專利名稱：多通路打印頭或計(jì)量頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，本發(fā)明涉及打印或打印頭，用于在表面或三維結(jié)構(gòu)上的打印、分配液體，在下文中簡(jiǎn)稱打印。具體地，本發(fā)明涉及使用打印頭、分配器或其它類似裝置的打印，這些裝置在下文中稱為打印頭，其具有多個(gè)流體出口 6，這些流體出口 6呈幾何上規(guī)則的模式排列，優(yōu)選按行排列。本發(fā)明還涉及流體的打印或分配，其中流體的體積范圍為每次注射(per shot)納升級(jí)至毫升級(jí)，流體具有中等粘度(高達(dá)lPas)，所述流體還可包括濃度高達(dá)90%的顆粒(粒徑尺寸0. 3mm)，速率高達(dá)kHz，節(jié)距低至毫米。本發(fā)明具體涉及使用移動(dòng)裝置進(jìn)行打印，所述移動(dòng)裝置應(yīng)該是比較輕的，在加速情況下將安全工作，而不泄露。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的噴墨打印頭相對(duì)于排放頻率而言是合適的，其主要根據(jù)流體位移原理 (fluid displacement principle)工作。其使用限于粘度低于25mPas的流體。根據(jù)流體位移原理工作、用于較高粘度的流體的打印頭也可通過使用強(qiáng)大的壓電堆式驅(qū)動(dòng)器(piezo stack actuators)實(shí)現(xiàn)。然而，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)距小于4mm、輕質(zhì)、適于處理液滴速率為kHz范圍的中等粘度的流體的多通路打印頭。如US5，119，110和US5，356，034中的閥技術(shù)基礎(chǔ)的打印頭相對(duì)于操作頻率而言也是合適的。與根據(jù)流體位移原理工作的打印頭相比，它們具有通過壓力源提供用于粘性流體的排放所需的較高能量的優(yōu)點(diǎn)。然而，因?yàn)檩^高的流體粘度，也需要較高的轉(zhuǎn)換能量用于轉(zhuǎn)換所述流體流，如已知的閥技術(shù)類型的電磁(US5，356，034)或壓電(US2009/0115816)打印頭所提供的，從而滿足本發(fā)明關(guān)于流體性能、節(jié)距、液滴頻率和液滴重量的要求。本發(fā)明利用權(quán)利要求1的打印頭解決上述發(fā)明問題。此外，本發(fā)明公開了使用具有多個(gè)電可尋址通路的打印頭1進(jìn)行打印、計(jì)量或分配流體的方法，每個(gè)通路使用微電氣動(dòng)回路(micro-electro-pneumatic-circuit)將電控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為具有更大能量的氣動(dòng)控制壓力P。，該控制壓力驅(qū)動(dòng)流體噴射器的隔膜，從而實(shí)現(xiàn)最終的流體位移或閥開口處的流體排放。本發(fā)明公開了通過打印頭1進(jìn)行打印、分配或計(jì)量一相或多相流體、乳劑或分散體的裝置和方法，所述流體、乳劑或分散體具有或不具有固體內(nèi)容，粘度范圍高至lPas，所述打印頭1具有小尺寸和低重量，流體噴嘴間距約為十分之一毫米級(jí)至毫米級(jí)，液滴速率高達(dá)kHz范圍，可變的液滴尺寸從皮升級(jí)至微升級(jí)。本發(fā)明公開了通過多通路打印頭進(jìn)行打印、分配或計(jì)量的裝置和方法，所述打印頭包括微電氣動(dòng)回路，用于控制一個(gè)或多個(gè)氣動(dòng)流體噴射器。