專利名稱：液滴分?jǐn)嘌b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液滴分?jǐn)嘌b置(droplet break-up device)，在被稱為按需滴定 系統(tǒng)或者連續(xù)印刷系統(tǒng)的領(lǐng)域中，該液滴分?jǐn)嘌b置被構(gòu)造成以各種方式從印刷管嘴中噴射 液滴。在這方面，術(shù)語“印刷(printing)”通常指小液滴的形成，并且尤其不局限于圖像的 形成。
背景技術(shù)：
關(guān)于這一點(diǎn)，通過連續(xù)噴印技術(shù)意味著點(diǎn)滴(drop)的連續(xù)形成，其可被選擇性地 用于預(yù)定液滴形成工藝。與所謂的按需滴定技術(shù)(由此點(diǎn)滴根據(jù)預(yù)定的液滴形成工藝而形 成)相比，點(diǎn)滴的供應(yīng)連續(xù)地進(jìn)行。例如，在W02004/011154中描述了一種已知設(shè)備。該文獻(xiàn)公開了用于由包含流體 的材料形成液滴的所謂的連續(xù)噴印機(jī)。通過該噴印機(jī)，可印刷出流體。在流體通過出口管 流出的過程中，調(diào)壓機(jī)構(gòu)對(duì)鄰近流出口的流體提供擾動(dòng)。這導(dǎo)致從流出口流出的流體射流 中發(fā)生擾動(dòng)。這種擾動(dòng)導(dǎo)致射流的收縮，進(jìn)而導(dǎo)致射流分?jǐn)喑牲c(diǎn)滴。這產(chǎn)生了具有均勻分 布特性(例如點(diǎn)滴的尺寸)的連續(xù)的外出點(diǎn)滴流。致動(dòng)器被提供用作振動(dòng)底板。然而，由 于底板的尺寸，難以實(shí)現(xiàn)更高的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明旨在提供一種以更高的頻率提供更小的液滴的分?jǐn)嘌b置，以 克服當(dāng)前系統(tǒng)的限制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種液滴分?jǐn)嘌b置，包括腔室，用于容納加壓的 印刷流體，并包括底板；至少一個(gè)出口管，其具有中心軸線，并設(shè)置在所述腔室內(nèi)以噴射印 刷流體；以及致動(dòng)器，用于將從出口管排出的流體射流分?jǐn)喑梢旱?；其中，致?dòng)器設(shè)置成相 對(duì)于出口管的中心軸線對(duì)稱，并布置成對(duì)流體射流施加相對(duì)于出口管中心軸線對(duì)稱的壓力 脈沖。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于印刷目的的噴射液滴的方法，該方法 包括提供用于容納印刷流體并包括底板的腔室、用于對(duì)印刷流體加壓的泵、以及位于腔室 內(nèi)的具有中心軸線的出口管；以及對(duì)靠近出口管的流體施加壓力脈沖，以便分?jǐn)鄰某隹诠?噴射出的流體；其中，壓力脈沖通過底板相對(duì)于出口管中心軸線對(duì)稱的軸線或徑向運(yùn)動(dòng)而 施加。因此，能夠提高分?jǐn)嘞到y(tǒng)的特征頻率，從而實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率和更小的液滴。沒 有任何限制，頻率和液滴可以在5kHz至20MHz的量級(jí)，而液滴小于50微米。此外，借助高壓，可印刷具有特別高粘度的流體(例如，當(dāng)正被處理時(shí)具有 300X 10_3Pa-s粘度的粘性流體)。具體地，該預(yù)定壓力可以是介于0. 5bar至600bar之間 的壓力。


結(jié)合所附的附圖，其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從說明書中變得顯而易見。附圖中圖1示意性地示出了在本發(fā)明中使用的液滴形成系統(tǒng)的第一實(shí)施例；圖2示意性地示出了在本發(fā)明中使用的液滴形成系統(tǒng)的第二實(shí)施例；圖3示意性地示出了在本發(fā)明中使用的液滴形成系統(tǒng)的第三實(shí)施例；圖4示意性地示出了在本發(fā)明中使用的液滴形成系統(tǒng)的第四實(shí)施例；圖5示出了出口管收縮的詳細(xì)視圖；圖6示意性地示出了在本發(fā)明中使用的液滴形成系統(tǒng)的第五實(shí)施例；以及圖7和圖8示出了通過機(jī)械地連接至出口管以用于多個(gè)出口管的致動(dòng)器的發(fā)明原理。
