reacción 181, es decir, el volumen que rodea las salidas de la boquilla 113A, 113B y el separador 131 a una temperatura predeterminada, por ejemplo de 40°C a 60°C (también son posibles otras temperaturas, dependiendo de los parámetros de las gotas), de manera que se proporcionen condiciones estables para la combinación de las gotas. Un sensor de temperatura 183 puede colocarse dentro de la cubierta 181 para detectar la temperatura.

Segunda realización

La segunda realización, mostrada en la fig. 4, difiere de la primera realización por no comprender el separador entre las salidas de la boquilla. Los elementos marcados con los números de referencia 2xx son equivalentes a los elementos 1xx de la primera realización.

En la segunda realización, la distancia D entre las salidas de boquilla 213A, 213B, medida entre sus ejes en el plano de las salidas, que también es mayor que los diámetros de las gotas primarias 221A, 221B que salen de las salidas de boquilla, proporciona, además de las ventajas ya analizadas para la primera realización, la ventaja de que las gotas no se combinarán en el plano de las salidas, sino al menos ligeramente aguas abajo, lejos de las salidas, reduciendo por tanto la posibilidad de obstrucción de las salidas de boquilla 213A, 213B.

Tercera realización

La tercera realización se muestra en una primera variante en la fig. 5, en una segunda variante en la fig. 6, en una tercera variante en la fig. 7 y en una cuarta variante en la fig. 8. Se diferencia de la primera realización porque comprende medios adicionales para cargar las gotas primarias 321A, 321B después de que salgan de las salidas de la boquilla 313A, 313B. Los elementos marcados con los números de referencia 3xx son equivalentes a los elementos 1xx de la primera realización.

Las placas de carga 351A, 351B se proporcionan aguas abajo de las trayectorias de vuelo pA, pB de las gotas primarias, entre las salidas de boquilla 313A, 313B y el punto de conexión 332. Una primera fuente de tensión continua está conectada entre la primera salida de boquilla 313A y la primera placa de carga 351A, y una segunda fuente de tensión continua está conectada entre la segunda salida de boquilla 313B y la segunda placa de carga 351B, de manera que la segunda placa de carga 351B tiene un potencial eléctrico opuesto al de la primera placa de carga 351A. Por lo tanto, se forma un primer condensador entre la primera salida de boquilla 313A y la primera placa de carga 351A y un segundo condensador entre la segunda salida de boquilla 313B y la segunda placa de carga 351B.

En una primera variante mostrada en la fig. 5, una placa separadora eléctricamente aislante 352 está colocada entre las salidas de boquilla 313A y 313B, y entre las placas de carga 351A y 351B. Para mayor claridad del dibujo, la cubierta del cabezal de impresión no se ha mostrado en la fig. 5.

En una segunda variante mostrada en la Fig. 6, la placa separadora eléctricamente aislante 352 está integrada con un separador 331 con una sección transversal de estrechamiento hacia abajo entre las salidas de la boquilla, que tiene una función como la descrita con respecto a la primera realización.

En una tercera variante mostrada en la Fig. 7, la primera placa de carga 351A está separada de la primera salida de boquilla 313A por un primer separador eléctricamente aislante 353A y la segunda placa de carga 351B está separada de la segunda salida de boquilla 313B por un segundo separador eléctricamente aislante 353B. Esto facilita el control de la carga aplicada a las gotas primarias 321A, 321B.

En una cuarta variante mostrada en la Fig. 8, los canales de guiado de gotas se forman a lo largo de las salidas de la boquilla 313A, 313B, los separadores eléctricamente aislantes 353A, 353B y las placas de carga 351A, 351B (al tener sus diámetros iguales a los diámetros de las gotas primarias generadas 321A, 321B), lo que facilita la alineación de la parte primaria de las trayectorias de vuelo a una trayectoria deseada.

Cuarta realización

La cuarta realización se muestra en una primera variante en la fig. 9 y en una segunda variante en la fig. 10. Se diferencia de la tercera realización por comprender boquillas adicionales de suministro de gas 419A, 419B para guiar las gotas primarias 421A, 421B después de que salgan de las salidas de boquilla 413A, 413B. Los elementos marcados con los números de referencia 4xx son equivalentes a los elementos 3xx de la tercera realización.

En una primera variante mostrada en la Fig. 9, se puede proporcionar una boquilla de suministro de gas 419A, 419B para soplar gas como se muestra en las flechas de la Fig. 9 (como aire o nitrógeno), preferentemente calentado a una temperatura superior a la temperatura ambiente o superior a la temperatura de los líquidos en el primer y segundo depósito (es decir a una temperatura superior a la temperatura de la primera y segunda gota generada), hacia las trayectorias de vuelo pA, pB, con el fin de disminuir el tiempo de curado, aumentar la dinámica de movimiento de las gotas y soplar los residuos que pudieran formarse en las salidas de las boquillas 413A, 413B y en la punta del separador 432 (si está presente). Las corrientes de gas pueden generarse de forma intermitente, durante al menos el tiempo de vuelo de la gota combinada a través del cabezal de impresión desde el punto de conexión hasta la salida del cabezal de impresión, lo que permite controlar mediante las corrientes de gas el vuelo de la gota combinada. Además, las corrientes de gas pueden generarse de forma intermitente, durante al menos el tiempo que transcurre desde que las gotas primarias salen de las salidas de la boquilla hasta que las gotas primarias o la gota combinada salen de la salida del cabezal de impresión, lo que permite controlar mediante las corrientes de gas el vuelo de las gotas primarias y/o de la gota combinada. Además, las corrientes de gas pueden continuar soplando después de que las gotas primarias o la gota combinada salgan del cabezal de impresión, por ejemplo, incluso durante unos segundos después de que la impresión haya terminado (es decir, después de que se genere la última gota), con el fin de limpiar los componentes del cabezal de impresión de cualquier residuo del primer líquido, del segundo líquido o de su combinación. La corriente de gas también puede generarse y suministrarse de forma continua.