本發(fā)明公開了通過具有多個(gè)通路的打印頭1打印、分配或計(jì)量的裝置和方法，其包括微電氣動(dòng)回路，含有將低能量的電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為較高能量的氣動(dòng)控制信號(hào)的裝置。本發(fā)明還公開了將電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)控制信號(hào)的裝置和方法，該裝置和方法使用電/氣換能器，優(yōu)選使用磁性或壓電氣動(dòng)閥，進(jìn)一步優(yōu)選使用微型閥18，并使用其它氣動(dòng)元件提供流體限制。本發(fā)明還公開了使用具有多個(gè)通路的打印頭1打印、分配或計(jì)量的裝置和方法， 所述裝置和方法包括流體噴射器4，該噴射器4根據(jù)位移原理或閥原理(valve principle) 運(yùn)行。本發(fā)明還公開了使用打印頭1打印、分配或計(jì)量的裝置和方法，所述裝置和方法包括含有與多通路噴射器相同類型的特征的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了使用打印頭1打印、分配或計(jì)量的裝置和方法，所述裝置和方法包括含有多通路電氣回路的特征的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了使用具有隔膜8的打印頭1打印、分配或計(jì)量的裝置和方法，所述隔膜延伸至一個(gè)或多個(gè)通路，將所述氣動(dòng)能量傳遞至相應(yīng)的噴射器，塞滿或壓緊開口，從而防止流體通過所述開口，或者排出流體，從而通過一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的流體出口噴射流體， 或者排放流體，通過流體出口噴射流體，直至所述隔膜8與相關(guān)的流體出口接觸，關(guān)閉該出口，從而突然打斷流體的流動(dòng)，分隔開已經(jīng)排放的流體。本發(fā)明還公開了依靠新的或不同的配置，迅速改變流體輸送部件的裝置和方法。本發(fā)明還公開了用于集成所述控制電子器件的裝置和方法，所述控制電子器件特別用于氣動(dòng)電/氣換能器，用空氣清洗所述控制電子器件，從而從所述控制電子器件中排除熱量。工業(yè)實(shí)用性
使用本發(fā)明的打印頭可劑量或打印多種應(yīng)用中的多種流體。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，流體稱為液體，該液體可自由流動(dòng)或在壓力下流動(dòng)，含有一相或多相，并具有粘度分布，在其粘度-剪切應(yīng)力特征曲線中至少部分包括低于IPas的值。具體的，可處理具有觸變性或切力變稀性能的流體。多相流體可以是具有不可溶顆粒、流體液滴或嵌入流體內(nèi)的氣泡的流體。 下面列舉僅指定了可處理的流體的例子和用途水溶液、墨汁、顏料(墻面漆、乳膠漆、礦物顏料、藝術(shù)顏料的打印)、清漆、灰漿(灰漿、灰泥的打印)、液體聚合物、紫外線可固化的液體聚合物(例如快速原型法)、蠟狀物、粘合劑和樹脂、填充的或未填充的、油脂、石油的打印， 原則上各種流體的打印都可用于打印技術(shù)領(lǐng)域，例如墨汁、顏料、部分交聯(lián)的液體、高粘度物質(zhì)或體液(血液、唾液)、食品制作的流體、醫(yī)學(xué)或生物醫(yī)學(xué)或生物領(lǐng)域的試劑或組分、包括在應(yīng)用前、應(yīng)用中或應(yīng)用后產(chǎn)生泡沫的液體的打印。也可以將流體理解為氣體，可以通過本發(fā)明的裝置或方法在高容量和高頻率下計(jì)量。根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明打印頭的優(yōu)選用途為作為打印顆粒負(fù)載液體的打印頭， 所述顆粒具有的粒徑高達(dá)十分之一毫米的范圍。優(yōu)選地，本發(fā)明的打印頭可通過打印墻面漆或乳化漆在墻面上涂漆或在墻面上繪圖，特別優(yōu)選地，使用輕型、功能強(qiáng)大的打印頭的手持打印機(jī)?；蛘哂煤竦哪ぜ夹g(shù)上打印漿料(例如傳導(dǎo)性、絕緣性或電阻性漿料)、或漿(玻璃漿料或其它)、或食品。本發(fā)明打印頭的另一個(gè)優(yōu)選用途為制作三維結(jié)構(gòu)，例如用于快速成型法中或用于打印盲文字符。


