WO2021190978A1 - Tintenstrahldruckkopf - Google Patents

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WO2021190978A1
WO2021190978A1 PCT/EP2021/056548 EP2021056548W WO2021190978A1 WO 2021190978 A1 WO2021190978 A1 WO 2021190978A1 EP 2021056548 W EP2021056548 W EP 2021056548W WO 2021190978 A1 WO2021190978 A1 WO 2021190978A1
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electrically conductive
electrical conductor
outlet channel
print head
conductive liquid
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PCT/EP2021/056548
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Sebastian FALTINSKI
Timo Weber
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/04—Heads using conductive ink

Definitions

  • the invention relates to an ink jet print head for printing on a substrate.
  • the invention also relates to a printing device and a method for printing on a substrate.
  • digital printing For printing sheets of paper with ink, digital printing using ink jet print heads is widespread.
  • the inkjet printhead has also established itself in the printing of other media, such as, for example, the printing of housing parts made of plastic.
  • digital printing is usually understood to mean printing processes in which the print image is transferred directly from a file or a data stream from a computer to a printing machine without using a static printing form. With its dynamic print image generation, digital printing opens up the possibility of inexpensive individual printing of substrates.
  • liquid droplets In digital printing with an inkjet printhead, small drops of liquid, such as drops of ink, are ejected from the inkjet printhead. After leaving the inkjet printhead, the liquid droplets typically cover a distance of a few millimeters and then hit the substrate to be printed. As soon as an uneven surface, for example the uneven surface of a plastic housing, is to be printed, the inkjet printhead cannot be brought as close as desired to the surface of the substrate to be printed due to the geometry of the substrate to be printed. When printing over a larger distance that is necessary as a result, the quality of the print image is reduced, for example due to the resulting blurring. This is due, among other things, to the movement of the liquid droplets through the air, since the liquid droplets are slowed down and deflected when they collide with air molecules.
  • the kinetic energy of the dispensed liquid drop can be increased, for example. Since the mass of the liquid drop cannot be increased at will without impairing the quality, an increase in the speed of the drop is advisable. On the other hand, the exit speed of the liquid droplets cannot be increased as desired, for example by means of a piezomechanical actuator. It is therefore advisable to further accelerate the liquid drop after it has been ejected from the ink jet nozzle.
  • EP 3 069 884 A1 describes a print head with comb electrodes which are connected to a voltage source and generate an electrical field via which a drop of liquid can be accelerated.
  • an inkjet printhead for printing on a substrate comprising: at least one nozzle adapted to dispense at least one electrically conductive liquid drop; and an outlet channel, arranged on the nozzle, wherein the electrically conductive liquid drop can be dispensed through the outlet channel in the direction of the substrate to be printed; wherein an acceleration means is provided on the outlet channel which is adapted to generate a current flow through the electrically conductive liquid drop and a magnetic field in order to accelerate the electrically conductive liquid drop by means of a force in the outlet channel in the direction of the substrate to be printed.
  • the nozzle can be connected to a fluid reservoir and drops of the electrically conductive fluid can be released in a targeted manner by pressure surges from a piezomechanical actuator. In a rest position, the nozzle can be sealed off by a negative pressure applied above the nozzle, so that the electrically conductive liquid is prevented from flowing out.
  • the electrically conductive liquid drop can be a drop of a printable medium, for example an ink drop of an electrically conductive ink.
  • the outlet channel can be designed as a hollow cylinder or tubular and arranged between the nozzle and the substrate to be printed, so that the electrically conductive liquid drop passes through the outlet channel before it is released onto the substrate to be printed.
  • a central axis of the outlet channel can also be a central axis of the nozzle. The central axis can extend, for example, at right angles to the substrate to be printed.
  • the outlet channel comprises an acceleration means which is adapted to generate a current flow through the electrically conductive liquid droplet. Furthermore, the acceleration means is adapted to generate a magnetic field in order to accelerate the electrically conductive liquid drop by means of a force in the outlet channel in the direction of the substrate to be printed.
  • the term “to accelerate in the outlet channel” can be used to describe an acceleration of the electrically conductive liquid drop along the outlet channel.
  • the accelerating means can comprise two electrodes which can be arranged in the outlet channel or can be designed as parts of the outlet channel.
  • the electrodes can be designed as electrical conductors, for example.
  • the electrically conductive liquid drop runs through the outlet channel, a circuit between the electrodes can be closed by the electrically conductive liquid drop.
  • the distance between the two electrodes can be adapted to a size of the electrically conductive liquid drop so that the electrically conductive liquid drop can touch both electrodes in order to close the circuit.
  • the electrically conductive liquid drop can then be accelerated by the resulting Lorentz force which the electrically conductive liquid drop experiences as a result of the magnetic field acting on it.
  • the Lorentz force acts in the direction of movement of the electrically conductive liquid drop and perpendicular to a current flow direction and to the direction of the magnetic field lines.
  • the electrically conductive liquid drop can have a very low resistance in order to prevent increased heat development with the risk of the electrically conductive liquid evaporating.
  • a low resistance of the electrically conductive liquid drop is also advantageous in order to achieve correspondingly high currents at low voltages so that a current flashover or short circuit between the electrodes can be avoided.
  • the electrically conductive liquid drop can have an electrical conductivity of more than 0.1 S / m (Siemens per meter), in particular of more than 1 S / m or more than 10 S / m.
