本发明涉及用于在比如纸、纸板、纺织材料、金属材料、木材、塑料材料、矿物等载体上打印的打印设备和方法。
背景技术：
根据所谓的油墨再循环系统操作的那种打印设备是已知的。在这种打印机中，油墨在两个油墨罐之间再循环，在与喷嘴相切的通道中经过打印头。油墨沿着喷嘴流动会通过一种文丘里效应产生作用于油墨弯液面上的低压，油墨弯液面由于油墨的表面张力而束缚于喷嘴中。在其基本配置中，该打印机包括用于打印材料(比如染料、涂料或增强材料)的至少一个罐。特别地，已知打印设备具有多个罐，每个罐专用于不同的颜色、涂料或增强材料。
从罐中取出的打印材料被引导到再循环单元，再循环单元使打印材料循环经过打印头。在本领域中，打印材料有必要再循环的事实是公知的，主要是为了平衡油墨弯液面以便将其保持在喷嘴开口的内侧，并且另外也是由于各种打印材料沉淀和/或沉积的倾向，变得越来越不能打印，并且需要停机来清洁打印机器并为打印机器提供新的打印材料。
同一申请人的申请ep2875956a1描述了一种打印设备，该打印设备包括：打印头，其用于将打印材料打印在打印载体上；以及打印材料的再循环单元。再循环单元包括：第一容器；第二容器；第一再循环装置，其用于产生从所述第一容器朝向所述打印头和所述第二容器的所述打印材料的第一流；以及第二再循环装置，其用于将打印材料从第二容器转移到第一容器。特别地，打印材料的第一容器保持在大气压下，而第二容器保持在负压(即低于大气压的压力)下。
打印头在打印材料流动控制方面具有不同的要求；在使用中，显示并非所有的打印头都能供ep2875956a1中描述的再循环系统使用。实际上，特别是针对特殊油墨配方(诸如陶瓷油墨或包括重颗粒组分的油墨)，相对于传统的油墨再循环系统，经过打印头的再循环油墨的流动需要保持较慢。此外，打印头中的用于油墨的通道必须保持为负压，否则油墨将流出打印头的喷嘴。如ep2875956a1中公开的，通过提供分别与入口和打印头中的油墨通道的出口连接的两个油墨罐而导致油墨在打印头内部的再循环，压力施加到每个罐中的油墨以产生压力差，从而驱动油墨从一个罐流向另一个罐。在打印头至少沿着相对于待涂覆区域的一个方向移位的打印机中，打印头的速度约为1米/秒，并且罐中的油墨经受快速的加速和减速，这会导致每个罐的压力波动，由此导致流速的波动。这种情形进一步致使再循环系统的两个罐之间的压力差设定成为油墨再循环系统的特别关键方面。
考虑到较慢的再循环流动油墨系统，在一个罐中不施加相对于大气压的正过压的需要限制了两个罐中的设定压力的可能性，这允许经过打印头的油墨产生较慢的流速或速度。一个罐实际上不需要克服大气压，使得为了设定压力差以获得较慢的再循环流动，另一个罐的负压将非常接近大气压，致使设定更为关键。此外，两个罐之间的压力差减小会致使油墨压力并由此致使油墨流相对于因快速加速和减速而使打印头移位所引入的压力波动更不稳定。
而且，值得注意的是，打印材料通常是乳状液，并且太高能量的再循环能采取在概念上与通过奶油搅拌来生产黄油时发生的不同的方式造成乳状液相的分离。在使用ep2875956a1中描述的具有多种打印材料的设备之后，申请人观察到，在一些情况下，所述再循环单元能造成一些打印材料的相的非期望分离。
文献us8,408,685、ep1831025公开了根据油墨再循环系统操作的打印设备。在这些文献中，设置有两个罐或分成两个分离部分的罐，两罐或罐部分分别通过打印头的通道连接到油墨流的输入和出口口。设置有压力或低压产生装置，用于向一个罐施加低压并且向另一个罐施加正压以便在两个罐之间产生压力差，从而驱动油墨经过打印头从一个罐流向另一个罐。
技术实现要素：
本发明的目的是提供能够与任何类型的打印材料和打印头一起工作且具有经济构造的再循环单元。
该目的通过本发明的设备和方法实现。还规定了有利实施方式和改进。
根据本发明的再循环单元包括：
-用于打印材料的至少一个第一容器；
-用于打印材料的至少一个第二容器；
第一容器和第二容器都被保持在两个不同的负压(即低于大气压的压力)下。
两隔容器保持在能根据需要控制的负压下这一事实允许改变打印材料再循环的速度，再循环的速度影响为了使打印材料再循环而施加的负压量。这允许通过主动地控制每个罐的压力而完全没有由于环境原因或者打印头移位而造成的大气压变化来建立任何种类的压力差。此外，向油墨施加两个负压这一事实避免向油墨施加正压，并由此破坏了使喷嘴中的油墨弯液面保持稳定的力。
