KR20240027366A - 잉크 시험 장치 - Google Patents

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김장욱
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Abstract

본 발명에 따른 잉크 시험 장치는 잉크 액적을 토출하기 위한 헤드, 제1 구역과 제2 구역 사이에서 상기 헤드를 이송하기 위한 이송 유닛, 상기 제1 구역에 설치되어, 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하기 위한 카메라 및 상기 제2 구역에 설치되어, 미디어를 지지하기 위한 인쇄판을 포함하여, 상기 제1 구역에서, 상기 카메라를 이용해 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하고 그 이미지 정보를 토대로 잉크 액적의 물성을 분석한 후 상기 이송 유닛을 이용해 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로 상기 헤드를 이송하여, 상기 제2 구역에서, 상기 헤드를 이용해 상기 인쇄판 위에 놓인 미디어에 시험 인쇄를 수행함으로써 그 미디어에 대한 잉크의 관계성을 분석할 수 있는 것으로, 상기 제1 구역에서 분석된 결과에 따라, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건이 자동으로 설정될 수 있다.

Description

잉크 시험 장치 {APPARATUS FOR TESTING INK}
본 발명은 잉크 시험 장치에 관한 것이다.
잉크젯용 잉크 개발 시 필요한 장치로, 초고속 카메라를 이용해 잉크 액적을 촬영하여 잉크 액적의 물성을 확인할 수 있는 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 공개특허 10-2010-0037914는 '잉크 드롭 체적 측정 장치 및 방법'을 개시한다. 이에 따르면, 노즐에서 잉크 드롭을 분사하고 카메라를 이용해 시간차를 두고 잉크 드롭을 촬영하여 잉크 드롭 체적을 연산할 수 있다. 하지만, 이러한 장치에 의하면, 해당 잉크로 특정 미디어에 실제 인쇄했을 때, 잉크가 미디어에 안정적으로 안착(잉크 적성도 및 관계성)되는지 등을 확인할 수 없으며, 이를 확인하려면 별도의 장치를 운영해야 하는 문제가 있다.
KR 10-2010-0037914 A
본 발명은 잉크 액적의 물성뿐만 아니라, 미디어에 대한 잉크의 관계성을 분석할 수 있는 잉크 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 액적 체적(Droplet Volumes)을 5-30 pl까지 자유롭게 조정이 가능하며, 젯팅 주파수(Jetting Frequency)와 잉크 물성 점성 레인지(Viscosity Range)에 맞게 조절 및 통제할 수 있는 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 잉크젯 잉크의 분사 액제의 특성을 파악할 수 있으며, 프린트헤드의 설정 조건을 자동으로 관찰, 제어하여 최적의 분사 액제 상태를 유지시킬 뿐만 아니라, 기재 특성에 맞게 인쇄를 할 수 있으며, 최적화 후 간이 인쇄 테스트 분석을 동시에 제공해 주는 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 잉크 시험 장치는 잉크 액적을 토출하기 위한 헤드, 제1 구역과 제2 구역 사이에서 상기 헤드를 이송하기 위한 이송 유닛, 상기 제1 구역에 설치되어, 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하기 위한 카메라 및 상기 제2 구역에 설치되어, 미디어를 지지하기 위한 인쇄판을 포함하여, 상기 제1 구역에서, 상기 카메라를 이용해 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하고 그 이미지 정보를 토대로 잉크 액적의 물성을 분석한 후 상기 이송 유닛을 이용해 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로 상기 헤드를 이송하여, 상기 제2 구역에서, 상기 헤드를 이용해 상기 인쇄판 위에 놓인 미디어에 시험 인쇄를 수행함으로써 그 미디어에 대한 잉크의 관계성을 분석할 수 있는 것으로, 상기 제1 구역에서 분석된 결과에 따라, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건이 자동으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 헤드의 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인쇄판은 미디어를 가열하기 위한 히터를 포함하고, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 인쇄판의 온도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 구역에 설치되어, 미디어에 인쇄되는 잉크에 UV를 조사하기 위한 경화 유닛을 포함하고, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 경화 유닛의 파장을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이송 유닛은 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로 연장되는 스핀들과 상기 스핀들에 맞물리는 너트를 포함하는 볼 스크루, 상기 스핀들을 회전시키기 위한 서보 모터 및 상기 스크루에 나란하게 연장되는 레일과 상기 레일을 따라 슬라이드 가능하게 설치되며 상기 너트에 고정되는 블록을 포함하는 LM 가이드를 포함하며, 상기 헤드는 상기 블록에 결합될 수 있다.
