基于微机电系统打印头的压缩流体打印系统的制作方法

专利名称：基于微机电系统打印头的压缩流体打印系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及打印，而更具体地，涉及通过微机加工的部件打印压缩流体和 标记材料的混合物。
背景技术：
许多标记技术存在用于在基底上产生标记或图形。通常通称为“按要求滴落”的 喷墨打印技术提供墨滴(通常包括染料或染料的混合物)用于用增压促动器(热促动器， 压电促动器等)冲击在记录表面上。促动器的选择性驱动引起形成和喷射飞行的墨滴，该 飞行的墨滴横过打印头和打印介质之间的空间并撞击打印介质。形成打印好的图像是通过 控制单独形成墨滴实现，如形成所需图像所要求的。通常，每个通道内的稍负的压力防止油 墨偶然地穿过喷嘴逃逸，且在喷嘴处形成稍凹的弯月面，因此有助于保持喷嘴清洁。驱动增压促动器在打印头的喷嘴口处产生喷射的墨滴。通常，使用两种类型促动 器中的其中一种类型，该两类促动器包括热促动器和压电促动器。在热促动器情况下，放在 方便位置处的加热器将油墨加热，同时使大量油墨相变成气泡，该气泡使内部油墨压力升 高，足够用于使墨滴排出。在压电促动器的情况下，将电场加到压电材料上，该压电材料具 有在材料中产生机械压力的性能，同时使墨滴排出。最常生产的压电材料是陶瓷类，如钛锆 酸铅，钛酸钦，钛酸铅，和偏铌酸铅。常规的喷墨打印机在若干方法中是不利的。例如，为了得到很高质量的图像而保 持可接受的打印速度，位于打印头上的大量排放装置必须经常驱动，由此产生墨滴。而频繁 驱动降低了打印头可靠性，还限制了在这些打印机中所用的油墨的粘度范围。通常，加一些 溶剂如水等降低油墨的粘度。增加的液体含量导致在油墨已沉积在接收器上之后更慢的油 墨干燥时间，且这样减少了总产量。此外，增加的溶剂含量还能引起油墨在干燥期间渗色的 增加，该渗色增加降低了图像清晰度、负面影响图像分辨率及其它图像质量规格。对一些接 收器如普通纸来说，过多液体还能导致接收器的局部机械翘曲。常规喷墨打印机还有不利之处在于，打印头的排放装置能变得被油墨部分堵塞或 完全堵塞。为了减少这个问题，将一些溶剂如乙二醇，丙三醇等加到油墨配方中，上述溶剂 能严重影响图像质量。可供选择地，将排放装置定期清洁，以便减少这个问题。这增加了打 印机复杂性。另一些技术众所周知，这些技术用气态推进剂将染料沉积到接收器上。例如， E. Peeters等人在2000年9月12日授权的美国专利No. 6116718中公开了一种供在标记设 备中使用的打印头，在该标记设备中使推进剂气体通过通道，将标记材料可控制地加到推 进剂流中，以便形成冲击式气溶胶，用于用足够的动能将非胶体，固体或半固体颗粒物，或 液体推向接收器，以便使标记材料熔化到接收器上。该技术的缺点是标记材料和推进剂流 是两种不同的实体。为把标记材料加到通道内的推进剂流中时，非胶体状的冲击气溶胶在 排出打印头之前形成。该非胶体状的冲击气溶胶是标记材料和推进剂的组合，热力学上不 稳定。照这样，标记材料易于在推进剂流中沉降，该沉降又能引起标记材料聚集，而导致喷 嘴阻塞和在标记材料沉积上的不良控制。
利用超临界流体溶剂来形成薄膜的技术也众所周知。例如，R. D. Smith在1988年 3月29日授权的美国专利No. 4734227中，公开了一种方法，该方法通过将固体材料溶解到 超临界流体溶液中沉积固体膜或形成细粉，和然后使溶液快速膨胀，以便形成标记材料的 颗粒物。该颗粒物取细粉或长的细纤维的形式，所述方法可以用来制造薄膜。C. Lee等人在 1990年5月8日授权的美国专利No. 4923720中，公开了液体涂装工艺和设备，其中利用超 临界流体如超临界二氧化碳来降低粘性涂料组成的涂布稠度，以便可供它们作为液体喷雾 涂布。在这些公开中，超临流体溶液的自由喷射膨胀产生一种形状的喷雾，该喷雾在没有掩 膜的情况下不能用来在接收器上形成高分辨率图形。R. Jagannathan等人在标题为“输送功能材料束到接收器上的设备和方法”的美 国专利No. 6752484中公开了一种用于输送无溶剂的标记材料到接收器上的方法和设备， 其中排放装置成形为在排放装置的出口外的位置处用气态流体产生平行的标记材料束。因 此，该方法说明用这种方式输送标记材料，以便它解决许多常规溶剂基系统所固有的与干 燥有关的问题。S. Sadasivan等人于2005年12月6日授权的标题为“用于打印的方法和设备”的 美国专利No. 6971739说明一种用于输送标记材料到接收器的打印头，该打印头包括排放 装置，所述排放装置具有入口和出口，而一部分排放装置限定输送路线。驱动机构可拆卸地 沿着输送路线设置。材料选择装置具有入口和出口，而材料选择装置的出口与排放装置的 入口连接成流体相通。材料选择装置的入口适合于连接到流体和标记材料的热力学稳定的 混合物的增压源上，其中流体在排放装置的出口外面的位置处处于气态。Sadasivan等人在标题为“用于打印、清洁和校准的方法和设备”的美国专利 No. 6672702中描述了一种打印设备，该打印设备包括压缩流体和标记材料的热力学稳定 的混合物的增压源；压缩流体的增压源；材料选择装置，该材料选择装置具有多个入口和 一个出口，多个入口的其中之一与压缩流体的增压源连接成流体相通，而多个入口的另一 个与压缩流体和标记材料的热力学上稳定的混合物连接成流体相通；打印头，该打印头的 一些部分限定输送路线，所述输送路线具有入口和出口，该输送路线的入口与材料选择装 置的出口连接成流体相通；和驱动机构，该驱动机构可拆卸地沿着输送路线设置，其中，压 缩流体在输送路线的出口之外的位置处处于气态；及清洁工位，该清洁工位相对于打印头 设置，其中打印头可移动到清洁工位上方的位置。该专利还包括标记材料测量装置，所述测 量装置对校准标记材料输送到基底的量有用。R. Jagannathan等人在标题为“用于控制无溶剂功能材料在接收器中沉积的深度 的方法和设备”的美国专利No. 6595630中说明了输送功能材料到接收器的方法，该方法依 次包括提供具有溶剂的流体和功能材料的混合物；使功能材料变成无溶剂；使功能材料 接触具有多层的接收器和使功能材料渗透和通过接收器的第一层，且这样渗透接收器的第 二层，以使第二层主要包含功能材料。对广泛使用的应用，仍然需要应用排放装置，该排放装置能有效的批量制造使用 基于压缩流体的标记材料的打印系统。微机加工的装置从那个观点来看是有利的，不过收 缩尺寸带来材料性能、设计和制造在高压下进行的微机加工的结构的能力、及在不堵塞微 型喷嘴情况下工作的许多挑战。微机电系统(MEMS)在许多大量销售的商业装置如加速度 计、压力传感器、喷墨打印机头、及用于投影机的数字镜面阵列中使用。
