KR20210151891A - 유체용 잉크젯 프린트헤드 - Google Patents

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KR20210151891A
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시몬 케우
알란 허드
이스트반 옥스카이
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알케미 테크놀로지 리미티드
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Abstract

유체를 분배하기 위한 프린트헤드(10)가 제공된다. 프린트헤드는 적어도 하나의 챔버(12), 적어도 하나의 챔버에 둘러싸인 압전 유동 채널 분배기(14)의 어레이, 다중 오리피스 분배 플레이트(16), 및 압축 공기 소스(20) 및 공기 흐름을 안내하도록 구성된 공기 흐름 제어기(22)를 포함하는 공기 분배 요소(18)를 포함한다.

Description

유체용 잉크젯 프린트헤드
본 발명은 유체를 분배하기 위한 프린트헤드 및 시스템에 관한 것으로, 특히 유체 분배 시스템의 프린트헤드에 관한 것이다.
프린트헤드는 디지털로 제어되는 압전식 유동 채널 분배기 어레이와 공기 분배 요소로 구성되며, 그 결과 시스템은 재료를 관통하거나 코팅하는 데 필요한 산업용 유체의 고정밀 분배 또는 도징이 가능하다. 코팅될 재료는 직물, 종이, 티슈, 금속 표면 및 플라스틱 표면이 포함된다.
정밀 코팅은 분배기 오리피스의 디지털 제어를 통해 구현되어 산업용 유체의 2D 및 3D 분포를 목표 값의 몇 퍼센트 이내로 제어할 수 있다. 코팅 또는 도징을 위한 유체의 정밀 적용 원리는 일반적이며 많은 산업적 용도에 적용할 수 있다. 추가의 예시적인 적용은 다음을 포함한다: 직물 코팅, 인쇄를 위해 판지에 전처리제 적용; 다층 배터리 재료의 제조; 디스플레이 장치의 요소 제조; 금속 주조용 3D 프린팅 몰드.
현재, 섬유 코팅은 주로 섬유 중량의 몇 배에 달하는 상당한 양의 폐수가 발생하기 때문에 환경적으로 해로운 공정이다.
기존의 코팅 공정은 바스 침지 코팅, 스프레이 및 롤러 도포 메커니즘을 사용한 패딩이다. 이러한 모든 방법은 일반적으로 코팅될 물질이 직물 재료를 떠나도록 기울어지는 농도 구배의 생성을 피하기 위해 코팅될 물질이 코팅 공정 전반에 걸쳐 과량으로 존재하도록 하기 위해 직물 재료를 과도하게 투여한다.
전통적으로, 바스 침지 코팅은 코팅 물질이 섬유 표면에 흡수될 수 있도록 하기 위해 발생한다. 이 공정에서 사용되는 물의 중량은 종종 직물 중량의 몇 배나 되는데, 이는 초과된 물을 씻어내는 데 종종 필요하기 때문이다. 코팅은 물에 실질적으로 불용성일 수 있으며 섬유 표면에 흡착되어 섬유 속으로 확산되어 갇히는데 시간이 필요하다. 대안으로 롤러 "패딩" 공정을 통해 코팅을 적용할 수 있다.
이러한 배경에 대해 과잉 코팅을 적용할 필요 없이 직물 기재 상에 필요한 코팅만을 정밀하게 분배하기 위한 본 발명에 기초한 새로운 산업 장치가 등장하였다. 공개된 접근 방식은 필요한 양의 코팅만 분배함으로써 세척 공정의 제거 또는 감소를 통해 산업의 지속 가능성 프로파일에서 단계적 변화를 가능하게 한다. 해당 분야에 알려진 디지털 분배 공정, 즉 디지털 잉크젯 프린팅은 산업 처리량에서 작동하고 각각 3D 기판의 내부 구조에 코팅을 전달하기에 충분히 높은 유속 및 충분히 높은 액적 속도로 유체를 분배할 수 없다.
본 발명의 장치는 디지털 제어 투여 시스템을 통해 2D 또는 3D 기판, 예를 들어 직물 및 직물에 코팅과 같은 유체를 적용하기에 적합한 산업용 프린트헤드로서, 프린트헤드가 코팅의 흡수를 위해 직물 기판의 용량 영역에 코팅을 전달할 수있는 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명의 장치는 침지 바스의 필요성을 감소시키고 직물로부터 과잉 코팅을 세척하기 위해 사용될 수 있다.
판지는 종종 배리어 특성, 인쇄 가능성 및 장식을 제공하기 위해 코팅으로 패턴화된다.
이러한 코팅은 현재 아날로그 인쇄 기술 또는 스프레이 코팅을 사용하여 적용된다.
본 발명의 요지인 프린트헤드는 종래의 디지털 잉크젯 프린트헤드로 이용될 수 없는 범위의 저-중간 점도 코팅을 디지털 방식으로 패턴화할 수 있다. 이를 통해 필요한 경우에만 코팅 기능을 정밀하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 방수 카톤보드의 경우 코팅은 박스의 외부 표면에만 적용할 수 있다. 디지털 인쇄를 위한 전처리의 경우 인쇄될 영역에만 코팅을 적용할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따라서, 유체를 분배하기 위한 프린트헤드가 제공되며, 적어도 하나의 챔버, 적어도 하나의 챔버에 둘러싸인 압전 유동 채널 분배기의 어레이, 다중 오리피스 분배 플레이트, 및 압축 공기 소스 및 공기 흐름을 안내하도록 구성된 공기 흐름 제어기를 포함하는 공기 분배 요소를 포함한다.
압전식 유동 채널 분배기의 어레이가 있는 프린트헤드를 제공하면 코팅 유체 바스가 있어야 하는 기존 코팅 방법의 요구 사항이 제거된다. 대신, 유체의 분무된 미세 액적이 제어된 속도로 재료에 직접 분배될 수 있다.
공기 분배 요소는 예를 들어 액적을 언더코팅 영역으로 편향시키거나 공기 중에서 너무 큰 액적을 건조함으로써 분배된 미세 액적의 균질성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 공기 흐름은 또한 프린트헤드를 위한 통합 냉각 시스템으로도 사용된다.
압전 유동 채널 분배기는 프로세서에 의해 제어되고, 프로세서는 각각의 압전 유동 채널 분배기를 독립적으로 제어하도록 구성된다. 프로세서에 의해 제어되는 흐름 채널 분배기가 필요하고, 필요한 경우 서로 독립적으로 제어될 수 있는 유동 증착량의 정밀한 제어가 재료의 흡광도 용량에 맞는 유체 증착량을 정확하게 제어 할 수 있다. 이는 순간 유체 전환을 더 가능하게 하여 유체의 유형을 분배하고 단일 염색 런에서 다중 성분 재료의 생산을 가능하게 하고 재료에서 검출된 임의의 이종 결함의 자동 인라인 보정 가능성을 가능하게 할수 있다. 예를 들어, 하부 코팅된 유체 영역이 검출되면 분배기로부터 분배되는 유체의 양이 증가될 수 있다.
공기 분배 요소는 유동 채널 분배기의 분배 팁에 대해 공기의 유동을 지향하도록 구성될 수 있다. 유동 채널 분배기 팁에 대한 공기 흐름을 지향하면, 분배 된 유체의 균질성을 차단 또는 감소시킬 수있는 축적된 유체 액적의 프린트헤드에서 알려진 문제의 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 공기 분배 요소는 적어도 2개의 유동 채널 분배기의 적어도 하나의 분배 팁에 대해 공기의 단일 흐름을 지향시키도록 구성될 수 있다. 2 개의 유동 채널 분배기 팁에 대해 공기의 단일 흐름을 지향하면, 필요한 공기 분배 요소의 개수, 프린트헤드의 유지 보수가 적고, 압축된 공기가 요구되는 압축 공기 및 전체적인 더 저렴한 해결방법 및 기타 균질한 프린트헤드가 제공된다.