根据本发明的方法包括以下步骤：
-通过供应装置将打印材料供应到构成再循环单元的一部分的第一容器；
-通过第一再循环子单元产生所述打印材料从所述第一容器进入所述打印头并进入所述再循环单元的第二容器的第一流动；以及
-通过第二再循环子单元将所述打印材料从所述第二容器引导到所述第一容器；
所述打印材料的第一容器和第二容器被保持在两个不同的负压下。
根据能结合上述特征提供的另一特征，用于将所述打印材料从所述第二容器转移到所述第一容器的所述第二再循环子单元至少包括用于将油墨馈送到所述第一容器中的输送管，该输送管具有位于所述第一容器中的出口，所述出口定位在所述第一容器内部的一深度处，该深度低于所述第一容器中的油墨的预定最小高度。
根据一变型，第二再循环子单元的从所述第二容器拾取油墨以便将油墨馈送到所述第一容器的再循环管设置有进口，所述进口放置在所述第二容器内部的一深度处，该深度低于所述第二容器中的油墨的预定最小高度。
上述实施方式允许补偿由再循环泵引入的可能压力波动，所述再循环泵需要将油墨从所述第二容器转移回到所述第一容器。这种再循环以连续的方式进行。在一些情况下，所述再循环泵可以引入正压，其使用两个负压可能至少部分地补偿两个负压中的一个，使得作用于喷嘴中的弯液面上的负压变化且潜在地减小，以致使油墨不再保持在喷嘴中以防掉落。
根据能与上述实施方式和特征任意组合而提供的本发明的另一特征，设置有油墨馈送装置，所述油墨馈送装置包括：积聚罐；泵送装置；以及用于将再填充的油墨馈送到第一打印材料容器的油墨再填充管，该油墨再填充管将泵送装置的出口与所述第一容器连接；泵送装置控制单元，所述泵送装置控制单元以脉冲的方式驱动所述泵送装置，用于以间隔的方式将预定量的油墨从所述积聚罐馈送到所述第一容器。
根据一实施方式，泵送装置驱动脉冲具有所述泵送装置的开关周期的预定频率，所述开关周期具有预定重复频率和每个周期的开关阶段的预定持续时间，预定重复频率和预定持续时间是根据经验特别是实验的方式与所述打印头的构造参数、所述再循环单元的构造参数、用于油墨再填充的所述馈送装置的构造参数和油墨种类的构造参数相关地确定的。
根据一实施方式，所述泵送装置以约100ms到1000ms的开关周期操作。在变型实施方式中，所述泵送装置以从300ms到700ms范围内的开关周期操作。在优选实施方式中，所述泵送装置的开关周期的持续时间约为500ms。
根据又一实施方式，回路的压力约为8kpa到15kpa。
在一实施方式中，第二再循环子单元的压力范围为从0kpa到4kpa。
根据能替代地或者与前述特征组合地提供的另一特征，用于将再填充的油墨馈送到打印材料的所述第一容器以及将泵送装置的所述出口与所述第一容器连接的油墨再填充管具有出口开口，所述出口开口放置在所述第一容器内部的预定深度处，该深度低于所述第一容器内部和/或所述第二容器内部的油墨的预定最小高度。
与再填充单元相关的以上进一步改进允许确保所述再填充单元不会引入特别是所述第一容器的负压扰动，这对于用于将弯液面保持在喷嘴内侧的正确位置的压力条件是不利的并且将严重损害所述打印头的功能。实际上，在根据现有技术的装置中，用施加在第一罐中的油墨上的大气压进行操作，通过将所述再填充的油墨馈送到所述第一容器中的所述泵送装置引入另一压力差，这将导致所述第一罐的压力在非常小的负压与非常小的正压之间的较小波动，没有明显影响弯液面上的压力平衡。当考虑到根据本发明的教导时，这种情形改变，其中负压还是施加在所述第一容器中的油墨上，波动可能至少在一些情况下在油墨上引入正压，这能补偿负压并由此扰动压力平衡，从而允许保持所述打印头的所述喷嘴中的弯液面。
本发明的第一优点在于使用任何打印头的可能性，包括因先前的再循环系统而倾向于以非期望方式泄露打印材料的打印头，于是产生更好的打印质量。
本发明的第二优点是更好的打印精度以及使用任何打印材料(特别是在根据ep2875956a1的设备中不能使用的打印材料)的可能性。
本发明的第三优点是更准确地控制供应打印头的容器的打印材料，从而改进容器的控制。
附图说明