开发在任何新领域中有前途的MEMS的能力在很大程度上通过设计者能从中选择 的材料和微机加工工艺组实施和限制。迄今大多数市售MEMS都利用了互补金属氧化物半 导体(CMOS)和超大规模集成(VLSI)材料和工艺组。这些材料和工艺的详细情况可在已 发表的文献中得到，所述文献包括例如Sami Franssila所著“显微制造导论”(2004，John wiley and Sons, Ltd)。迄今为止，还没有公开过供用压缩流体打印的有前途的MEMS。对 这种系统，除了已知的喷嘴形状、控制阀、及它们对喷射准直的影响等问题之外，还有许多 其它问题需待解决。例如，是否CMOS/VLSI材料能承受供在压缩流体打印法中使用所需的 高压及是否它们能对制造微机加工的喷嘴有用。另外，哪些材料和方法可以提供从标记材 料的高压源到微机加工的喷嘴的防漏泄连接不明显。由于材料性能的均勻性和装配期间机 械力的分配变得更精确，所以大规模下工作的方法在小规模下不一定工作。伴随用压缩流体配方打印的另一个问题是一部分喷射的标记材料取纳米大小粒 子，而不是皮升级液滴的形式，它们可以与废气一起逸入附近环境中，并产生潜在的健康危 险。打印系统应设计成尽量减小或消除这种操作人员暴露于其中。这种材料的收集从根本 上与其它连续喷墨系统不同，此处当皮升级液滴不打算送到供打印的基底时，将它们收集 在明沟中。另外，许多标记材料在纯压缩流体中具有有限的溶解度，且该有限的溶解度限制 这种技术的范围。利用常规溶剂作为与压缩流体的共溶剂能增加溶解度。尽管用于含压缩 流体的常规溶剂的喷涂技术众所周知，但用这些流体定向射束打印未见报导。发明提要按照本发明的一个实施例，公开了一种打印设备用于输送压缩流体和标记材料的 混合物并将标记材料用图形沉积到基底上。设备包括压缩流体和标记材料和混合物的高压 源。微机加工的歧管包括多个微型喷嘴、流体室、进口、及第一表面和第二表面。第一表面 的一些部分限定进口，进口与流体室连接成流体相通。每个微型喷嘴都具有入口和出口，入 口与流体室连接成流体相通，而出口位于第二表面上。每个微型喷嘴都成形为在微型喷嘴 的出口外面产生压缩流体和标记材料的混合物的定向射束。外壳与高压源和微机加工的歧 管的进口连接成流体相通，外壳和微机加工的歧管之间的连接是密封连接。按照本发明的另一个实施例，打印设备还包括一装置，该装置可操纵以便捕集未 粘附到基底上的标记材料。按照本发明的还有另一个实施例，公开了一种打印的方法。方法包括提供压缩 流体和标记材料的混合物的高压源；提供微机加工的歧管，该歧管包括第一表面和第二表 面，第一表面的一些部分限定进口，进口与流体室连接成流体相通，多个微型喷嘴各都具有 入口和出口，入口与流体室连接成流体相通，出口位于第二表面上，每个微型喷嘴都成形为 在微型喷嘴的外面产生压缩流体和标记材料的混合物的定向射束；提供外壳，该外壳与高 压源和微机加工的歧管的进口连接成流体相通；及控制压缩流体和标记材料的混合物的压 力，以便在每个微型喷嘴的每个出口外面产生压缩流体和标记材料的混合物的定向射束。本发明的优点是能用CMOS/VLSI材料和工艺来制造供用压缩流体打印的微机加 工的歧管。这能实现微机加工的歧管的低成本批量生产。另一个优点是能利用像夹紧的垫 片那样的简单的密封方法来提供微机加工的歧管和高压源之间的防漏泄连接。本发明的另 一个优点是能收集打印期间选出的标记材料和废气，以便提供更安全的操作。另一个优点是能用本发明公开的设备直接打印各种各样的材料，包括用常规溶剂作共溶剂的材料。 附图简介在下面参照附图所作的本发明的优选实施例的详细说明中，其中

图1是按本发明制成的打印设备的一般示意图；图2是按本发明制成的打印设备的第一实施例的示意图；图3是按本发明制成的打印设备的第二实施例的示意图；图4是按本发明制成的便携式打印设备的实施例的示意图；图5是按本发明制成的打印设备的第四实施例的示意图；图6是按本发明制成的多源打印设备的局部视图；图7是用来实施本发明的微机加工的歧管的部件分解图；图8是用来实施本发明的另外的微机加工的歧管的部件分解图；图9是用来实施本发明的第二另外的微机加工的歧管的部件分解图；图10是用来实施图7所示的本发明的第二另外的微机加工的歧管的侧剖图；图11是包含另外的或第二另外的微机加工的歧管的打印头的部件分解图；图12示出在图9的打印头中所用的垫片；图13是包含另外的或第二另外的微机加工的歧管的打印头的三维视图；图14是包含另外的或第二另外的微机加工的歧管和杂散粒子收集机构的打印头 的三维视图；图15是具有杂散粒子收集机构的打印设备的示意图；图16是具有内装的杂散粒子抽吸机构的微机加工的歧管的部件分解图；图17是在实施本发明中所用的微机加工的歧管的一部分的光学显微照片；图18是例1中所描述的线的照片；图19是例2中所描述的线的打印好的图形的照片；和图20是例4中所描述的线的光学显微照片。发明的详细说明本说明尤其针对形成本发明的设备的一部分的元件，或者更直接地与本发明的设 备协同工作的元件。应该理解，一些未具体示出或说明的元件可以采取该领域的技术人员 众所周知的不同形式。此外，被认为适合于本发明的不同方面的材料，例如标记材料、溶剂、 设备等，都作为示例性的处理，且不打算用任何方式限制本发明的范围。图1示出打印设备10的一般示意图，该打印设备10用于输送压缩流体和标记 材料的混合物，并将标记材料以图形沉积到基底上。设备包括高压源20、任选的收集装置 154、和基底运送机构62，所述高压源20包含压缩流体和标记材料的混合物，结合到打印头 100上，所述打印头100包括微机加工的歧管30和外壳50。基底如此装配到基底运送机构 中，以使它面向打印头100。设备还可以包括打印头运送机构(未示出)。通过具有基底运 送机构62和打印头运送机构二者，能控制打印头100和基底之间的相对运动，以便将标记 材料以图形沉积到基底上。高压源20被用来在所需的温度、压力、体积、和浓度的条件下， 用或不用分散剂和/或表面活性剂将标记材料溶解和/或分散于压缩流体混合物中。微机 加工的歧管30具有与外壳50的密封式连接，并包括微型喷嘴或排放装置，该微型喷嘴或排放装置能将压缩流体和标记材料的混合物喷射到由基底运送机构62所夹持的基底上。利 用收集装置154来收集未沉积在基底上的材料。高压源20能用任何合适的材料制成，该材料能在配方条件下安全地工作。理想的高压源材料应能承受在0. 001大气压(1.013 X IO2Pa)至1000大气压(1. 013 X IO8Pa)范围 内的工作压力和在-25°C -1000°C范围内的温度。通常，优选的材料包括不同等级的高压不 锈钢。然而，如果特定的沉积或蚀刻应用要求较小的温度和/或压力的极端条件，则使用其 它材料与是可行的。高压源20还相对于操作条件(压力、温度、和体积)精确地控制。标 记材料的溶解度/分散能力取决于高压源20内的条件。