또한, 상기 인쇄판은 상기 헤드가 상기 이송 유닛에 의해 움직이는 방향을 가로지르는 방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 시험 장치는 제1 구역에서, 카메라를 이용해 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하고 그 이미지 정보를 토대로 잉크 액적의 물성을 분석 및 자동 보정을 한 후 이송 유닛을 이용해 제1 구역으로부터 제2 구역으로 헤드를 이송하여, 제2 구역에서, 헤드를 이용해 인쇄판 위에 놓인 미디어에 시험 인쇄를 수행함으로써 그 미디어에 대한 잉크의 관계성을 분석할 수 있어, 하나의 장비로 잉크 액적의 물성도 분석하고 미디어에 대한 잉크의 관계성도 분석할 수 있다.
이때, 제1 구역에서 분석된 결과에 따라, 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건이 자동으로 설정됨으로써, 시험 인쇄를 보다 적합하게 수행할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 시험 장치는 UV 잉크, 수성, 라텍스 잉크에 상관없이 다양하게 운영할 수 있다.
또한, 연속 인쇄(반복 인쇄)를 통해 잉크의 출력 안정성을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 헤드 측을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 이송 유닛 측을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 카메라 측을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 인쇄판 측을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 경화 유닛 측을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치에서 잉크 공급, 세척 및 순환 시스템을 나타낸 것이다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)의 평면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 헤드(11) 측을 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 이송 유닛(12) 측을 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 카메라(13) 측을 나타낸 것이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 인쇄판(14) 측을 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 경화 유닛(15) 측을 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)는 한편으로는 비전 방식으로 잉크 액적의 물성, 예컨대 잉크 액적의 간격, 속도, 크기, 형상 등을 분석하기 위한 제1 구역(S1) 및 잉크젯 방식으로 시험 인쇄를 수행하여 미디어에 대한 잉크의 관계성, 예컨대 미디어에 대한 잉크의 기능성, 부착성, 안정성, 작업성, 적성도 등을 분석하기 위한 제2 구역(S2)을 포함하고(도 3), 다른 한편으로는 헤드(11), 이송 유닛(12), 카메라(13), 인쇄판(14) 및 경화 유닛(15)를 포함한다.
헤드(11)는 잉크 액적을 토출하기 위한 것으로, 토출부의 온도(예컨대 약 30℃ 내지 약 60℃), 전압(예컨대 약 7 V 내지 약 20 V), 주파수(예컨대 약 24 kHz 내지 약 60 kHz) 등을 가변함으로써, 헤드(11)로부터 토출되는 잉크 액적의 상태를 적절하게 조정할 수 있다. 이러한 헤드(11) 자체는 공지된 바와 실질적으로 동일하거나, 통상의 기술자라면 그로부터 쉽게 도출할 수 있는 정도에 해당하므로, 이에 대해 추가적인 설명은 생략한다. 예를 들면, 헤드(11)는 FUJIFILM DIMATIX SG1024, SG600 등 다양한 산업용 헤드를 사용할 수 있으며, 별도 마운팅 장치를 통해 설치될 수 있다. 또한, 헤드(11)는 토출부를 자동으로 청소하기 위한 와이퍼를 포함할 수 있다.
헤드(11)가 제1 구역(S1)에 있을 때, 헤드(11) 아래에는 헤드(11)로부터 토출되는 잉크 액적을 수용하여 배출하기 위한 드레인 수단이 마련될 수 있다. 이러한 드레인 수단은 대부분의 위치에서 대부분의 프린트헤드의 잉크를 수집할 수 있는 크기 또는 형상으로 형성되며, 경사진 바닥을 통해 분사된 잉크를 용이하게 배출하도록 형성될 수 있다.