  • the current flow through the electrically conductive liquid droplet advantageously causes the electrically conductive liquid droplet to move along the outlet channel due to the resulting Lorentz force always accelerated.
  • the electrically conductive liquid drop reaches a higher speed at the end of the acceleration path, a higher kinetic energy and thus a more stable trajectory with which larger distances between the print head and the substrate to be printed can be bridged without the quality of the print image being negatively affected.
  • the accelerating means comprises at least a first electrical conductor and a second electrical conductor, wherein the first electrical conductor and the second electrical conductor are arranged to be electrically insulating from one another, and wherein the first electrical conductor and the second electrical conductor are matched to the electrically conductive one To be in contact with drops of liquid in the outlet channel.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor are adapted to be in contact with the electrically conductive liquid drop in the outlet channel in order to generate the magnetic field. In this case, the magnetic field can be generated by the current flow through the electrically conductive liquid drop.
  • the term “being in contact” can be understood to mean that the electrically conductive liquid drop touches the first and the second electrical conductor at the same time in order to be able to close an electrical circuit.
  • the first and the second electrical conductor can be formed from an electrically conductive material, such as, for example, from a copper material, and can be arranged in the form of a strip along an inner side of the outlet channel.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor can be arranged essentially opposite one another on the inside of the outlet channel over the entire course direction or only in a partial area of the course direction.
  • a long acceleration distance can advantageously be achieved by arranging the first and the second electrical conductor over the entire course direction.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor run along a longitudinal extension of the outlet channel.
  • the magnetic component and thus also the acceleration are advantageous when the direction of movement of the electrically conductive liquid drop runs perpendicular to the magnetic field lines.
  • the electrical conductors can also be arranged in a spiral or in some other way in the outlet channel.
  • the inkjet print head comprises at least two electrical insulating means, the first electrical conductor and the second electrical conductor being arranged essentially opposite one another and being separated from one another on both sides by means of one of the electrical insulating means for electrically insulating the electrical conductors from one another.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor can advantageously each be designed as one half of an outlet channel separated along the longitudinal direction.
  • the two halves can each be isolated from one another by means of an electrical insulating means, which can be designed, for example, as a plastic strip or also as an electrically insulating adhesive.
  • the outlet channel can then run on an inside of such an arrangement.
  • a connection of a power supply in particular a direct current supply, can be connected to a respective connection on each of the two halves configured as electrical conductors.
  • a very compact structure is also advantageously achieved by the design described above.
  • the inkjet printhead comprises an electrical insulating means, wherein the electrical insulating means is designed as a tubular element, and wherein the outlet channel is formed on an inside of the tubular element.
  • the electrical insulating means can be designed as a plastic tube and the outlet channel can run on the inside of the outlet channel.
  • the outlet channel can also be designed differently.
  • the outlet channel can also be configured to be elliptical or rectangular, depending on the configuration of the electrical insulating means.
  • first electrical conductor and the second electrical conductor are arranged as current-conducting paths essentially opposite one another on the inside of the tubular element.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor can be glued, vapor-deposited or otherwise arranged as conductor tracks on the inside of the tubular element.
  • connection contacts can be arranged on the conductor tracks for connecting the power supply.
  • the outlet channel runs in a funnel shape between the nozzle and the substrate to be printed.
  • a diameter of the outlet channel can taper in the direction of the substrate to be printed.
  • the electrical conductors can be arranged at least in some areas on the tapered diameter.
  • the nozzle comprises a piezomechanical actuator, in particular a piezomechanical drop-on-demand actuator.
  • a piezo element can be deformed by applying an electrical voltage in such a way that the deformation generates a pressure wave in the liquid reservoir, which causes a liquid drop to be ejected through the nozzle.
  • the inkjet printhead can be used for a printing technique known as drop-on-demand.
  • a printing technique known as drop-on-demand.
  • drops of liquid are ejected when they are actually needed.
  • the electrically conductive liquid drop comprises an electrically conductive ink, an electrically conductive adhesive, an electrically conductive lubricant, or an electrically conductive coating agent.
  • adhesive, lubricant or coating agent can also advantageously be printed onto the substrate.
  • the acceleration means has a means for generating the magnetic field, in particular a permanent magnet or an electric magnet.
  • the means for generating the magnetic field can, for example, at least regionally be arranged on the outlet channel in order to generate a magnetic field perpendicular to the direction of flow.
  • the means for generating the magnetic field can be used in addition to the first electrical conductor and the second electrical conductor.
  • the invention also relates to a printing device for printing on a substrate, comprising an ink jet printhead as described herein.
  • the printing device has a power source, in particular a direct current source, for generating a current flow through the electrically conductive liquid drop.
  • the printing device can have a control means which, for example, can be comprised by the power source and, in addition to the power source, can be further adapted to control the nozzle and / or the means for generating the magnetic field.
  • a control means which, for example, can be comprised by the power source and, in addition to the power source, can be further adapted to control the nozzle and / or the means for generating the magnetic field.
  • the invention further relates to a method for printing a substrate, comprising:
  • Dispensing at least one electrically conductive liquid droplet through a nozzle of an inkjet printhead Dispensing at least one electrically conductive liquid droplet through a nozzle of an inkjet printhead
  • Fig. 1 is a view of an ink jet print head according to a first
  • FIG. 2A, 2B show sectional views of two possible configurations of the outlet channel along the section line AA shown in FIG. 1; and Fig. 3 is a view of an ink jet print head according to a second
  • FIG. 1 shows a view of an ink jet print head 1 according to a first embodiment.