照这样，高压源20内操作条件的 小变化能对标记材料溶解度/分散能力有不良影响。高于它们的临界点的材料通称为超临界流体，所述临界点由临界温度和临界压力 限定。临界温度和临界压力通常限定热力学状态，在该热力学状态中流体或材料变成超临 界的，并显示像气体和像液体一样的性能。在低于它们的临界点的足够高的温度和压力下 的材料通称为压缩液体。装在高压源20中的流体可以包括压缩液体，该压缩液体具有密 度为等于或大于0. lg/cm3 ；或超临界流体，该超临界流体具有密度为等于或大于0. lg/cm3 ； 或压缩气体，该压缩气体密度为等于或大于0. lg/cm3 ；或者任何它们的组合。装在高压源20 中的流体还可以包括任何溶剂或可与超临界流体和/或压缩液体溶混的溶剂的混合物。对 这种应用，环境条件优选地限定为温度在-100到+100°C范围内，和压力在1 X 10_3到100大 气压范围内。在环境条件下以气体形式存在的处于超临界流体和/或压缩液体状态的材料 由于它们独特的增溶和或分散处于压缩液体或超临界状态的所关心的功能材料的能力而 在这里找到应用。在本发明的范围内，装在高压源20中的压缩流体混合物包括任何其溶解 /增溶/分散标记材料的流体，此处至少一种流体在常压和常温下是气体。在许多情况下， 压缩流体混合物也可以包括普通有机溶剂如共溶剂。标记材料和压缩流体的组合通常称之 为混合物、配方、组成等。当标记材料用这种方式溶解或分散在压缩流体内，以便只要高压 源内的温度和压力保持恒定就无限地保持处于同一状态时，要求标记材料和压缩流体的混 合物或配方热力学上稳定。这种状态与其它物理混合物不同之处在于，除非高压源内的温 度和压力的热力学条件改变，否则在该高压源内没有标记材料粒子的沉降、沉淀、和/或聚 集。压缩流体包括但不限于二氧化碳、氧化亚氮、氨、氙、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁 烷、异丁烷、氯三氟甲烷、一氟甲烷、六氟化硫及其混合物。二氧化碳由于它的低成本、广泛 可用性、及可用的温度和压力范围而在许多应用中一般优选作为选择的压缩流体。合适的普通溶剂包括但不限于酮类，如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁酮、甲基戊基 酮、环己酮和其它脂族酮类；酯类，如乙酸甲酯、乙酸乙酯、烷基羧酸酯、甲基叔丁基酯、二丁 醚、甲基苯基醚、其它脂族或烷基芳香醚类；乙二醇醚类，如乙氧基乙醇、丁氧基乙醇、乙氧 基丙醇、丙氧基乙醇、丁氧基丙醇、及其它乙二醇醚类；乙二醇醚酯类，如乙酸丁氧基乙氧基 酯、丙酸乙基乙氧基酯和其它乙二醇醚酯类；醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、2-丙醇、丁醇、戊醇 和其它脂族醇类；芳香烃类，如甲苯、二甲苯、及其它芳族化合物或芳族溶剂的混合物；及 硝基烷类如2-硝基丙烷。一般，适用于本发明的溶剂必需有上述可混性，且还必需能润 湿标记材料或者是用于标记材料的良好溶剂。通常，溶剂与标记材料之比为0.01 1到 100 1，此处作为代表性地，压缩流体与标记材料之比为IXlO5 1到4 1。
标记材料可以是固体或液体，但优选的它是固体。此外，标记材料能是有机分子、 聚合物分子、金属有机化合物分子、无机分子、有机纳米粒子、聚合物纳米粒子、金属有机化 合物纳米粒子、无机纳米粒子、有机微粒、聚合物微粒、金属有机化合物微粒、无机微粒、和 /或这些材料的复合物等。合适的聚合物包括乙烯、丙烯酸和苯乙烯单体和基本乙烯、丙 烯酸、苯乙烯单体的共聚物；聚酯类、醇酸类、聚氨酯类、纤维素酯类、氨基树脂类、天然树胶 和树脂类、及可交联的成膜剂。此外，任何合适的能在具体应用的压缩流体混合物中增溶/ 分散标记材料的表面活性剂和/或分散剂材料都能加到标记材料和压缩流体混合物的组 合中。这些材料包括，但不限于环糊精类、氟化聚合物如全氟聚乙烯、硅氧烷化合物类等。 然而，这些聚合材料经常引起打印喷嘴堵塞。因此，使用在co2中有更高溶解度的标记材料 也是有利的。这些材料减轻了对用聚合的表面活性剂来增溶的需求。对可与0)2配伍的材 料的一般设计原则是将所需物质束缚到一种或多种与co2有很高亲和性的增溶剂上(见 E. Beckmann的论文，标题为“对绿色化学的挑战设计易溶于二氧化碳中的分子”，发表于 Chem. Commun. 2004，Vol. 17，pp 1885)。P. Raveendran 和 S. Wall en 在标题为“可更新的亲 碳水化合物基C02”的美国专利申请No. 20030072716中公开了一种组成，该组成包括分散 在二氧化碳中的碳水化合物基材料。碳化化合物基材料包括碳水化合物和至少一种非氟的 亲C02基团。二氧化碳能是超临界的液体或气态。碳水化合物能是单糖、二糖、三糖、多糖、 环糖或无环糖。亲C02基团从下述一组基团中选择，该组基团包括乙酰基团、膦酰基团、磺 酰基团、—0—C (0) —Rn、—C (0) —Rn、—0—P (0) — (0—Rn) 2、和一NRnRn,，此处 Rn 和 Rn,独立 地是氢或烷基。他们还公开了形成一种组成的方法，该组成包括分散在二氧化碳中的碳水 化合物基材料。在优选实施例中，方法包括(a)提供亲C02的碳水化合物，该碳水化合物包 括一个或多个羟基和一个或多个环上的氢的其中之一 ；(b)用非氟的亲C02基化学置换羟 基和环上氢的至少其中之一，以便形成碳水化合物基材料；和(c)将碳水化合物基材料分 散在二氧化碳中，因而形成一种组成，该组成包括分散在二氧化碳中的碳水化合物基材料。 同样，在B. Tan和A. Cooper发表的标题为“用于增溶和乳化的亲功能少的(乙酸乙烯酯) C02”的论文(J. Am. Chem. Soc.，2005，Vol. 127，pp. 8938)中报导了束缚到亲C02乙酸乙烯酯 低聚物中的疏C02染料的例子。一般，‘疏C02’部分能是功能单元如染料、聚合物、试剂或催 化剂，或者它可以设计成与其它C02不可溶的分子相互作用，而使整体具有表面活性剂的功 能。标记材料中的所有这些变化都设想供与本发明一起使用。图2示出对实施本发明有用的打印设备10的第一实施例的详细示意图。微机加工 的歧管30具有第一表面32和第二表面34、在第一表面上的进口 36，和多个微型喷嘴40，上 述进口 36限定为进入通孔37，该通孔37进入置于上述第一和第二表面之间的流体室38， 而上述多个微型喷嘴40各都具有入口 42和出口 44，所述入口 42能与流体室38流体相通， 而出口 44在第二表面34上。在所有图中，利用开口端的箭头来代表表面或仅在表面处出 现的零件，而其它部分用充满的箭头标出。外壳50围绕微机加工的歧管30，以便给位于外 部的设备提供机械支承和面接能力，如特定打印应用所要求的。