공기 분배 요소는 제어된 방식으로 분배된 유체를 편향시키기 위해 유동 채널 분배기로부터 분배된 유체의 유동에 실질적으로 평행한 공기의 유동을 지향시키도록 구성된다. 유체의 흐름과 실질적으로 공기 흐름을 실질적으로 지향시키면 유체 액적을 안내하여 균질하고 정확하게 지향된 액적 분포를 형성할 수 있다. 또한, 공기의 흐름으로 분배된 유체를 편향시키는 것은 유체의 확산 영역을 재료 상으로 유리하게 제어할 수 있으므로 실시간으로 유체의 적용을 직물에 적용하는 실시간 제어가 가능한다.
분배 요소는 1-1,000Hz 범위의 주파수에서 주기적으로 공기의 흐름을 적용하도록 구성될 수 있다. 스프레이의 주기적인 편향은 인접한 노즐 사이의 평균을 증가시키고 유동 채널 분배기의 어레이를 가로질러 분배된 유체의 균질성을 증가시키는데 사용될 수 있다.
분배되는 가스는 압축 공기 및/또는 압축 공기일 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 분배되는 가스는 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 가스 또는 암모니아와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 분배되는 가스는 복수의 가스 성분을 포함할 수 있다.
각 챔버는 알려진 조성 및 흐름 프로파일의 유체로 충전되어 챔버에 음수 또는 양수일 수 있는 제어된 압력이 제공된다.
프린트헤드의 내부 구성요소를 포함하는 챔버를 잘 특성화된 유체로 충전하는 것은 유동 채널 분배기의 노즐로부터 바람직하지 않은 증발 및 유체를 떨어 뜨릴뿐만 아니라 챔버를 외부 오염 물질로 밀봉하는 것을 돕는 것이다. 또한, 제어된 압력은 흐름 채널 분배기로부터 일관된 유량을 유지하는데 도움이 될 수 있다.
프린트헤드는 다중 오리피스 분배 플레이트의 오리피스를 통한 유체 유동에 저항하도록 구성된 밀봉 층을 추가로 포함할 수 있다.
유동 채널 분배기의 팁은 밀봉 층의 개구와 접촉하고 이를 통해 돌출하도록 구성되며, 압전식으로 작동될 때 최소 마찰 또는 기계적 저항으로 밀봉 층에 대해 이동하도록 추가로 구성될 수 있다.
밀봉 층은 챔버 내에 둘러싸인 프린트헤드 구성요소에 대한 추가적인 보호를 제공하고, 분배된 유체의 불필요한 누출을 줄일 수 있다. 유동 채널 분배기의 노즐 팁을 갖는 것은 밀봉 층을 통해 돌출되어 밀봉 층이 유체를 분배하는 실제 공정을 억제하지 않으면서 밀봉 층을 기능하도록 허용한다.
밀봉 층은 다중 개구를 포함하는 점탄성 멤브레인이고, 멤브레인은 다중 오리피스 분배 플레이트의 각 오리피스를 덮고, 유동 채널 분배기가 돌출하도록 구성되는 멤브레인의 각 개구의 직경은 유동 채널 분배기의 팁의 직경보다 더 작다. 이는 압전 이동에 대한 최소한의 기계적 간섭을 제공하는 동안 노즐 팁과 멤브레인 사이의 밀봉을 허용 할 수 있다.
일부 실시예에서, 유동 채널 분배기가 돌출하도록 구성되는 멤브레인의 각 개구의 직경은 유동 채널 분배기의 팁의 직경보다 더 클 수 있다. 밀봉 층과 분배기 사이의 약간 느슨한 밀봉은 분배기의 공진 주파수가 변경되거나 조정되는 것을 방지할 수 있다.
대안으로 또는 추가로 밀봉 층은 분배기에 댐핑 기능을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 댐핑은 선호되지 않을 수 있다. 예를 들어, 사용 시에, 분배기는 요소는 정리파를 진동 및 생성할 수 있으며, 정지 파는 적어도 하나의 노드 및 적어도 하나의 안티노드를 포함할 수 있다. 따라서, 밀봉 층은 노드의 위치에 있거나 실질적으로 위치될 수 있으며, 노드는 정리파 시스템에서 진동의 진폭이 0인 지점이다. 그렇게 하면 노드의 진동에 대한 밀봉의 댐핑 효과를 줄이거나 제거 할 수 있다. 이는 분배기 요소의 분배 속성이 최적으로 유지될 수 있음을 보장한다.
일부 실시예에서, 밀봉 층에 의해 제공되는 댐핑이 바람직하고, 유동 채널 분배기가 돌출되도록 구성된 개구의 직경은 미리 지정된 공진 주파수를 달성하기 위해 바람직한 양의 댐핑을 갖는 분배기를 제공하도록 구성될 수 있다.
밀봉 층은 비습윤성 엘라스토머 또는 비습윤성 코팅이 제공된 엘라스토머로 구성될 수 있다. 밀봉 층은 소수성 재료로 구성될 수 있고 및/또는 소수성 코팅을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 밀봉 층은 금속 또는 합금으로 구성될 수 있다. 금속 또는 합금은 스틸 및/또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 밀봉 층은 코팅 층을 포함할 수 있다. 코팅 층은 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함할 수 있다.
금속 또는 합금 밀봉 층은 밀봉 층과 분배기 요소 사이의 작은 간격을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 프린트헤드는 가압될 수 있으므로, 프린트헤드 내부에서 프린트헤드 외부로 유체 유동이 발생한다. 유체 유동은 분배기 요소에 실질적으로 실질적으로 평행할 수 있으며 오염 물질이 프린트헤드로 들어가는 것을 방지하도록 구성될 수 있으므로 오염 물질이 유체 유동 방향에 대해 이동해야 한다.
대안으로 또는 추가로, 다중 오리피스 분배 플레이트 및/또는 유동 채널 분배기의 팁은 비습윤 코팅이 제공될 수 있고 및/또는 소수성 재료 및/또는 소수성 코팅을 사용하여 제조될 수 있다.
소수성 재료 및/또는 코팅은 실리콘 및/또는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함할 수 있다. 비습윤 및/또는 소수성 재료 및/또는 코팅은 수성 유체가 밀봉에 의해 또는 그 주위에 의해 축적되는 것을 방지할 수 있다.
주어진 유동 채널 분배기를 통한 유동 속도는 주어진 흐름 분배기의 듀티 사이클에 의해 제어될 수 있다.
프린트헤드에 의해 분배되는 유체의 속도는 프로세서에 의해 결정된 전압에 의해 제어될 수 있다.
프로세서는 디지털 이미지를 기반으로 분배된 유체의 확산을 제어한다.
압전 유동 채널 분배기는 프로세서에 의해 수신된 실시간 피드백을 기반으로 제어되고, 실시간 피드백은 코트 중량 검출; 색상 검출; 유동 속도 검출; 노즐 공진 주파수; 및 각 노즐에 대한 전기 구동 요구 사항 중 적어도 하나를 포함하는 한다.
