出墨控制系统及出墨动态控制系统及墨水保存容器的制作方法

本发明属于打印机构件及控制技术领域，尤其涉及一种出墨控制系统及出墨动态控制系统及墨水保存容器。

背景技术：

随着印刷电子技术的不断进步，以液态金属为代表的导电流体应运而生，使得打印导线制作液态金属柔性电子电路成为了可能，不仅变革了以往传统的pcb硬制电子电路制造模式，还极大地降低了电子电路制造时间和成本。液态金属打印技术在柔性电路、pcb印制电路板、天线等电子器件的快速制造上有着得天独厚的优势，具有十分广阔的应用前景。

目前的液态金属打印机的出墨控制主要是利用液态金属的自重与负压结合的方式实现对出墨量的控制，开始时由于墨水高度为初始状态，在负压的作用下保持预定的出墨量，但随着墨水减小，墨水腔内的负压值将不断增大，使墨盒的出墨量无法继续维持期望状态，导致出墨量降低甚至发生断墨问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种负压动态控制系统,以解决现有技术中打印系统无法达到稳定出墨的问题。

在一些说明性实施例中，所述出墨控制系统，包括：墨水保存容器，具有容纳墨水的第一腔室、以及与所述第一腔室连通的第二腔室，两个腔室之间的连通处位于所述墨水的液面之下；所述第一腔室中位于所述墨水的液面之上的部分形成第一气压腔，所述第二腔室中位于所述墨水的液面之上的部分形成第二气压腔，所述第一气压腔和所述第二气压腔等压；所述第一腔室设有与所述第一气压腔连通的第一气口，所述第二腔室设有与所述第二气压腔连通的第二气口；所述第一腔室和/或所述第二腔室设有位于所述墨水的液面下方的出墨口；气压控制系统，通过所述第一腔室上的第一气口与所述第一气压腔连通，增大或降低所述第一气压腔内的负压；所述第二腔室的第二气口通过封堵件实现开启或关闭。

在一些可选地实施例中，所述第一腔室还设有位于所述墨水的液位上方的注墨口。

在一些可选地实施例中，所述第一腔室的容积大于所述第二腔室的容积。

在一些可选地实施例中，所述第一腔室与所述第二腔室的等高且齐平设置。

在一些可选地实施例中，所述第一腔室与所述第二腔室之间底部连通。

在一些可选地实施例中，所述第一气口和/或第二气口上设置有透气薄膜，用以防止墨水从气孔溢出。

在一些可选地实施例中，所述第一腔室的出墨口连接有打印头。

在一些可选地实施例中，所述打印头为打印直写笔。

在一些可选地实施例中，所述墨水为液态金属。

本发明提出了一种出墨控制系统，该出墨控制系统中第一腔室和第二腔室连通，第二腔室上部形成的第二气压腔通过封堵件形成封闭且独立的气压腔体。初始时，由于第一腔室和第二腔室的连通，第一腔室和第二腔室内的墨水液面为齐平的状态，出墨口的出墨压力为p1；当开始出墨后，第一腔室内的液位不断下降，而第二腔室内由于封闭且独立的第二气压腔的存在，其液位无明显变化或下降程度低，此时出墨口的出墨压力为p2，由公知的出墨压力计算方法可知p2与p1之间变化差异较小。因此，通过上述结构可以再一定程度上较为稳定的维持墨水的出墨率。

另一方面，本发明的另一个目的在于提出一种出墨动态控制系统，从而精准的控制墨水的出墨率。

在一些说明性实施例中，所述出墨动态控制系统，包括：上述任一一种出墨控制系统；以及，还包括：检测所述墨水保存容器中气压值的气压传感器，所述气压传感器与所述出墨控制系统中的气压控制系统电连接；所述气压传感器、气压控制系统和预设气压值之间构成气压闭环控制。

在一些可选地实施例中，所述气压传感器替代所述出墨控制系统中墨水保存容器的第二气口上的封堵件，与第二气压腔连通。

本发明提出了一种出墨动态控制系统，该出墨动态控制系统在出墨控制系统的基础上增设了气压传感器，气压传感器可与气压控制系统和预设气压值三者共同形成气压闭环控制，当墨水液位下降后，第一腔室的负压增大会使第二腔室的液位存在较小程度的下降，此时气压传感器检测到的负压值大于预定负压，控制气压控制系统降低腔内的负压，使腔内负压恢复至预定负压，此时由于腔内负压值的恢复，第二腔室内的液位由于第二气压腔的作用也恢复至初始液位，从而使出墨口的出墨压力保持恒定不变的状态。