外壳包括外壳导管53，该 导管53穿过任选的密封件54结合到微机加工歧管30的进口 36上。外壳导管53结合到 导管52上，该导管52将高压源20连接到外壳50上，并允许在高压源20和微机加工歧管 30的进口之间流体相通。导管52还包括双位阀22，该双位阀22设在高压源20和微机加 工歧管30的进口 36之间，用于接通和截断压缩流体和标记材料的混合物从高压源20流到微机加工的歧管30中。任选的密封件54能置于微机加工歧管30的第一表面和外壳50之 间，以便密封微机加工歧管30的进口 36，因此压缩流体和标记材料的混合物能穿过每个微 型喷嘴40传送而不漏泄。密封式连接也能用与配合外壳50上专门加工的表面一起合适的 夹紧形成。它也能通过使用密封件54形成。密封件54包括垫片，该垫片由纯金属或金属 合金箔、特氟隆(Teflon)、及其它聚合材料制成。除了众所周知的夹紧和胶粘合之外，密封 也能通过粘合操作提供，例如，如Y. Peles等在论文中所述，该论文标题为“用于高压和高 温操作用微型发动机和微型火箭装置的流体包装”，发表于J. of Microelectromechanical Systems, Vol. 13，No. 1，pp31(2004)中。通过将密封件置于微机加工的歧管的第一表面和 外壳之间，跨过微机加工的歧管的整个表面密封代替在微机加工的歧管的进口处的特殊连 接经常是有利的。术语“密封式连接”意指用或不用分开的密封件所形成的不漏泄的连接。 在打印设备10的工作期间，基底60可以由基底运送机构62支承，该基底60相对 于微型喷嘴40的出口间隔开。基底运送机构62能用来将基底60保持在距微型喷嘴40的 出口一定距离处，和用于与设在外部的设备面接，如特定应用所要求的。当操纵打印设备10时，压缩流体和标记材料的混合物的高压源20保持在所需的 温度和压力下。导管52和外壳50也保持在所需温度下，该温度通常是在高压源内部温度 的士 50°C范围内。当双位阀22打开时，压缩流体和标记材料的混合物被输送到微机加工 的歧管30的流体室38中，并穿过微型喷嘴40的出口 44作为压缩流体和标记材料的混合 物的定向射束64排出。定向射束保持标记材料在空间中沿着狭窄的路线。定向射束的发 散角是由定向射束与在微型喷嘴的外边缘处垂直于第二表面34的线二者的边界所形成的 角。图形是一组标记，该组标记具有限定的空间特点(例如，线条、字母、形状等)。定向射 束64喷射到基底60上，因而将标记材料以图形沉积到基底60上。发散角能由已知在微型 出口处从在微型喷嘴44处的第二表面34到基底的平面表面61的距离和通过测量基底60 上打印的形体(feature)的尺寸进行计算。优选的是，定向射束的发散角小于10°，更优选 地小于5°，而最优选的是小于3°。图3示出打印设备的第二实施例，该打印设备用于输送压缩流体和标记材料的混 合物，并将标记材料以图形沉积到基底上。该实施例示出任选的导管连接机构58，所述连 接机构58用来将外壳导管53连接到导管52上。该实施例还包括控制阀46，所述控制阀 46沿着上述多个微型喷嘴的每一个设置。每个控制阀46都具有第一位置和第二位置，该 第一位置提供连续的输送路线，而第二位置限制上述压缩流体混合物流过上述喷嘴的每一 个。每个控制阀都单独受控制，且它可以包括压电、热、电磁和/或静电驱动机构。这些控制 阀用来控制标记材料流到基底，且通常以时标(time scale)0. 00001-1秒接通和关闭。相 关的控制阀结构能基于发表的文献加入。例如，D.C.Roberts等在Proceedings of SPIE， Vol. 4327,pp366 (2001)中公开了一种用于高压、高频应用的压电式驱动的微型阀。另一些 例子包括Herming等人在标题为“低功率热气动微型阀”的美国专利申请No. 6129331中所 公开的微型阀和R. J. Barron等于2005年1月25日授权的标题为“热驱动式微型阀装置” 的美国专利No. 6845962所公开的微型阀促动器。图4示出便携式打印设备10的实施例，该便携式打印设备10用于输送压缩流体 和标记材料的混合物，并将标记材料以图形沉积在基底上。在该实施例中，高压源20被可 拆卸罐28代替，该罐28预装有预定量的标记材料和压缩流体的混合物，所述混合物取热力学稳定的混合物。双位阀22和导管52附接到可拆卸罐28上。导管52通过导管连接机构 58连接到外壳50上。导管连接机构58可以是任何类型的泄漏式连接器，如Swagelock、 NPT或高压管道配件，并提供用于快速从打印头100快速连接和除去可拆卸罐28。外壳50 具有合适的配合连接，该配合连接附接在密封件54上方，以便成功地将可拆卸罐28连接到 打印设备10的其余部分上。因此可拆卸罐28通过导管连接机构58可拆卸地连接到外壳 50上。该打印设备能制成便携式，而可拆卸罐28能如此制造，以使操作者120能很容易将 它握在手中。因此整个打印设备能手持，且能在操作人员控制下将图形打印在任何表面上。 双位阀22也可以用按钮操纵，因此操作人员120能很容易控制压缩流体和标记材料流到基底60上。图5示出打印设备10的第四实施例，该打印设备10用于输送压缩流体和标记材 料的混合物，并将标记材料沉积在基底上。在该实施例中，分开的压缩流体源24通过压缩 流体导管25连接到装有压缩流体和标记材料的混合物的高压源20上。压缩流体控制阀21 是在压缩流体导管25中，以便控制压缩流体流到高压源20中。分开的标记材料源26也通 过标记材料导管27连接到装有压缩流体和标记材料的混合物的高压源20上。标记材料控 制阀23是在标记材料导管27中，以便控制标记材料流到高压源20中。这能实现分开控制 将标记材料和压缩流体输入到高压源20，因此能实现持续的连续运行。任选的挡板66能包 括在微型喷嘴出口 44和基底60之间。挡板还能控制压缩流体和标记材料的混合物排出微 型喷嘴40输送到基底60的时间。当挡板打开时，压缩流体和标记材料的混合物的定向射 束64将冲击基底60，而当挡板关闭时，上述射束64将不冲击基底60。挡板还可以包括挡 板收集机构(未示出)，以便当挡板关闭时收集从微型喷嘴40排出的喷射的材料。图1-5中所示的打印设备10也可以包括多个高压源20，该多个高压源20分别装 有不同的压缩流体和标记材料的混合物，它们结合到微型加工歧管30上，该歧管30包含多 个进口 36，用于每个高压源20。每个高压源20还都有它们自己的温度和压力控制机构。 多个进口 36的每个进口都用它们自己的微型喷嘴阵列40连接到它们自己的分开的流体室 38上。包含歧管的多个流体室38在需要将多种标记材料打印到基底上如彩色打印的应用 中是有用的。另外，图1-5中所示出的任何打印设备都可以包括挡板66。