Las primeras corrientes de gas 471A, 471B son guiadas entre el separador eléctricamente aislante 452 y las boquillas 411A, 411B. Las segundas corrientes de gas 472A, 472B son guiadas entre las placas de carga 451A, 451B y las boquillas 411A, 411B. Ambas corrientes se reúnen en las salidas de las boquillas 413A, 413B para guiar y facilitar la descarga de las gotas primarias 421A, 421B generadas en ellas hacia abajo de la trayectoria de vuelo pA, pB.

Los diámetros de las salidas en las placas de carga 451A, 451B pueden hacerse iguales a los diámetros de la gota primaria para facilitar aún más el control de la descarga de la gota y la trayectoria de vuelo.

En una segunda variante mostrada en la Fig. 10, la cubierta 181 forma un recinto 441 fuera de las placas de carga 451A, 452B, en el que terceras corrientes de gas 473A, 473B son guiadas entre las placas de carga 451A, 451B y la cubierta 181. Las terceras corrientes de gas 473A, 473B facilitan el control de la trayectoria de vuelo pA, pB de las gotas primarias en su camino hacia el punto de conexión 432, que se encuentra dentro del recinto 441. Por lo tanto, en esta variante el control de las trayectorias de vuelo pA, pB se consigue aplicando una carga eléctrica a las gotas primarias 421A, 421B y guiándolas a través de las corrientes de gas 473A, 473B.

Quinta realización

Una quinta realización del cabezal de impresión de inyección de tinta según la invención se muestra en una vista transversal detallada en las Figs. 11A y 11B.

El cabezal de impresión de inyección de tinta puede comprender uno o más conjuntos de boquillas, cada uno de ellos configurado para producir una gota combinada 522 formada por dos gotas primarias 521A, 521B expulsadas desde un par de boquillas 511A, 511B. La realización puede mejorarse utilizando más de dos boquillas.

Cada boquilla 511A, 511B del par de boquillas del conjunto de boquillas 510 tiene un canal 512A, 512B para conducir el líquido desde un depósito 516A, 516B. En la salida de la boquilla 513A, 513B el líquido se forma en gotas primarias 521A, 521B y se expulsa como resultado de la operación de los dispositivos de generación y propulsión de gotas 561A, 561B mostrados de manera más detallada en las Figs. 12, 13, 14. Los dispositivos de generación y propulsión de gotas pueden ser, por ejemplo, de tipo térmico (Fig. 12), piezoeléctrico (Fig. 13) o de válvula (Fig. 14). En el caso de la válvula, el líquido tendría que ser suministrado a cierta presión. Una de las boquillas 511A está dispuesta preferentemente en paralelo al eje principal A^adel cabezal de impresión, por lo que en adelante se denominará "boquilla de eje paralelo". La otra boquilla 511B está dispuesta en un ángulo a con respecto a la primera boquilla 511A, por lo que se denominará en adelante "boquilla de eje inclinado". Por lo tanto, la primera boquilla 511A está configurada para expulsar la primera gota primaria 521A para moverse a lo largo de una primera trayectoria y la segunda boquilla 511B está configurada para expulsar la segunda gota primaria 521B para moverse a lo largo de una segunda trayectoria. Las salidas de la boquilla 513A, 513B están distanciadas entre sí por una distancia igual a, por lo menos, el tamaño de la mayor de las gotas primarias generadas en las salidas 513A, 513B, de modo que las gotas primarias 521A, 521B no se tocan entre sí cuando todavía están en las salidas de la boquilla 513A, 513B. De este modo se evita la formación de una gota combinada en las salidas de boquilla 513A, 513B y la posterior obstrucción de las salidas 513A, 513B con una tinta solidificada. Preferentemente, el ángulo a es un ángulo estrecho, preferentemente de 3 a 60 grados, y más preferentemente de 5 a 25 grados (lo que ayuda a la alineación de las dos gotas antes de la coalescencia). En tal caso, la salida 513A de la boquilla de eje paralelo 511A está distanciada de la salida del cabezal de impresión por una distancia mayor en "x" que la salida 513^bde la boquilla de eje inclinado 511B. La trayectoria de vuelo de la segunda gota 521B se cruza con la trayectoria de vuelo de la primera gota 521A en un punto de conexión 532.

La primera gota primaria 521A y/o la segunda gota primaria 521B se cargan. En la realización ilustrativa mostrada en la Fig. 11A, la segunda gota primaria 521B se carga mediante un sistema de carga 550 situado en la salida 513B de la boquilla de eje inclinado 511B mostrada en la Fig. 11B. Un sistema de carga 550 similar (no mostrado por claridad del dibujo) puede aplicarse también en la salida 513A de la boquilla del eje principal 511A. También se pueden utilizar otros medios de carga, como medios de carga situados a una distancia mayor de la salida de la boquilla 513A, 513B, para cargar al menos una gota primaria 521A, 521B en vuelo entre la salida de la boquilla 513A, 513B y el punto de conexión 532. Además, el líquido puede cargarse en el depósito de líquido 516A, 516B, es decir, la gota primaria 521A, 521B puede generarse a partir de un líquido cargado.

