喷墨板的减式三维制造
【专利说明】喷墨板的减式三维制造
【背景技术】
[0001] 对更高质量的打印的要求不断增长。更高质量的打印需要越来越多的每英寸点 数。这又导致将墨分配到打印衬底上的打印元件的越来越高的密度。喷墨打印机使用将墨 引导到喷嘴的板的堆叠中的最后板中的喷嘴或喷口。板的堆叠形成主体室，墨从储存器流 动到所述主体室中并且然后流出到相应的喷嘴。
[0002] 为了获得更高的每英寸点数，打印头需要更高的封装密度。封装密度是喷嘴板的 每英寸的喷口的数量。这样的紧密封装喷口的制造引起许多问题。这样的喷口结构的实现 及其对于制造喷墨板的实际应用需要有效的和高效的制造技术以便产生具有严格控制几 何参数的多功能三维流体结构。
【附图说明】
[0003] 图1显示多功能流体元件的实施例。
[0004] 图2显示制造多功能流体元件过程的实施例的流程图。
[0005] 图3-4显示制造期间的多功能流体元件的侧视图。
[0006] 图5显示在多功能流体元件的阵列的制造中使用的激光视场的实施例。
[0007] 图6-11显示若干感兴趣的参数的直方图。
【具体实施方式】
[0008] 图1显示多功能流体元件10的实施例。被元件被称为多功能，原因是主体端口 18 用于通过碎石筛将墨摄入主体室中并且然后通过端口排出到打印衬底。完整元件10具有 当墨进入入口时过滤墨的碎石筛或颗粒过滤器12。在腔和入口 16之间有通道14,并且入 口将主体端口 18联接到紧挨着颗粒过滤器12的腔，其将在另外的图中变得更清楚。
[0009] 该元件将典型地形成膜，例如聚合物、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、金属和复合材料。使 用的一些材料可以在商标Kapton?、Teflon?.或Upilex?下制造。制造过程可以包括 2或3步减式过程。减式过程包括材料的选择性去除、例如从一块膜去除材料。
[0010] 图2显示当其受到处理时的膜。在面板22中，该过程去除材料的第一层达到第一 深度。该层包括腔或入口增压室20、入口通道14、入口 16以及出口主体端口 18。可以通 过使用受激准分子激光器进行第一层材料的去除。激光消融材料以将它从膜取出。在面板 24中，第二消融过程在腔20中形成图案以形成颗粒过滤器或碎石筛12,并且再次在入口 16 和出口主体端口 18上切割。
[0011] 激光消融过程可以将材料一直去除到可由设计者选择的深度。该过程可以包括2 或3个步骤。对于2步过程，入口和主体端口将在图2的第二过程完成。在3步过程中，在 面板26中再次使用激光以进一步精制入口 16和出口主体端口 18。取决于入口和端口的期 望精度和形成，这可以是必要的或不必要的步骤。
[0012] 图3和4显示沿着面板22中所示的横截面A-A的第一和第二消融过程期间的膜 的侧视图。在图3中，由一块膜形成流体元件10。膜具有初始厚度，其在膜的侧面并且由水 平点线显示。在第一消融过程中，激光从腔20、通道14和入口 16去除材料。从该视图，不 能看到出口主体端口。在图4中，激光去除来自图3的腔20下方的膜的选择性部分。图案 可以包括孔的阵列，其允许流体流过其中，同时将颗粒排斥在流体路径之外。通道14保持 在与颗粒过滤器的部分相同的深度处。通过膜的厚度消融通道16和主体端口。流体流动 方向由图4中的箭头显示。
[0013] 在一个实施例中，膜可以具有0.0762mm的厚度。在该实施例中，第一深度达到 0. 051mm，其中材料的0. 025mm保持在后面。颗粒过滤器然后从0. 025mm深度切割到膜的后 表面，通道具有0.051mm的深度，0.025mm作为背衬，切割的入口端口一直通过膜。在一个实 施例中，膜结合到刚性板。膜结合到板并且然后消融过程发生。这可以被称为结合和切割 过程。
[0014] 制造流体元件的过程的一个实施例包括激光掩模30的使用，如图5中所示。该过 程的若干实施例是可能的。在一个实施例中，该过程定位激光掩模30,然后消融膜的第一 层。运动控制或类似系统然后将重定位膜以允许激光消融具有第一掩模30的膜的第二区 域。重复该过程直到期望数量的元件已成像到横越膜的第一深度。运动控制系统然后将膜 返回到它在开始时初始具有的位置。然后用掩模32交换掩模30并且重复该过程直到元件 已全部成像到第二深度。需要时，第三掩模34可以根据需要用于清理入口和主体端口。
[0015] 在第二实施例中，邻近激光系统定位膜。定位第一掩模30并且将膜的第一区域消 融到第一深度。然后用第二掩模32交换第一掩模30并且将相同区域消融到第二深度。然 后相对于激光的成像场移动膜并且再次使用掩模30以将第二区域消融到第一深度，并且 然后再次交换掩模。然后重复该过程直到期望数量的元件已成像到第二深度。如果使用第 三掩模、例如34,则将在第二掩模32之后在相对于激光成像场移动膜之前使用它。
[0016] 第三实施例组合另外两个实施例的组合。选择的实施例取决于系统和参数，例如 处理速度、位置和几何精度以及系统能力。应当注意X和y维度主要由成像掩模上的图像 图案控制。蚀刻深度主要由典型地以焦耳每平方厘米（J/cm 2)表示的激光能量密度和激光 脉冲的数量控制。