압전 유동 채널은 유체가 노즐 밀봉 영역으로 위킹되는 것을 방지하기 위해 유체가 분배되어야 하는 기판에 대해 수평이다.
압전 유동 채널은 유체가 노즐 밀봉 영역으로 위킹되는 것을 방지하기 위해 유체가 분배되어야 하는 기판에 대해 기울어져 있다.
일부 실시예에서, 유동 채널 분배기는 수평으로부터 90, 60, 45, 30, 25, 20, 15, 10 또는 5 도로 기울어질 수 있다. 일부 실시예에서, 흐름 채널 분배기가 기울어지지 않을 수 있다. 예를 들어, 유동 채널 분배기는 0 내지 60 °,보다 바람직하게는 5 내지 45 °와 가장 바람직하게는 10 ~ 30 ° 사이로 기울어질 수 있다.
일부 실시예에서, 채널 분배기 요소는 실질적으로 탱크의 기저 아래에 위치한다. 이는 분배기 요소 내의 유체가 분배기에서 유출되며 유체 경로를 막히거나 막히지 않도록 하는 데 도움이 될 수 있다.
프린트헤드는 분배된 유체를 넓은 영역에 분배하기 위해 왕복 운동으로 기판에 대해 이동할 수 있다. 운동은 프로세서에 의해 수신된 실시간 피드백에 적어도 부분적으로 기초하여 제어될 수 있다.
실시간 피드백은 기판 전체의 색상 검출을 기반으로 한다.
적어도 하나의 챔버 내부로부터 유동 채널 분배기의 팁을 향하는 방향으로 공기의 유동을 야기하는 프린트헤드에 증가된 공기 압력이 있을 수 있다. 프린트헤드는 유동 채널 분배기의 팁을 둘러싸는 추가 챔버를 더 포함할 수 있다.
프린트헤드는 냉각 메커니즘을 더 포함할 수 있고, 냉각 메커니즘은 프린트헤드에 작동 가능하게 연결된 케이싱을 포함할 수 있다. 케이싱은 물 또는 공기와 같은 유체를 포함하도록 구성될 수 있으며, 여기서 유체는 프린트헤드로부터 열을 흡수하여 프린트헤드를 냉각시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 복수의 프린트헤드가 존재하는 경우, 수냉이 선호되는 냉각 메커니즘일 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 각 프린트헤드는 프린트헤드 부근에서 따뜻한 공기를 순환/이동시키도록 구성된 팬을 포함할 수 있으며, 이를 더 차가운 공기로 교체하여 프린트헤드를 냉각시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 프린트헤드가 있는 경우 공기 냉각이 선호되는 냉각 메커니즘일 수 있다.
추가로, 복수의 프린트헤드에 유체를 공급하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 복수의 프린트헤드로부터 분배될 유체를 보유하기 위한 복수의 탱크; 유체 공급 챔버; 유체 공급 챔버의 유체 레벨을 검출하기 위한 센서; 및 유체 공급 챔버와 복수의 탱크 각각 사이의 공급 속도 및 배출 속도를 제어하기 위한 재순환 공급물을 포함하고, 유체 공급 속도 및 유체 배출 속도는 센서에 의해 검출된 유체 레벨에 적어도 부분적으로 기초하여 프로세서에 의해 결정된다.
복수의 프린트헤드에 대한 동적 디지털 제어가능 재순환 공급물을 통해 시스템은 각 탱크에서 항상 충분한 수준의 유체를 유지하고 불필요한 유체를 메인 탱크로 되돌려 폐액을 줄이고 일정한 유체 흐름을 유지할 수 있고, 이에 따라 따라서 효율성을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 시스템은 복수의 프린트헤드로부터 분배될 유체를 유지하기 위한 단일 탱크를 포함할 수 있다.
유체 공급 챔버와 복수의 탱크 각각 사이의 공급 속도 및 배출은 각 탱크에 대해 동일할 수 있다.
복수의 헤더 탱크 각각에 대한 균일한 공급 속도 및 배출 속도를 유지하는 것은 각 탱크의 유체 수위를 거의 동일하게 할 수 있으며, 따라서 하나의 센서에서 공급 속도 및 배출 속도를 제어하는 하나의 센서로 결정할 수 있다. 이는 하나의 센서가 여러 헤더 탱크 유체 레벨을 효과적으로 모니터링할 수 있게 하여 조립체의 비용과 복잡성을 감소시킨다.
상기 센서는 용량성 센서일수 있고, 상기 시스템은 센서 스위치 온에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 증가시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 감소시키고; 센서 스위치 오프에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 감소시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 증가시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 탱크 내의 유체의 정수두(hydrostatic head)를 측정하도록 구성될 수 있다. 복수의 탱크가 제공되는 실시예에서, 센서는 각각의 탱크 내의 정수두를 측정하기 위해 제공된다.
대안으로 또는 추가로, 상기 센서는 압력 센서이고, 상기 시스템은 센서가 저압을 감지하는 것에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 증가시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 감소시키고; 및 센서가 고압을 감지하는 것에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 감소시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 증가시키도록 구성될 수 있다.
유체 유동 경로는 복수의 탱크 각각의 입구 및 출구를 유체 공급 챔버에 연결하고, 각 탱크에 대한 유체 유동 경로는 동일한 저항을 갖는다. 각 탱크의 출구는 각 탱크의 입구보다 높은 레벨에 위치하며 위어의 원리에 따라 각 탱크에 대한 최대 유체 레벨을 생성할 수 있다.
복수의 탱크 각각은 탱크 입구에 인접하게 위치한 진공 블리드 밸브(46)를 추가로 포함하고, 진공 블리드 밸브는 탱크 내의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우 낮은 저항 흐름 경로를 제공하도록 구성될 수 있다.
헤더 탱크 압력은 낮은 저항 경로를 통해 헤드스페이스에서 공기가 빠져나가도록 함으로써 탱크 유체 높이의 급격한 증가로 인한 과압을 최소화할 수 있는 유체 공급 장치 근처에 진공 블리드 밸브를 사용하여 안정화될 수 있다.
시스템은 적어도 하나의 진공 펌프를 더 포함하고, 진공 펌프는 복수의 탱크 각각의 압력을 제어하도록 구성될 수 있다. 헤더 탱크 압력은 헤드스페이스에 적용된 진공을 사용하여 설정될 수 있다. 프린트헤드에서 유체를 분배하는 것은 탱크의 유체 압력에 매우 민감하기 때문에 유체의 정확한 토출은 안정적인 헤더 탱크 압력에 크게 의존된다.
복수의 탱크의 각 탱크는 위어의 원리에 기초하여 각 탱크의 유체 레벨을 제어하도록 구성된 조정가능 파티션을 더 포함할 수 있다. 복수의 탱크 중 각 탱크의 유체 출구는 조정가능하고 유체가 배출되는 레벨을 조정하여 각 탱크의 유체 레벨을 제어하도록 구성될 수 있다. 압력 제어는 조정당 1초 미만의 대기 시간을 갖는 폐쇄 루프일 수 있다. 시스템은 유체를 가열 및/또는 교반하도록 추가로 구성될 수 있다. 시스템은 유체를 탈기 및/또는 여과하도록 추가로 구성될 수 있다. 펌프는 각 탱크 내에서 유체를 재순환시키는 데 사용될 수 있다.
시스템은 유체 이동을 최소화하고 직물 상의 분배된 유체의 균질성을 최대화하도록 구성된 적외선 히터를 추가로 포함할 수 있다.