El sistema de carga 550 comprende electrodos de carga 551A, 551B separados de la boquilla 511B por un aislante eléctrico 551A, 551B. Los electrodos de carga 551A, 551B están conectados a una fuente de tensión continua, que aplica la carga electrostática a la gota primaria 521B. Preferentemente, los electrodos de carga 551A, 551B están situados cerca de la salida de la boquilla 513B, de tal manera que la gota primaria 521B se carga mientras se separa de la corriente de líquido en el canal de la boquilla 512B, de manera que una vez que la gota primaria 521B se separa, ya tiene la carga eléctrica aplicada. Esto facilita el control del proceso de carga en el entorno de una cámara de carga 553 junto a la salida de la boquilla 513B.

Por lo tanto, la carga eléctrica se aplica a la gota combinada 522 desde una de la primera gota primaria 521A y la segunda gota primaria 521B cuando al menos una de ellas o ambas están cargadas antes de la combinación.

Como resultado, la gota combinada 522 se carga de acuerdo con la carga aplicada a la primera gota primaria 521A y/o a la segunda gota primaria 521B. El líquido producido por la combinación de gotas de los dos depósitos 516A, 516B es un producto de una reacción química de un primer líquido suministrado desde un primer depósito 516A y un segundo líquido suministrado desde el segundo depósito 516B (preferentemente una tinta reactiva compuesta por una base de tinta y un catalizador para iniciar el curado de la base de tinta). La base de tinta puede estar compuesta por monómeros polimerizables o resinas poliméricas con modificadores reológicos y colorantes. El catalizador (que también puede llamarse agente de curado) puede ser un reactivo de reticulación en el caso de las resinas poliméricas o un catalizador de polimerización en el caso de las resinas polimerizables. La naturaleza de la base de tinta y del agente de curado es tal que, inmediatamente después de la mezcla en el punto de conexión 532, comienza a producirse una reacción química que conduce a la solidificación de la mezcla en la superficie del material impreso, de modo que la tinta puede adherirse más fácilmente a la superficie impresa y/o curarse más rápidamente en la superficie impresa.

Por ejemplo, la tinta puede comprender éster de ácido acrílico (de 50 a 80 partes en peso), ácido acrílico (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 a base de 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), disolvente (de 0 a 30 partes en peso). Los líquidos pueden tener una viscosidad de 1 a 50 mPas y una tensión superficial de 20 - 50 mN/m. También pueden utilizarse otras tintas y catalizadores conocidos en la técnica anterior. Preferentemente, el disolvente asciende a un máximo del 10%, preferentemente a un máximo del 5% en peso de la gota combinada. Esto permite disminuir significativamente el contenido de disolvente en el proceso de impresión, lo que hace que la tecnología según la invención sea más respetuosa con el medio ambiente que las tecnologías CIJ actuales, en las que el contenido de disolventes suele superar el 50% de la masa total de la gota durante el proceso de impresión. Por esta razón, la presente invención se considera una tecnología ecológica.

Los líquidos suministrados por los dos depósitos 516A, 516B pueden ser diversas sustancias, seleccionadas de tal manera que inmediatamente después de la mezcla se inicia una reacción química que lleva a la transformación del primer y segundo líquido en un producto de reacción. Así, la reacción química que transforma el primer y segundo líquido en un producto de reacción se inicia dentro de la cámara de reacción dentro del cabezal de impresión. Por lo tanto, la reacción química se inicia antes de que la gota combinada salga del recinto del cabezal de impresión y llegue a la superficie del material impreso.

Normalmente, la gota de tinta será mayor que la gota de catalizador.

El control de la trayectoria de vuelo de las gotas primarias 521A, 521B se controla ajustando al menos una de: • una velocidad determinada de las gotas primarias (para proporcionar una energía cinética adecuada a las gotas) expulsadas de las salidas de la boquilla;

• el tamaño de las gotas primarias;

• la posición de las salidas de las boquillas.

Los parámetros de las gotas primarias se seleccionan preferentemente de forma que la energía cinética de la gota expulsada de la boquilla de eje paralelo sea mayor, preferentemente mucho mayor (por ejemplo, al menos 2 veces, o al menos 4 veces, o al menos 8 veces, o al menos 10 veces, o al menos 20 veces, o al menos 50 veces, o al menos 100 veces) que la energía cinética de la gota expulsada de la boquilla de eje inclinado, en el punto de conexión. Por lo tanto, cuando las gotas primarias chocan en el punto de conexión, la gota combinada se desplaza a lo largo de una trayectoria pC que está alineada sustancialmente por la trayectoria pA de la gota primaria. Preferentemente, la trayectoria pC de la gota combinada 522 se altera no más de 20 grados, preferentemente no más de 10 grados, preferentemente no más de 5 grados, con respecto al eje de la trayectoria de vuelo pA de la primera gota primaria 521A.

Dado que la gota combinada 522 está cargada, su trayectoria pC puede controlarse aún más mediante electrodos de desviación (que también pueden llamarse placas deflectoras) 571, 572.