具體實(shí)施例方式在下面，部分A、B以及C代表致動(dòng)器相應(yīng)的操作位置和致動(dòng)方向。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的液滴分?jǐn)嘌b置的第一示意性實(shí)施例。具體地，液滴分?jǐn)?裝置(也稱為印刷頭)10包括腔室2，該腔室包括底板4。腔室2適于容納加壓的液體3，例 如通過泵或者通過加壓供應(yīng)裝置(未示出)加壓。該腔室2包括出口管5，加壓的流體射 流60通過該出口管被分?jǐn)喑梢旱?。該出口管限定有中心軸線，并且圍繞該出口管形成有 致動(dòng)器7，并且該致動(dòng)器基本上相對(duì)于出口管5的中心軸線對(duì)稱。該致動(dòng)器優(yōu)選為設(shè)置在底 板4內(nèi)的環(huán)形盤形式的壓電元件或磁致伸縮元件。通過致動(dòng)器7的致動(dòng)，形成相對(duì)于出口 管軸線5對(duì)稱的壓力脈沖。從而，液滴6以對(duì)稱的形式恰當(dāng)?shù)匦纬?，并且可獲得更小的單分 散液滴。在圖1的實(shí)施例中，出口管5布置成位于致動(dòng)件7的中心，其中，出口管5的壁由 致動(dòng)材料形成。在該實(shí)例中，流出口 5包括在設(shè)置于底板4內(nèi)的致動(dòng)器7中。在該實(shí)例中，板4內(nèi) 的流出口 5具有50 iim的直徑。流出口 5的橫向尺寸可在5-250 iim之間。作為壓力調(diào)節(jié) 范圍大小的指標(biāo)，其可作為一個(gè)實(shí)例，即，平均壓力為0. 5-600bar[ ^ 0. 5-600X 105Pa]大 小的量級(jí)。印刷頭10可進(jìn)一步設(shè)置有支撐板(未示出)，該支撐板支撐管嘴板4，從而使其 在腔室內(nèi)的高壓下不會(huì)斷裂。在圖1的實(shí)施例中，如部分C中示意性地示出的，壓電致動(dòng)器 7以推進(jìn)的方式被致動(dòng)，這導(dǎo)致沿著電場(chǎng)的軸向變形。因此，該變形處于相對(duì)于底板4的平 面內(nèi)。圖2示出了圖1中示出的液滴分?jǐn)嘌b置10的替代實(shí)施例20。為了簡(jiǎn)明起見，在與 圖1相似的后續(xù)附圖中，將不再描述同樣的或者相應(yīng)的元件。在圖1中，致動(dòng)件7主要引起 出口管5的收縮。相反，圖2的實(shí)施例20提供了相對(duì)于出口管5位于中心的致動(dòng)件70，其 中，致動(dòng)件70以剪切方式運(yùn)行以在相對(duì)于底板4的偏離平面(out-of-plane)方向上變形。 在圖2的C中，所示致動(dòng)方向?yàn)橄鄬?duì)于致動(dòng)器70的平面方向是橫向的。該剪切方式的致動(dòng) 由引起壓電元件剪切變形的電場(chǎng)提供。通過壓電元件70相對(duì)于出口管中心軸線5的致動(dòng) 運(yùn)動(dòng)，液滴6從流體射流60形成。通過適當(dāng)?shù)某叽?，致?dòng)器的體積(mass)可以非常小，因 此，液滴的尺寸可以充分地小于50微米。致動(dòng)件70優(yōu)選地是壓電元件，但是，其他類型的 運(yùn)動(dòng)件也是可行的，例如，磁致伸縮元件或者借由線圈的電磁致動(dòng)。在圖3的實(shí)施例中，致動(dòng)器700設(shè)置為夾層壓電裝置，由于致動(dòng)器700的夾層701和702的不同變形特性，將導(dǎo)致沿著出口管5軸向方向的彎曲運(yùn)動(dòng)。因此，夾層致動(dòng)器700 提供沿著中心軸線的對(duì)稱致動(dòng)，從而導(dǎo)致彎曲變形。