  • the illustrated ink jet print head 1 has a nozzle 3 which is adapted to dispense an electrically conductive liquid drop 7.
  • the nozzle 3 shown is connected to a liquid reservoir and has a piezomechanical actuator which can be deformed by applying an electrical voltage in such a way that the deformation generates a pressure wave in the liquid reservoir that causes the electrically conductive liquid drop 7 to be ejected through the Nozzle 3 causes.
  • the illustrated inkjet print head 1 can be used for a printing technique known as drop-on-demand.
  • the electrically conductive liquid drop 7 shown by way of example in FIG. 1 can, as an alternative to an electrically conductive ink, also comprise an adhesive, a lubricant, a coating agent, or another electrically conductive liquid that is to be applied to a substrate 17.
  • the substrate 17 is shown in Figure 1 as a substrate 17 having a planar surface, such as a sheet of paper. In embodiments that are not shown, the substrate can also comprise a surface with a three-dimensional surface.
  • FIG. 1 shows an outlet channel 5 which is arranged on the nozzle 3. As shown, the electrically conductive liquid drop 7 is discharged through the outlet channel 5 in the direction of the substrate 17 to be printed.
  • the central axis of the outlet channel 5 is also a central axis of the nozzle 3.
  • the central axis extends at right angles to the substrate 17 to be printed.
  • the acceleration means 9 has a first electrical conductor 11a and a second electrical conductor 11b, which are arranged as electrodes in or on the outlet channel 5.
  • FIG. 1 also shows that the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b each have a connection contact for connecting a current source 19.
  • an electrical conductor with a positive pole is the Power source 19 is connected and the other electrical conductor is connected to a negative pole of the power source 19.
  • the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b extend in the embodiment shown in Figure 1 over the entire length of the outlet channel 5.
  • the electrical conductors can also be designed so that they only extend over a portion of the length of the outlet channel extend.
  • FIG. 1 shows that the electrically conductive liquid drop 7 runs through the outlet channel 5 and thereby closes a circuit between the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b.
  • the distance between the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b is selected such that the electrically conductive liquid drop 7 can touch both electrical conductors 11a, 11b in order to complete the circuit.
  • the magnetic field B can be generated by the current flow through the electrically conductive liquid drop.
  • the electrically conductive liquid drop 7 is accelerated by the resulting Lorentz force FL, which the electrically conductive liquid drop 7 experiences through a magnetic field B.
  • the Lorentz force FL acts in the direction of movement of the electrically conductive liquid drop 7.
  • a means 13 for generating a magnetic field B is also arranged on or around the outlet channel 5 in FIG. 1 in order to generate the magnetic field B perpendicular to the direction of the current.
  • the means 13 for generating the magnetic field B can have a height which corresponds to the height of the electrical conductors 11a, 11b.
  • FIGS. 2A and 2B show sectional views of two possible configurations of the outlet channel 5 along the section line A-A shown in FIG.
  • FIG. 2A shows a possible structure of the outlet channel 5 and the accelerating means 9, the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b being arranged essentially opposite one another and being separated from one another by means of an electrical insulating means 15a, 15b, for electrically isolating the electrical conductors 11a, 11b from one another.
  • the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b can thereby form part of the outlet channel 5.
  • the means 13 for generating a magnetic field B is arranged around the outlet channel 5 in order to generate the magnetic field B perpendicular to the direction of flow, as shown.
  • the means 13 for generating a magnetic field B can also not be arranged exactly perpendicular, but at a certain angle to the electrical conductors 11a, 11b.
  • FIG. 2B shows an alternative structure of the outlet channel 5 and the acceleration means 9, the electrical insulating means 15 being designed as a tubular element, and the outlet channel 5 running on an inside of the tubular element.
  • the first electrical conductor 9a and the second electrical conductor 9b are arranged as current-conducting paths essentially opposite one another on the inside of the electrical insulating means 15 shown as a tubular element.
  • the first electrical conductor 11a and the second electrical conductor 11b can be glued, vapor-deposited or otherwise arranged on the inside of the outlet channel 5.
  • FIG. 3 shows a view of an ink jet print head T according to a second embodiment.
  • the inkjet print head T shown differs from the inkjet print head previously shown in FIG. 1 in that the outlet channel 5 'runs in a funnel shape between the nozzle 3' and the substrate 17 'to be printed.
  • a diameter of the outlet channel 5 'tapers in the direction of the substrate 17' to be printed As shown in FIG. 3, a diameter of the outlet channel 5 'tapers in the direction of the substrate 17' to be printed.

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Abstract

Ein Tintenstrahldruckkopf zum Bedrucken eines Substrats, umfasst: zumindest eine Düse, angepasst zumindest einen elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen abzugeben; und einen Austrittskanal, angeordnet an der Düse, wobei der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen durch den Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats abgebbar ist; wobei am Austrittskanal ein Beschleunigungsmittel vorgesehen ist, das angepasst ist, einen Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen sowie ein Magnetfeld zu erzeugen, um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen mittels einer Kraft in dem Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats zu beschleunigen. Weiterhin werden eine Druckvorrichtung und ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats vorgeschlagen.