Los electrodos de carga 551 y los electrodos de desviación 571, 572 pueden diseñarse de una manera conocida en el arte de la tecnología CIJ y, por lo tanto, no requieren más aclaraciones sobre los detalles.

Como resultado, la colocación de la gota en la superficie a imprimir puede ser controlada efectivamente por los parámetros eléctricos de la gota combinada 522. La carga de la gota combinada 522 puede controlarse, por ejemplo, estableciendo la cantidad de carga aplicada a la primera gota primaria 521A y/o a la segunda gota primaria 521B. Por lo tanto, la carga de la gota y la desviación de la trayectoria de la gota, tal y como se presenta aquí, son similares a las conocidas de la tecnología CIJ existente. Sin embargo, el cabezal de impresión presentado es del tipo goteo bajo demanda, que no requiere un canal en la trayectoria de la gota hacia el sustrato impreso. Esto permite desviar la trayectoria de la gota combinada en dos direcciones, no sólo en una, como en las típicas impresoras CIJ. Esta característica permite imprimir áreas más grandes de una manera más precisa cuando se trata de la colocación de la gota. La impresión de un número de líneas también puede ser más rápida en comparación con la tecnología CIJ al optimizar las tramas de impresión (pantallas).

Preferentemente, las gotas tienen diferentes tamaños, donde la gota más grande 521A es expulsada desde la boquilla de eje paralelo 511A, y la gota más pequeña 521B es expulsada desde la boquilla de eje inclinado 511B. Por ejemplo, la gota más grande 521A puede ser al menos 2 veces, o al menos 4 veces, o al menos 8 veces, o al menos 10 veces más grande que la gota más pequeña 521B.

Preferentemente, las gotas tienen diferentes velocidades, en donde la gota primaria 521A es expulsada desde la boquilla de eje paralelo 511A con una velocidad mayor que la gota primaria 521B expulsada desde la boquilla de eje inclinado 511B. Por ejemplo, la gota primaria 521A puede ser expulsada con una velocidad al menos 2 veces, o al menos 4 veces, o al menos 8 veces, o al menos 10 veces mayor que la gota primaria 521B. La velocidad de eyección de la segunda gota primaria 521B puede ajustarse a una velocidad mínima permitida por la boquilla particular, por ejemplo 2 m/s. La velocidad de eyección de la primera gota primaria 521A puede ajustarse a una velocidad máxima permitida por la boquilla particular, por ejemplo 6 m/s o incluso más.

Por ejemplo, si la primera gota primaria 521A es cuatro veces mayor que la segunda gota primaria 521B y es expulsada con una velocidad 3 veces mayor, tendrá una energía cinética aproximadamente 36 veces mayor. Así, la trayectoria de vuelo pC de la gota combinada hacia la superficie impresa no se vería alterada sustancialmente respecto a la trayectoria de vuelo pA de la primera gota primaria. Gracias a esta característica, ligeros cambios en la forma en que la primera gota primaria y la segunda gota primaria colisionarían entre sí en el punto de conexión no cambiarían sustancialmente la trayectoria de vuelo de la gota combinada, que seguiría siendo consistentemente repetible, proporcionando la colocación de la gota de alta precisión de la superficie impresa.

La posición de las salidas de las boquillas puede ser regulada para afinar la posición del punto de conexión, de manera que las gotas colisionen de forma que la trayectoria de vuelo de la gota combinada esté lo más alineada posible con la trayectoria de vuelo de la gota primaria de eje paralelo 521A.

Las gotas primarias se combinan preferentemente dentro del cabezal, es decir, antes de que las gotas salgan de la salida 585 del cabezal.

El proceso de generación de gotas primarias 521A, 521B es controlado por un controlador de los dispositivos de generación y propulsión de gotas 561a , 561B (no mostrados en el dibujo para mayor claridad), que genera señales de disparo y controla el tiempo de eyección de las gotas. Por lo tanto, las gotas primarias se generan a demanda, a diferencia de la tecnología CIJ, en la que se genera un flujo continuo de gotas en las salidas de las boquillas. Cada una de las gotas primarias generadas se dirige a la superficie que se va a imprimir, a diferencia de la tecnología CIJ, en la que sólo se expulsa una parte de las gotas y las demás se devuelven a un canal.

En otra realización, pueden generarse más de dos gotas primarias, es decir, la gota combinada 522 puede formarse por coalescencia (simultánea o secuencial) de más de dos gotas, por ejemplo, tres gotas expulsadas de tres boquillas, de las cuales al menos dos tienen sus ejes inclinados con respecto al eje de flujo deseado A^cde la gota combinada 522.

El eje de flujo Ac de la gota combinada 522 es preferentemente el eje principal del cabezal de impresión, pero también puede ser otro eje. El cabezal de impresión puede comprender medios adicionales para mejorar el control de la colocación de la gota.

Además, el cabezal de impresión puede comprender medios para acelerar el curado de la gota combinada 522 antes de que salga del cabezal de impresión, por ejemplo, una fuente de luz UV (no mostrada en el dibujo) para afectar a un agente de curado sensible a la luz Uv en la gota combinada 522.