另一方面，本发明的再一个目的在于提出一种墨水保存容器，以满足上述出墨控制系统和出墨动态控制系统的需要。

在一些说明性实施例中，所述墨水保存容器，包括：用以容纳墨水的第一腔室、以及与所述第一腔室连通的第二腔室，两个腔室之间的连通处不高于所述第一腔室和第二腔室的高度的2/3；所述第一腔室，其上部设有第一气口和注墨口；所述第二腔室，其上部设有第二气口；所述第一腔室和/或所述第二腔室的下部设有出墨口。

本发明提出了一种墨水保存容器，该墨水保存容器具有两个连通的腔室，分别作为墨水保存容器的储墨腔室和稳压腔室，从而可以通过稳压腔室维持储墨腔室较为恒定的墨水出墨率。

附图说明

图1为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图一；

图2为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图二；

图3为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图三；

图4为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图四；

图5为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图五；

图6为本发明实施例中的出墨控制系统的结构示意图；

图7为本发明实施例中的气压控制系统的结构示意图；

图8为本发明实施例中的出墨控制系统的工作状态示意图；

图9为本发明实施例中的出墨动态控制系统的结构示意图；

图10为本发明实施例中的出墨动态控制系统的工作状态示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供了一种墨水保存容器，具体地，如图1、图2、图3、图4、图5，图1为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图一；图2为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图二；图3为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图三；图4为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图四；图5为本发明实施例中的墨水保存容器的结构示意图五。墨水保存容器100，包括：第一腔室101、以及与第一腔室101连通的第二腔室102；第一腔室101的上部设有第一气口103，其下部设有出墨口104，第二腔室102的上部设有第二气口105。优选地，第一腔室101和第二腔室102之间的连通处106不高于所述第一腔室101和第二腔室102的高度的2/3。

第一腔室101和第二腔室102可以为一体结构，即可存在于同一个壳体107内，而两者的连接处106则为壳体107内的孔体结构。在其它实施例中，第一腔室101和第二腔室102也可以采用分体式结构，即如第一腔室101和第二腔室102位于独立的两个壳体107内，此时两者的连接处106可采用管体结构。在一体结构中，第一腔室101和第二腔室102之间结构稳定可靠，而在分体式结构中，第一腔室101和第二腔室102的组合可更加灵活。

在设计第一腔室101和第二腔室102时，第二腔室102的高度不应低于第一腔室101灌墨时的墨水液面高度，以防止第一腔室101灌墨时，墨水从第二腔室102上部的第二气口105流出。在满足上述设计要求的前提下，第一腔室101和第二腔室102的高度、及位置可以任意设计；优选地，第一腔室101和第二腔室102设计为等高结构(即两个腔室的高度相同)，同时位置齐平放置，连接处106位于两个腔室的底部(即两个腔室的底部连通)，以满足第一腔室101中的墨水完全排出前，第二腔室102始终可以对出墨口104产生较为恒定的出墨压力。连接处106的截面可以采用孔状或滤网状，其孔径在满足墨水正常通过的前提下，应尽可能的小。

第一腔室101和第二腔室102的腔体形状也不会对本发明的主要目的产生影响，可以采用任意形状，但优选地可采用柱型、圆型等规整形状，便于加工制作，以及参数采集及参数计算。第一腔室101作为储墨腔室，其水平方向的截面积优选地应大于第二腔室102，避免第二腔室102中剩余过多的墨水，导致墨水残留过多。具体地，第一腔室101的容积为第二腔室102的2-20倍，如2倍、2.5倍、2.7倍、3倍、4.2倍、5倍、6倍、7.5倍、8倍、10倍、13倍、15倍、17倍、18倍、19倍、20倍。

在一些实施例中，出墨口104可以设置在第二腔室102的下部；优选地，出墨口104设在第一腔室101和/或第二腔室102的底面上(即墨水的最低液位位置)，从而尽可能的保证墨水的排出量，降低墨水残余。出墨口104的数量可以为1个或者多个，可以根据实际使用需要进行设计，当出墨口104的数量为多个时，各出墨口104可以均设在第一腔室101和/或第二腔室102的底面上，由于出墨口104位于同一水平面，因此受到的出墨压力均相同，同一时刻每个出墨口104的出墨率一致。

第一腔室101上的第一气口103和第二腔室102上的第二气口105的作用包括：在对墨水保存容器100进行灌墨时(如通过出墨口104进行由下至上的灌墨操作)，通过第一气口103和第二气口105可以分别排出第一腔室101和第二腔室102中气体；以及，第一气口103和第二气口105还可以通过封堵件108进行关闭，也可以连通气控管路、又或者连通气压感应装置等以满足对墨水保存容器的不同功能的需求，后续的实施例中会对此进行详细描述。优选地，第一气口103和第二气口105分别位于第一腔室101和第二腔室102的顶面。

该实施例中灌墨方式是由下至上完成，对于易与空气发生反应的液体(如液态金属)而言，不会导致液体中出现反应物，而只是在墨水的最高液面上形成薄薄的一层氧化膜(如氧化镓)，由于氧化膜的形成，阻止了更多的液体在灌墨时与空气接触。