图6示出按本发明制造的具有多个高压源20A，20B和20C的打印设备100的局部 视图。图6中示出的是外壳50的顶部和与多个高压源20A，20B和20C的外部连接，该多个 高压源20A，20B和20C包含分开的压缩流体源24A，24B和24C及标记材料源26A，26B禾口 26C。导管连接机构58A，58B和58C将外部导管52A，52B和52C连接到外壳导管53A，53B 和53C上。压缩流体控制阀21A，2IB和2IC控制压缩流体从压缩流体源24A，24B和24C流 到高压源20A，20B和20C中。同样，标记材料控制阀23A，23B和23C控制标记材料从标记 材料源26A，26B和26C输送到高压源20A，20B和20C。因此，能单独地控制多个压缩流体和 标记材料的混合物输送到微机加工的歧管中。图7示出微机加工的歧管30的部件分解图，该微机加工的歧管30包含多个进口 36，每个进口 36都有它们自己的流体室38，和流体室38分别标有A，B和C，且都各包含微 型喷嘴阵列40。歧管的这种配置具有第一表面32，所述第一表面32平行于第二表面34。 微机加工的歧管30由两个分开的部分装配而成。歧管的第一部件31包括歧管的第一表面 32，该第一表面32装配到外壳50中，并通过密封件54密封到导管52上。歧管的第一部件31是切割好的薄片，该薄片具有微机加工的通孔37，所述通孔37具有进口 36和流体室入 口 39。歧管的第二部件33包括多个微机加工的流体室38和微型喷嘴40阵列，每个微型喷 嘴阵列都具有微型喷嘴入口 42和微型喷嘴出口 44，该微型喷嘴入口 42在微机加工的流体 室38的底部处，而微型喷嘴出口 44在微机加工的歧管30的第二表面34上。两个部分分 开制备，且优选地用硅、玻璃或其它取扁平薄片的形式可微机加工的基底制成。微机加工工艺的详细情况可在任何有关显微制造的标准教科书如Sami Franssila所著“显微制造导论”(2004年，John Wiley and Sons，Ltd出版)中找到。微机 加工的歧管30能由单晶、多晶或无定形硅片或由其它材料制备成，所述其它材料包括石英 (Si02)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、熔凝硅石、蓝宝石，氧化铝、其它玻璃，聚合物或不锈 钢。通常，微机加工的歧管30按下列顺序制造。典型地，首先通过深度反应离子蚀刻(DRIE) 法制备流体室38。然后蚀刻通孔。在微机加工之后，将两个部分清洁、对准，和然后在粘合 表面35处粘合在一起。粘合可以用沉积层通过任何直接或间接粘合技术实施。合适的粘 合技术包括熔融粘合，阳极粘合，热压粘合或胶粘剂粘合。在把薄片粘合在一起之后，将它 们切片到最终尺寸。图8示出另外的微机加工的歧管30’的部件分解图，该歧管30’包含多个进口 36 和分开的流体室38，所述多个流体室38后面分别标有A，B和C，每个流体室38都包含微型 喷嘴阵列40。微机加工的歧管30’的这种配置具有第一表面32，该第一表面32垂直于第二 表面34。这里另外的微机加工的歧管30’的第一部件31与图7所示的第一部件相同。在 这种情况下，另外的微机加工的歧管30’的第二部件33具有若干微型喷嘴40，该微型喷嘴 40穿过流体室38的侧壁定向，具有它们的微型喷嘴入口 42和它们的微型喷嘴出口 44，所 述微型喷嘴入口 42装入流体通道的侧壁内部，而微型喷嘴出口 44是在薄片的侧边缘上，该 侧边缘限定第二表面34。微型喷嘴40在该另外的微机加工的歧管30’配置中很容易成形 为矩形横断面。如在图7的讨论中那样，第一部件31和第二部件33首先分开制造、清洁、 对准、在粘合面35处粘合在一起并切片。当如图11和13中所示安装在打印头100中时， 另外的微机加工的歧管30’夹在外壳50和压力安装板80之间，该外壳50在歧管安装面51 处穿过第一表面32处的垫片56，面压力安装板80在第二部件33的压力板安装面45处，所 述压力板安装面45用外壳附加物59夹紧在合适位置。图9示出第二另外的微机加工的歧管30”的部件分解图，该歧管30”具有第一表面 32，所述第一表面32垂直于第二表面34。在这种情况下，进口 36，通孔37，流体室入口 39， 流体室38，微型喷嘴入口 42，微型喷嘴40和微型喷嘴出口 44全都在另外的第一部件41中 微机加工。这里，另外的第二部件43不需要微机加工。在微机加工另外的第一部件41之 后，将两个薄片清洁，对准，在粘合面35处粘合在一起并切片。当如图11和13所示安装在 打印头100中时，第二另外的微机加工的歧管30”被夹在外壳50和压力板80之间，该外壳 50在歧管安装面51处穿过第一表面32处垫片56，而压力板80在另外的第二部件43的压 力板安装面45处，所述压力板安装面45用外壳附加物59夹紧在合适位置。图10示出用来实施本发明的第二另外的微机加工的歧管30”的侧剖图。图10包 括垫片56，该垫片56用来将第二另外的微机加工的歧管30”高压密封到外壳50上。垫片 50面接到微机加工的歧管30的第一表面32上，并包括一个或多个垫片孔57，所述垫片孔 57与通孔37的输入口 36对准，因此当面接到外壳上时，能实现压缩流体和标记材料进入流体室38的流路。一般，流体室38和微型喷嘴40能机加工到不同的深度，如图10中所示。图11示出打印头100的部件分解图，该打印头100包括如图9所示的第二另外的微机加工的歧管30”。图8所示的另外的微机加工的歧管30’也能在图11所示的打印头 100中使用。微机加工的歧管30”安装在打印头100中，并在压缩作用下用压力板80和垫 片56保持在合适位置，所述压力板80与微机加工的歧管30”的压力板安装面45接触，而垫 片56与微机加工的歧管30”的第一表面32接触。图12中示出的垫片56具有垫片对准孔 83，该垫片对准孔83装配到外壳对准销82中，当垫片安装并压紧外壳的歧管安装面51时， 上述外壳对准销82将垫片孔57与外壳导管出口 55对准。图12所示的垫片56用美国铟公 司的50 μ m厚的铟合金#2制成，该铟合金#2具有组成为In(80% )-Pb (15% )~Ag(5%), 但垫片56也能用任何软金属合金箔或高温塑料材料如特氟隆或聚酰亚胺制成。垫片56中 的孔通过激光切割法制成，照原样边缘切割到最终尺寸。在安装到打印头100中之前，将微 机加工的歧管30”切片到合适尺寸，以便当它安装时，进口 36与垫片孔57(如图10所示) 和外壳导管出口 55对准。在垫片安装到外壳50中之后，将如图11中取向的微机加工的歧 管30”的底部和左边缘设定到使对准销82与面向垫片56的第一表面32和面向上的第二 表面34接触。然后将压力板80的对准销槽84插到对准销82中并压紧在一起。