以下描述公开了本发明的其他优点和性质，其中基于附图详细地说明本发明的示例性实施方式：
图1是本发明的一个实施方式的示意图。
附图标记说明
10打印设备
11馈送装置
12积聚罐
13打印头
14打印材料的第一容器
15再循环单元
16第一再循环子单元
17第二再循环子单元
18打印材料的第二容器
19用于产生负压的构件
20用于产生负压的构件
21过滤装置
22泵送装置
23泵送装置
25a第一溢流罐
25b第二溢流罐
28管
30混合装置
33控制单元
34界面装置
41管
42管
142管出口
43a管
43b管
45输送管
46管
47管
50压力传感器
52加热构件
56检测装置
59过滤装置
61冷却构件
62打印材料回收罐
l1打印材料的最小高度
l2打印材料的最大高度
具体实施方式
图1示出了用于将打印材料打印在(未示出的)载体上的根据本发明的打印设备10的一个实施方式。
打印材料可以包括油墨、涂料或增强材料，适于赋予例如闪光或不透明效果或例如由相应涂料赋予的其他视觉效果(诸如闪光、亮片等)。
打印载体可以例如由选自纸、纸板、纺织材料、金属材料、木材、塑料材料、矿物材料或陶瓷材料的材料制成(但是还能使用其他类型的材料)，并且与本发明的目的无关。
根据一实施方式，打印设备10包括用于将打印材料朝向再循环单元15馈送的馈送装置11，再循环单元15又在打印头13中产生打印材料的连续再循环。为了方便起见，在本说明书中，再循环单元15被细分成两个再循环子单元：第一再循环子单元16和第二再循环子单元17。
打印头13能以基本已知的方式选择性地控制，以根据预固定的图案将打印材料沉积在(未示出的)打印载体上。
根据优选实施方式，馈送装置11包括：积聚罐12，打印材料在打印之前沉积在积聚罐12中；以及用于将打印材料从积聚罐12朝向再循环单元15转移的第一泵送装置22。
所述积聚罐12通过管41连接到过滤装置21。泵送装置22通过第一抽吸管41从积聚罐12摄取打印材料，并将打印材料通过第二管42引导到再循环单元15。
在一实施方式中，馈送装置11进一步包括混合装置30，混合装置30用于周期性地或连续地混合包含在积聚罐12中的打印材料。
在第一管41和/或第二管42上，能插入例如过滤器等形式的过滤装置21。
根据一实施方式，可设置有控制单元33，控制单元33以脉冲的方式驱动泵送装置22，诸如用于馈送油墨从而以间隔的方式为再循环单元15的第一容器14再填充少量油墨。
根据第一变型实施方式，控制单元33被配置成设定泵送装置22的开关驱动周期的预定重复频率。变型实施方式可提供配置成设定泵送装置22的开关阶段的持续时间的控制单元。
根据一实施方式，控制单元33设置有用户界面，该用户界面允许输入与重复频率以及泵送装置22的开关阶段的持续时间相关的数据。
根据又一实施方式，通过由油墨高度传感器56测量至少第一容器14内部的油墨高度，以及通过设定为了再填充罐中油墨以便使油墨高度低于最小高度l1所需的重复频率和泵送装置22的开关阶段的持续时间中的至少一者，可以以自动的方式设定上述参数中的一个或多个。
或者手动地或者自动地计算和设定上述参数的算法优选地以经验(特别是实验)的方式确定，作为系统的(特别是再填充系统的馈送装置11)的构造参数以及系统制造商在内部或系统用户的油墨种类的函数。
所述算法能采取程序的形式，在所述程序中，指令被编码以由控制单元33执行所述算法。
所述再循环单元包括用于连接到馈送装置11的打印材料的第一容器14。第一容器14通过管42连接到积聚罐12。第一容器14位于通过第一管43a连接的相应打印头13上游。在优选实施方式中，第一管43a与第一容器14的下部或底部相对应地连接。第一管43a在第一容器14的下部中的连接允许防止在容纳于第一容器14中的打印材料中形成气泡。
根据本发明的另一特征，将泵送装置的出口与再循环单元15的第一容器14连接的第二管42具有出口142，出口142放置在所述第一容器14内部的一深度处，该深度低于所述第一容器14内部的预定最小油墨高度l1。
再循环单元进一步包括用于打印材料的第二容器18，该打印材料穿过管43b来自打印头13。在优选实施方式中，第二管43b与第二容器18的下部或底部相对应地连接。第二管43b在第二容器18的下部中的连接允许防止在包含于第二容器18中的打印材料中形成气泡。