시스템은 직물로의 기류 침투를 제어하도록 구성된 진공 펌프를 추가로 포함할 수 있다. 진공 펌프는 채널에 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 채널은 실질적으로 프린트헤드 아래에 위치한다. 더 구체적으로, 채널은 프린트헤드로부터 분배된 유체를 수용하도록 구성된 직물의 실질적으로 아래에 위치될 수 있다.
채널은 진공 펌프에 의해 음의 압력을 받을 수 있으며 분배기 요소 부근에서 직물을 통해 채널로 공기를 끌어들이도록 구성될 수 있다. 그렇게 하면 프린트헤드로부터 분배되는 유체의 확산을 더욱 감소시킬 수 있고 및/또는 직물로의 유체 침투의 제어를 증가시킬 수 있다.
시스템은 채널과 직물 사이에 위치한 필터를 더 포함할 수 있으며, 필터는 유체 및/또는 오염 물질이 채널에 들어가는 것을 방지하도록 구성된다. 필터는 일회용 및/또는 제거가능하다. 필터를 제거한 후에는 세척하여 재사용할 수 있다. 유체 및/또는 오염 물질이 채널에 들어가는 것을 방지하기 위해 필터를 추가하면 동일한 재료가 진공 펌프에 들어가는 것을 방지할 수 있으므로 시스템의 유지 관리 요구 사항이 줄어준다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 탱크에서 유체를 충전하고, 재충전하고 및/또는 배출하기 위한 방법이 추가로 제공된다. 탱크를 충전하고 및/또는 재충전하는 방법은 다음 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
잉크와 같은 원하는 유체로 탱크를 충전하는 분배기 요소로부터 유체가 떨어지는 것을 방지하기 위해 공급 탱크로부터 프린트헤드를 공급하고, 탱크에 음압을 가하는 단계; 탱크에서 재순환 설정; 및 분배기 요소를 완전히 채우기 위해 탱크의 부압을 감소시켜 펜던트 드롭이 노즐에서 형성되지 않도록 보장하는 단계를 포함한다.
탱크를 배출하는 방법은 다음 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 유체가 분배기 요소로부터 떨어지는 것을 방지하기 위해 탱크를 음압으로 가압하는 단계; 탱크로의 유체 공급 차단; 및 리턴 펌프를 사용하여 탱크를 공급 탱크로 배출하는 단계.
상기 탱크의 배출 방법은 상기 탱크에 세제 조성물을 첨가하고 전술한 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세제 조성물은 물 및 나트륨 도데실설페이트일 수 있다. 세제 조성물을 추가하면 탱크에 남아 있는 모든 유체가 희석되어 탱크에서 배출된다. 이 단계는 노즐에서 배출된 유체를 확인하여 탱크가 깨끗하다고 판단될 때까지 여러 번 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 탱크는 분배기 요소 내의 유체가 탱크 내로 완전히 다시 회수되도록 부압될 수 있다.
일부 실시예에서, 탱크의 내부 표면은 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 소수성 재료로 코팅될 수 있다. 소수성 코팅으로 인해 탱크에서 유체가 더 쉽게 배출된다. 또한 이러한 코팅은 배수와 재충전 사이에 탱크를 세척해야 하는 요구사항에서 발생하는 유지보수 비용을 줄인다.
도 1a는 본 발명에 따른 프린트헤드의 예를 도시한다.
도 1b, 1c 및 1d는 본 발명에 따른 프린트헤드의 다른 예의 등각도 및 측면도를 도시한다.
도 2a는 도 1의 프린트헤드 중 하나의 일부를 형성하는 압전 유동 채널 디스펜서 및 다중 오리피스 분배 플레이트의 예시적인 어레이의 평면도를 도시한다.
도 2b는 유체를 분배하는 예시적인 압전 유동 채널 디스펜서의 측면도를 도시한다.
도 3a는 압전 유동 채널 분배기의 팁에 대해 공기의 유동을 지향시키는 공기 분배 요소의 예시적인 구성의 측면도이다.
도 3b는 예시적인 액적 퍼짐에 대한 공기 분배 요소의 효과의 예시를 도시한다.
도 4는 공기 분배 요소의 공기 흐름 제어기의 예시적인 구성을 도시한다.
도 5a는 유동 채널 분배기와 접촉하는 밀봉 층의 예시적인 구성의 측면도를 도시한다.
도 5b는 다중 개구를 포함하는 예시적인 밀봉 층 구성요소의 상면도를 도시한다.
도 6은 압전식 유동 채널 디스펜서를 둘러싸는 챔버의 한 가지 가능한 구성을 도시한다.
도 7은 도 1의 프린트헤드 중 어느 하나와 같은 프린트헤드에 유체를 공급하기 위한 시스템을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 각 헤더 탱크의 유체 레벨 및 메니스커스 압력이 조정 가능한 위어에 의해 제어되는 실시예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 각 헤더 탱크의 출구가 조정가능한 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 시스템의 디지털 구성요소의 블록도를 도시한다.
도 1a, 1b, 1c 및 1d를 참조하면, 프린트헤드(10)의 2가지 예가 도시되어 있다. 도 1a에 도시된 예는 121mm의 프린트 폭을 제공하는 48개의 압전 유동 채널 분배기(14)의 어레이를 갖는 소형 프린트헤드(10)이다. 도 1b, 1c 및 1d는 기다란 챔버(12)와 챔버(12)에 둘러싸인 720개의 압전 유동 채널 분배기(14)의 큰 어레이를 포함하는 1.8m 폭 프린트헤드의 측면도 및 등각투영도이다. 압전 유동 채널 분배기(14)는 예를 들어, 유체 유동을 지시하는 데 적합한 중공 니들 형태이다. 도 1a 내지 도 1d에 예시된 2개의 예는 동일한 주요 특징을 포함하고 다음 설명은 각 예에 동일하게 적용된다.
프린트헤드(10)는 압전 유동 채널 분배기(14)의 팁이 돌출하도록 구성되는 다중 오리피스 분배 플레이트(16)를 추가로 포함한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 유동 채널 분배기(14)의 팁은 유체 분배에 적합한 노즐 형태이다.
유리하게는, 압전 유동 채널 분배기(14)의 어레이를 제공하는 것은 과도한 양의 코팅을 함유하는 유체의 바스를 필요로 하는 전형적인 코팅 방법의 요건을 제거한다. 대신에, 본 발명의 장치는 제어된 속도로 직물과 같은 기재 재료 상에 직접 유체의 분무화된 미세액적을 분배하도록 구성된다.
도 1a 및 도 1b, 1c 및 1d 각각에 예시된 프린트헤드(10)는 공기 분배 요소(18)를 더 포함하고, 공기 분배 요소(18)는 압축 공기의 공급원(20) 및 공기(21)의 흐름을 지시하도록 구성된 공기 유동 제어기(22)를 포함한다. .
공기 분배 요소(18)는 액적의 확산을 제어하고 액적을 언더코팅된 영역으로 편향시키거나 대안적으로 너무 큰 중공(mid-air)인 건조 액적에 공기의 흐름을 적용함으로써 기재 상의 분배된 미세액적의 균질성을 개선하는 데 사용될 수 있다.
공기 분배 요소(18)로부터 분배된 공기(21)의 흐름은 프린트헤드(10)가 과열되는 것을 방지하기 위해 통합 냉각 시스템으로서 동시에 작용할 수 있다.