Los líquidos de los depósitos 516A, 516B pueden ser precalentados o las salidas de las boquillas pueden ser calentadas por calentadores instalados en las salidas de las boquillas, de manera que las gotas primarias expulsadas tengan una temperatura aumentada. El aumento de la temperatura de los fluidos de trabajo (es decir, la tinta y el catalizador) puede conducir a un mejor proceso de coalescencia de las gotas primarias y, preferentemente, a un aumento de la adhesión y a una disminución del tiempo de curado de la gota combinada 522 cuando se aplica sobre el sustrato que tiene una temperatura inferior a la temperatura de la gota combinada. Por lo tanto, la temperatura de las gotas primarias expulsadas debe ser mayor que la temperatura de la superficie a imprimir, en la que la diferencia de temperatura debe ajustarse a las propiedades particulares del fluido de trabajo. El rápido enfriamiento de la gota combinada tras su colocación en la superficie de impresión (que tiene una temperatura inferior a la de la tinta) aumenta la viscosidad de la gota impidiendo el flujo de la gota debido a la gravitación.

El cabezal de impresión comprende además una cubierta 581 que protege los componentes del cabezal, en particular las salidas de la boquilla 513A, 513B y la zona que rodea el punto de conexión 532, del entorno, impidiendo por ejemplo que sean tocados por el usuario o el sustrato impreso. La cubierta 581 forma la cámara de reacción. Debido a que el punto de conexión 532 está dentro de la cámara de reacción, el proceso de combinación de las gotas primarias puede ser controlado de forma precisa y predecible, ya que el proceso se produce en un entorno separado de los alrededores del cabezal de impresión. El entorno dentro del cabezal de impresión es controlable y las condiciones del entorno (como las trayectorias de flujo de aire, la presión, la temperatura) son conocidas y, por lo tanto, el proceso de coalescencia puede ocurrir de manera predecible.

Además, la cubierta 581 puede comprender elementos de calentamiento (no mostrados en el dibujo) para calentar el volumen dentro de la cubierta 581, es decir, el volumen que rodea las salidas de la boquilla 513a , 513B y los depósitos de líquido 516A, 566B a una temperatura predeterminada elevada con respecto a la temperatura ambiente, por ejemplo de 40°C a 80°C (otras temperaturas son posibles también, dependiendo de los parámetros de las gotas), de tal manera que se proporcionen condiciones estables para la combinación de las gotas. Se puede colocar un sensor de temperatura dentro de la cubierta 581 para detectar la temperatura. La mayor temperatura dentro del cabezal de impresión facilita una mejor mezcla de las gotas coalescentes por medio de la difusión. Además, el aumento de la temperatura incrementa la velocidad de la reacción química que comienza en el momento de la mezcla. La reacción de la tinta en la superficie del material impreso permite una mejor adhesión de la imagen impresa.

Sexta realización

En la Fig. 15 se muestra una séptima realización del cabezal de impresión de inyección de tinta según la invención. Tiene la mayoría de sus características en común con la quinta realización, con las siguientes diferencias. Los elementos que tienen números de referencia que comienzan con 6 (6xx) corresponden a los elementos de la sexta realización que tienen números de referencia que comienzan con 5 (5xx).

Los electrodos de desviación 673, 674 están situados a lo largo de la trayectoria de la gota primaria cargada 621B. Los electrodos de desviación 673, 674 se conectan a una fuente de tensión de CC y forman así un condensador. Los electrodos de desviación 673, 674 se utilizan para desviar la trayectoria de la gota primaria cargada 621B. Los electrodos de desviación 673, 674 pueden diseñarse de una manera conocida en la técnica de la tecnología CIJ y, por lo tanto, no requieren más aclaraciones sobre los detalles.

En algunas aplicaciones, puede ser importante controlar la trayectoria de vuelo de las gotas primarias 621A, 621B de manera que colisionen en el punto de conexión 632 en un ángulo a particular. Por ejemplo, el ángulo a puede depender del tipo de líquidos que forman las gotas primarias 621A, 621B - para algunos líquidos, se pueden preferir ángulos de colisión a más pequeños que para otros líquidos. Los electrodos de desviación 673, 674 en la trayectoria de vuelo de la gota primaria cargada aumentan la versatilidad del cabezal de impresión. Las boquillas 611a , 61B pueden estar situadas en una disposición predefinida, de manera que las gotas primarias son expulsadas a lo largo de las trayectorias de vuelo primarias pA, pB. Al menos una trayectoria de vuelo pA, pB de la al menos una gota cargada 621A, 621B puede entonces ser alterada por los electrodos de desviación 673, 674 situados a lo largo de dicha trayectoria pA, pB, de manera que se obtenga un ángulo de colisión a deseado en el punto de conexión. En el caso de que ambas gotas primarias 621A, 621B estén cargadas, se pueden utilizar dos conjuntos de electrodos de desviación, cada uno situado en posiciones separadas a lo largo de las respectivas trayectorias pA, pB.

Séptima realización

En la Fig. 16 se muestra una séptima realización del cabezal de impresión de inyección de tinta según la invención. Tiene la mayoría de sus características en común con la sexta realización, con las siguientes diferencias. Los elementos que tienen números de referencia que comienzan con 7 (7xx) corresponden a los elementos de la séptima realización que tienen números de referencia que comienzan con 6 (6xx).