如在圖2的實(shí)例中，部分C中的致動(dòng)方 向表示為相對(duì)于平面致動(dòng)器700是橫向的。盡管在圖1、2和3中致動(dòng)器在底板4中一體形成，在圖4中，提供了用于致動(dòng)器的 替代結(jié)構(gòu)，設(shè)置成相對(duì)于出口管5對(duì)稱。在該實(shí)施例中，出口管設(shè)置在連接至角形壓電元件 71的金屬箔(metalfoilMO中。部分A、B和C表示致動(dòng)器71的相應(yīng)操作位置和致動(dòng)方向， 在該實(shí)施例中，致動(dòng)方向相對(duì)于中央的底板4為橫向。在該實(shí)施例中，底板4設(shè)置成其內(nèi)具 有開口 41的結(jié)構(gòu)，并且致動(dòng)壓電層71設(shè)置在該底板開口 41上并圍繞該底板開口，并且薄 的金屬箔包括出口管5，從而形成疊置于致動(dòng)層71的頂部上的管嘴板40。在操作中，致動(dòng) 層7將引起管嘴板40的橫向運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)流體射流60施加沿軸向方向?qū)ΨQ的壓力脈沖。轉(zhuǎn)至圖5，示出了替代實(shí)施例14，其中，在圖5中，出口管5的壁由管嘴板40形成， 并且磁致伸縮元件或壓電元件7繞著所述壁設(shè)置在底板4中。致動(dòng)器7可附接在底板4上 或者部分地嵌入在底板4中，或者全部一體形成在底板4中。如圖5中的部分B所示，通過 以剪切彎曲的方式操作壓電致動(dòng)器7，致動(dòng)可以相對(duì)于出口管為軸向的和/或相對(duì)于出口 管中心軸線為徑向的。因此，在上面示出了形成液滴6的方法，例如，用于液滴在基板上的沉積，該方法 包括提供用于容納印刷液體3的腔室2，該腔室包括底板4和設(shè)置在腔室內(nèi)并具有中心軸線 的出口管5。該方法進(jìn)一步包括對(duì)靠近出口管5的液體3施加壓力脈沖，以便以液滴6的形 式分?jǐn)鄰某隹诠?噴射出的流體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過底板相對(duì)于出口管中心軸 線軸向或徑向?qū)ΨQ的運(yùn)動(dòng)施加壓力脈沖。代替圖1-5的結(jié)構(gòu)或者除此之外，圖6示出了液 滴分?jǐn)嘌b置的第五實(shí)施例15。在該結(jié)構(gòu)中，壓電元件7被設(shè)置成在剪切形式致動(dòng)而偏斜，這 導(dǎo)致出口管5的軸向運(yùn)動(dòng)。此外，圖6示出了與出口管5共軸設(shè)置的集中件9。集中件例如 由固定銷提供。底部91通?？拷隹诠芮覂?yōu)選地與出口管5距離例如1-500微米的間隔， 通過出口管的壓力在大于50bar的范圍內(nèi)；通常，該距離可涉及出口管直徑的約10%。對(duì) 于較低的壓力，集中件可設(shè)置得稍遠(yuǎn)些，通常例如距離出口管100-1500微米。在圖1-6中 示出的實(shí)施例中，出口管通常具有5-250微米的直徑以及約0. 01-3毫米的長(zhǎng)度。例如，對(duì)于大約80微米的管直徑，銷直徑可在3毫米的量級(jí)-例如直徑在2至3. 5 毫米之間。在采用牛頓流體的模型中，柱形管嘴內(nèi)的壓力P可在管嘴內(nèi)計(jì)算為 = p(rnozzle) r ( rnozzle這里，u是粘度，例如在3-300mPa*s的范圍內(nèi)；vpiez。是計(jì)算的管嘴致動(dòng)速度；Pp_ 是泵壓，在0. 5-600bar的范圍內(nèi)；rpiez。是集中件的直徑，且hgap是間隙距離，例如為1-500 微米；并且q—為計(jì)算的通過管嘴的流量變化。針對(duì)集中件的直徑求壓力的積分，可表明 施加在集中件與管嘴之間的相對(duì)力極大地依賴于直徑(在該實(shí)例中，用3. 3mm的直徑作為 標(biāo)準(zhǔn)) 因此，具有與出口管共軸設(shè)置的有限直徑并且具有與出口管間隔的底部的集中 件，因?yàn)榧谐隹诠芨郊膲毫γ}沖，所以可提供更有效的液滴分?jǐn)?，同時(shí)降低了施加在管 嘴致動(dòng)器上的力。