參考附圖，下文中將詳細(xì)描述本發(fā)明的裝置和方法的不同典型的實(shí)施例。
圖1展示了本發(fā)明使用打印頭1進(jìn)行打印、分配或計(jì)量的裝置和方法。圖2更詳細(xì)地展示了本發(fā)明使用打印頭1進(jìn)行打印、分配或計(jì)量的裝置和方法。圖3展示了本發(fā)明的微氣動(dòng)回路的實(shí)施例。圖4展示了根據(jù)閥原理運(yùn)行的本發(fā)明的噴射器的實(shí)施例。圖5展示了根據(jù)流體位移運(yùn)行的本發(fā)明的噴射器的實(shí)施例。圖6展示了根據(jù)閥原理運(yùn)行的本發(fā)明的噴射器的實(shí)施例。圖7展示了本發(fā)明的打印頭1的優(yōu)選實(shí)施例。圖8展示了由網(wǎng)紋板組成的打印頭的優(yōu)選實(shí)施例，每個(gè)網(wǎng)紋板包含相似的打印頭通路的結(jié)構(gòu)。圖9展示了本發(fā)明用于防止流體出口干涸的裝置的優(yōu)選實(shí)施例。圖10展示了本發(fā)明由網(wǎng)紋板組成的打印頭的優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1展示了用于打印頭的一個(gè)通路的本發(fā)明的裝置和方法的方框圖。術(shù)語(yǔ)打印頭應(yīng)該代表打印頭，打印頭沒有明確的限于這些。打印頭通常應(yīng)該理解為一種裝置，用于通過通路不接觸地在任何種類的表面連續(xù)地或間歇地涂敷流體，所述通路有規(guī)律地間隔開、且是電子獨(dú)立控制的。根據(jù)這里所用的術(shù)語(yǔ)，通路是電子打印頭1的最小的可尋址單元。通路還可具有多個(gè)流體出口。打印頭還可包括非接觸式的流體應(yīng)用，例如與直接的流體釋放無關(guān)的通常的計(jì)量和流體控制應(yīng)用。本發(fā)明的裝置和方法通過微電氣動(dòng)回路將每個(gè)通路的低能量的電控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高能量的氣動(dòng)控制信號(hào)(如圖1)。額外的能量來源于一個(gè)或多個(gè)壓力源Pl、P2···，在下文中稱為壓力水平。微電氣動(dòng)回路2理解為微電氣動(dòng)元件的網(wǎng)絡(luò)。這些可以是，例如電/ 氣換能器、氣/機(jī)械換能器、氣動(dòng)節(jié)流閥、死容積、管子和腔。每個(gè)通路的所述氣動(dòng)控制信號(hào)P。用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣動(dòng)流體噴射器。氣動(dòng)流體噴射器4理解為一種裝置，對(duì)施加至隔膜上的氣動(dòng)控制壓力做出響應(yīng)，從一個(gè)或多個(gè)流體出口噴射流體。隔膜也可代表其它合適的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，比如柔性板、帶有懸架的薄膜或板、 可動(dòng)活塞、波形管或可充氣部件、軟管或其它橫截面形狀的流體線(矩形的、橢圓形的…)。圖2詳細(xì)地展示了本發(fā)明的裝置和方法的所述微電氣動(dòng)回路和電子可尋址通路η 的氣動(dòng)流體噴射器。