이송 유닛(12)은 제1 구역(S1)과 제2 구역(S2)에 걸쳐 설치되어, 제1 구역(S1)과 제2 구역(S2) 사이에서 헤드(11)를 이송하는 역할을 한다. 이를 위해, 이송 유닛(12)은 예컨대 제1 구역(S1)으로부터 제2 구역(S2)으로 연장되는 스핀들과 그 스핀들에 맞물리는 너트를 포함하는 볼 스크루, 상기 스핀들을 회전시키기 위한 서보 모터, 상기 스크루에 나란하게 연장되는 레일과 그 레일을 따라 슬라이드 가능하게 설치되며 상기 너트에 고정되는 블록을 포함하는 LM 가이드 등을 포함하여, 헤드(11)가 상기 블록에 결합될 수 있다. 이송 유닛(12)은 헤드(11)가 제1 구역(S1)에서 정해진 작업을 종료하면 자동으로 헤드(11)를 제2 구역(S2)으로 이송할 수 있다.
카메라(13)는 제1 구역(S1)에 설치되어, 헤드(11)로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하기 위한 것으로, 카메라(13) 자체는 공지된 바와 실질적으로 동일하거나, 통상의 기술자라면 그로부터 쉽게 도출할 수 있는 정도에 해당하므로, 이에 대해 추가적인 설명은 생략한다. 예를 들면, 카메라(13)는 OPTEM 초고속 카메라를 사용할 수 있다.
카메라(13) 주변에는 헤드(11)로부터 비산되는 잉크 분진을 흡입하여 포집하기 위한 음압 발생 수단이 마련될 수 있다. 이로써, 작업 환경을 개선하고 헤드 컨디션을 유지할 수 있다. 예를 들면, 음압 발생 수단은 흡입 펌프, 블로어 등을 이용할 수 있다.
인쇄판(14)은 제2 구역(S2)에 설치되어, 미디어를 지지하는 역할을 한다. 이러한 인쇄판(14)은 히터를 포함할 수 있다. 따라서, 히터를 이용해 미디어를 가열(예컨대 30℃ 내지 60℃)함으로써, 미디어에 대한 잉크의 부착성, 적성도 등을 개선할 수 있다. 또한, 인쇄판(14)은 상면에 복수의 홀이 형성되고 그 홀을 통해 음압을 가할 수 있는 음압 발생 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 음압 발생 수단을 이용해 미디어를 흡착함으로써, 미디어의 평판도 및 평활도를 유지할 수 있다. 예를 들면, 음압 발생 수단은 진공 펌프, 블로어, 팬 등을 이용할 수 있다. 또한, 인쇄판(14)은 헤드(11)가 이송 유닛(12)에 의해 움직이는 방향(예컨대 X축 방향)을 가로지르는 방향(예컨대 Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 따라서, 싱글 패스 프린트 방식으로, 헤드(11)가 X축 방향으로 움직이고, 인쇄판(14)이 Y축 방향으로 움직임으로써, 시험 인쇄를 수행할 수 있다. 또한, 최종 인쇄 후 분사 누락, 도트 위치 측정, 인쇄 각도 등 다양한 인쇄 품질을 분석할 수 있으며, 카메라를 이용해 최종 인쇄물의 품질 분석을 수행할 수 있다.
경화 유닛(15)은 제2 구역(S2)에 설치되어, 미디어에 인쇄되는 잉크를 경화시키는 역할을 한다. 예를 들어, UV 잉크를 사용하는 경우, 경화 유닛(15)은 UV LED로서, 그 잉크에 UV(예컨대 100 ~ 400 nm)를 조사하여 UV 잉크를 경화시킬 수 있다. 따라서, 본 시험 장치는 필요 시 수성 잉크, 솔벤트 잉크, 라텍스 잉크 등을 함께 사용할 수 있다.
