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，通過連續(xù)噴印技術(shù)意味著點滴(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)(由此點滴根據(jù)預(yù)定的液滴形成工藝而形 成)相比，點滴的供應(yīng)連續(xù)地進行。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。通過該噴印機，可印刷出流體。在流體通過出口管 流出的過程中，調(diào)壓機構(gòu)對鄰近流出口的流體提供擾動。這導(dǎo)致從流出口流出的流體射流 中發(fā)生擾動。這種擾動導(dǎo)致射流的收縮，進而導(dǎo)致射流分?jǐn)喑牲c滴。這產(chǎn)生了具有均勻分 布特性(例如點滴的尺寸)的連續(xù)的外出點滴流。致動器被提供用作振動底板。然而，由 于底板的尺寸，難以實現(xiàn)更高的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，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；以及致動器，用于將從出口管排出的流體射流分?jǐn)喑梢旱危黄渲?，致動器設(shè)置成相 對于出口管的中心軸線對稱，并布置成對流體射流施加相對于出口管中心軸線對稱的壓力 脈沖。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，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于出口管中心軸線對稱的軸線或徑向運動而 施加。因此，能夠提高分?jǐn)嘞到y(tǒng)的特征頻率，從而實現(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，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)的第五實施例；以及圖7和圖8示出了通過機械地連接至出口管以用于多個出口管的致動器的發(fā)明原理。
具體實施例方式在下面，部分A、B以及C代表致動器相應(yīng)的操作位置和致動方向。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 致動器7，并且該致動器基本上相對于出口管5的中心軸線對稱。該致動器優(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。通過致動器7的致動，形成相對于出口 管軸線5對稱的壓力脈沖。從而，液滴6以對稱的形式恰當(dāng)?shù)匦纬?，并且可獲得更小的單分 散液滴。在圖1的實施例中，出口管5布置成位于致動件7的中心，其中，出口管5的壁由 致動材料形成。在該實例中，流出口 5包括在設(shè)置于底板4內(nèi)的致動器7中。在該實例中，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)，其可作為一個實例，即，平均壓力為0. 5-600bar[ ^ 0. 5-600X 105Pa]大 小的量級。印刷頭10可進一步設(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)的高壓下不會斷裂。在圖1的實施例中，如部分C中示意性地示出的，壓電致動器 7以推進的方式被致動，這導(dǎo)致沿著電場的軸向變形。因此，該變形處于相對于底板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的替代實施例20。為了簡明起見，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，致動件7主要引起 出口管5的收縮。相反，圖2的實施例20提供了相對于出口管5位于中心的致動件70，其 中，致動件70以剪切方式運行以在相對于底板4的偏離平面(out-of-plane)方向上變形。 在圖2的C中，所示致動方向為相對于致動器70的平面方向是橫向的。該剪切方式的致動 由引起壓電元件剪切變形的電場提供。通過壓電元件70相對于出口管中心軸線5的致動 運動，液滴6從流體射流60形成。通過適當(dāng)?shù)某叽?，致動器的體積(mass)可以非常小，因 此，液滴的尺寸可以充分地小于50微米。致動件70優(yōu)選地是壓電元件，但是，其他類型的 運動件也是可行的，例如，磁致伸縮元件或者借由線圈的電磁致動。在圖3的實施例中，致動器700設(shè)置為夾層壓電裝置，由于致動器700的夾層701和702的不同變形特性，將導(dǎo)致沿著出口管5軸向方向的彎曲運動。因此，夾層致動器700 提供沿著中心軸線的對稱致動，從而導(dǎo)致彎曲變形。如在圖2的實例中，部分C中的致動方 向表示為相對于平面致動器700是橫向的。盡管在圖1、2和3中致動器在底板4中一體形成，在圖4中，提供了用于致動器的 替代結(jié)構(gòu)，設(shè)置成相對于出口管5對稱。在該實施例中，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表示致動器71的相應(yīng)操作位置和致動方向， 在該實施例中，致動方向相對于中央的底板4為橫向。在該實施例中，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層71的頂部上的管嘴板40。在操作中，致動 層7將引起管嘴板40的橫向運動，從而對流體射流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器7，致動可以相對于出口管為軸向的和/或相對于出口 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。該方法進一步包括對靠近出口管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)明的一個方面，通過底板相對于出口管中心軸 線軸向或徑向?qū)ΨQ的運動施加壓力脈沖。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而偏斜，這 導(dǎo)致出口管5的軸向運動。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 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毫米的長度。例如，對于大約80微米的管直徑，銷直徑可在3毫米的量級-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。是計算的管嘴致動速度；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—為計算的通過管嘴的流量變化。針對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力極大地依賴于直徑(在該實例中，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，因為集中出口管附件的壓力脈沖，所以可提供更有效的液滴分?jǐn)啵瑫r降低了施加在管 嘴致動器上的力。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 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)選地相對較小。對于以高達(dá) 5Bar[ e 5X105Pa]的壓力工作的系統(tǒng)，該距離例如為0. 5mm的量級。對于更高的壓力，該 距離優(yōu)選地相當(dāng)更小。對于印刷粘度特別高(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的軸向運動的實施例中，尤其是圖2、圖3、圖4和圖5的實施例中。同 樣，在圖1的實施例中(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的致動原理可應(yīng)用于各種組合中，例如，結(jié)合有壓電致動器7的軸向 運動或彎曲運動的收縮。同樣，從前面的描述中可以清楚的是致動器不局限于壓電致動器， 也可包括其他的致動器，例如，磁致伸縮致動器。圖7和圖8的實施例最終示出了通過機械地連接至出口管以用于多個出口管5的 致動器提供對稱壓力脈沖的發(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)置有多個出口管，管嘴板由機械地連接至底板 4的壓電致動器7的剪切運動致動。通過剪切彎曲致動，管嘴板40相對于出口管5沿軸向 移動。同樣，圖7的實施例示出了參照圖3所描述實施例的偏離平面延伸。在該實施例 中，在包括多個出口管5的致動器7中提供彎曲運動。通過彎曲該致動器，出口管沿軸向振 動。因此，該發(fā)明原理可應(yīng)用于多個出口管。已經(jīng)基于示例性實施例描述了本發(fā)明，但無論如何本發(fā)明不限于該實施例。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；以及致動器，機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?；其中所述致動器設(shè)置成相對于所述出口管的中心軸線對稱，并布置成對流體射流施加相對于所述出口管的中心軸線對稱的壓力脈沖。
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，所述致動件是環(huán)形的且繞著所述出口 管共軸地布置，所述致動件附接至腔室壁，并在相對側(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，所述致動器設(shè)置成軸向地致動所述出口管。
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于所述出口管的中心軸線軸向或徑向?qū)ΨQ的運動而 施加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述底板的運動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，所述出口管的運動由沿著所述出口管軸線的 軸向振動提供。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述運動由設(shè)置在所述底板中的壓電元件或 磁致伸縮致動件提供。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述致動件繞著所述出口管的中心軸線對稱 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的致動器(7)。該致動器繞著出口管而設(shè)置，并布置成相對于出口管軸線對稱地施加壓力脈沖。因此，可在更高的頻率下排出更小的液滴。
文檔編號B41J2/03GK101855088SQ200880115396
公開日2010年10月6日 申請日期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·里杰費爾斯, 萊昂納德斯·安東尼厄斯·瑪麗亞·布勞沃斯 申請人:荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(Tno)