微電氣動(dòng)回路2包括由處于第一壓力水平P1和第二壓力水平P2之間的第一氣動(dòng)元件和第二氣動(dòng)元件組成的串聯(lián)回路，所述第一氣動(dòng)元件為微型閥18，第二氣動(dòng)元件為節(jié)流閥23，憑此在共同的氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)5出產(chǎn)生氣動(dòng)控制信號(hào)或簡(jiǎn)單的控制壓力ρ。，該控制壓力氣動(dòng)連接至至少一個(gè)流體噴射器的隔膜。關(guān)于詞語(yǔ)“氣動(dòng)的”的使用應(yīng)該注意，可使用任何氣體，甚至是液壓液代替空氣作為壓力試劑。本發(fā)明中的名稱“微氣動(dòng)”不應(yīng)視為使用空氣作為壓力試劑的限制。本發(fā)明的流體噴射器為打印頭1的一部分，該流體噴射器基于按需供滴原理排出流體。該流體噴射器包括至少一個(gè)流體入口和至少一個(gè)流體出口。氣動(dòng)流體噴射器為在氣動(dòng)能量，此處為在控制壓力P。幫助下通過隔膜運(yùn)行的流體噴射器。本發(fā)明的打印頭可根據(jù)流體位移原理工作，例如所述噴射器4為由控制壓力ρ。驅(qū)動(dòng)的流體位移裝置。根據(jù)位移原理，通過減小流體填充的腔的體積，隔膜的機(jī)械變形或運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到腔內(nèi)的流體，從而使流體通過所述流體出口 6排出。本發(fā)明的打印頭還可根據(jù)閥原理工作，例如所述噴射器根據(jù)閥原理工作，隔膜8充當(dāng)閥隔膜。圖3中描述了用于單個(gè)通路的微電氣動(dòng)回路的實(shí)施例。每個(gè)微電氣動(dòng)回路包括位于底部的氣動(dòng)控制壓力端口，提供用于驅(qū)動(dòng)所述流體噴射器的控制壓力P。。所述微電氣動(dòng)回路包括位于兩個(gè)壓力水平P1和P2之間的氣動(dòng)元件和氣動(dòng)元件 4的串聯(lián)回路，在腔內(nèi)，其共同的氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)5處，產(chǎn)生至少包括兩種狀態(tài)的臨時(shí)控制壓力Ρ。， 從而操作所述流體噴射器。壓力源實(shí)際上可設(shè)計(jì)為泵、壓縮機(jī)或真空泵(Pabs < 1 bar)。 在本發(fā)明的文中，通往環(huán)境的開口解釋為具有環(huán)境壓力的壓力源(P = Pu)。根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)氣動(dòng)元件4或4中的至少一個(gè)包括電/氣換能器，例如電控制的氣動(dòng)閥。該氣動(dòng)閥可根據(jù)任何換能器原理運(yùn)行，例如壓電原理、電磁原理、電動(dòng)氣動(dòng)式原理、靜電原理或電致伸縮原理，并具有短的響應(yīng)時(shí)間T 1 ms和小的死容積。優(yōu)選根據(jù)壓電原理起作用的閥，由于微電氣動(dòng)回路的電氣放大，該閥的尺寸可以特別小。所以在下文中， 通常使用術(shù)語(yǔ)“微型閥” 18。根據(jù)本發(fā)明，所述氣動(dòng)元件Z1或中的至少一個(gè)包括微型閥V1，另一個(gè)為微型氣動(dòng)閥V2或氣動(dòng)節(jié)流閥23。在后一種情況，所述微型閥Vl是每個(gè)通路中唯一的閥。氣動(dòng)節(jié)流閥的特征在于它們的損耗效應(yīng)及線性或非線性流動(dòng)阻力，這樣在流體流動(dòng)時(shí)使壓力降低。 氣動(dòng)節(jié)流閥的例子為毛細(xì)管23、孔、流體改方向改變或橫截面的改變。還應(yīng)注意，氣動(dòng)元件 Z1或&可以不僅僅是單個(gè)的氣動(dòng)節(jié)流閥或微型閥18，還可包括這些的組合，甚至包括氣動(dòng)回路。