이상으로 설명한 잉크 시험 장치(10)의 구성에 기초하여, 이하에서는 잉크 시험 장치(10)의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 헤드(11)가 제1 구역(S1)에서 잉크 액적을 토출한다. 이때, 카메라(13)가 헤드(11)로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하며, 그 이미지 정보를 토대로 잉크 액적의 물성, 예컨대 잉크 액적의 간격, 속도, 크기, 형상 등을 분석한다. 이를테면, 카메라(13)에 의해 촬영된 이미지 정보와 미리 저장된 데이터를 비교함으로써 잉크 액적의 물성을 분석할 수 있다. 또한, 분석된 결과에 기초하여 헤드(11)의 온도, 전압, 주파수 등을 가변 하면서 헤드(11)로부터 토출되는 잉크 액적의 물성을 보정하고 최적화할 수 있다. 주파수 가변과 관련하여, 프린트헤드와 유체는 서로 다른 주파수에 의해 다르게 작동하는 경우가 많은데, 본 발명은 주파수 스윕(frequency sweep) 옵션을 통해 주파수의 범위, 이미징 및 방울 측정 동작을 자동으로 스윕하여 분석함으로써, 각 주파수를 수동으로 테스트하는 것보다 훨씬 시간을 절약할 수 있다. 이러한 과정에서, 머신 러닝 또는 딥 러닝을 통해 분석 속도 및 정확도, 보정/최적화 속도 및 정확도 등을 더욱 향상시킬 수 있다.
다음으로, 이송 유닛(12)이 제1 구역(S1)으로부터 제2 구역(S2)으로 헤드(11)를 이송하고, 헤드(11)는 제2 구역(S2)에서 인쇄판(14) 위에 놓인 미디어에 시험 인쇄를 수행하여, 미디어에 대한 잉크의 관계성, 예컨대 미디어에 대한 잉크의 기능성, 부착성, 안정성, 적성도 등을 분석할 수 있다.
특히, 제1 구역(S1)에서 분석된 결과에 따라, 제2 구역(S2)에서 수행될 시험 인쇄의 조건, 예컨대 헤드(11)(또는 토출부)의 온도, 전압, 주파수, 인쇄판(14)(또는 히터)의 온도, 경화 유닛(15)(또는 UV LED)의 광량이 자동으로 설정될 수 있다. 따라서, 전술한 시험 인쇄를 보다 적합하게 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)는 헤드(11)가 장기간 사용되지 않을 때, 헤드(11)가 보관되는 이른바 캐핑 스테이션(capping station)을 포함할 수 있다. 이 경우, 헤드(11)가 캐핑 스테이션에 있을 때, 헤드(11)는 토출부가 예컨대 EPDM으로 이루어진 커버에 의해 보호될 수 있다. 따라서, 토출부가 외부 공기에 의해 건조되는 것을 방지하고, 그 컨디션을 최상으로 유지할 수 있다.
나아가, 헤드(11)가 캐핑 스테이션에 있을 때, 헤드(11)로부터 잉크를 자동으로 배출하는 퍼지(purge) 기능이 제공될 수 있다. 또한, 헤드(11)로부터 미리 정해진 주기로 미리 정해진 양만큼 잉크를 자동으로 액적을 젯팅(마이크로 웨이브 젯팅) 소프트웨어를 통해 미세하게 배출하는 마이크로 젯팅(idle) 젯팅과 일정량을 배출하는 퍼지(Purge) 기능이 제공될 수 있다. 이때, 헤드(11)로부터 배출되는 잉크는 별도의 탱크에 수용되어 배출될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)는 잉크 자동 공급 및 세척 기능이 제공된다. 보다 구체적으로, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉크 시험 장치(10)에서 잉크 공급, 세척 및 순환 시스템을 나타낸 것인데, 도 9를 참조하면, 이는 잉크를 수용하는 잉크 탱크(T1), 잉크 탱크(T1)로부터 헤드(11)로 이어지는 잉크 공급 유로(P1), 세척 용액을 수용하는 세척 용액 탱크(T2), 세척 용액 탱크(T2)로부터 잉크 공급 유로(P1)가 잉크 탱크(T1)에 연결되는 지점으로 이어지는 세척 용액 공급 유로(P2) 및 헤드(11)로부터 잉크 탱크(T1)로 이어지는 잉크 순환 유로(P3)를 포함할 수 있다.