Description

Tintenstrahldruckkopf
Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf zum Bedrucken eines Substrats. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Druckvorrichtung und ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats.
Zum Bedrucken von Papierbögen mit Tinte, ist der Digitaldruck unter Verwendung von Tintenstrahldruckköpfen stark verbreitetet. Allerdings hat sich der Tintenstrahldruckkopf auch bei der Bedruckung weiterer Medien, wie beispielsweise der Bedruckung von Gehäuseteilen aus Kunststoff durchgesetzt. Unter dem Begriff „Digitaldruck“ werden üblicherweise Druckverfahren verstanden, bei denen das Druckbild direkt aus einer Datei oder einem Datenstrom von einem Computer in eine Druckmaschine übertragen wird, ohne dass eine statische Druckform benutzt wird. Der Digitaldruck eröffnet mit seiner dynamischen Druckbilderzeugung die Möglichkeit zum preisgünstigen Individualbedrucken von Substraten.
Beim Digitaldruck mit einem Tintenstrahldruckkopf werden kleine Flüssigkeitstropfen, beispielsweise Tintentropfen, aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßen. Nach dem Verlassen des Tintenstrahldruckkopfs überwinden die Flüssigkeitstropfen typischerweise eine Strecke von wenigen Millimetern und treffen dann auf das zu bedruckende Substrat auf. Sobald nun eine unebene Oberfläche, beispielsweise die unebene Oberfläche eines Kunststoffgehäuses, bedruckt werden soll, kann der Tintenstrahldruckkopf auf Grund der Geometrie des zu bedruckenden Substrats nicht beliebig nah an die zu bedruckende Fläche des Substrats herangeführt werden. Beim Drucken über einen dadurch notwendigen größeren Abstand wird die Qualität des Druckbilds, beispielsweise durch eine resultierende Unschärfe, gemindert. Dies ist unter anderem auf die Bewegung der Flüssigkeitstropfen durch die Luft zurückzuführen, da die Flüssigkeitstropfen bei Zusammenstößen mit Luftmolekülen gebremst und abgelenkt werden.
Um die Flugbahn zu stabilisieren, kann beispielsweise die kinetische Energie des abgegebenen Flüssigkeitstropfens erhöht werden. Da die Masse des Flüssigkeitstropfens nicht beliebig gesteigert werden kann ohne die Qualität zu beeinträchtigen, bietet sich eine Erhöhung der Tropfengeschwindigkeit an. Andererseits ist die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen, beispielsweise durch einen piezomechanischen Aktor nicht beliebig steigerbar. Daher bietet es sich an, den Flüssigkeitstropfen nach dem Ausstößen aus der Tintenstrahldüse weiter zu beschleunigen. Zur Anpassung der Druckdistanz, beschreibt beispielsweise die EP 3 069 884 A1 einen Druckkopf mit Kammelektroden, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind und ein elektrisches Feld erzeugen, über das ein Flüssigkeitstropfen beschleunigt werden kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Steigerung der Tropfengeschwindigkeit sind jedoch platzaufwendig und komplex zu realisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Tintenstrahldruckkopf mit einer stabileren Flugbahn der aus dem Tintenstrahldruckkopf austretenden Flüssigkeitstropfen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Tintenstrahldruckkopf zum Bedrucken eines Substrats bereitgestellt, aufweisend: zumindest eine Düse, angepasst zumindest einen elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen abzugeben; und einen Austrittskanal, angeordnet an der Düse, wobei der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen durch den Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats abgebbar ist; wobei am Austrittskanal ein Beschleunigungsmittel vorgesehen ist, das angepasst ist, einen Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen sowie ein Magnetfeld zu erzeugen, um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen mittels einer Kraft in dem Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats zu beschleunigen.
Die Düse kann mit einem Flüssigkeitsspeicher in Verbindung stehen und durch Druckstöße eines piezomechanischen Aktors können gezielt Tropfen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit abgegeben werden. In einer Ruhestellung kann die Düse von einem oberhalb der Düse angelegten Unterdrück dichtend verschlossen sein, sodass ein Herausrinnen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit verhindert wird. Der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen kann ein Tropfen eines druckbaren Mediums, beispielsweise ein Tintentropfen einer elektrisch leitfähigen Tinte sein.
Der Austrittskanal kann als Hohlzylinder oder rohrförmig ausgebildet sein und zwischen der Düse und dem zu bedruckenden Substrat angeordnet sein, so dass der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen bevor er auf das zu bedruckende Substrat abgegeben wird, durch den Austrittskanal hindurchtritt. Beispielsweise kann eine Mittelachse des Austrittskanals auch eine Mittelachse der Düse sein. Die Mittelachse kann sich beispielsweise rechtwinklig zu dem bedruckenden Substrat erstrecken.
Der Austrittskanal umfasst ein Beschleunigungsmittel, das angepasst ist einen Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen zu erzeugen. Weiterhin ist das Beschleunigungsmittel angepasst ein Magnetfeld zu erzeugen, um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen mittels einer Kraft in dem Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats zu beschleunigen. Der Begriff „in dem Austrittskanal zu beschleunigen“ kann dazu verwendet eine Beschleunigung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens entlang des Austrittskanals zu beschreiben.