固定銷形式的集中件可操作地設(shè)置在其中的距離間隔可能取決于流體的粘度。對(duì) 于由具有高粘度的流體形成的液滴，從端部至流出口的距離優(yōu)選地相對(duì)較小。對(duì)于以高達(dá) 5Bar[ e 5X105Pa]的壓力工作的系統(tǒng)，該距離例如為0. 5mm的量級(jí)。對(duì)于更高的壓力，該 距離優(yōu)選地相當(dāng)更小。對(duì)于印刷粘度特別高(例如，300-900X 103Pa* s)的粘性流體的具 體應(yīng)用，根據(jù)出口管的直徑，可采用15-30 ym的間隔距離。優(yōu)選地，固定銷具有相對(duì)較小的 單位管嘴集中表面面積，例如，l_5mm2。根據(jù)前面的描述，可以清楚的是，在圖6的實(shí)施例中示出的集中件9也可以應(yīng)用于 其中產(chǎn)生了出口管5的軸向運(yùn)動(dòng)的實(shí)施例中，尤其是圖2、圖3、圖4和圖5的實(shí)施例中。同 樣，在圖1的實(shí)施例中(其中提供了出口管的收縮)，可使用集中件9。此外，從前面的描述 可以清楚的是，圖1-6的致動(dòng)原理可應(yīng)用于各種組合中，例如，結(jié)合有壓電致動(dòng)器7的軸向 運(yùn)動(dòng)或彎曲運(yùn)動(dòng)的收縮。同樣，從前面的描述中可以清楚的是致動(dòng)器不局限于壓電致動(dòng)器， 也可包括其他的致動(dòng)器，例如，磁致伸縮致動(dòng)器。圖7和圖8的實(shí)施例最終示出了通過機(jī)械地連接至出口管以用于多個(gè)出口管5的 致動(dòng)器提供對(duì)稱壓力脈沖的發(fā)明原理。具體地，圖7的結(jié)構(gòu)示出了圖5實(shí)施例的偏離平面 延伸的示意性透視圖，其中，在管嘴板5中設(shè)置有多個(gè)出口管，管嘴板由機(jī)械地連接至底板 4的壓電致動(dòng)器7的剪切運(yùn)動(dòng)致動(dòng)。通過剪切彎曲致動(dòng)，管嘴板40相對(duì)于出口管5沿軸向 移動(dòng)。同樣，圖7的實(shí)施例示出了參照?qǐng)D3所描述實(shí)施例的偏離平面延伸。在該實(shí)施例 中，在包括多個(gè)出口管5的致動(dòng)器7中提供彎曲運(yùn)動(dòng)。通過彎曲該致動(dòng)器，出口管沿軸向振 動(dòng)。因此，該發(fā)明原理可應(yīng)用于多個(gè)出口管。已經(jīng)基于示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但無論如何本發(fā)明不限于該實(shí)施例。同樣
6落在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種變型都是可行的。需要考慮的是，例如，提供可調(diào)加熱件，用于加 熱管內(nèi)的粘性印刷液體，例如，在-20至1300°C的溫度范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在10至500°C之 間)的。通過調(diào)節(jié)流體的溫度，流體可獲得用于處理(印刷)目的的特定粘度。這使得印 刷諸如不同種類的塑料和金屬(例如，焊料)的粘性流體成為可能。
權(quán)利要求
一種液滴分?jǐn)嘌b置，包括腔室，用于容納加壓的印刷液體，并包括底板；至少一個(gè)出口管，具有中心軸線，并設(shè)置在所述腔室內(nèi)，以便噴射所述印刷液體；以及致動(dòng)器，機(jī)械地連接至所述出口管，用于將從所述出口管噴射出的流體射流分?jǐn)喑梢旱?