然后将安 装板支承件安装到外壳50上，以便压力板80装配在压力板支承件切口 108中，同时将压力 板支承件螺栓88插到压力板支承件86的压力板支承件螺栓槽94中，并用螺纹拧到外壳50 上的螺栓插口 102中。为了向微机加工的歧管30”的压力板安装面45，垫片56和歧管安装 面51供应均勻的压力，将压力分配销90插到压力板支承件86内的压力分配销槽92中，该 压力板支承件86接触压力板80的压力分配面85。压力通过张力控制螺栓98加到压力分 配销90上，该张力控制螺栓98在压力分配器螺栓孔99处结合并穿过压力分配器96，并插 到压力板支承件86上的张力控制螺栓插孔110中。图11的打印头100的组装好的视图在 图13中示出。压力分配器的下部具有隐藏的压力分配点128，该压力分配点128面向压力 板支承件86。这使压力能均勻地分布在歧管30”上，以便形成牢固的垫片密封，该垫片密封 能经受住在40-100°C和1-350巴工作压力范围内的工作条件。垫片56是保证密封连接的 密封件的例子。图11还包括导管连接机构58，该导管连接机构58将打印头100结合到图 1-5所示的导管52上。在图11中未示出的是外壳导管53，该外壳导管53提供从导管连接 机构58到外壳导管出口 55的连续流路，因此能在高压源20和微机加工的歧管30”的进口 36之间流体相通。另外包括在外壳50和/或外壳附加物59中的是加热器槽104和热电偶 槽106，所述加热器槽104用于埋置加热器，以便控制歧管的温度，而垫电偶槽106用于安装 热电偶或热敏电阻，该热电偶或热敏电阻用于监测打印头的温度。各微型喷嘴40沿着它们的长度能具有恒定的截面积或可变的截面积。在美国专 利#6752484中公开了不同的喷嘴设计。在任一微机加工的歧管设计30，30，或30”中形体 的典型尺寸是在0. 1 μ m到2000 μ m的范围内。各微型喷嘴40的长度能是0. 10-2000 μ m 长，深度能在0. 1-500 μ m范围内，及宽度能在0. 1-500 μ m范围内。更优选地，各微型喷嘴 40的长度能是50-1000 μ m长，深度能在5-100 μ m范围内，及宽度能在5-100 μ m范围内。 最优选地，各微型喷嘴40的长度能是50-900 μ m长，深度能在5_50 μ m范围内，及宽度能在 5-50μπι范围内。流体室38能设计成在分配流动时降低任何流动波动。然而，在某些情况 下使其体积最小可能是有利的。同样，使通孔37的体积最小也可能是有利的。
当用压缩流体如CO2打印时，气体经历快速膨胀，而标记材料沿着起初气体速度 前进被运送。通常，标记材料作为纳米级粒子存在于定向射束中，该纳米级粒子直径小于 Ιμπι，而其中许多能是直径小于0. Ιμπι的纳米级粒子。当这些纳米级粒子接近基底时，它 们可以粘附到表面上，变得埋置于表面下方或弹起脱离基底的表面。收集任何弹起脱离基 底的表面的标记材料的粒子都是有利的。为此已研制出了包括抽吸机构的粒子收集机构。 图14是具有粒子收集机构150的打印头的三维视图，该粒子收集机构150包含另外的微机 加工的歧管30’或第二另外的微机加工的歧管30”和粒子抽吸机构112。粒子抽吸机构112 围绕具有粒子收集机构150的打印头，且它具有抽吸通道114，该抽吸通道114铣削成它具 有任选的多个抽吸微型通道116。抽吸通道114的铣削成的开口面向基底，像第二表面34 的微型喷嘴出口 44那样。粒子抽吸机构112还具有附接于其上的抽吸机构后挡板113。抽 吸机构后挡板113具有连接机构，该连接机构用于附接到合适的真空源如吸气器或真空泵 上，以便提供抽吸能力。同一抽吸机构112还捕集在打印过程期间所释放出的废气。这些 废气然后能被传送到再循环系统。图14还清楚地示出打印头安装机构118，该打印头安装 机构118用于将打印头面接到定位机构上。该打印头安装机构能加到该专利文献所说明的 任何打印设备中。图15示出收集机构154相对于打印头的安排，该打印头具有粒子收集机构150，所 述粒子收集机构150与抽吸导管152连接在一起。收集机构154包括真空源，且还可以包 括溶剂槽，该溶剂槽装有水或在收集粒子中有用的其它合适液体及滤膜、冲击器等。图16是微机加工的歧管的部件分解图，该歧管具有粒子抽吸机构160，所述粒子 抽吸机构160合并到歧管中。微机加工的歧管160具有与图7所示的微机加工的歧管30相 同的基本结构，而外加微机加工的抽吸通道122和在第一部件161上的抽吸宏大通道126， 该第一部件上的抽吸宏大通道126与第二部件163上的抽吸宏大通道124配合。这两个 部件161和163粘合在一起，并在使用之前切片。用于该歧管的外壳包括抽吸通道(未示 出)，所述抽吸通道与图15所示的抽吸导管152流体相通。尽管在图16中仅示出一个流体 的通道38，但能像图7中所示的那样建造多个流体的通道38，而集成的粒子抽吸机构合并 到具有抽吸机构160的微机加工的歧管中。这能收集和再循环未打印的材料。基底能设在基底运送机构62上，该基底运送机构62用来在打印设备100的工作期间控制基底的运动。基底运送机构62能是滚筒χ、y、ζ传送器，任何其它已知介质运送 机构等。打印头位置也能用x、y、ζ运送机构控制，该x、y、ζ运送机构面接到打印头安装机 构118上。打印设备100可以具有歧管30，该歧管30这样刚性地连接到增压源上，以使微 机加工的歧管30固定和基底运动机构62相对于微机加工的歧管30可拆卸地定位，同时从 微型喷嘴的出口 44到基底保持预定的距离。打印设备100也可以具有基底运送机构和微 机加工的歧管30，所述基底运送机构可朝第一方向移动，而微机加工的歧管30可朝第二方 向移动，同时从微型喷嘴的出口 44到基底保持预定的距离。打印设备100还能具有挠性地 连接到高压源20上的微机加工的歧管30，该歧管30可朝至少第一方向上移动，而基底运送 机构62固定，且仅用于保持基底60。在所有这些情况下，打印设备100具有运送机构，以 便相对于基底控制定向射束64的侧向(x，y)位置，而基底60保持在距微型喷嘴的出口 44 一预定距离处。本文所公开的任何打印设备10都能包括相对于打印头设置的清洁工位，其中打印头可移动到清洁工位上方的位置，如Sadasivan等在美国专利No. 6672702中所公开的。 清洁工位也可以包括收集机构，以便收集从打印头100中清出的材料。本文所公开的任何 打印设备10还能包括校准工位，该校准工位与Sadasivan等在美国专利No. 6672702中所 公开的校准工位相同。例 1利用250ml高压容器作为打印材料源。容器具有浮动活塞，电阻加热器和机械搅 拌器，以便能在所需压力和温度下运行。容器用不锈钢管路连接到外壳上，该不锈钢管路用 循环水夹套保持在恒温下。9. 9mm长、2. 5mm宽、和1. 