根據(jù)本發(fā)明，所述噴射器4氣動(dòng)地連接至\和\之間的節(jié)點(diǎn)5，在該節(jié)點(diǎn)5處，根據(jù)所述微型閥18的閥位置，按需要設(shè)定控制壓力P。以控制所述流體噴射器。氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)5包括管道和腔，所述管道和腔延伸至所述氣動(dòng)元件\和\的有效區(qū)域以及所述流體噴射器的氣動(dòng)端，從而具有容積Vk。噴射器的工作容積一容積Ve也加入上述容積中。由于空氣的可壓縮性，所述容積Vk + Ve具有氣動(dòng)適應(yīng)性。這限制了所述控制壓力的狀態(tài)改變的速度。得知容積Vk + Ve的尺寸，可計(jì)算轉(zhuǎn)換操作的時(shí)間常數(shù)，其與所述微電氣動(dòng)回路及所述流體噴射器的結(jié)構(gòu)相關(guān)(如下)
Tr =Κ·ρ0/(\'κ + νΕ) (1)
其中R依賴于所考慮到的轉(zhuǎn)換操作，等于在4或4中打開的微型閥18的流體阻力或等于所述氣動(dòng)節(jié)流閥23的流動(dòng)阻力。為了在噴射器4上實(shí)現(xiàn)完全的流體脫離(clean fluid tear-off)，所述控制壓力的壓力變化應(yīng)該是高度動(dòng)態(tài)的。根據(jù)本發(fā)明，微電氣動(dòng)回路的所述回路元件以一定的方式限定尺寸，從而所述氣動(dòng)控制信號(hào)P。的狀態(tài)改變的時(shí)間常數(shù)優(yōu)選在1微秒至1毫秒的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選在1微秒至100微秒的范圍內(nèi)。高操作頻率、低重量和小尺寸的要求需要使用微型閥18，另一方面，微型閥18僅包括約0.05mm的閥程。結(jié)果， 所述打開的微型閥18的流動(dòng)阻力具有相關(guān)的級(jí)數(shù)，因此根據(jù)公式(1)，僅當(dāng)將容積Ve 微型化時(shí)，才可得到足夠小的時(shí)間常數(shù)。為了有效地驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)流體噴射器，一個(gè)目的是使控制壓力的最終壓力水平的高度不同。另一個(gè)目的是保持通過所述打開的微型氣動(dòng)閥18和所述氣動(dòng)節(jié)流閥空氣消耗量小。兩個(gè)目的都表明要選擇氣動(dòng)節(jié)流閥23的流動(dòng)阻力Rd明顯高于所述打開的微型閥的流動(dòng)阻力Rv，例如10倍。然而這種尺寸限定具有缺點(diǎn)，即在關(guān)閉所述微型閥18后，由于通過所述氣動(dòng)節(jié)流閥23的控制壓力的下降，公式(1)中的時(shí)間常數(shù)變大，這又(依賴于所述噴射器的結(jié)構(gòu)，如下)不利于流體完全的排放或流體脫離。根據(jù)公式(1)，仍然是僅僅當(dāng)容積Vk和Ve 減小時(shí)，實(shí)現(xiàn)短的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，所述微型氣動(dòng)回路的元件為微型化元件和/或結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)所述容積Vk和Ve微型化時(shí)。但是微型化被以下事實(shí)所限制，即氣動(dòng)管道的流動(dòng)阻力與例如氣動(dòng)節(jié)流閥的流動(dòng)阻力相比在尺寸相上不可再忽略不計(jì)。此時(shí)，應(yīng)該改變不連續(xù)路徑，以有利于連續(xù)模式，在不連續(xù)路徑中，例如氣動(dòng)節(jié)流閥被作為不連續(xù)氣動(dòng)元件 Z2。