[0017] 图6-11显示关于在制造期间测量的若干参数的分布的一组直方图。在图6中，显 示X轴位置误差40,并且图7显示y轴位置误差42。在一个实施例中偏差仅仅在微米范围 内。图8显示碎石筛出口直径44,图9显示主体出口直径46,图10显示入口通道宽度48， 并且图11显示入口通道长度50。位置误差与特征相对于位于金属板上的参考特征的定位 相关。几何特征与特征的形状和尺寸、例如颗粒过滤器直径、入口 /出口直径、入口宽度和 入口长度相关。使用该过程，几何特征的标准偏差典型地仅仅是微米或更小，这是以前不能 获得的水平或精度。
[0018] 以该方式，激光制造过程以重复、减式消融过程在紧制造公差内产生流体元件的 阵列。这允许流体元件的更高封装密度。该过程允许一次地并且在一个部件中制造多个流 体元件。在一个实施例中，该过程可以在一个图像场中制造24个元件，在另一实施例中可 以在一个图像场中处理48个元件。该过程可以在结合和切割过程中实现，其中膜在消融过 程之前结合到刚性、功能板，例如不锈钢歧管板。
[0019] 将领会若干以上公开的和其它特征和功能或其替代选择可以理想地组合到许多 其它不同的系统或应用中。而且本领域的技术人员随后可以在其中做出各种当前无法预见 的或预料不到的替代选择、修改、变化或改进，其也旨在由以下权利要求涵盖。
【主权项】
1. 一种形成于膜中的流体结构，其包括： 形成于所述膜的底表面处的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器具有小于所述膜的厚度的深 度； 流体地连接到所述颗粒过滤器的腔，所述腔从所述颗粒过滤器的顶部延伸到所述膜的 顶表面； 流体地连接到所述腔并且邻近所述腔定位的入口，所述入口具有小于或等于所述膜的 厚度的深度并且延伸到所述膜的顶表面；以及 从所述膜的顶表面延伸到所述膜的一定深度处的主体端口，所述主体端口流体地连接 到所述入口。
2. 根据权利要求1所述的流体结构，其中所述膜包括从以下组成的群组选择的膜：聚 合物、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、金属和复合材料。
3. 根据权利要求1所述的流体结构，其中所述入口的深度等于所述膜的厚度的2/3。
4. 根据权利要求1所述的流体结构，其中所述膜具有0. 076毫米的厚度。
5. 根据权利要求4所述的流体结构，其中所述深度等于0. 051毫米。
6. -种制造膜中的流体结构的方法，其包括： 通过从顶表面去除所述膜的一部分达到第一深度以在小于膜厚度的第一深度处形成 腔、入口和主体端口而形成腔、入口和主体端口；以及 从所述第一深度去除所述腔中的所述膜的一部分达到所述膜的后表面以在所述腔中 形成颗粒过滤器并且去除所述入口和所述主体端口中的所述膜的一部分达到第二深度。
7. 根据权利要求6所述的方法，其还包括消除所述入口和所述主体端口中的所述膜的 任何剩余部分。
8. 根据权利要求6所述的方法，其还包括： 将第一成像掩模定位在所述膜的区域上； 用消融激光照射所述掩模以去除所述膜的部分从而形成所述腔、所述入口和所述主体 端口达到第一深度； 用消融激光照射第二掩模以形成颗粒过滤器并且去除所述入口和所述主体端口中的 所述膜的部分达到第二深度。 移动所述膜以邻近激光的成像场定位所述膜的新区域；以及 继续移动所述膜并且照射所述第一和第二图像掩模直到所述腔、所述入口、所述主体 端口和所述颗粒过滤器已全部形成。
9. 根据权利要求6所述的方法，其包括： 将成像掩模定位在所述膜的第一区域上； 蚀刻所述第一区域中的所述膜达到第一深度以限定所述腔、所述入口和所述主体端P ; 移动所述膜以邻近激光的成像场定位所述膜的新区域； 继续移动所述膜并且蚀刻所述膜达到所述第一深度直到所述腔、入口和主体端口已全 部蚀刻到所述第一深度； 移动所述膜以邻近成像膜定位所述第一区域并且在所述第一区域中使用第二掩模蚀 刻所述颗粒过滤器以及所述入口和所述主体端口达到第二深度；以及 继续移动所述膜并且蚀刻直到所述颗粒过滤器、所述入口和所述主体端口已全部蚀刻 到所述第二深度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中形成腔、入口和主体端口包括从顶表面去除所述 膜的一部分直到一定深度。
【专利摘要】本发明提供一种形成于膜中的流体结构，其包括：形成于膜的底表面处的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器具有小于膜的厚度的深度；流体地连接到颗粒过滤器的腔，所述腔从颗粒过滤器的顶部延伸到膜的顶表面；流体地连接到腔并且邻近腔定位的入口，入口具有小于或等于膜的厚度的深度并且延伸到膜的顶表面；以及从膜的顶表面延伸到膜的一定深度处的主体端口，主体端口流体地连接到入口。
【IPC分类】B41J2-16
【公开号】CN104786658
【申请号】CN201410837032
【发明人】J·R·安德鲁斯, T·L·史蒂芬斯, R·卡德纳斯
【申请人】施乐公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年12月29日
【公告号】US20150202868