135mm厚的微机加工的玻璃-硅歧管 的硅侧通过插入In(80% )-Pb(15% )-Ag(5% )垫片与外壳面接，该垫片有激光切割的孔， 以便与外壳中的导管配合。图17示出在该例中所用的微机加工的歧管30”的一部分的光 学显微照片。图17的照片中所显示的微机加工的歧管30”除了每个流体室38中仅有一个 微型喷嘴40之外，类似于图9所示的歧管30”。图17的照片用玻璃或另外的第二部分43 面向上拍摄。所有微机加工都在底部硅层或另外的第一部件41中进行。中心微型喷嘴40 在该例1中用来证明打印能力。微机加工的歧管30”的进口 36和通孔37均为500 y m长， 100 y m宽，和410 ii m深。它们各都通到流体室38，该流体室38通常也是500 y m长，100 y m 宽，和15iim深。流体室38通到100 iim宽15 iim深的微型喷嘴入口 42中。微型喷嘴40 平行于微机加工的歧管30”的主表面，基本上提供侧向拍摄配置。沿着620 u m长的微型喷 嘴40，它们具有矩形横断面，该矩形横断面包含15 ym深的收敛-扩散的外形。在用虚线 48表示的喉管临界截面处的宽度约为37 u m,该宽度向后发散到在微型喷嘴出口 44处的约 100 urn.图17中标有A环绕微型喷嘴出口 44的椭圆形针对一横断面，该横断面示出环绕 微型喷嘴出口 44的第二表面34的表面图。尽管进口 36，流体室38，和微型喷嘴40是由整 个硅片微机加工制成，但它们是在粘合表面35处用胶粘合到710 y m厚的玻璃层上。图12 中所示的微机加工的歧管30”和垫片56被夹紧在一起，以便用图11和13中所示的设备提 供外壳50和微机加工的歧管30”之间的防漏连接。外壳50保持固定，并这样定向，以使微 机加工的歧管30”的微型喷嘴44的出口在平行于基底的所需距离处间隔开。基底60安装 在可移动的运输阶段上，并用其后侧上的真空抽吸保持在合适位置，该后侧用作基底运送 机构62。在40°C和100巴下于高压容器中制备含240mg染料_1(过乙酰化乙二醇共轭 (peracetylated glycoconjugated)的着色剂)和200g C02的均勻压缩的流体溶液，用作
加压流体和标记材料的高压源20。染料-1的分子结构如下<formula>formula see original document page 16</formula>利用Kodak(柯达)照相级喷墨纸作为基底60。Kodak照相级喷墨纸的设计在本 文所引用的美国专利6040060中说明。Kodak照片级喷墨纸包括原料纸基底，然后在该原料 纸基两面上涂装树脂。随后将该纸在一面上涂装两个油墨接收层。基底层包括明胶和从下 面一组中所选定的材料，该组材料包括羧甲基纤维素，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，羟乙基 纤维素及其混合物。顶层包括从下面一组中所选定的材料，该组材料包括丙烯酸_ 二烯丙 基二甲基氯化铵_羟丙基丙烯酸共聚物和丙烯酸_ 二烯丙基二甲基氯化铵聚合物。顶层约 为1-3 μ m厚，而接触涂装树脂的纸的基底层约为10-15微米厚。当高压室20和外壳50之间的双位阀22打开时，压缩流体混合物在作为射向基底 60的定向射束64排出之前，流过外壳50和微机加工的歧管30”。基底远离微型喷嘴出口 44和第二表面34间隔开2mm，并在侧向上以约2. 3m/min的速度移动。所产生的线条约为 250 μ m宽，如图18所示的照片中所示。压缩流体和标记材料的定向射束64的发散角在该 例1中约为2. 15°。例 2例1中的外壳50附接到不同的位置控制单元上，该位置控制单元使基底能沿着χ 轴线移动，且外壳现在可移动_对每条新线沿着y轴线前后垂直地位移。然后除了下述条 件之外重复例1 : (1)压缩流体混合物保持在125巴压力下；(2)基底60在第二表面43处 与微型喷嘴出口 44间隔开0. 76mm ；和(3)外壳50和基底60在约5. 31m/min的额定速度 下前后侧向移动。平均线宽为约184μπι(见图19)，这相当于发散角为3.2°。例 3除了下列条件之外重复例2 (1)压缩流体混合物保持在200巴压力下；和(2)夕卜 壳50和基底60在约15. 93m/min的额定速度下前后侧向移动。平均线宽为约104 μ m，这相 当于发散角为0.15° .例 4例2的微机加工的歧管30”用新的微机加工的歧管30”代替，该新的微机加工的歧 管30”由两个硅片熔融粘合在一起制成。歧管的进口具有200 μ m直径的圆形横断面。它通 向流体室，该流体室为约350 μ m宽，350 μ m长和50 μ m深。该流体室连接到微型喷嘴上，该 微型喷嘴横断面是矩形，10 μ m宽，50 μ m深和225 μ m长。实验用下列操作条件类似于例2 进行(1)压缩流体混合物保持在100巴压力和40°C下；(2)基底远离微型喷嘴出口 0. 76mm放置；和(3)外壳在约5.31m/min的额定速度下前后侧向移动。平均线宽为约60 μ m(见图 20)，这相当于发散角为0.37°。例 5遵循与例2相同的操作手续，但在设备、材料，和工作条件方面作了少数改变，如 下所述。(1)例2的微机加工的歧管用新歧管代替，该新歧管由两个硅片溶融粘合在一起制 成。歧管的进口具有200μπι直径的圆形横断面。它通向流体室，该流体室为约350 μ m宽， 350 μ m长和50 μ m深。在该室与微型喷嘴的接合处，所需的小结构流动，以便在进入微型喷 嘴之前沿着其通过。微型喷嘴横断面为矩形，20μπι宽，50μπι深和900μπι长。(2)在40°C 和100巴压力下于高压容器中制备均勻的压缩流体溶液，该溶液含404mg染料_2(过乙碘 化乙二醇共轭着色剂)，0. 64g丙酮，和200g C02。染料-2的分子结构如下
<formula>formula see original document page 17</formula>
(3)使用普通纸作为基底，且它远离微型喷嘴出口 1. 168mm放置；和(4)外壳在 约26.56m/min的额定速度下前后侧向移动。平均线宽为约128 μ m，这相当于发散角为 1. 92°。部件明细表标号部件名称10打印设备20高压源21压缩流体控制阀22双位阀23标记材料控制阀24压缩流体源25压缩流体导管26标记材料源27标记材料导管28可拆卸罐30微机加工的歧管30’另外的微机加工的歧管30”第二另外的微机加工的歧管31第一部件32第一表面
33第二部件34第二表面35粘合面36进口
37通孔38流体室39流体室入口40微型喷嘴41另外的第一部件42微型喷嘴入口43另外的第二部件44微型喷嘴出口45压力板安装面46控制阀48微型喷嘴喷管临界截面50夕卜壳51歧管安装面52导管53外壳导管54密封件55外壳导管出口56垫片57垫片孔58导管连接机构59外壳附加物60基底61基底的平面表面62基底运送机构64定向的射束66挡板80压力板82对准销83对准孔84对准销槽85压力分配面86压力板支承件88压力板支承件槽90压力分配器销92压力分配器销槽