；其中所述致?dòng)器設(shè)置成相對(duì)于所述出口管的中心軸線對(duì)稱，并布置成對(duì)流體射流施加相對(duì)于所述出口管的中心軸線對(duì)稱的壓力脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述致動(dòng)器設(shè)置在所述底板中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述出口管布置在所述致動(dòng)器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述致動(dòng)件是環(huán)形的且繞著所述出口 管共軸地布置，所述致動(dòng)件附接至腔室壁，并在相對(duì)側(cè)附接至所述底板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述致動(dòng)器被設(shè)置為壓電元件或者磁 致伸縮元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述致動(dòng)器設(shè)置成軸向地致動(dòng)所述出口管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述致動(dòng)器設(shè)置成提供液體管的收縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述底板包括設(shè)置成相對(duì)于所述出口 管軸向彎曲或剪切的延伸部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，與所述出口管共軸地設(shè)置有集中件，并 且所述集中件具有與所述出口管間隔的底部，以便集中所述出口管附近的壓力脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述集中件包括固定銷，所述固定銷 具有與所述出口管間隔1-500微米的距離的底部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述出口管的直徑在5-250微米之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴分?jǐn)嘌b置，其中，所述出口管的長(zhǎng)度在0.01-3毫米之間。
13.一種噴射液滴的方法，包括提供用于容納印刷液體并包括底板的腔室、用于對(duì)所述印刷液體加壓的泵、以及位于 所述腔室內(nèi)且具有中心軸線的出口管；以及對(duì)所述出口管附近的液體施加壓力脈沖，以便分?jǐn)鄰乃龀隹诠車娚涑龅牧黧w； 其中，所述壓力脈沖通過底板相對(duì)于所述出口管的中心軸線軸向或徑向?qū)ΨQ的運(yùn)動(dòng)而 施加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述底板的運(yùn)動(dòng)由所述出口管的收縮提供。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述出口管的運(yùn)動(dòng)由沿著所述出口管軸線的 軸向振動(dòng)提供。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)由設(shè)置在所述底板中的壓電元件或 磁致伸縮致動(dòng)件提供。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述致動(dòng)件繞著所述出口管的中心軸線對(duì)稱 地設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液滴分?jǐn)嘌b置，包括用于容納印刷液體(3)且包括底板(4)的腔室(2)；用于對(duì)印刷液體加壓的泵；具有中心軸線的出口管(5)，其設(shè)置在所述腔室內(nèi)以噴射印刷液體；以及用于分?jǐn)鄰某隹诠車娚涑龅牧黧w的致動(dòng)器(7)。該致動(dòng)器繞著出口管而設(shè)置，并布置成相對(duì)于出口管軸線對(duì)稱地施加壓力脈沖。因此，可在更高的頻率下排出更小的液滴。
文檔編號(hào)B41J2/03GK101855088SQ200880115396
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者勒內(nèi)·約斯·霍本, 安德里斯·里杰費(fèi)爾斯, 萊昂納德斯·安東尼厄斯·瑪麗亞·布勞沃斯 申請(qǐng)人:荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(huì)(Tno)