用于连续流喷墨打印头的微滴发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于连续流喷墨打印头、特别是用于二进制阵列打印头的微滴发生器。
【背景技术】
[0002]连续喷墨(CIJ)是基于给飞行中的液滴(drops)选择性地充电和使飞行中的液滴偏转的理论来操作的喷墨的一种形式。通过在可变静电场存在的情况下引起墨的加压连续流的中断(break-off )，在喷嘴处连续地产生液滴，所述可变静电场通过给在所选液滴上放置离散电荷的电极充电而产生。液滴随后穿过静电场，其中，场电位(field potential)在带电的液滴上引起偏转，以便导引它们打印，或将它们导引到集墨器中，以在墨系统中重复利用。该相同的机制常常被用于二进制阵列CIJ打印中，所述二进制阵列CIJ打印是包括喷射流的阵列并且能够以至少128乘128的每英寸点数(dpi)的相对高的分辨率来打印的喷墨类型。
[0003]二进制打印头使用致动器来振动墨并且从打印头喷射其微滴。为使打印头正常工作，所述致动器需要被精确地定位。现有技术的致动器中的困难在于各部件被单独地制造并且随后组装。制造和组装的变化导致不理想的喷射流分解均匀性。因此，发生器的结构部件的物理尺寸需要非常高的精度。此外，在发生器的例如墨的组分和温度之类的操作参数方面仅允许非常小的偏离。
【发明内容】
[0004]本公开提供了一种用于连续流喷墨打印头的微滴发生器。所述微滴发生器包括用于容纳墨的细长的腔和设置在所述腔中以使所述腔中的墨振动的多个致动器。所述多个致动器中的每一个通过膜一体地连接到安装板。所述安装板和整合的致动器优选地通过激光金属烧结或激光金属熔炼制成。
[0005]在一个方面，用于连续流喷墨打印头的微滴发生器包括用于容纳墨的细长的腔以及用于使来自所述腔的墨通过以形成喷射流的与所述腔流体连通的喷嘴孔口。所述喷嘴孔口沿所述腔的长度延伸。安装板提供所述腔的与所述喷嘴孔口相对的壁。多个致动器被设置在所述腔中，以使所述腔中的墨振动，使得每个喷射流在与所述壁相距基本上相同的预定距离处分解成墨滴。所述多个致动器中的每一个通过膜一体地连接到所述安装板。
[0006]在另一方面，制造用于连续流喷墨打印头的微滴发生器的方法包括提供用于容纳墨的细长的腔，并且通过激光烧结来制造提供所述腔的壁的安装板和通过膜一体地连接到所述安装板的多个致动器，其中，所述膜小于500微米厚。喷嘴孔口被设置用于使来自所述腔的墨通过以形成喷射流。所述喷嘴孔口沿所述腔的长度延伸。所述致动器适于被设置在所述腔中，以使所述腔中的墨振动以形成喷射流，所述喷嘴孔口沿所述腔的长度延伸。
[0007]前述段落已通过一般介绍的方式提供，并且不意在限制下面的权利要求的范围。通过结合附图参考下面的详细描述，将会最好地理解目前优选的实施例连同另外的优点。
【附图说明】
[0008]图1是打印头的实施例的剖视图。
[0009]图2是图1的一部分的放大视图。
[0010]图3是微滴发生器的实施例的剖面图。
[0011 ]图4A是图3的微滴发生器的安装板和致动器的底视图。
[0012]图4B是图3的微滴发生器的安装板和致动器的顶视图。
[0013]图5是图3的微滴发生器的分解图。
[0014]图6是图3的微滴发生器的侧向剖面图。
[0015]图7是图3的微滴发生器的喷嘴的透视图。
【具体实施方式】
[0016]本发明参考附图来描述，在附图中，相同的元件通过相同的附图标记来表示。通过下面的详细描述更好地理解本发明的各种元件的关系和功能。然而，如下所述的本发明的实施例仅作为示例，并且本发明不限于附图中所示的实施例。
[0017]本公开提供了一种用于连续流喷墨打印头的微滴发生器。所述微滴发生器包括:用于容纳墨的细长的腔;处于所述腔的壁中的喷嘴孔口，所述喷嘴孔口用于使来自所述腔的墨通过以形成喷射流，所述喷嘴孔口沿所述腔的长度延伸;安装板，其提供所述腔的与所述喷嘴孔口相对的壁；以及多个致动器，其设置在所述腔中以使所述腔中的墨振动，使得每个喷射流在与所述壁相距基本上相同的预定距离处分解成墨滴。所述多个致动器中的每一个通过膜一体地连接到所述安装板。所述安装板和整合的致动器优选地通过激光金属烧结或激光金属熔炼制成。激光金属烧结允许产生薄的特征(小于500微米厚)，该特征在例如铸造或模制之类的其他常规金属形成方法的情况下是不可能的。