또한 도 1a 내지 도 1d에는 탱크(34)가 도시되어 있으며, 탱크(34)는 이하 "헤더 탱크"로 지칭된다. 헤더 탱크(34)는 프린트헤드(10)로부터 분배될 유체를 보유하도록 구성된다. 도 1a에 도시된 예에서, 탱크는 분배될 유체의 100ml 내지 2.5l를 보유한다.
이제 도 2a를 참조하면, 유동 채널 분배기(14)의 어레이의 예시적인 구성이 더 상세하게 도시되어 있다.
예시된 구성에서, 중공 니들 형태인 유동 채널 분배기(14)의 길이는 다중 오리피스 분배 플레이트(16)의 오리피스(28)를 통해 돌출된 니들의 노즐 팁을 갖는 분배된 유체의 방향에 실질적으로 수직이다.
유동 채널 분배기(14)는 수직 압전액추에이터(미도시)에 의한 작동에 응답하여 유체를 분배하도록 구성된다.
특히, 작동 시, 각각의 유동 채널 분배기(14)는 유동 채널의 길이에 실질적으로 수직인 방향으로 유체의 매우 작거나 분무화된 액적을 분배한다.
압전 액추에이터는 도시되어 있지 않지만, 일 실시예에서, 유동 채널은 유동 채널 분배기의 니들과 접촉하는 다수의 압전액추에이터에 의해 작동될 수 있다. 예를 들어, 유동 채널에 수직으로 부착된 2개의 압전액추에이터가 있을 수 있으며, 이는 유체가 증착되는 기재 방향에 수직인 유동 채널의 제어를 가능하게 한다.
유동 채널과 액추에이터의 구성은 분해능 제어의 여러 요소: 어레이에서 개별 노즐의 기재 이동 방향에 수직인 고정 오프셋; 기재 이동 방향에 수직인 진동 및 분배된 유체의 증착 폭을 구현되게 한다.
도 8에 개략적으로 도시된 것을 포함하는 일부 실시예에서, 압전 요소(14)의 어레이는 프로세서(50), 예를 들어 마이크로프로세서에 의해 작동된다. 프로세서(50)는 개별 분배기가 상이한 주파수로 더 적거나 더 많은 유체를 분배하기 위하여 작동되도록 각각의 압전 유동 채널 분배기를 독립적으로 제어하도록 구성된다.
프로세서(50)에 의해 제어되고 필요한 경우 서로 독립적으로 제어될 수 있는 유동 채널 분배기(14)를 갖는 것은 재료의 결정된 흡광도와 일치하도록 유체 증착량의 정밀한 제어를 허용한다. 이는 또한 즉각적인 유체전환을 가능하게 하여 기재 재료에 분배되는 유체 유형을 전환하여 단일 코팅 구동에서 다성분 재료의 제조를 가능하게 한다.
또한, 기재 재료에 분배된 유체의 균질성에서 결함이 검출되는 경우, 전술한 구성은 이러한 이질성의 자동 인라인 보정을 허용한다. 예를 들어, 언더코팅된 유체 영역이 검출되면 분배기에서 분배될 유체의 양이 증가할 수 있다.
압전식 유동 채널 분배기(14)의 어레이가 균일한 길이의 직선형 니들형 분배기의 단일 열로 예시되어 있지만, 어레이의 다른 구성이 여기에서 고려된다. 예를 들어, 어레이는 여러 열의 분배기 또는 다양한 길이의 분배기를 포함할 수 있다. 유동 채널 분배기(14)는 만곡될 수 있거나 서로에 대해 상이한 각도로 될 수 있다.
도 2b는 도 2a와 관련하여 전술한 구성의 단일 유동 채널 분배기(14)의 측면도를 도시한다. 또한, 공기 분배 요소(18)로부터의 공기(21)의 흐름이 유동 채널 분배기(14)의 노즐에 적용되는 것으로 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 공기(21)의 흐름은 분배된 유체의 이동 방향에 실질적으로 평행하다.
이제 도 3a를 참조하면, 프린트헤드(10)의 공기 분배 요소(18)는 유동 채널 분배기(14)의 어레이의 분배 팁에 대해 공기(21)의 흐름을 지향하도록 구성된 것으로 도시되어 있다. 공기(21)의 흐름은 유동 채널 분배기(14)의 길이에 대해 그리고 분배된 유체의 이동 방향에 실질적으로 평행하다.
그렇게 함으로써, 공기 분배 요소(18)는 유체가 분배되고 있는 기재 상의 분배된 유체의 액적의 확산 프로파일을 제어하기 위해 유동 채널 분배기(14)로부터 분배된 유체의 액적을 편향시킨다.
액적 확산 프로파일의 예가 도 3b에 도시되어 있으며, 이는 공기 분배 요소(18)로부터 공기(21)의 흐름이 적용되지 않은 액적 프로파일(50)의 형상 및 공기 분배 요소(18)로부터 공기(21)의 흐름이 적용된 액적 프로파일(52)의 형상을 도시한다.
유리하게는 액적 프로파일과 확산을 제어하면 유체를 더 높은 분해능으로 분배할 수 있다. 기류(21)의 속도는 원하는 분해능을 달성하기 위해 기류 제어기(22)에 의해 제어될 수 있고, 분배된 유체를 편향시키고 따라서 지향시키기 위해 기류를 사용하는 것이 가능하다.
또한, 유동 채널 분배기 팁에 대해 공기(21)의 흐름을 유도하는 것은 잉크와 같은 다른 유형의 유체를 분배하기 위한 프린트헤드에서 알려진 문제의 위험을 감소시키며, 분배된 유체는 분배 요소의 노즐 팁에 축적되고 노즐을 막거나 분배된 유체의 균질성을 감소시킨다.
공기(21)의 흐름으로 분배된 유체를 편향시켜 재료에 대한 유체의 퍼짐 영역을 제어하는 능력은 또한 직물에 대한 유체의 적용을 실시간으로 다양하게 제어할 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 공기 분배 요소(18)의 공기 유동 제어기(22)는 공기(21)의 흐름이 분배된 액적에 주기적으로 적용되게 하도록 구성된다. 예를 들어, 공기 유동 제어기는 1-1,000Hz 범위의 주파수에서 공기 유동이 분배되도록 할 수 있다.
스프레이의 주기적 편향은 인접한 노즐 사이의 평균을 증가시키고 유동 채널 분배기 어레이에 걸쳐 분배된 유체의 균질성을 증가시키는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 공기 유동은 2 - 10 PSI 또는 14 - 69kPa 범위의 압력 및 분당 1 - 100 입방 피트 또는 0.00047 - 0.047m3s-1의 유동 속도로 구동된다.
이제 도 4를 참조하면, 공기(21)의 흐름을 안내하기 위한 공기 분배 요소(18)의 예시적인 구성이 더 상세하게 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 공기 분배 요소는 압축 공기(20)의 공급원으로부터 공기의 흐름을 지향하도록 설계된 케이싱에 둘러싸여 있다. 케이싱은 압축 공기(20)의 공급원으로부터의 공급원에 근접할수록 넓어지고 좁아지도록 구성된다. 이러한 구성은 공기(21)의 흐름이 고속 및 고해상도로 분배될 수 있게 한다.
기류 제어기(22)는 공기가 분배되는지 여부를 제어하기 위해 케이싱 내부에 밸브의 형태를 취할 수 있다. 기류 제어기(22)는 프로세서에 의해 디지털 방식으로 제어된다. 예를 들어, 기류 제어기는 프로세서(50)에 의해 제어될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 프린트헤드(10)가 다중-오리피스 분배 플레이트(16)의 오리피스(28)를 통한 유체 유동에 저항하도록 구성된 밀봉 층(26)을 더 포함하는 본 개시내용의 추가 양태가 설명된다.