Das Beschleunigungsmittel kann in Beispielen zwei Elektroden umfassen, die in dem Austrittskanal angeordnet sein können, oder als Teile des Austrittskanals ausgebildet sein können. Die Elektroden können beispielsweise als elektrische Leiter ausgestaltet sein. Wenn der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen durch den Austrittskanal läuft, kann durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen ein Stromkreis zwischen den Elektroden geschlossen werden. Hierfür kann der Abstand zwischen den beiden Elektroden an eine Größe des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens angepasst sein, damit der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen beide Elektroden berühren kann, um den Stromkreis zu schließen. Eine Beschleunigung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens kann dann durch die resultierende Lorentzkraft, die der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen durch das auf ihn einwirkende magnetische Feld erfährt, erfolgen. Die Lorentzkraft wirkt in Bewegungsrichtung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens und senkrecht zu einer Stromflussrichtung und zur Richtung der Magnetfeldlinien.
Der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen kann in Beispielen einen sehr geringen Widerstand aufweisen, um eine erhöhte Wärmeentwicklung mit dem Risiko des Verdampfens der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit zu unterbinden. Auch ist ein geringer Widerstand des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens vorteilhaft, um entsprechend hohe Ströme bei geringen Spannungen zu erreichen, damit ein Stromüberschlag oder Kurzschluss zwischen den Elektroden vermieden werden kann. Beispielsweise kann der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen eine elektrische Leitfähigkeit über 0,1 S/m (Siemens pro Meter) aufweisen, insbesondere von mehr als 1 S/m oder mehr als 10 S/m.
Vorteilhaft bewirkt, entsprechend der „Drei-Finger-Regel“, der Stromfluss durch den elektrisch leifähigen Flüssigkeitstropfen, dass sich der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen aufgrund der resultierenden Lorentzkraft entlang des Austrittskanals immer weiter beschleunigt. Dadurch erreicht der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen am Ende der Beschleunigungsstrecke eine höhere Geschwindigkeit, eine höhere kinetische Energie und dadurch eine stabilere Flugbahn mit der auch größere Abstände zwischen Druckkopf und dem zu bedruckenden Substrat überbrückt werden können, ohne dass die Qualität des Druckbilds negativ beeinflusst wird.
In einem Beispiel umfasst das Beschleunigungsmittel zumindest einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter, wobei der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter voneinander elektrisch isolierend angeordnet sind, und wobei der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter angepasst sind mit dem elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen in dem Austrittskanal in Kontakt zu stehen. In einem Beispiel sind der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter angepasst mit dem elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen in dem Austrittskanal in Kontakt zu stehen zum Erzeugen des Magnetfeldes. Hierbei kann durch den Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen das Magnetfeld erzeugt werden.
Unter dem Begriff „in Kontakt stehen“ kann verstanden werden, dass der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen gleichzeitig den ersten und den zweiten elektrischen Leiter berührt, um einen elektrischen Stromkreis schließen zu können.
Beispielswiese können der erste und der zweite elektrische Leiter aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise aus einem Kupfermaterial, ausgebildet sein und streifenförmig entlang einer Innenseite des Austrittskanals angeordnet sein. Beispielsweise können der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter im Wesentlichen gegenüberliegend an der Innenseite des Austrittkanals über die gesamte Verlaufsrichtung oder nur in einem Teilbereich der Verlaufsrichtung angeordnet sein.
Vorteilhaft kann durch eine Anordnung des ersten und des zweiten elektrischen Leiters über die gesamte Verlaufsrichtung eine lange Beschleunigungsstrecke erreicht werden.
In einem Beispiel verlaufen der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter entlang einer Längsausdehnung des Austrittskanals.
Vorteilhaft sind die magnetische Komponente und damit auch die Beschleunigung am größten, wenn die Bewegungsrichtung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens senkrecht zu den magnetischen Feldlinien verläuft. In Beispielen können die elektrischen Leiter, abhängig von dem Einsatzgebiet, auch spiralförmig oder anderweitig in dem Austrittskanal angeordnet sein.
In einem Beispiel umfasst der Tintenstrahldruckkopf mindestens zwei elektrische Isoliermittel, wobei der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander angeordnet sind und voneinander beidseitig mittels jeweils einem der elektrischen Isoliermittel getrennt sind zum elektrischen Isolieren der elektrischen Leiter gegeneinander.
Vorteilhaft können der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter als jeweils eine Hälfte eines entlang der Längsrichtung getrennten Austrittskanals ausgebildet sein. Die beiden Hälften können mittels jeweils eines elektrischen Isoliermittels, das beispielsweise als Kunststoffstreifen oder auch als elektrisch isolierender Klebstoff ausgebildet sein kann, voneinander isoliert werden. Der Austrittskanal kann dann an einer Innenseite einer derartigen Anordnung verlaufen.
Beispielsweise kann ein Anschluss einer Stromversorgung, insbesondere einer Gleichstromversorgung, an jeweils einem Anschluss an jeder der beiden als elektrische Leiter ausgestalteten Hälften angeschlossen sein.
Weiter vorteilhaft wird durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung ein sehr kompakter Aufbau erzielt.
In einem Beispiel umfasst der Tintenstrahldruckkopf ein elektrisches Isoliermittel, wobei das elektrische Isoliermittel als rohrförmiges Element ausgebildet ist, und wobei der Austrittskanal an einer Innenseite des rohrförmigen Elements ausgebildet ist.