因此，根據(jù)本發(fā)明，氣動(dòng)元件\和\不限于不連續(xù)氣動(dòng)元件，而且應(yīng)該看做具有氣動(dòng)功能的裝置的一部分，例如氣動(dòng)節(jié)流閥在幾何學(xué)的第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間起作用，如果是氣動(dòng)元件乙，則位于設(shè)定控制壓力的點(diǎn)和施加壓力P2的點(diǎn)之間起作用。如圖3所示的實(shí)施例，所述電驅(qū)動(dòng)的微型閥18優(yōu)選為具有壓電彎曲換能器的壓電閥。這些實(shí)施例的每個(gè)都包括單配置的壓電彎曲換能器，例如，為屯操作模式的層壓壓電換能器，其基底由非壓電、伸長(zhǎng)形狀的材料制成，當(dāng)用電壓為所述壓電元件充電時(shí)，可自由移動(dòng)的末端偏向垂直于所述底物側(cè)的方向，所述壓電元件位于所述底物上。合適的單型換能器具有，例如總厚度小于0. 5mm,自由長(zhǎng)度為5-10mm，遠(yuǎn)低于Imm的寬度。所述壓電驅(qū)動(dòng)器的自由端蓋住閥開口 9，圍繞該閥開口設(shè)置有封接面，此處稱為閥座。圖3，A和圖3，B中的結(jié)構(gòu)包括所描述的單型壓電微型閥18形式的第一氣動(dòng)阻抗\和毛細(xì)管形式的第二阻抗 Z2。下面詳細(xì)的考慮假設(shè)所述具有？1> 2的兩個(gè)壓力源供應(yīng)所述微電氣動(dòng)回路。因此， 所述控制壓力P。僅能在P1和P2之間取值。所述壓電微型閥18位于腔內(nèi)，該腔依賴于由壓力P1或P2供應(yīng)的所述微電氣動(dòng)回路的操作模式。所述毛細(xì)管23在一側(cè)與所述微型閥18 以及所述控制壓力端口相連，另一側(cè)與剩余的壓力源P2或P1相連。圖3，A展示了本發(fā)明的微電氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的兩種操作模式，其中壓電閥配置為正常閉合的，例如在非壓電驅(qū)動(dòng)條件下，所述閥為閉合的。在圖3，A的操作模式1中，較高的壓
施加到微型閥18上。該微型閥18閉合，并產(chǎn)生完全的壓力下降？1_ 2。所以控制輸出等于P。= P20當(dāng)電驅(qū)動(dòng)所述閥打開并產(chǎn)生穿過所述毛細(xì)管23的、上述的壓力下降時(shí)，p。= A * (P1 - p2)。所以所述微型電氣回路沒有轉(zhuǎn)向行為，即電控制電壓產(chǎn)生所述控制壓力的增加。圖3，A中的操作模式1優(yōu)選與根據(jù)流體位移原理工作的流體噴射器4 一起使用。在圖3，A的操作模式2中，所述壓力源顛倒，進(jìn)一步的以某種方式預(yù)加載所述壓電閥，即用力F將其自由端壓在閥座上，從而僅僅當(dāng)大于由此界定的壓力Pg時(shí)，所述閥才會(huì)打開。在電驅(qū)動(dòng)所述閥時(shí)，微型閥18與所述壓力Pg共同作用抵抗預(yù)加載的力F，以打開所述閥。所以在非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，控制壓力等于P。= pg，在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下壓力降至接近p2。因此，所述微電氣動(dòng)回路表現(xiàn)出轉(zhuǎn)向行為。圖3，A中的操作模式2優(yōu)選與根據(jù)閥原理工作的流體噴射器4 一起使用，因?yàn)樵陔姷姆球?qū)動(dòng)狀態(tài)下，例如所述流體閥的閥隔膜8被壓力pg-pF1壓向所述流體孔。圖3，B展示了本發(fā)明的微電氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的兩種操作模式，其中壓電閥配置為正常打開的。通過圖3，A中相似的考慮，我們得到下列結(jié)論