밀봉 층(26)은 다수의 개구(30)로 구성되며, 이들 각각은 다중 오리피스 분배 플레이트(16)의 오리피스(28)와 정렬되도록 구성되며, 이를 통해 유동 채널 분배기(14) 어레이의 팁이 돌출된다. 유동 채널 분배기가 돌출되도록 구성된 밀봉 층(26)의 각 개구(30)의 직경은 유동 채널 분배기(14)의 팁의 직경보다 작아서 돌출된 팁이 밀봉 층(26)의 개구(30)의 에지와 밀접하게 접촉하도록 배치되어 프린트헤드(10)의 챔버(12)를 효과적으로 밀봉한다.
예시적인 실시예에서, 밀봉 층(26)은 실리콘 또는 플루오로폴리머와 같은 점탄성 재료로 구성된 다중 오리피스 플레이트이다. 밀봉 층(26)은 예를 들어 점탄성 멤브레인일 수 있다. 밀봉 층의 오리피스는 일반적으로 유동 채널 분배기(14)의 팁보다 직경이 약 10% 더 작다. 예를 들어, 외부 직경이 900미크론인 유동 채널 분배 니들은 직경이 800미크론인 개구로 밀봉되어야 한다.
전술한 구성은 유동 채널 분배기(14)가 작동될 때 최소 마찰 또는 기계적 저항으로 밀봉 층에 대한 유동 채널 분배기(14)의 이동을 가능하게 하면서 챔버(12) 내부의 유체를 효과적으로 밀봉한다. 따라서, 본 발명의 밀봉 층은 유체의 배출을 방해하지 않는다.
일부 실시예에서, 밀봉 층(26)은 비-습윤성 엘라스토머 또는 비-습윤성 코팅(31)이 제공된 엘라스토머로 구성된다. 선택적으로, 다중 오리피스 분배 플레이트(16) 및 유동 채널 분배기(14)의 팁은 또한 비 습윤성 코팅이 제공된다. 밀봉 층과 비습윤 코팅은 챔버에 포함된 구성 요소를 추가로 보호하고 분배된 유체의 원치 않는 누출을 감소시킨다.
비습윤성 코팅은 파릴렌, 플루오로폴리머, 폴리올레핀, 폴리이미드와 같은 소수성 폴리머 재료 중에서 선택된다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 습윤 방지, 저접착 표면 코팅은 반응 혼합물의 반응 생성물이다. 반응 혼합물은 하나 이상의 트리이소시아네이트 및 에톡실화된 스페이서를 포함하는 퍼플루오로폴리에테르 디올 화합물로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 적합한 트리이소시아네이트는 명칭 Desmodur®Mondur® 또는 Impranil®, 예를 들어 Bayer Materials Science로부터 입수가능한 Desmodur®N 3300, Desmodur®N 3790으로 수득된다.
이제 도 6을 참조하면, 압전식 유동 채널 분배기(14)를 둘러싸는 챔버(12)의 예시적인 구성이 도시되어 있으며, 챔버(12)는 유동 채널 분배기(14)의 팁을 둘러싸는 추가 챔버(24)를 포함하며, 이는 추가로 분배기 팁 주변의 기류 및 가스 구성의 제어 정도를 제공하는 데 사용된다.
예를 들어, 추가 챔버는 -100 내지 1000 mm의 H2O 또는 -980 내지 9800 파스칼 범위의 챔버에 제어된 압력이 있도록 알려진 조성 및 유동 프로파일의 유체로 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 동일하거나 상이한 제어된 압력이 챔버(12)에 가해진다.
잘 알려진 유체로 프린트헤드(10)의 내부 구성요소를 포함하는 챔버(12)를 채우는 것은 외부 오염으로부터 챔버(12)를 밀봉하는 것을 도울 뿐만 아니라 유동 채널 분배기(14)의 노즐로부터의 바람직하지 않은 증발 또는 유체의 낙하를 감소시킨다. 또한, 제어된 압력은 유동 채널 분배기(14)로부터 일관된 유동 속도를 유지하는 데 도움이 된다.
도 7을 참조하면, 이제 복수의 프린트헤드에 유체를 공급하기 위한 시스템(32)이 설명될 것이다. 유체가 공급되는 프린트헤드는, 예를 들어, 전술한 프린트헤드(10)와 동일하다.
시스템(32)은 복수의 프린트헤드(10) 각각에 대응하는 복수의 헤더 탱크(34)를 포함하여 각각의 헤더 탱크(34)가 각각의 프린트헤드(10)에 의해 분배될 유체를 수용하도록 한다. 시스템(32)은 복수의 탱크(34) 각각 및 유체 공급 챔버 내의 유체 레벨을 검출하기 위한 센서(36)를 포함한다.
시스템(32)은 유체 공급 챔버(38)와 복수의 탱크(34) 각각 사이의 공급 속도 및 배출 속도를 제어하기 위한 디지털 제어된 재순환 공급물(40)을 추가로 포함하고, 유체 공급 속도 및 유체 배출 속도는 센서(36)에 의해 감지된 유체 레벨에 적어도 부분적으로 프로세서 기반 프로세서에 의해 결정된다.
각각의 헤더 탱크(34)는 재순환 공급물로부터 유체를 수용하기 위한 입구(42) 및 이를 통해 유체가 재순환 공급물(40)에 의해 배수되고 유체 공급 챔버(38)로 다시 유입되는 출구(44)를 포함한다.
시스템(32)의 위에서 언급된 측면은 항상 각 헤더 탱크(34)에서 충분한 수준의 유체를 유지할 수 있고 불필요하거나 사용되지 않은 유체를 유체 공급 챔버(38)로 되돌릴 수 있는 동적 디지털 제어 가능한 시스템을 제공한다. 이는 폐 유체를 줄이고 일정한 유체 유동을 유지하여 막힘 위험을 줄이고 효율성을 높인다.
또한, 일부 실시예에서, 유체 공급 챔버(38)와 복수의 헤더 탱크(34) 각각 사이의 공급 속도 및 배출은 각 탱크에 대해 동일하고 유체 공급 챔버(38)와 각 헤더 탱크(34) 사이의 유체 유동 경로가 동일한 저항으로 각 헤더 탱크(34) 안팎으로 유체의 실질적으로 균일한 흐름을 유지한다.
복수의 헤더 탱크(34) 각각에 대한 실질적으로 균일한 공급 속도 및 배출 속도를 유지하면 각 탱크의 유체 수위가 대략 동일하게 되며, 따라서 단일의 유체 공급 챔버(38)로부터 공급 속도 및 배출 속도를 제어하는 단일 센서에 의해 결정될 수 있다. 이러한 구성은 단일 센서(36)가 다중 헤더 탱크 유체 레벨을 효과적으로 모니터링하고 유지할 수 있게 함으로써 조립체의 비용 및 복잡성을 감소시킨다.
따라서, 상기 구성에서, 센서(36)가 유체 공급 챔버(38)의 특정 지점 이상에 도달한 유체 수위를 감지하는 것에 응답하여, 시스템은 복수의 탱크(34) 각각으로의 공급 속도를 증가시키고 복수의 탱크(34) 각각으로부터 배출 속도를 감소시키도록 구성된다. 유사하게, 센서가 유체 공급 챔버(38)의 유체 레벨이 특정 지점 아래에 도달했음을 감지하는 것에 응답하여, 시스템(32)은 복수의 탱크(34) 각각으로의 공급 속도를 감소시키고 복수의 탱크 각각으로부터 배출 속도를 증가시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 구성은 1mm 미만의 변동의 유체 공급 챔버(38) 내의 주기적으로 변동하는 레벨 유체 레벨 및 +/-0.5mm 범위 내에서 탱크 압력의 유지를 가능하게 한다.