用于打印材料的第一容器14和第二容器18位于相同的平面上，并且能容纳两种不同高度的打印材料。
再循环单元是气动类型的并且包括一对构件19、20(采取一系列电磁阀的形式)，用于产生连接到用于打印材料的所述第一容器14和第二容器18的负压。特别地，所述构件19、20被配置成在第一容器14和第二容器18内部产生负压或低压。第一容器14与第二容器18之间的负压差导致打印材料从第一容器14穿过打印头13移位到第二容器18。
用于产生负压的构件19、20包括一系列电磁阀，所述一系列电磁阀组装在配置成利用文丘里效应的机械模块上。特别地，构件19在第一容器14中产生负压，并且构件20在第二容器18中产生负压；这两个负压在用于打印材料的所述容器14和18之间是不同的。
通常，用于打印材料的第一容器14的负压值为-4千帕(kpa)，而用于打印材料的第二容器18的值为-10kpa。该负压差触发打印材料从第一容器14穿过打印头13移位到第二容器18。
通过控制用于产生负压的两个构件19和20，可以改变用于打印材料的所述两个容器14和18的负压。指示性地，能获得的负压值范围为0至-50千帕。
不同的打印头和不同的打印材料需要微调用于打印材料的第一容器14和第二容器18的负压。
压力传感器50执行负压值的检测，压力传感器50检测用于打印材料的容器14和18的负压值。然后，将检测值传送到控制单元33，控制单元3控制构件19和20，使得获得期望的负压值。
而且，用于产生负压的构件19和20具有另一阀，所述另一阀允许在正压下执行对打印头13的清洁，改变用于打印材料的容器14和18内部的压力。显然，当打印设备未打印时，执行包含在正压下给打印头13提供油墨的清洁循环。
而且，设置有两个溢流罐25a、25b，溢流罐25a、25b插在用于打印材料的第一容器14与第二容器18之间，例如位于第一连接管46与第二连接管47之间的中间位置。
特别地，在连接到第一容器14的罐25a中，空气被保持在负压条件下，并且在连接到第二容器18的罐25b中，也产生负压条件。
所述溢流罐25a和25b能设置有(未示出的)排出阀，用于排出可能的冷凝物或者可能存在于它们内部的打印材料。而且，所述罐25a、25b能设置有检测打印材料的传感器。如果这样的传感器被触发，则传感器控制或提供停用用于产生负压的所述构件19、20的信号。以这种方式，能防止对用于产生负压的构件19、20的损坏。
在本发明的一实施方式中，再循环单元15也包括第二再循环子单元17，用于将打印材料从第二容器18转移到第一容器14。
第二再循环子单元17包括通过管28连接到第一容器14和第二容器18的泵送装置23，用于将打印材料从第二容器18移位到第一容器14。在优选实施方式中，抽吸管28的一端连接到第二容器18的下部或底部。这允许防止通过抽吸管28抽吸空气。
管28将泵送装置23连接到用于打印材料的第二容器18，而管45将泵送装置23连接到用于打印材料的第一容器14。在优选实施方式中，管45的一端连接到第二容器18的下部或底部。这允许防止通过抽吸管28抽吸空气。
在一实施方式中，至少输送管45设置有过滤装置59，过滤装置59用于过滤从第二容器18进入第一容器14的打印材料流。而且，如果泵送装置23的隔膜破坏，则过滤装置59的存在会防止非期望颗粒进入用于打印材料的第一容器14，以及从第一容器14到达打印头13，从而对打印头造成可能的损坏。
根据本发明的一实施方式，至少，第二再循环子单元17的将泵送装置23的出口与第一容器14连接的输送管45具有出口，出口放置在所述第一容器14内部的一深度处，该深度低于所述第一容器14内部的预定最小油墨高度l1。
在另一实施方式中，第二再循环子单元17的将第二容器18与泵送装置23的输入端连接的管28也具有进口，进口放置在所述第二容器18内部的一深度处，该深度低于所述第二容器18内部的预定最小油墨高度l1。
在一实施方式中，设置有检测装置，检测装置包括用于检测第一容器14中的打印材料高度的第一高度传感器56a，并包括用于检测第二容器18中的打印材料高度的第二高度传感器56b。