Un conjunto de electrodos aceleradores en forma de peine 775, 776 conectados a fuentes de tensión de CC o CA controlables, configurados para aumentar la velocidad de flujo de la gota combinada 722 cargada antes de que salga de la salida del cabezal de impresión. La velocidad puede aumentarse de forma controlable mediante el control de las fuentes de tensión de CA conectadas a los electrodos 775, 776, con el fin de conseguir una velocidad de salida de la gota combinada 722 deseada, para, por ejemplo, controlar la distancia de impresión, lo que puede ser especialmente útil cuando se imprime sobre sustratos irregulares. El conjunto de electrodos aceleradores 775, 776 debe colocarse a una distancia de los electrodos desviadores 773, 774 lo suficientemente grande como para que los campos eléctricos generados por los electrodos no interfieran en su funcionamiento de forma no deseada. La distancia entre los electrodos de aceleración y el número de pares de electrodos de aceleración en los que la gota combinada 722 permanece bajo la influencia de la fuerza de aceleración depende del tamaño de la gota combinada 722 y del aumento requerido de su velocidad. Para algunas aplicaciones de impresión industrial puede ser necesario un conjunto de condensadores de CA para duplicar o triplicar preferentemente la velocidad de la gota combinada, por ejemplo de 6 m/s a 12 m/s medidos a la salida del cabezal. También es posible montar los electrodos de CC como unidad de aceleración.

El uso de electrodos aceleradores permite expulsar las gotas primarias de las salidas de las boquillas con velocidades relativamente pequeñas, lo que ayuda a la coalescencia (que se produce con ciertos parámetros de colisión óptimos en función de: la velocidad relativa de las gotas, su tensión superficial dada, el tamaño, la temperatura, etc.), y luego acelerar la gota combinada para lograr las condiciones de impresión deseadas.

Octava realización

En la Fig. 17 se muestra una octava realización del cabezal de impresión de inyección de tinta según la invención. Tiene la mayoría de sus características en común con la quinta realización, con las siguientes diferencias. Los elementos que tienen números de referencia que comienzan con 8 (8xx) corresponden a los elementos de la quinta realización que tienen números de referencia que comienzan con 5 (5xx).

Los electrodos de carga 877, 878 están situados a lo largo de la trayectoria de la gota combinada 822. Por ejemplo, los electrodos de carga 877, 878 pueden ser conectados a una fuente de tensión de CC para formar un arco eléctrico entre los electrodos. Los electrodos de carga 877, 878 pueden funcionar como un cañón de electrones. Como resultado, la gota combinada 822 se carga en vuelo a lo largo de su trayectoria pC. La gota combinada pC puede estar formada por gotas primarias 821A, 821B eléctricamente neutras (es decir, no cargadas) y entonces la gota combinada 822 puede ser cargada en vuelo para permitir su control por los electrodos de desviación. Alternativamente, la gota combinada pC puede estar formada por al menos una gota primaria cargada (por ejemplo, según la primera realización) y luego la carga de la gota combinada 822 puede ser alterada en vuelo por los electrodos de carga 877, 878.

Otras realizaciones

Cabe señalar que los dibujos son esquemáticos y no están a escala y se utilizan únicamente para ilustrar las realizaciones para una mejor comprensión de los principios de funcionamiento.

La presente invención es particularmente aplicable a las impresoras de inyección de tinta DOD de alta resolución. Sin embargo, la presente invención también puede aplicarse a DOD de baja resolución en base a válvulas que permiten descargar gotas de tinta presurizada.

El entorno de la cámara de reacción puede controlarse mediante el control de al menos uno de los siguientes parámetros: la temperatura de la cámara (por ejemplo, mediante un calentador dentro de la cámara de reacción), la velocidad de las corrientes de gas (por ejemplo, mediante el control de la presión del gas suministrado), los componentes del gas (por ejemplo, mediante el control de la composición del gas suministrado desde diversas fuentes), el campo eléctrico (por ejemplo, mediante el control de los electrodos), el campo de ultrasonidos (por ejemplo, mediante el suministro de generadores de ultrasonidos adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), la luz UV (por ejemplo, mediante el suministro de generadores de luz UV adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), etc. por ejemplo, proporcionando generadores de ultrasonidos adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), luz ultravioleta (por ejemplo, proporcionando generadores de luz ultravioleta adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), etc. dos gotas, por ejemplo, tres gotas expulsadas de tres boquillas, de las cuales al menos dos tienen sus ejes inclinados con respecto al eje de flujo deseado A^cde la gota combinada 522.

Además, la cubierta 581 puede comprender elementos de calentamiento (no mostrados en el dibujo) para calentar el volumen dentro de la cubierta 581, es decir, el volumen que rodea las salidas de la boquilla 513^a, 513B y los depósitos de líquido 516A, 566B a una temperatura predeterminada elevada con respecto a la temperatura ambiente, por ejemplo de 40°C a 80°C (otras temperaturas son posibles también, dependiendo de los parámetros de las gotas), de tal manera que se proporcionen condiciones estables para la combinación de las gotas. Se puede colocar un sensor de temperatura dentro de la cubierta 581 para detectar la temperatura. La mayor temperatura dentro del cabezal de impresión facilita una mejor mezcla de las gotas coalescentes por medio de la difusión. Además, el aumento de la temperatura incrementa la velocidad de la reacción química que comienza en el momento de la mezcla. La reacción de la tinta en la superficie del material impreso permite una mejor adhesión de la imagen impresa.