유체 공급 탱크의 수위는 인피드 및 아웃 피드 펌프에 의해 유지된다.
일부 실시예에서 센서는 +/- 0.25mm의 온/오프 레벨 변화를 갖는 용량성 센서이다. 인피드 펌프는 레벨 센서가 꺼져 있을 때 아웃 피드 펌프보다 높은 유동 속도를 증가시켜 탱크 레벨을 증가시키고 레벨 센서가 켜져 있을 때 반대 현상이 발생하여 탱크 레벨을 낮추도록 프로그래밍된다.
일부 실시예에서, 각 헤더 탱크(34)의 유체 출구는 각 탱크(34)의 입구(42)보다 더 높은 레벨에 위치되고 우발적인 유체 공급 과잉의 경우에 각각의 탱크에 대한 최대 유체 레벨을 생성한다.
일부 실시예에서, 복수의 탱크(34) 각각은 탱크 입구(42)에 인접하게 위치된 진공 블리드 밸브(46)를 더 포함한다. 진공 블리드 밸브는 탱크(34)의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우 낮은 저항 흐름 경로를 제공하도록 구성된다. 시스템(32)의 이러한 양태는 탱크 유체 높이의 급격한 증가로 인한 과압에 대해 헤더 탱크 압력이 안정화될 수 있고 공기가 낮은 저항 경로를 통해 헤드스페이스에서 빠져나가도록 함으로써 최소화될 수 있음을 보장한다.
프린트헤드에서 유체를 분배하는 것은 탱크의 유체 압력에 매우 민감하며 유체 분배에서 2mm H2O 또는 20Pa 초과의 변동이 관찰된다. 따라서 정확한 유체 분배는 안정적인 헤더 탱크 압력에 크게 의존된다.
따라서, 일부 실시예에서, 시스템은 적어도 하나의 진공 펌프(48)를 더 포함하고, 진공 펌프는 복수의 헤더 탱크(34) 각각의 헤드스페이스 내의 압력을 제어하도록 구성된다. 진공 펌프는 압력의 주기적인 변동을 최소화하기 위한 고주파 압전 공기 펌프일 수 있다.
이제 도 8a, 8b, 9a 및 9b를 참조하여, 헤더 탱크(34) 및 재순환 공급물(40)의 예시적인 구성이 더 상세하게 설명될 것이다.
도 8a 및 8b는 복수의 각 헤더 탱크(34)의 유체 레벨 및 메니스커스 압력이 조정가능 위어(45)에 의해 제어되는 실시예를 도시한다. 특히, 각 헤더 탱크(34)는 유체를 탱크의 제1 부분으로 공급하는 위로부터 유체 입구(42)로 구성되고 회전 가능, 수축 가능, 또는 달리 조정 가능하며, 탱크의 제2 부분으로부터 제1 부분을 위어 분할하며, 유체 출구(44)는 탱크(34)의 제2 부분의 벽에서 아래쪽에 위치한다.
이러한 구성에서 조정가능 위어(45)의 높이를 회전, 수축 또는 조정하면 탱크의 제1 부분에 있는 유체가 위어를 통해 탱크의 제2 부분으로 유출되는 레벨을 변경하여 탱크의 유체 레벨을 제어할 수 있고 탱크의 일부는 유체 출구(44)를 통해 배출된다. 이러한 구성은 진공 펌프의 필요성을 제거한다.
도 8a에서, 헤더 탱크(34)는 폐쇄 구성으로 도시되어 있다. 도 8b에서 헤더 탱크(34)는 개방 구성으로 도시되어 있다. 도 8b의 개방형 구성은 탱크의 청소 및 유지 관리를 단순화할 수 있다.
도시된 실시예가 탱크 위에 수직으로 위치한 유체 입구(42)와 후방 벽의 아래쪽에 위치한 유체 출구(44)를 도시하지만, 유체 입구 및 출구 모두가 헤더 탱크의 임의의 측벽 위에 또는 위에 위치될 수 있는 다른 구성도 가능하다.
유체 레벨과 메니스커스 압력을 제어하기 위한 대안적인 헤더 탱크 구성이 도 9a 및 9b에 도시된다.
도 9a 및 도 9b의 실시예에서, 조정가능 위어 대신에, 유체 출구(44) 자체가 조정가능하다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 유체 입구(42)와 유체 출구(44) 모두는 헤더 탱크(34) 위에 수직으로 위치되며, 유체 출구(44)는 후퇴 가능하거나 그렇지 않으면 조정 가능하여 헤더 탱크(34)에 도달하는 레벨이 제어 가능하다. 따라서, 유체 출구(44)가 탱크 내로 도달하는 레벨은 탱크(34) 내의 유체 레벨을 제어하는 데 사용될 수 있다.
도 9a에서, 헤더 탱크(34)는 폐쇄 구성으로 도시되어 있다. 도 9b에서 헤더 탱크(34)는 개방 구성으로 도시되어 있다. 도 9b의 개방 구성은 탱크의 세척 및 유지관리를 단순화할 수 있다.
이제 도 10을 참조하여, 본 발명의 요소들의 디지털 제어가 보다 상세하게 설명될 것이다.
전술한 바와 같이, 압전 유동 채널 분배기(14)의 어레이는 프로세서(50)에 의해 개별적이고 독립적으로 제어된다. 유사하게, 공기 분배 요소(18)로부터의 공기(21)의 흐름은 프로세서에 의해 디지털 방식으로 제어되는 공기 유동 제어기(22)에 의해 조절되고 상기 프로세서는 프로세서(50) 또는 다른 프로세서일 수 있다. 또한, 센서(36) 및 재순환 공급물(40)은 모두 센서(36)로부터의 판독값에 기초하여 전술한 공급 속도 및 배수 속도를 결정하는 프로세서와 통신한다. 제어 프로세서는 프로세서(50) 또는 다른 프로세서일 수 있다.
도시된 실시예에서, 동일한 프로세서(50)는 압전 유동 채널 분배기(14), 기류 제어기(22), 센서(36) 및 재순환 공급물(40)의 어레이와 통신하고 이를 제어한다.
예시적인 실시예에서, 프로세서(50)는 마이크로제어기, 시스템 온 칩 또는 단일 보드 컴퓨터에 대응한다. 프로세서(50)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 인터페이스를 포함한다. 특정 다른 실시예에서, 프로세서(50)는 복수의 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및/또는 인터페이스를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 인터페이스는 버스 또는 다른 형태의 상호 연결을 통해 서로 통신합니다. 프로세서(50)는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 예를 들어, 여기에 설명된 시스템의 특정 측면을 제어하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 수행한다. 컴퓨터 판독가능 명령은 비휘발성 메모리에 저장된다. 프로세서(50)는 배터리를 포함할 수 있는 전원으로부터 전원을 제공받는다.

Claims (35)

  1. 유체를 분배하기 위한 프린트헤드(10)로서,
    적어도 하나의 챔버(12),
    적어도 하나의 챔버에 둘러싸인 압전 유동 채널 분배기(14)의 어레이,
    다중 오리피스 분배 플레이트(16), 및
    압축 공기 소스(20) 및 공기 흐름을 안내하도록 구성된 공기 흐름 제어기(22)를 포함하는 공기 분배 요소(18)를 포함하는 프린트헤드(10).