Beispielsweise kann das elektrische Isoliermittel als Kunststoffrohr ausgebildet sein und der Austrittskanal an der Innenseite des Austrittskanals verlaufen. In alternativen Beispielen kann der Austrittskanals auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Austrittskanal auch elliptisch oder rechteckig ausgestaltet sein, abhängig von der Ausgestaltung des elektrischen Isoliermittels.
In einem Beispiel sind der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter als stromleitende Bahnen im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander an der Innenseite des rohrförmigen Elements angeordnet. Der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter können als Leiterbahnen an der Innenseite des rohrförmigen Elementes aufgeklebt, aufgedampft oder anderweitig angeordnet sein. Weiterhin können Anschlusskontakte an den Leiterbahnen zum Anschluss der Stromversorgung angeordnet sein.
Vorteilhaft kann durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung ein fertigungstechnisch sehr günstiger Aufbau erzielt werden.
In einem Beispiel verläuft der Austrittskanal trichterförmig zwischen der Düse und dem zu bedruckenden Substrat. Beispielsweise kann sich ein Durchmesser des Austrittskanals in Richtung des zu bedruckenden Substrats verjüngen. Beispielsweise können die elektrischen Leiter zumindest bereichsweise an dem verjüngten Durchmesser angeordnet sein.
In einem Beispiel umfasst die Düse einen piezomechanischen Aktor, insbesondere einen piezomechanischen Drop-on-Demand Aktor.
In diesem Beispiel kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Piezo-Element derart verformt werden, dass durch die Verformung eine Druckwelle in dem Flüssigkeitsspeicher erzeugt wird, die ein Ausstößen eines Flüssigkeitstropfens durch die Düse bewirkt.
Insbesondere kann der Tintenstrahldruckkopf für eine als Drop-on-Demand bekannte Drucktechnik genutzt werden.. Vorteilhaft werden nur Flüssigkeitstropfen ausgestoßen, wenn sie tatsächlich benötigt werden.
In einem Beispiel umfasst der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen eine elektrisch leitfähige Tinte, einen elektrisch leitfähigen Klebstoff, ein elektrisch leitfähiges Schmiermittel, oder ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmittel.
Vorteilhaft kann neben elektrisch leitfähiger Tinte, beispielsweise zur Beschriftung eines Gehäuses, auch Klebstoff, Schmiermittel oder Beschichtungsmittel, auf das Substrat aufgedruckt werden.
In einem Beispiel weist das Beschleunigungsmittel ein Mittel zum Erzeugen des Magnetfeldes, insbesondere einen Dauermagneten oder einen elektrischen Magneten auf. Das Mittel zum Erzeugen des Magnetfeldes kann beispielsweise zumindest bereichsweise an dem Austrittskanal angeordnet sein, um ein Magnetfeld senkreckt zu der Stromrichtung zu erzeugen. Das Mittel zum Erzeugen des Magnetfeldes kann ergänzend zu dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter eingesetzt werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Substrats, aufweisend einen hierin beschriebenen Tintenstrahldruckkopf.
In einem Beispiel weist die Druckvorrichtung eine Stromquelle, insbesondere eine Gleichstromquelle, auf zum Erzeugen eines Stromflusses durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen.
Weiterhin kann, in einem Beispiel, die Druckvorrichtung ein Steuermittel aufweisen, das beispielsweise von der Stromquelle umfasst sein kann und neben der Stromquelle weiter angepasst sein kann die Düse und/oder das Mittel zum Erzeugen des Magnetfeldes zu steuern.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats, aufweisend:
Abgeben zumindest eines elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens durch eine Düse eines Tintenstrahldruckkopfs; und
Beschleunigen des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens in einem Austrittskanal angeordnet an der Düse in Richtung des zu bedruckenden Substrats, wobei das Beschleunigen aufweist:
Erzeugen eines Stromflusses durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen sowie ein Magnetfeld, um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen mittels einer Kraft in dem Austrittskanal in Richtung des zu bedruckenden Substrats zu beschleunigen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer ersten
Ausführungsform;
Fig. 2A, 2B Schnittansichten von zwei Ausgestaltungsmöglichkeiten des Austrittskanals entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittlinie A-A; und Fig. 3 eine Ansicht eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer zweiten
Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Tintenstrahldruckkopfs 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der gezeigte Tintenstrahldruckkopf 1 weist eine Düse 3 auf, die angepasst ist einen elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen 7 abzugeben.
Die gezeigte Düse 3 steht mit einem Flüssigkeitsspeicher in Verbindung und weist einen piezomechanischer Aktor auf, der sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung derart verformen kann, dass durch die Verformung eine Druckwelle in dem Flüssigkeitsspeicher erzeugt wird, die ein Ausstößen des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens 7 durch die Düse 3 bewirkt.
Der gezeigte Tintenstrahldruckkopf 1 kann für eine als Drop-on-Demand bekannte Drucktechnik genutzt werden.
Der beispielhaft in Figur 1 gezeigte elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen 7 kann alternativ zu einer elektrisch leitfähigen Tinte, auch ein Klebstoff, ein Schmiermittel, ein Beschichtungsmittel, oder eine andere elektrisch leitfähige Flüssigkeit umfassen, die auf ein Substrat 17 aufgebracht werden soll. Das Substrat 17 wird in Figur 1 als ein Substrat 17 mit einer ebenen Fläche, wie beispielsweise ein Papierbogen gezeigt. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann das Substrat auch eine Fläche mit einer dreidimensionalen Oberfläche umfassen.