[0018]在激光金属烧结的实施例中，表示对象的CAD文件被“切(sliced)”成机器将在激光金属烧结机中构建(build in)和下载到激光金属烧结机的层厚度。在激光金属烧结的一个示例中，机器使用高功率的光学激光器(optic laser)。在机器内，粉状材料被分配，并且通过使用聚焦激光束使它局部熔化而熔合成固体部分。通常使用20微米厚的层逐层地累加建立多个部分。此过程允许在数小时中并且在没有任何工装(tooling)的情况下完全自动地直接由3D CAD数据创建高度复杂的几何构型。所述过程产生具有高的精度和细节分辨率、良好的表面质量和优异的机械性质的部分。
[0019]图1为打印头的实施例10的剖视图，其中，为使视图清晰，覆盖件被示出为是透明的。打印头10已知为二进制阵列打印头。在二进制阵列打印中，喷射流的阵列被喷射和调节成产生微滴，其中，基于被打印的图像，每个微滴被打印或通过槽(gutter)回收。所述打印头包括微滴发生器20、充电电极30、偏转电极32和槽34。图2为图1的一部分的放大视图，其更详细地示出了各部件。
[0020]现在转到所述微滴发生器的细节，图3为微滴发生器的实施例的剖面图。所述微滴发生器包括用于容纳墨的细长的腔22。所述微滴发生器部分地通过歧管28和安装板24限定。喷嘴孔口42(如见于图6中的)被设置在腔22的处于喷嘴板40中的壁中，用于使来自腔22的墨通过，以形成喷射流。喷嘴孔口42沿腔22的长度延伸。安装板24提供腔22的与所述喷嘴孔口相对的壁。
[0021]多个致动器26被设置在腔22中，以使腔中的墨振动，使得每个喷射流在与所述壁相距基本上相同的预定距离处分解成墨滴。所述多个致动器26中的每一个通过膜25—体地连接到安装板24。
[0022]每个致动器26设有用于以固定的物理频率和振幅使所述致动器振动的驱动器50。所述驱动器包括圆柱形的PZT(压电锆钛酸铅)叠堆，其可以包括两个PZT元件52。张紧螺栓56被设置用于将PZT元件52附接到致动器26。绝缘套筒54被设置在张紧螺栓56和PZT元件52之间。载荷质量58被设置成使得能够设定设备的共振频率和节点。电极或电接触件60被连接到PZT叠堆，以激活PZT元件52。
[0023]图4A和图4B是图3的微滴发生器20的安装板24和致动器26的底视图和顶视图。所述多个致动器26中的每一个包括顶部圆柱形部分60和底部部分62，所述底部部分62大致形状为截头四棱锥，沿腔22的长度向外张开到每一侧。所述多个致动器中的每一个包括矩形形状的定址面(addressing face)64。介于500微米和I毫米之间的间隙被设置在致动器26的面64之间。腔22中的墨通过每个致动器26的下部面64来定址。处于每个致动器的顶部圆柱形部分60上的是围绕延伸的柱体68的圆筒形通道66，所述柱体68具有用于驱动器50的附接的孔或通道70。
[0024]致动器26在它们的节平面(nodal plane)中通过膜或薄层25—体地连接到安装板
24。膜25起密封件的作用，以维持腔22中的墨，而膜25也足够薄和柔顺(compliant)，以允许每个致动器26通过PZT驱动器独立移动，而不在安装板24中激发显著的移动。膜25在其最薄点处优选小于500微米、小于300微米、小于250微米或小于200微米厚。通过激光金属烧结或激光金属熔炼而不是通过常规的金属铸造和模制技术，可以产生这样的小厚度的特征。在一个优选的实施例中，膜25在其最薄点处为大约200微米厚。从安装板24到膜25并且由此到致动器26的过渡可以大致形状为抛物线形，作为从相对较厚的安装板26到相对较薄的膜25的材料过渡。这种形状可能受到生产方法的能力限制，例如激光金属烧结中固有的分层制造(layered manufacturing)过程。但是，除抛物线形外的其他形状也是可能的，例如V形或U形。安装板24包括孔27，用于通过紧固件29附接到歧管28。
[0025]图5是图3的微滴发生器的分解图。安装板24通过紧固件29来附接到歧管28。安装板24包括孔27，用于通过紧固件29附接到歧管28中的接收孔31中。歧管28的主体形成腔22的壁33、35。歧管28包括与安装板24相邻设置的顶表面37。在一个实施例中，椭圆形或跑道形的通道39被设置在歧管28的顶表面37上，以在安装板24和歧管28之间设置密封件(例如，垫圈)。将显而易见的是，替代性的密封布置是可能的，例如，安装板24和歧管28的平整表面之间的平垫片。墨入口端口 70给腔22提供墨。墨出口 72提供了从腔22移除墨的路径。设置清理端口 74、76以冲洗腔22用于清理。
[0026]图6是图3的微滴发生器的侧向剖面图。喷嘴板40被设置在歧管28之下。喷嘴板40具有狭缝。设置在喷嘴板40的狭缝上的是箔42。喷嘴板40和箔插入件42可由不锈钢制成。箔42包括喷嘴孔口44。因此，喷嘴孔口44被设置在与腔22相邻设置的喷嘴板箔42中。该布置提供方便的制造。但其他布置也是可能的，例如使喷嘴孔口44一体地设置在喷嘴板40中。图7为图3的微滴