在一些实施例中，第一腔室101或第二腔室102的上部也可以设置注墨口109，以满足墨水保存容器100自上方进行灌墨的需求；优选地，注墨口109可以设在第一腔室101的顶面。

此时，对墨水保存容器100进行灌墨操作时，首先将墨水保存容器100的出墨口104进行封堵关闭，打开第一气口103和第二气口105，然后自注墨口109往第一腔室101或第二腔室102中灌墨，直至两个腔室中的液位达到预定高度。

在一些实施例中，第一气口13和第二气口15上分别设置有包覆气口的透气薄膜113，以防止墨水通过气口向外溢出、或流入气控管路、或灌墨时外界杂质进入腔室内部。

在一些实施例中，墨水保存容器100的出墨口104可以直接连接打印头110或通过管路连接打印头110。管路可以为柔性管路、刚性管路、以及两者的组合等。打印头110可以选用各种出墨方式的打印头，如直写打印头、喷墨打印头等。优选地，出墨口104上设置有控制出墨口104开启或关闭的电磁阀；又或者，在打印头110的出墨端设置密封帽，从而实现出墨的关闭。其中，两种方式可以组合叠加。

在一些实施例中，第一腔室101和/或第二腔室102的上部可以设置常规的除氧剂,以降低腔室内易于墨水产生反应的氧气成分含量。优选地，除氧剂设于第一腔室101的上部，如顶面或高于墨水最高液面线的侧壁上。

在一些实施例中，第一腔室101和/或第二腔室102的中部可以设置挡板，挡板可以采用多种样式，如栅状结构的多块挡板，“十”字型的挡板，“九宫格”挡板等，腔室的中部被挡板所隔开，上部和下部仍然连通。该实施例中，通过设置挡板可以降低一些情况下腔室内墨水的晃动程度，从而提高稳压的有效性和可靠性。

本发明实施例中的墨水保存容器100，在其出厂时，墨水保存容器100上的一个/多个/全部的开口(含气口和出墨口(可含注墨口))均可通过封堵件进行关闭密封。对于不同位置上的进行封堵的封堵件可以采用不同的结构，如盖帽、滚花接头、密封塞、电磁阀等；其中，滚花接头不仅可作为封堵件，亦可以作为连接件，除此之外，亦可以采用其它接头结构，本发明对此不作限制。在一些实施例中，所述开口的开启/关闭，可以通过电磁阀实现。

本发明提出了一种墨水保存容器，该墨水保存容器具有两个连通的腔室，分别作为墨水保存容器的储墨腔室和稳压腔室，从而可以通过稳压腔室维持储墨腔室较为恒定的墨水出墨率。

现在参照图6，图6为本发明实施例中的出墨控制系统的结构示意图。

本发明实施例在上述任意一种墨水保存容器的基础上，提出了一种出墨控制系统，所述出墨控制系统，包括：墨水保存容器100和气压控制系统200；墨水保存容器100具有容纳墨水300的第一腔室101、以及与所述第一腔室101连通的第二腔室102，两个腔室之间的连通处106位于所述墨水的液面之下；所述第一腔室101的和所述第二腔室102的上部分别形成等压的第一气压腔111和第二气压腔112；所述第一腔室101设有与所述第一气压腔111连通的第一气口103，所述第二腔室102设有与所述第二气压腔112连通的第二气口105；所述第一腔室101和/或所述第二腔室102设有位于所述墨水的液面下方的出墨口104；气压控制系统200，通过所述第一腔室101上的第一气口103与所述第一气压腔111连通，增大或降低所述第一气压腔111内的负压；所述第二腔室102的第二气口105通过封堵件108实现开启或关闭。

本发明实施例中的第一气压腔111和第二气压腔112是由于第一腔室101和第二腔室102灌墨后每个腔室内的液面与该腔室的顶面之间形成的空腔，该空腔的体积随着墨水液面的升高而减小，但无论空腔的体积小到何种程度，甚至为0时，其仍然会产生本发明实施例中气压腔的效果。

该实施例中墨水保存容器100可采用的结构在此不再赘述，可参照上述实施例中墨水保存容器100的任何一种结构。

如图7，在一些实施例中，气压控制系统200包括：管路201、负压气泵202、节流消声器203、负压电磁阀204和泄压电磁阀205；其中，负压气泵202通过负压电磁阀204接在管路201上，节流消声器203通过泄压电磁阀205接在管路201上；管路201的一端封闭，另一端作为气压控制系统200的气压控制端。

优选地，气压控制系统200还包括接在管路201上的稳压腔206，用以防止气压控制系统200、以及与气压控制系统200连通的墨水保存容器中产生气流扰动，起到缓冲的作用。

