用于連續(xù)流噴墨打印頭的微滴發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種用于連續(xù)流噴墨打印頭、特別是用于二進(jìn)制陣列打印頭的微滴發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)噴墨(CIJ)是基于給飛行中的液滴(drops)選擇性地充電和使飛行中的液滴偏轉(zhuǎn)的理論來操作的噴墨的一種形式。通過在可變靜電場(chǎng)存在的情況下引起墨的加壓連續(xù)流的中斷(break-off )，在噴嘴處連續(xù)地產(chǎn)生液滴，所述可變靜電場(chǎng)通過給在所選液滴上放置離散電荷的電極充電而產(chǎn)生。液滴隨后穿過靜電場(chǎng)，其中，場(chǎng)電位(field potential)在帶電的液滴上引起偏轉(zhuǎn)，以便導(dǎo)引它們打印，或?qū)⑺鼈儗?dǎo)引到集墨器中，以在墨系統(tǒng)中重復(fù)利用。該相同的機(jī)制常常被用于二進(jìn)制陣列CIJ打印中，所述二進(jìn)制陣列CIJ打印是包括噴射流的陣列并且能夠以至少128乘128的每英寸點(diǎn)數(shù)(dpi)的相對(duì)高的分辨率來打印的噴墨類型。
[0003]二進(jìn)制打印頭使用致動(dòng)器來振動(dòng)墨并且從打印頭噴射其微滴。為使打印頭正常工作，所述致動(dòng)器需要被精確地定位?，F(xiàn)有技術(shù)的致動(dòng)器中的困難在于各部件被單獨(dú)地制造并且隨后組裝。制造和組裝的變化導(dǎo)致不理想的噴射流分解均勻性。因此，發(fā)生器的結(jié)構(gòu)部件的物理尺寸需要非常高的精度。此外，在發(fā)生器的例如墨的組分和溫度之類的操作參數(shù)方面僅允許非常小的偏離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開提供了一種用于連續(xù)流噴墨打印頭的微滴發(fā)生器。所述微滴發(fā)生器包括用于容納墨的細(xì)長(zhǎng)的腔和設(shè)置在所述腔中以使所述腔中的墨振動(dòng)的多個(gè)致動(dòng)器。所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)通過膜一體地連接到安裝板。所述安裝板和整合的致動(dòng)器優(yōu)選地通過激光金屬燒結(jié)或激光金屬熔煉制成。
[0005]在一個(gè)方面，用于連續(xù)流噴墨打印頭的微滴發(fā)生器包括用于容納墨的細(xì)長(zhǎng)的腔以及用于使來自所述腔的墨通過以形成噴射流的與所述腔流體連通的噴嘴孔口。所述噴嘴孔口沿所述腔的長(zhǎng)度延伸。安裝板提供所述腔的與所述噴嘴孔口相對(duì)的壁。多個(gè)致動(dòng)器被設(shè)置在所述腔中，以使所述腔中的墨振動(dòng)，使得每個(gè)噴射流在與所述壁相距基本上相同的預(yù)定距離處分解成墨滴。所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)通過膜一體地連接到所述安裝板。
[0006]在另一方面，制造用于連續(xù)流噴墨打印頭的微滴發(fā)生器的方法包括提供用于容納墨的細(xì)長(zhǎng)的腔，并且通過激光燒結(jié)來制造提供所述腔的壁的安裝板和通過膜一體地連接到所述安裝板的多個(gè)致動(dòng)器，其中，所述膜小于500微米厚。噴嘴孔口被設(shè)置用于使來自所述腔的墨通過以形成噴射流。所述噴嘴孔口沿所述腔的長(zhǎng)度延伸。所述致動(dòng)器適于被設(shè)置在所述腔中，以使所述腔中的墨振動(dòng)以形成噴射流，所述噴嘴孔口沿所述腔的長(zhǎng)度延伸。
[0007]前述段落已通過一般介紹的方式提供，并且不意在限制下面的權(quán)利要求的范圍。通過結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)最好地理解目前優(yōu)選的實(shí)施例連同另外的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008]圖1是打印頭的實(shí)施例的剖視圖。
[0009]圖2是圖1的一部分的放大視圖。