第一高度传感器和第二高度传感器能选自包括光学传感器、磁传感器、感应传感器、电容传感器、浮动构件或其可能组合的组。
在本实施方式中，设置有新的动态高度传感器，其相对于先前的开关传感器允许更准确地控制打印头的馈送罐中的打印材料高度，从而改进其管理。
在一实施方式中，再循环单元15包括调节装置，该调节装置连接到第一容器14和第二容器18中的至少一者并被配置成以期望的方式改变循环穿过打印头13的打印材料的物理特性(例如温度、粘度)。
调节装置能包括用于调节例如用加热回路获得的温度的系统，该系统能够例如通过加热和/或冷却动作来调节容纳在第一容器14和第二容器18中的至少一者中的打印材料的温度。
调节装置包括例如加热构件52，加热构件52安装在第一容器14和第二容器18中的至少一者外部，以根据预设模式加热容纳在第一容器14和第二容器18中的至少一者中的打印材料。
加热构件包括例如如图1所示的电阻52、热调节回路或适于该目的的其他装置。
在另一实施方式中，调节装置包括冷却构件61，以在第一容器14和第二容器18中的至少一者中促使容纳在其中的打印材料的冷却，并且将其温度调节至打印头13的使用温度。在一实施方式中，冷却构件61包括利用冷却循环原理的流体动态调节回路。
打印设备包括控制单元33，控制单元33在这种情况下包括plc，控制单元33被配置成监视和管理第一再循环子单元16和第二再循环子单元17的至少功能模式。特别地，取决于由第一高度传感器和第二高度传感器检测到的信号，控制单元33能适当地管理第一泵送装置22和泵送装置23的触发，以便将预定高度的打印材料保持在第一容器14和第二容器18中，从而确保正确地供应到打印头13。
在一实施方式中，在控制装置包括集成板或pcb的情况下，控制单元33通过(未示出的)电连接件(诸如电缆或电轨)连接到设备10的待控制和管理的部件。
在另一实施方式中，控制单元33能通过用户界面装置34进行操作，以允许人类用户选择性地设定一些打印参数并监视报警和异常。
在一实施方式中，界面装置34位于打印设备10的外部，例如借助电子计算器(诸如pc)或类似装置制成。
即使参照仅包括一个打印头13的打印设备10描述了本发明，但是本发明可应用于具有超过一个打印头13的打印设备。
在一实施方式中，对于每个打印头13，有必要为其自身提供馈送装置11以及为其自身提供再循环单元15，如上所述。
在替代实施方式中，根据本发明的再循环单元15能为多个打印头(通常多达四个)馈送油墨。
根据图1的设备的变型实施方式，用于打印材料的第一容器14和第二容器18设置有专用打印材料高度传感器56a和56b。两个传感器均分别监视对应容器14和18中的打印材料的高度。传感器对相应容器14和18中的打印材料的最大高度l2作出反应，并且每个传感器所产生的信号分别被传送到控制单元33，控制单元33控制用于产生负压的构件19和20。当两个容器14、18中的至少一者的打印材料的高度达到最大高度l2时，传感器的信号触发用于产生负压的构件的停止，从而允许大气压建立于容器14和18两者中并且导致打印材料从容器疏散。疏散通过打印头13的喷嘴进行，因为在不存在经过打印头的流动的情况下，保持力不会施加到每个喷嘴中的打印材料的弯液面并且打印材料顺着流入回收罐62。
从该罐起，打印材料能再次泵送到系统中。这能通过提供罐62中的打印材料的传感器(诸如高度传感器或控制泵将打印材料从罐62转移到容器14和18的其他种类的传感器)自动地进行。显然，打印材料从回收罐62向容器14和/或18中的转移也能通过手动地控制泵进行。
当容器中的油墨高度达到最小高度l1时，高度传感器56a和/或56b发出信号并且引发容器14和18中产生负压的构件19、20的触发，系统再次开始其正常操作。
当考虑到将负压施加到每个容器14和18时，用于控制容器14和18中的打印材料高度的上述系统是特别相关的，并且因为该负压在打印材料上施加抽吸动作，如果系统不能保持正确的压力平衡，则可能容易发生两个容器之一或两者中的打印材料高度以不受控的方式上升，从而离开容器并填满设备。监视打印材料高度允许将超过某一高度的打印材料沿着受控路径引导到回收罐，从而避免上升的打印材料在设备中到处泛滥而导致损坏并且请求长期的回收干预。