94压力板支承件螺栓槽96压力分配器98张力控制螺栓99压力分配器螺栓孔100打印头102螺栓插孔104加热器槽106热电偶槽108压力板支承件切口110 张力控制螺栓插孔112抽吸机构113抽吸机构后挡板114抽吸通道116抽吸微型通道118 安装机构120操作人员122微机加工的抽吸通道124抽吸微型通道第二部件126抽吸微型通道第一部件128 隐藏的压力分配点150 具有粒子收集机构的打印头152抽吸导管154 收集机构
160 具有抽吸机构的微机加工的歧管161第一部件163第二部件
权利要求
一种打印设备，用于输送压缩流体和标记材料的混合物，并将标记材料以图形沉积到基底上，包括压缩流体和标记材料的混合物的高压源；微机加工的歧管，该微机加工的歧管包括多个微型喷嘴、流体室、进口，该微机加工的歧管包括第一表面和第二表面，第一表面的一些部分限定进口，该进口与流体室流体相通地连接，每个微型喷嘴都具有入口和出口，入口与流体室流体相通地连接，出口位于第二表面上，每个微型喷嘴都成形为产生压缩流体和标记材料的混合物的定向射束到微型喷嘴的出口之外；和外壳，该外壳与高压源和微机加工的歧管的进口流体相通地连接，外壳和微机加工的歧管之间的连接是密封式连接。
2.如权利要求1所述的打印设备，多个微型喷嘴的每个都包括控制阀，其中每个控制 阀都具有第一位置和第二位置，所述第一位置提供压缩流体和标记材料的混合物穿过微型 喷嘴的连续流动，而第二位置限制压缩流体和标记材料的混合物穿过微型喷嘴的流动。
3.按照权利要求1所述的打印设备，还包括基底运送机构，其中运送机构和外壳的至少其中之一在运行期间控制基底和微机加工 的歧管的相对位置。
4.按照权利要求1所述的打印设备，还包括粒子收集机构，以便捕集未粘附到基底上的标记材料。
5.按照权利要求4所述的打印设备，粒子收集机构包括通道，该通道位于外壳上并面 向基底，通道连接到真空源上。
6.按照权利要求4所述的打印设备，其中一部分粒子收集机构整合到微机加工的歧管中。
7.按照权利要求1所述的打印设备，其中高压源包括可拆卸罐，该罐装有热力学稳定 的标记材料和压缩流体的混合物，罐通过导管连接机构可拆卸地连接到外壳上。
8.按照权利要求7所述的打印设备，其中打印设备是用户便携式的。
9.按照权利要求1所述的打印设备，其中高压源包括压缩二氧化碳和过乙酰化乙二醇 共轭的标记材料的混合物。
10.按照权利要求1所述的打印设备，还包括标记材料源，该标记材料源连接到高压源上。
11.按照权利要求1所述的打印设备，还包括压缩流体源，该压缩流体源连接到高压源上。
12.按照权利要求1所述的打印设备，高压源是第一高压源，微机加工的歧管的进口是 第一进口，微机加工的歧管的流体室是第一流体室，微机加工的歧管的多个微型喷嘴是第 一多个喷嘴，设备还包括压缩流体和标记材料的混合物的第二高压源，微机加工的歧管包括第二进口，第二进 口通过外壳与第二高压源流体相通，第二进口与第二流体室流体相通地连接，该第二流体 室与第二多个微型喷嘴流体相通地连接。
13.如权利要求12所述的打印设备，其中包括第二进口、第二流体室、和第二多个微型 喷嘴的微机加工的歧管的部分与包括第一进口、第一流体室、和第一多个微型喷嘴的微机加工的歧管的部分物理地分开。
14.按照权利要求1所述的打印设备，其中微机加工的歧管的第一和第二表面相互垂直。
15.按照权利要求1所述的打印设备，其中微型喷嘴具有至少两个尺寸，该两个尺寸在 Ιμ 禾口 200 μ m 之间。
16.按照权利要求1所述的打印设备，其中高压源还包括溶剂。
17.一种打印方法，包括提供压缩流体和标记材料的混合物的高压源；提供微机加工的歧管，该歧管包括第一表面和第二表面，第一表面的一些部分限定进 口，进口与流体室流体相通地连接，多个微型喷嘴每个都具有入口和出口，入口与流体室流 体相通地连接，出口位于第二表面上，每个微型喷嘴都成形为产生压缩流体和标记材料的 混合物的定向射束到微型喷嘴的出口之外；提供外壳，该外壳与高压源和微机加工的歧管的进口流体相通地连接；和控制压缩流体和标记材料的混合物的压力，以便形成压缩流体和标记材料的混合物的 定向射束到每个微型喷嘴的每个出口之外。
18.按照权利要求17所述的方法，其中高压源包括压缩的二氧化碳和标记材料的混合 物，该标记材料具有疏CO2基团和非含氟的亲CO2基团。
19.按照权利要求17所述的方法，其中高压源包括压缩的二氧化碳和过乙酰化乙二醇 共轭的标记材料的混合物。
20.按照权利要求17所述的方法，其中高压源还包括溶剂。
21.按照权利要求20所述的方法，其中溶剂与标记材料之间的比值在0.01 1和 100 1之间。
22.按照权利要求17所述的方法，其中压缩流体和标记材料的比值在IXlO5 1和 4 1之间。
23.按照权利要求17所述的方法，多个微型喷嘴的每个都包括控制阀，方法还包括利 用每个控制阀来控制压缩流体和标记材料的混合物穿过微型喷嘴的流量。
24.按照权利要求17所述的方法，还包括捕集未粘附到基底上的标记材料。
25.按照权利要求17所述的方法，其中高压源是第一高压源，微机加工的歧管的进口 是第一进口，微机加工的歧管的流体室是第一流体室，微机加工的歧管的多个微型喷嘴是 第一多个喷嘴，方法还包括提供压缩流体和标记材料的混合物的第二高压源，微机加工的歧管包括第二进口，第 二进口通过外壳与第二高压源流体相通，第二进口与第二流体室流体相通地连接，该第二 流体室与第二多个微型喷嘴流体相通地连接；和控制压缩流体和标记材料的混合物的第二高压源的压力，以便形成第二压缩流体和标 记材料的混合物的定向射束到每个第二多个微型喷嘴的每个出口之外。
全文摘要
一种用于输送压缩流体和标记材料的混合物并将标记材料，以图形沉积到基底上的方法和设备，包括压缩流体和标记材料的混合物的高压源。微机加工的歧管包括多个微型喷嘴、流体室和进口，而微机加工的歧管的第一表面的一些部分限定进口，进口与流体室连接成流体相通。每个微型喷嘴都具有入口和出口，入口与流体室流体相通，而出口位于微机加工的歧管的第二表面上。每个微型喷嘴都成形为在微型喷嘴的出口外面产生混合物的定向射束。外壳与高压源和微机加工的歧管的进口连接。
文档编号B41J2/04GK101808826SQ200880108596
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月15日 优先权日2007年9月25日
发明者G·A·豪金斯, M·A·马库斯, R·V·梅塔, R·王 申请人:伊斯曼柯达公司