[0010]圖3是微滴發(fā)生器的實(shí)施例的剖面圖。
[0011 ]圖4A是圖3的微滴發(fā)生器的安裝板和致動(dòng)器的底視圖。
[0012]圖4B是圖3的微滴發(fā)生器的安裝板和致動(dòng)器的頂視圖。
[0013]圖5是圖3的微滴發(fā)生器的分解圖。
[0014]圖6是圖3的微滴發(fā)生器的側(cè)向剖面圖。
[0015]圖7是圖3的微滴發(fā)生器的噴嘴的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明參考附圖來描述，在附圖中，相同的元件通過相同的附圖標(biāo)記來表示。通過下面的詳細(xì)描述更好地理解本發(fā)明的各種元件的關(guān)系和功能。然而，如下所述的本發(fā)明的實(shí)施例僅作為示例，并且本發(fā)明不限于附圖中所示的實(shí)施例。
[0017]本公開提供了一種用于連續(xù)流噴墨打印頭的微滴發(fā)生器。所述微滴發(fā)生器包括:用于容納墨的細(xì)長(zhǎng)的腔;處于所述腔的壁中的噴嘴孔口，所述噴嘴孔口用于使來自所述腔的墨通過以形成噴射流，所述噴嘴孔口沿所述腔的長(zhǎng)度延伸;安裝板，其提供所述腔的與所述噴嘴孔口相對(duì)的壁；以及多個(gè)致動(dòng)器，其設(shè)置在所述腔中以使所述腔中的墨振動(dòng)，使得每個(gè)噴射流在與所述壁相距基本上相同的預(yù)定距離處分解成墨滴。所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)通過膜一體地連接到所述安裝板。所述安裝板和整合的致動(dòng)器優(yōu)選地通過激光金屬燒結(jié)或激光金屬熔煉制成。激光金屬燒結(jié)允許產(chǎn)生薄的特征(小于500微米厚)，該特征在例如鑄造或模制之類的其他常規(guī)金屬形成方法的情況下是不可能的。
[0018]在激光金屬燒結(jié)的實(shí)施例中，表示對(duì)象的CAD文件被“切(sliced)”成機(jī)器將在激光金屬燒結(jié)機(jī)中構(gòu)建(build in)和下載到激光金屬燒結(jié)機(jī)的層厚度。在激光金屬燒結(jié)的一個(gè)示例中，機(jī)器使用高功率的光學(xué)激光器(optic laser)。在機(jī)器內(nèi)，粉狀材料被分配，并且通過使用聚焦激光束使它局部熔化而熔合成固體部分。通常使用20微米厚的層逐層地累加建立多個(gè)部分。此過程允許在數(shù)小時(shí)中并且在沒有任何工裝(tooling)的情況下完全自動(dòng)地直接由3D CAD數(shù)據(jù)創(chuàng)建高度復(fù)雜的幾何構(gòu)型。所述過程產(chǎn)生具有高的精度和細(xì)節(jié)分辨率、良好的表面質(zhì)量和優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)的部分。
[0019]圖1為打印頭的實(shí)施例10的剖視圖，其中，為使視圖清晰，覆蓋件被示出為是透明的。打印頭10已知為二進(jìn)制陣列打印頭。在二進(jìn)制陣列打印中，噴射流的陣列被噴射和調(diào)節(jié)成產(chǎn)生微滴，其中，基于被打印的圖像，每個(gè)微滴被打印或通過槽(gutter)回收。所述打印頭包括微滴發(fā)生器20、充電電極30、偏轉(zhuǎn)電極32和槽34。圖2為圖1的一部分的放大視圖，其更詳細(xì)地示出了各部件。
[0020]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到所述微滴發(fā)生器的細(xì)節(jié)，圖3為微滴發(fā)生器的實(shí)施例的剖面圖。所述微滴發(fā)生器包括用于容納墨的細(xì)長(zhǎng)的腔22。所述微滴發(fā)生器部分地通過歧管28和安裝板24限定。噴嘴孔口42(如見于圖6中的)被設(shè)置在腔22的處于噴嘴板40中的壁中，用于使來自腔22的墨通過，以形成噴射流。噴嘴孔口42沿腔22的長(zhǎng)度延伸。安裝板24提供腔22的與所述噴嘴孔口相對(duì)的壁。
[0021]多個(gè)致動(dòng)器26被設(shè)置在腔22中，以使腔中的墨振動(dòng)，使得每個(gè)噴射流在與所述壁相距基本上相同的預(yù)定距離處分解成墨滴。所述多個(gè)致動(dòng)器26中的每一個(gè)通過膜25—體地連接到安裝板24。