Weiterhin wird in Figur 1 ein Austrittskanal 5 gezeigt, der an der Düse 3 angeordnet ist. Wie gezeigt, wird der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen 7 durch den Austrittskanal 5 in Richtung des zu bedruckenden Substrats 17 abgegeben.
Wie weiterhin in Figur 1 gezeigt, ist die Mittelachse des Austrittskanals 5 auch eine Mittelachse der Düse 3. Die Mittelachse erstreckt sich in der gezeigten Ausführungsform rechtwinklig zu dem bedruckenden Substrat 17.
Das Beschleunigungsmittel 9 weist in der Figur 1 einen ersten elektrischen Leiter 11a und einen zweiten elektrischen Leiter 11b auf, die als Elektroden in oder an dem Austrittskanal 5 angeordnet sind. Auch wird in Figur 1 gezeigt, dass der erste elektrische Leiter 11a und der zweite elektrischer Leiter 11b jeweils einen Anschlusskontakt zum Anschluss einer Stromquelle 19 aufweisen. Hierfür ist ein elektrischer Leiter mit einem positiven Pol der Stromquelle 19 verbunden und der jeweils andere elektrische Leiter ist verbunden mit einem negativen Pol der Stromquelle 19.
Der erste elektrische Leiter 11a und der zweite elektrische Leiter 11b erstrecken sich in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform über die gesamte Länge des Austrittskanals 5. In nicht gezeigten Ausführungsformen können die elektrischen Leiter auch so ausgebildet sein, dass sie sich lediglich über einen Teilbereich der Länge des Austrittskanals erstrecken.
Weiterhin ist in Figur 1 gezeigt, dass der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen 7 durch den Austrittskanal 5 läuft und dabei einen Stromkreis zwischen dem ersten elektrischen Leiter 11a und dem zweiten elektrischen Leiter 11b schließt. Hierfür ist der Abstand zwischen dem ersten elektrischen Leiter 11a und dem zweiten elektrischen Leiter 11b derart gewählt, dass der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen 7 beide elektrische Leiter 11a, 11b berühren kann, um den Stromkreis zu schließen. Hierbei kann durch den Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen das Magnetfeld B erzeugt werden.
Eine Beschleunigung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens 7 erfolgt durch die resultierende Lorentzkraft FL, die der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen 7 durch ein magnetisches Feld B erfährt.
Wie in Figur 1 gezeigt, wirkt die Lorentzkraft FL in der Bewegungsrichtung des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens 7.
Optional ist in Figur 1 auch ein Mittel 13 zum Erzeugen eines Magnetfeldes B an bzw. um den Austrittskanal 5 angeordnet, um das Magnetfeld B senkreckt zu der Stromrichtung zu erzeugen. Das Mittel 13 zum Erzeugen des Magnetfels B kann eine Höhe haben, die der Höhe der elektrischen Leiter 11a, 11b entspricht.
Die Figuren 2A und 2B zeigen Schnittansichten von zwei Ausgestaltungsmöglichkeiten des Austrittskanals 5 entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittlinie A-A.
In Figur 2A wird ein möglicher Aufbau des Austrittskanals 5 und des Beschleunigungsmittels 9 gezeigt, wobei der erste elektrische Leiter 11a und der zweite elektrische Leiter 11b im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander angeordnet sind und voneinander mittels jeweils eines elektrischen Isoliermittels 15a, 15b getrennt sind, zum elektrischen Isolieren der elektrischen Leiter 11a, 11b gegeneinander. Wie in Figur 2A gezeigt wird, können der erste elektrische Leiter 11a und der zweite elektrische Leiter 11b hierdurch einen Teil des Austrittskanals 5 bilden.
Das Mittel 13 zum Erzeugen eines Magnetfeldes B ist um den Austrittskanal 5 angeordnet, um das Magnetfeld B, wie gezeigt, senkreckt zu der Stromrichtung zu erzeugen. Abhängig von dem Einsatzgebiet, kann das Mittel 13 zum Erzeugen eines Magnetfeldes B aber auch nicht exakt senkrecht, sondern in einem bestimmten Wnkel zu den elektrischen Leitern 11a, 11b angeordnet sein.
In Figur 2B wird ein alternativer Aufbau des Austrittskanals 5 und des Beschleunigungsmittels 9 gezeigt, wobei das elektrische Isoliermittel 15 als rohrförmiges Element ausgebildet ist, und wobei der Austrittskanal 5 an einer Innenseite des rohrförmigen Elements verläuft. We es in Figur 2B gezeigt ist, sind der erste elektrische Leiter 9a und der zweite elektrische Leiter 9b als stromleitende Bahnen im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander an der Innenseite des als rohrförmigen Element gezeigten elektrischen Isoliermittels 15 angeordnet. Der erste elektrische Leiter 11a und der zweite elektrische Leiter 11b können in dem in Figur 2B gezeigten Aufbau an der Innenseite des Austrittskanals 5 aufgeklebt, aufgedampft oder anderweitig angeordnet sein.