Sexta realización

Los electrodos de desviación 673, 674 están situados a lo largo de la trayectoria de la gota primaria cargada 621B. Los electrodos de desviación 673, 674 se conectan a una fuente de tensión de CC y forman así un condensador. Los electrodos de desviación 673, 674 se utilizan para desviar la trayectoria de la gota primaria cargada 621B. Los electrodos de desviación 673, 674 pueden diseñarse de una manera conocida en el arte de la tecnología CIJ y, por lo tanto, no requieren más aclaraciones sobre los detalles.

En algunas aplicaciones, puede ser importante controlar la trayectoria de vuelo de las gotas primarias 621A, 621B de manera que colisionen en el punto de conexión 632 en un ángulo a particular. Por ejemplo, el ángulo a puede depender del tipo de líquidos que forman las gotas primarias 621A, 621B - para algunos líquidos, se pueden preferir ángulos de colisión a más pequeños que para otros líquidos. Los electrodos de desviación 673, 674 en la trayectoria de vuelo de la gota primaria cargada aumentan la versatilidad del cabezal de impresión. Las boquillas 611a , 61B pueden estar situadas en una disposición predefinida, de manera que las gotas primarias son expulsadas a lo largo de las trayectorias de vuelo primarias pA, pB. Al menos una trayectoria de vuelo pA, pB de la al menos una gota cargada 621A, 621B puede entonces ser alterada por los electrodos de desviación 673, 674 situados a lo largo de dicha trayectoria pA, pB, de manera que se obtenga un ángulo de colisión a deseado en el punto de conexión. En el caso de que ambas gotas primarias 621A, 621B estén cargadas, se pueden utilizar dos conjuntos de electrodos de desviación, cada uno situado en posiciones separadas a lo largo de las respectivos trayectorias pA, pB.

Séptima realización

Un conjunto de electrodos aceleradores en forma de peine 775, 776 conectados a fuentes de tensión de CC o CA controlables, configurados para aumentar la velocidad de flujo de la gota combinada cargada 722 antes de que salga de la salida del cabezal de impresión. La velocidad puede aumentarse de forma controlable mediante el control de las fuentes de tensión de CA conectadas a los electrodos 775, 776, con el fin de conseguir una velocidad de salida de la gota combinada 722 deseada, para, por ejemplo, controlar la distancia de impresión, lo que puede ser especialmente útil cuando se imprime sobre sustratos irregulares. El conjunto de electrodos aceleradores 775, 776 debe colocarse a una distancia de los electrodos desviadores 773, 774 lo suficientemente grande como para que los campos eléctricos generados por los electrodos no interfieran en su funcionamiento de forma no deseada. La distancia entre los electrodos de aceleración y el número de pares de electrodos de aceleración en los que la gota combinada 722 permanece bajo la influencia de la fuerza de aceleración depende del tamaño de la gota combinada 722 y del aumento requerido de su velocidad. Para algunas aplicaciones de impresión industrial puede ser necesario un conjunto de condensadores de CA para duplicar o triplicar preferentemente la velocidad de la gota combinada, por ejemplo de 6 m/s a 12 m/s medidos a la salida del cabezal. También es posible montar los electrodos de CC como unidad de aceleración.

El uso de electrodos aceleradores permite expulsar las gotas primarias de las salidas de las boquillas con velocidades relativamente pequeñas, lo que ayuda a la coalescencia (que se produce con ciertos parámetros óptimos de colisión que dependen de: la velocidad relativa de las gotas, su tensión superficial dada, el tamaño, la temperatura, etc.), y luego acelerar la gota combinada para lograr las condiciones de impresión deseadas.

Octava realización

Los electrodos de carga 877, 878 están situados a lo largo de la trayectoria de la gota combinada 822. Por ejemplo, los electrodos de carga 877, 878 pueden ser conectados a una fuente de tensión de CC para formar un arco eléctrico entre los electrodos. Los electrodos de carga 877, 878 pueden funcionar como un cañón de electrones. Como resultado, la gota combinada 822 se carga en vuelo a lo largo de su trayectoria pC. La gota combinada pC puede estar formada por gotas primarias 821A, 821B eléctricamente neutras (es decir, no cargadas) y entonces la gota combinada 822 puede ser cargada en vuelo para permitir su control por los electrodos de desviación. Alternativamente, la gota combinada pC puede estar formada por al menos una gota primaria cargada (por ejemplo, según la primera realización) y entonces la carga de la gota combinada 822 puede ser alterada en vuelo por los electrodos de carga 877, 878.

Otras realizaciones

El entorno de la cámara de reacción puede controlarse mediante el control de al menos uno de los siguientes parámetros: temperatura de la cámara (por ejemplo, mediante un calentador dentro de la cámara de reacción), velocidad de las corrientes de gas (por ejemplo, controlando la presión del gas suministrado), componentes del gas (por ejemplo, controlando la composición del gas suministrado desde diversas fuentes), campo eléctrico (por ejemplo, controlando los electrodos), campo de ultrasonidos (por ejemplo, proporcionando generadores de ultrasonidos adicionales dentro de la cámara de reacción, que no se muestran). controlando la composición del gas suministrado desde diversas fuentes), campo eléctrico (por ejemplo, controlando los electrodos), campo de ultrasonidos (por ejemplo, proporcionando generadores de ultrasonidos adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), luz UV (por ejemplo, proporcionando generadores de luz UV adicionales dentro de la cámara de reacción, no mostrados en los dibujos), etc.