本发明实施例中的气压控制系统200除上述结构外，还可以采用现有技术中其它可实现增加或降低负压的系统结构，例如通过负压气泵和正压气泵配合达到该效果。

现在参照图8，图8示出了本发明实施例中的墨水保存容器100的不同情况下的状态。具体地，图8(1)-图8(2)示出了墨水保存容器的灌墨过程，图8(2)-图8(3)示出了墨水保存容器的出墨过程。

如图8(2)，在墨水保存容器100完成墨水300的灌注后，关闭出墨口104(在存在注墨口109的情况下，出墨口104在灌墨前已关闭，此时关闭注墨口109)，关闭第二气口105，将第一气口103与气压控制系统200的气压控制端连接。此时出墨控制系统中第一腔室101和第二腔室102中的墨水液位齐平，第二腔室102中的第二气压腔112形成了封闭的气压腔体，出墨口104的出墨压力p1＝p3(腔体实际负压值，此时p3＝p0(预设气压值))+ρgh1，通过气压控制系统200开始对第一气压腔111抽气，使第一气压腔111内的负压值达到预设气压值(负压)，之后关闭气压控制系统200，使出墨控制系统完成准备阶段。

如图8(3)，开启出墨口104，使墨水300通过出墨口104自墨水保存容器100向外流出，此时第一腔室101内的墨水300的液位不断下降，第一腔室101内的第一气压腔111的体积变大，导致容器100内的负压增大，由于第二腔室102与第一腔室101连通，因此第二腔室102的墨水液面会下降以平衡容器100内的整体压力。此时出墨口104的出墨压力p2＝p3(此时p3>p0)+ρgh2。

由于无法获知墨水保存容器中实时的气压值，因此可以基于墨水保存容器的出墨使用时间对气压控制系统进行操作，以单位时间间隔通过气压控制系统对墨水保存容器中的负压值进行定量泄压，具体时间间隔以及泄压量可根据实际测定并选择。通过气压控制系统的定时定量泄压，可以使墨水保存容器内实际负压值p3与预设气压值p0相差不大，再有第二腔室102由于其二气压腔112的存在，驱使第二腔室102内的墨水液面向初始液面恢复一定程度，从而使第二腔室102内的墨水液面的变化量减小，已知p2＝p3+ρgh2，由于气压控制系统200以单位时间的泄压控制使p3整体变化较小，另一方面由于第二气压腔112的存在，使h2与h1同样相差较小，从而在一定程度上维持了墨水保存容器的较为稳定的出墨率。

本发明提出了一种出墨控制系统，该出墨控制系统中第一腔室101和第二腔室102连通，第二腔室102上部形成的第二气压腔112通过封堵件108形成封闭且独立的气压腔体。初始时，由于第一腔室101和第二腔室102的连通，第一腔室101和第二腔室102内的墨水液面为齐平的状态，出墨口的出墨压力为p1；当开始出墨后，第一腔室101内的液位不断下降，而第二腔室102内由于封闭且独立的第二气压腔112的存在，其液位无明显变化或下降程度低，此时出墨口104的出墨压力为p2，由公知的出墨压力计算方法可知p2与p1之间变化差异较小。因此，通过上述结构可以在一定程度上较为稳定的维持墨水的出墨率。

现在参照图9，图9为本发明实施例中的出墨动态控制系统的结构示意图。

本发明实施例在上述任意一种出墨控制系统的基础上，提出了一种出墨动态控制系统，所述出墨动态控制系统，包括：上述出墨控制系统，以及检测所述墨水保存容器100中气压值的气压传感器400，所述气压传感器400与所述出墨控制系统中的气压控制系统200电连接；所述气压传感器400、气压控制系统200和预设气压值之间构成气压闭环控制。

其中，由于墨水保存容器100内的各位置的压力相同，气压传感器400可以设置在于第一气压腔111或第二气压腔112连通的任何位置，相对的墨水保存容器100上开设有与气压传感器400的孔。优选地，所述气压传感器400替代所述出墨控制系统中墨水保存容器100的第二气口105上的封堵件108，与第二气压腔112连通。

如图10，图10为本发明实施例中的出墨动态控制系统的工作状态示意图，该出墨动态控制系统在出墨控制系统的基础上增设了气压传感器400，气压传感器400可与气压控制系统200和预设气压值p0三者共同形成气压闭环控制，当墨水液位下降后，第一腔室101的负压增大会使第二腔室102的液位存在较小程度的下降(自h1下降△h至h2)，此时气压传感器400检测到的负压值p3大于预定负压p0，控制气压控制系统200降低腔内的负压，使腔内负压p3恢复至预定负压p0，此时由于腔内负压值的恢复，第二腔室内102的液位由于第二气压腔112的作用也恢复至初始液位(自h2恢复至h1)，从而使出墨口的出墨压力保持恒定不变的状态。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。