[0022]每個(gè)致動(dòng)器26設(shè)有用于以固定的物理頻率和振幅使所述致動(dòng)器振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器50。所述驅(qū)動(dòng)器包括圓柱形的PZT(壓電鋯鈦酸鉛)疊堆，其可以包括兩個(gè)PZT元件52。張緊螺栓56被設(shè)置用于將PZT元件52附接到致動(dòng)器26。絕緣套筒54被設(shè)置在張緊螺栓56和PZT元件52之間。載荷質(zhì)量58被設(shè)置成使得能夠設(shè)定設(shè)備的共振頻率和節(jié)點(diǎn)。電極或電接觸件60被連接到PZT疊堆，以激活PZT元件52。
[0023]圖4A和圖4B是圖3的微滴發(fā)生器20的安裝板24和致動(dòng)器26的底視圖和頂視圖。所述多個(gè)致動(dòng)器26中的每一個(gè)包括頂部圓柱形部分60和底部部分62，所述底部部分62大致形狀為截頭四棱錐，沿腔22的長(zhǎng)度向外張開到每一側(cè)。所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)包括矩形形狀的定址面(addressing face)64。介于500微米和I毫米之間的間隙被設(shè)置在致動(dòng)器26的面64之間。腔22中的墨通過每個(gè)致動(dòng)器26的下部面64來定址。處于每個(gè)致動(dòng)器的頂部圓柱形部分60上的是圍繞延伸的柱體68的圓筒形通道66，所述柱體68具有用于驅(qū)動(dòng)器50的附接的孔或通道70。
[0024]致動(dòng)器26在它們的節(jié)平面(nodal plane)中通過膜或薄層25—體地連接到安裝板
24。膜25起密封件的作用，以維持腔22中的墨，而膜25也足夠薄和柔順(compliant)，以允許每個(gè)致動(dòng)器26通過PZT驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立移動(dòng)，而不在安裝板24中激發(fā)顯著的移動(dòng)。膜25在其最薄點(diǎn)處優(yōu)選小于500微米、小于300微米、小于250微米或小于200微米厚。通過激光金屬燒結(jié)或激光金屬熔煉而不是通過常規(guī)的金屬鑄造和模制技術(shù)，可以產(chǎn)生這樣的小厚度的特征。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，膜25在其最薄點(diǎn)處為大約200微米厚。從安裝板24到膜25并且由此到致動(dòng)器26的過渡可以大致形狀為拋物線形，作為從相對(duì)較厚的安裝板26到相對(duì)較薄的膜25的材料過渡。這種形狀可能受到生產(chǎn)方法的能力限制，例如激光金屬燒結(jié)中固有的分層制造(layered manufacturing)過程。但是，除拋物線形外的其他形狀也是可能的，例如V形或U形。安裝板24包括孔27，用于通過緊固件29附接到歧管28。
[0025]圖5是圖3的微滴發(fā)生器的分解圖。安裝板24通過緊固件29來附接到歧管28。安裝板24包括孔27，用于通過緊固件29附接到歧管28中的接收孔31中。歧管28的主體形成腔22的壁33、35。歧管28包括與安裝板24相鄰設(shè)置的頂表面37。在一個(gè)實(shí)施例中，橢圓形或跑道形的通道39被設(shè)置在歧管28的頂表面37上，以在安裝板24和歧管28之間設(shè)置密封件(例如，墊圈)。將顯而易見的是，替代性的密封布置是可能的，例如，安裝板24和歧管28的平整表面之間的平墊片。墨入口端口 70給腔22提供墨。墨出口 72提供了從腔22移除墨的路徑。設(shè)置清理端口 74、76以沖洗腔22用于清理。
[0026]圖6是圖3的微滴發(fā)生器的側(cè)向剖面圖。噴嘴板40被設(shè)置在歧管28之下。噴嘴板40具有狹縫。設(shè)置在噴嘴板40的狹縫上的是箔42。噴嘴板40和箔插入件42可由不銹鋼制成。箔42包括噴嘴孔口44。因此，噴嘴孔口44被設(shè)置在與腔22相鄰設(shè)置的噴嘴板箔42中。該布置提供方便的制造。但其他布置也是可能的，例如使噴嘴孔口44一體地設(shè)置在噴嘴板40中。圖7為圖3的微滴