먼저, 헤드(11)로 잉크를 공급하고자 할 경우, 잉크 탱크(T1)로부터 잉크 공급 유로(P1)를 따라 헤드(11)로 잉크를 공급할 수 있다. 이때, 잉크 공급 유로(P1)에는 미리 정해진 양(예컨대 약 1 cc/min 내지 약 100 cc/min)으로 잉크를 일정하게, 자동으로 공급할 수 있도록 정량 펌프, 마이크로 필터, 정밀 마이크로 제어 밸브 등이 마련될 수 있다. 또한, 잉크 탱크(T1)는 C/M/Y/K 등 색상별로 또는 UV/수성/솔벤트/라텍스 등 종류별로 잉크를 각각 수용할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 원하는 잉크를 선택적으로 공급할 수 있다.
또한, 헤드(11)로 어느 한 잉크를 공급한 후 다른 잉크를 공급하고자 할 경우, 세척 용액 탱크(T2)로부터 세척 용액 공급 유로(P2) 및 잉크 공급 유로(P1)를 따라 헤드(11)로 세척 용액을 공급함으로써, 잉크 공급 유로(P1)와 노즐에 있던 잉크를 플러싱(flushing) 및 배출할 수 있다. 이때, 헤드(11)로부터 배출되는 잉크 및 세척 용액은 별도의 탱크에 수용되어 배출될 수 있다.
또한, 헤드(11)가 장기간 사용되지 않는 경우, 미리 정해진 주기로 잉크 탱크(T1)로부터 잉크 공급 유로(P1)를 따라 헤드(11)로, 그리고 다시 잉크 순환 유로(P3)를 따라 잉크 탱크(T1)로 잉크를 순환시킴으로써, 잉크 공급 유로(P1)에 있는 잉크가 굳는 것을 방지하고, 프레쉬(fresh)한 잉크를 항상 공급하여 그 물성을 유지할 수 있다.
이상으로 설명한 잉크 시험 장치(10)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 잉크 시험 장치 중 하나에 불과하다. 본 발명의 기술적 사상은 위 실시예로 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 바에 따라, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 변경할 수 있는 범위까지 모두 포함한다.

Claims (6)

  1. 잉크 액적을 토출하기 위한 헤드,
    제1 구역과 제2 구역 사이에서 상기 헤드를 이송하기 위한 이송 유닛,
    상기 제1 구역에 설치되어, 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하기 위한 카메라 및
    상기 제2 구역에 설치되어, 미디어를 지지하기 위한 인쇄판을 포함하여,
    상기 제1 구역에서, 상기 카메라를 이용해 상기 헤드로부터 토출되는 잉크 액적을 촬영하고 그 이미지 정보를 토대로 잉크 액적의 물성을 분석한 후 상기 이송 유닛을 이용해 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로 상기 헤드를 이송하여, 상기 제2 구역에서, 상기 헤드를 이용해 상기 인쇄판 위에 놓인 미디어에 시험 인쇄를 수행함으로써 그 미디어에 대한 잉크의 관계성을 분석할 수 있는 것으로,
    상기 제1 구역에서 분석된 결과에 따라, 상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건이 자동으로 설정되는 잉크 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 헤드의 온도, 전압 및 주파수 중 적어도 하나를 포함하는 잉크 시험 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄판은 미디어를 가열하기 위한 히터를 포함하고,
    상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 인쇄판의 온도를 포함하는 잉크 시험 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구역에 설치되어, 미디어에 인쇄되는 잉크에 UV를 조사하기 위한 경화 유닛을 포함하고,
    상기 제2 구역에서 수행될 시험 인쇄의 조건은 상기 경화 유닛의 파장을 포함하는 잉크 시험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송 유닛은 상기 제1 구역으로부터 상기 제2 구역으로 연장되는 스핀들과 상기 스핀들에 맞물리는 너트를 포함하는 볼 스크루,
    상기 스핀들을 회전시키기 위한 서보 모터 및
    상기 스크루에 나란하게 연장되는 레일과 상기 레일을 따라 슬라이드 가능하게 설치되며 상기 너트에 고정되는 블록을 포함하는 LM 가이드를 포함하며,
    상기 헤드는 상기 블록에 결합되는 잉크 시험 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄판은 상기 헤드가 상기 이송 유닛에 의해 움직이는 방향을 가로지르는 방향으로 이동 가능하게 설치되는 잉크 시험 장치.
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KR20100037914A (ko) 2008-10-02 2010-04-12 (주)유니젯 잉크 드롭 체적 측정장치 및 방법

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