Un experto se dará cuenta de que las características de las realizaciones descritas anteriormente pueden mezclarse además con características conocidas de otros cabezales de impresión DOD. Por ejemplo, puede haber más de dos boquillas que dirijan más de dos gotas primarias para formar una gota combinada mediante el uso de los mismos principios de descarga, guía, formación, también mediante coalescencia controlada, y aceleración de las gotas dentro del cabezal de impresión como se ha descrito anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de impresión por goteo bajo demanda que comprende la ejecución de las siguientes etapas en un cabezal de impresión:

- descargar una primera gota primaria de un primer líquido desde la salida de una primera boquilla para que se desplace a lo largo de una primera trayectoria (pA) con una primera velocidad;

- descargar una segunda gota primaria de un segundo líquido desde la salida de una segunda boquilla para que se desplace a lo largo de una segunda trayectoria (pB) con una segunda velocidad, inferior a la primera, en la que la segunda trayectoria (pB) está inclinada con respecto a la primera trayectoria (pB) a lo largo de un eje inclinado con un ángulo (a) de 3 a 60 grados y cruza la primera trayectoria (pA) en un punto de conexión;

- controlar el vuelo de la primera gota primaria y de la segunda gota primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en una gota combinada en el punto de conexión, de modo que se inicie una reacción química entre el primer líquido de la primera gota primaria y el segundo líquido de la segunda gota primaria; caracterizado porque el procedimiento comprende además

- aplicar carga eléctrica a la gota combinada;

- en la que la trayectoria de vuelo (pC) de la gota combinada se altera no más de 20 grados con respecto al eje de la trayectoria de vuelo (pA) de la primera gota primaria; y

- controlar la trayectoria de vuelo (pC) de la gota combinada con la carga eléctrica aplicada mediante los electrodos de desviación.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además el control de al menos uno de los siguientes parámetros dentro de la cámara de reacción: temperatura de la cámara, campo eléctrico, campo de ultrasonidos, luz UV, corriente de gas dirigida hacia la salida del recinto del cabezal de impresión.

3. Un cabezal de impresión por goteo bajo demanda que comprende:

- un conjunto de boquillas que comprende:

- una primera boquilla (611a) conectada a través de un primer canal (612a) con un primer depósito de líquido (616a) con un primer líquido y que tiene un primer dispositivo de generación y propulsión de gotas para formar a demanda una primera gota primaria (621a) del primer líquido y descargar la primera gota primaria para que se mueva a lo largo de una primera trayectoria (pA) con una primera velocidad; y

- una segunda boquilla (611b) conectada a través de un segundo canal (612b) con un segundo depósito de líquido (616b) con un segundo líquido y que tiene un segundo dispositivo de generación y propulsión de gotas para formar a demanda una segunda gota primaria (612b) del segundo líquido y descargar la segunda gota primaria para que se mueva a lo largo de una segunda trayectoria (pB) con una segunda velocidad inferior a la primera velocidad, en la que la segunda trayectoria (pB) está inclinada con respecto a la primera trayectoria (pB) a lo largo de un eje inclinado con un ángulo (a) de 3 a 60 grados y cruza la primera trayectoria (pA) en un punto de conexión;

- medios (131) para controlar el vuelo de la primera gota primaria y la segunda gota primaria para combinar la primera gota primaria con la segunda gota primaria en una gota combinada en el punto de conexión, de modo que se inicie una reacción química entre el primer líquido de la primera gota primaria y el segundo líquido de la segunda gota primaria; caracterizado porque el cabezal de impresión comprende además - medios (613a,613b) para aplicar la carga eléctrica a la gota combinada;

- electrodos de desviación (673,674) para controlar la trayectoria de vuelo (pC) de la gota combinada.

4. El cabezal de impresión según la reivindicación 3, en el que la primera gota primaria tiene en el punto de conexión una energía cinética mayor que la segunda gota primaria;

5. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-4, que comprende electrodos de carga para cargar al menos una de: la primera gota primaria y la segunda gota primaria.

6. El cabezal de impresión según la reivindicación 5, en el que los electrodos de carga están situados entre la salida de la boquilla y el punto de conexión.

7. El cabezal de impresión según la reivindicación 6, que comprende que los electrodos de carga están situados en la salida de la boquilla para cargar la gota primaria mientras la gota primaria está en contacto con el líquido dentro del canal de la boquilla.

8. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-7, que comprende además electrodos de desviación para desviar la trayectoria de vuelo (pA, pB) de la gota primaria cargada.

9. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-8, que comprende además electrodos aceleradores para acelerar la gota combinada cargada.

10. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-9, que comprende además electrodos de carga para aplicar carga eléctrica a la gota combinada cargando la gota combinada en vuelo.

11. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-10, en el que la primera gota primaria tiene un tamaño mayor que la segunda gota primaria.

12. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-11, que comprende además un controlador para controlar el tiempo de descarga de las gotas primarias.

13. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-12, que comprende además medios para controlar la posición relativa de las salidas de las boquillas.

14. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-13, que comprende además una fuente de una corriente de gas dirigida hacia la salida del cabezal de impresión.

15. El cabezal de impresión según cualquiera de las reivindicaciones 3-14, en el que el punto de conexión está situado dentro de una cámara de reacción definida por una cubierta.