  2. 제1항에 있어서, 압전 유동 채널 분배기는 프로세서(50)에 의해 제어되고, 프로세서는 각각의 압전 유동 채널 분배기를 독립적으로 제어하도록 구성되는 프린트헤드(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공기 분배 요소는 유동 채널 분배기의 분배 팁에 대해 공기의 유동을 지향하도록 구성되는 프린트헤드(10).
  4. 제3항에 있어서, 공기 분배 요소는 제어된 방식으로 분배된 유체를 편향시키기 위해 유동 채널 분배기로부터 분배된 유체의 유동에 실질적으로 평행한 공기의 유동을 지향시키도록 구성되는 프린트헤드(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 분배 요소는 1-1,000Hz 범위의 주파수에서 주기적으로 공기의 흐름을 적용하도록 구성되는 프린트헤드(10).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 챔버는 알려진 조성 및 흐름 프로파일의 유체로 충전되어 챔버에 음수 또는 양수일 수 있는 제어된 압력이 제공되는 프린트헤드(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 프린트헤드는 다중 오리피스 분배 플레이트의 오리피스(28)를 통한 유체 유동에 저항하도록 구성된 밀봉 층(26)을 추가로 포함하는 프린트헤드(10).
  8. 제7항에 있어서, 유동 채널 분배기의 팁은 밀봉 층의 개구(30)와 접촉하고 이를 통해 돌출하도록 구성되며, 압전식으로 작동될 때 최소 마찰 또는 기계적 저항으로 밀봉 층에 대해 이동하도록 추가로 구성되는 프린트헤드(10).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 밀봉 층은 다중 개구를 포함하는 점탄성 멤브레인이고, 멤브레인은 다중 오리피스 분배 플레이트의 각 오리피스를 덮고, 유동 채널 분배기가 돌출하도록 구성되는 멤브레인의 각 개구의 직경은 유동 채널 분배기의 팁의 직경보다 더 작은 프린트헤드(10).
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉 층은 비습윤성 엘라스토머 또는 비습윤성 코팅이 제공된 엘라스토머로 구성되는 프린트헤드(10).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 다중 오리피스 분배 플레이트 및/또는 유동 채널 분배기의 팁은 비습윤 코팅이 제공되는 프린트헤드(10).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 주어진 유동 채널 분배기를 통한 유동 속도는 주어진 흐름 분배기의 듀티 사이클에 의해 제어되는 프린트헤드(10).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 프린트헤드에 의해 분배되는 유체의 속도는 프로세서에 의해 결정된 전압에 의해 제어될 수 있는 프린트헤드(10).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서는 디지털 이미지를 기반으로 분배된 유체의 확산을 제어하는 프린트헤드(10).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 압전 유동 채널 분배기는 프로세서에 의해 수신된 실시간 피드백을 기반으로 제어되고, 실시간 피드백은
    a. 코트 중량 검출;
    b. 색상 검출;
    c. 유동 속도 검출;
    d. 노즐 공진 주파수; 및
    e. 각 노즐에 대한 전기 구동 요구 사항 중 적어도 하나를 포함하는 프린트헤드(10).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 압전 유동 채널은 유체가 노즐 밀봉 영역으로 위킹되는 것을 방지하기 위해 유체가 분배되어야 하는 기판에 대해 기울어져 있는 프린트헤드(10).
  17. 제16항에 있어서, 프린트헤드는 넓은 영역에 걸쳐 분배된 유체를 분배하기 위해 왕복 운동으로 기판에 대해 이동하는 프린트헤드(10).
  18. 제17항에 있어서, 왕복 운동은 프로세서에 의해 수신된 실시간 피드백에 적어도 부분적으로 기초하여 제어되는 프린트헤드(10).
  19. 제18항에 있어서, 실시간 피드백은 기판 전체의 색상 검출을 기반으로 하는 프린트헤드(10).
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 챔버 내부로부터 유동 채널 분배기의 팁을 향하는 방향으로 공기의 유동을 야기하는 프린트헤드에 증가된 공기 압력이 존재하는 프린트헤드(10).
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 프린트헤드는 유동 채널 분배기의 팁을 둘러싸는 추가 챔버를 추가로 포함하는 프린트헤드(10).
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 복수의 프린트헤드에 유체를 공급하기 위한 시스템(32)으로서, 상기 시스템은
    복수의 프린트헤드로부터 분배될 유체를 보유하기 위한 복수의 탱크(34);
    유체 공급 챔버(38);
    유체 공급 챔버의 유체 레벨을 검출하기 위한 센서(36); 및
    유체 공급 챔버와 복수의 탱크 각각 사이의 공급 속도 및 배출 속도를 제어하기 위한 재순환 공급물(40)을 포함하고, 유체 공급 속도 및 유체 배출 속도는 센서에 의해 검출된 유체 레벨에 적어도 부분적으로 기초하여 프로세서에 의해 결정되는 레벨.
  23. 제22항에 있어서, 유체 공급 챔버와 복수의 탱크 각각 사이의 공급 속도 및 배출은 각 탱크에 대해 동일한 시스템.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 센서는 용량성 센서이고, 상기 시스템은:
    센서 스위치 온에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 증가시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 감소시키고;
    센서 스위치 오프에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 감소시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 증가시키도록 구성되는 시스템.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 센서는 압력 센서이고, 상기 시스템은
    센서가 저압을 감지하는 것에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 증가시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 감소시키고; 및
    센서가 고압을 감지하는 것에 응답하여 복수의 탱크 각각으로의 공급 속도를 감소시키고 복수의 탱크 각각으로부터의 배출 속도를 증가시키도록 구성되는 시스템.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 유동 경로는 복수의 탱크 각각의 입구(42) 및 출구(44)를 유체 공급 챔버에 연결하고, 각 탱크에 대한 유체 유동 경로는 동일한 저항을 갖는 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 각 탱크의 출구는 각 탱크의 입구보다 높은 레벨에 위치하며 위어의 원리에 따라 각 탱크에 대한 최대 유체 레벨을 생성하는 시스템.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 복수의 탱크 각각은 탱크 입구에 인접하게 위치한 진공 블리드 밸브(46)를 추가로 포함하고, 진공 블리드 밸브는 탱크 내의 압력이 미리 결정된 한계를 초과하는 경우 낮은 저항 흐름 경로를 제공하도록 구성되는 시스템.
  29. 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은 적어도 하나의 진공 펌프(48)를 더 포함하고, 진공 펌프는 복수의 탱크 각각의 압력을 제어하도록 구성되는 시스템.
  30. 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 탱크의 각 탱크는 위어의 원리에 기초하여 각 탱크의 유체 레벨을 제어하도록 구성된 조정가능 파티션을 더 포함하는 시스템.
  31. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 탱크 중 각 탱크의 유체 출구는 조정가능하고 유체가 배출되는 레벨을 조정하여 각 탱크의 유체 레벨을 제어하도록 구성되는 시스템.
  32. 제29항에 있어서, 압력 제어는 조정당 1초 미만의 대기 시간을 갖는 폐쇄 루프인 시스템.
  33. 제22항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은 유체를 가열 및/또는 교반하도록 추가로 구성되는 시스템.
  34. 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은 유체를 탈기 및/또는 여과하도록 추가로 구성되는 시스템.
  35. 제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프는 각 탱크 내에서 유체를 재순환시키는 데 사용되는 시스템.
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