Figur 3 zeigt eine Ansicht eines Tintenstrahldruckkopfs T gemäß einer zweiten Ausführungsform. In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform unterscheidet sich der gezeigte Tintenstrahldruckkopf T von dem zuvor in Figur 1 gezeigten Tintenstrahldruckkopf darin, dass der Austrittskanal 5‘ trichterförmig zwischen der Düse 3‘ und dem zu bedruckenden Substrat 17‘ verläuft. We in Figur 3 gezeigt, verjüngt sich ein Durchmesser des Austrittskanals 5‘ in Richtung des zu bedruckenden Substrats 17‘.
Bezugszeichenliste 1 , r Tintenstrahldruckkopf
3, 3‘ Düse
5, 5‘ Austrittskanal
7, T Flüssigkeitstropfen 9, 9‘ Beschleunigungsmittel 11a, 11a‘ erster elektrischer Leiter
11b, 11 b‘ zweiter elektrischer Leiter
13, 13‘ Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes
15, 15a, 15b elektrisches Isoliermittel 17, 17‘ Substrat 19, 19‘ Stromquelle
B Magnetfeld
FL Lorentzkraft

Claims

Patentansprüche
1. Tintenstrahldruckkopf zum Bedrucken eines Substrats (17, 17‘), aufweisend: zumindest eine Düse (3, 3‘), angepasst zumindest einen elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) abzugeben; und einen Austrittskanal (5, 5‘), angeordnet an der Düse (3, 3‘), wobei der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) durch den Austrittskanal (5, 5‘) in Richtung des zu bedruckenden Substrats (17, 17‘) abgebbar ist; wobei am Austrittskanal (5, 5‘) ein Beschleunigungsmittel (9, 9‘) vorgesehen ist, das angepasst ist, einen Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) sowie ein Magnetfeld (B) zu erzeugen, um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) mittels einer Kraft (FL) in dem Austrittskanal (5, 5‘) in Richtung des zu bedruckenden Substrats (17, 17‘) zu beschleunigen.
2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmittel (9, 9‘) zumindest einen ersten elektrischen Leiter (11a, 11a‘) und einen zweiten elektrischen Leiter (11b, 11 b‘) aufweist, wobei der erste elektrische Leiter (11a, 11 a‘) und der zweite elektrische Leiter (11b, 11 b‘) voneinander elektrisch isolierend angeordnet sind, und wobei der erste elektrische Leiter (11a, 11 a‘) und der zweite elektrische Leiter (11 b, 11 b‘) angepasst sind, mit dem elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) in dem Austrittskanal (5, 5‘) in Kontakt zu stehen zum Erzeugen des Magnetfeldes (B).
3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter (11a, 11 a‘) und der zweite elektrische Leiter (11b, 11 b‘) entlang einer Längsausdehnung des Austrittskanals (5, 5‘) verlaufen.
4. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch mindestens zwei elektrische Isoliermittel (15a, 15b), wobei der erste elektrische Leiter (11a, 11 a‘) und der zweite elektrische Leiter (11b, 11 b‘) im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander angeordnet sind und voneinander beidseitig mittels jeweils einem der elektrischen Isoliermittel (15a, 15b) getrennt sind zum elektrischen Isolieren der elektrischen Leiter (11a, 11 a‘, 11b, 11 b‘) gegeneinander.
5. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein elektrisches Isoliermittel (15), wobei das elektrische Isoliermittel (15) als rohrförmiges Element ausgebildet ist, und wobei der Austrittskanal (5, 5‘) an einer Innenseite des rohrförmigen Elements ausgebildet ist.
6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter (11a, 11 a‘) und der zweite elektrische Leiter (11b, 11 b‘) als stromleitende Bahnen im Wesentlichen gegenüberliegend voneinander an der Innenseite des rohrförmigen Elements angeordnet sind.
7. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (5‘) trichterförmig zwischen der Düse (3‘) und dem zu bedruckenden Substrat (17‘) verläuft.
8. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3, 3‘) einen piezomechanischen Aktor, insbesondere einen piezomechanischen Drop-on-Demand Aktor, umfasst.
9. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) eine elektrisch leitfähige Tinte, einen elektrisch leitfähigen Klebstoff, ein elektrisch leitfähiges Schmiermittel, oder ein elektrisch leitfähiges Beschichtungsmittel umfasst.
10. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmittel (9, 9‘) ein Mittel (13, 13‘) zum Erzeugen des Magnetfeldes (B), insbesondere einen Dauermagneten oder einen elektrischen Magneten aufweist.
11. Druckvorrichtung zum Bedrucken eines Substrats (17, 17‘), aufweisend einen Tintenstrahldruckkopf (1, T) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
12. Druckvorrichtung nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch eine Stromquelle (19, 19‘), insbesondere eine Gleichstromquelle, zum Erzeugen eines Stromflusses durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen.
13. Ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats (17, 17‘), aufweisend:
Abgeben zumindest eines elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens (7, 7‘) durch eine Düse (3, 3‘) eines Tintenstrahldruckkopfs (1, T); und Beschleunigen des elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfens (7, 7‘) in einem Austrittskanal (5, 5‘) angeordnet an der Düse (3, 3‘) in Richtung des zu bedruckenden Substrats (17, 17‘), wobei das Beschleunigen aufweist:
Erzeugen eines Stromflusses durch den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) sowie ein Magnetfeld (B), um den elektrisch leitfähigen Flüssigkeitstropfen (7, 7‘) mittels einer Kraft (FL) in dem Austrittskanal (5, 5‘) in Richtung des zu bedruckenden Substrats (17, 17‘) zu beschleunigen.
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