圖3，B的操作模式1中，所述微電氣動(dòng)回路具有轉(zhuǎn)向行為，在圖3，B操作模式2中，微電氣動(dòng)回路沒有轉(zhuǎn)向行為。因此，與不同噴射器組合的幾種可能性也是相似的。圖3，A和B所示的微電回路的特征在于，在微型閥18的打開狀態(tài)位置，產(chǎn)生固定的空氣消耗量，其主要由所述毛細(xì)管23的流動(dòng)阻力確定。當(dāng)通過合適地尺寸限定時(shí)，特別通過所述毛細(xì)管23的微型化，可調(diào)節(jié)(節(jié)流)低的空氣消耗量。然而這意味著所述毛細(xì)管23 上的壓力P。(取決于結(jié)構(gòu))的建立或下降的相應(yīng)時(shí)間常數(shù)將變大，以及所述微型閥18的密封性的要求提高。所述微電氣動(dòng)回路進(jìn)一步的共同點(diǎn)為，通常所述微型閥18含有閥開口的一側(cè)，即具有較小的死容積的一側(cè)連接至節(jié)點(diǎn)5 (其連接&和&，且在此設(shè)定控制壓力P。) 連接。圖3，C展示了微電氣動(dòng)回路2，其沒有表現(xiàn)出固定的空氣消耗量，包括代替所述氣動(dòng)節(jié)流閥作為Z 2的第二微型閥18。如果兩個(gè)微型閥18配置相似(正常的打開或正常的閉合，此處未示出)，那么所述微電氣動(dòng)回路以兩個(gè)微型閥彼此相反的方式操作。在操作模式中使用兩個(gè)微型閥18代替一個(gè)微型閥有以下優(yōu)點(diǎn)首先，所述控制壓力水平直接等于壓力水平P1和P2，僅有很小的偏差。第二，用于兩個(gè)轉(zhuǎn)換過程的氣動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間是最小的。缺點(diǎn)是較高的制造成本和空間要求。在圖3，C中，一個(gè)閥配置為正常打開的閥，另一個(gè)配置為正常閉合的閥。這樣可避免一個(gè)壓電閥必須永久保持驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，例如壓縮狀態(tài)。圖4展示了根據(jù)閥原理工作的流體噴射器4。應(yīng)該注意的是，本發(fā)明不限于所說明的實(shí)施例，這些實(shí)施例僅構(gòu)成可能的實(shí)施例的例子，因?yàn)樗鰢娚淦?，尤其是噴射器的操作元件的類型在本發(fā)明中是非必要的，只要其整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出所需的氣動(dòng)控制閥效果，具有足夠小的響應(yīng)時(shí)間和足夠高的流體吞吐量就可以。所述閥原理從根本上說是連續(xù)工作原理，其可用于產(chǎn)生固定的流體噴射。通過使用非常短的閥打開時(shí)間(約微秒至毫秒)可進(jìn)行按需噴射的打印操作，同時(shí)通過使用可變的閥打開時(shí)間可獲得可變的分配容積。圖4，A展示了隔膜閥作為流體噴射器4的一個(gè)實(shí)施例。隔膜8形式的驅(qū)動(dòng)元件， 控制壓力ρ。加壓與其一側(cè)，使其與封接面10接觸，當(dāng)控制壓力P。超過流體壓力Pfi時(shí)，閥開口 9閉合，該開口連接至所述流體出口 6 (圖4，A，左邊)。相反，如果控制壓力P。小于流體壓力，流體壓力將把所述隔膜8從所述封接面10抬起，流體通過所述閥開口 9流入，并從噴射器4排出。隔膜閥提供高的密封性(由于所述隔膜的彈性)、高速度的操作(由于所述隔膜非常小的塊)和易于制造的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“隔膜”的使用將不限于用于材料強(qiáng)度科學(xué)中使用的俠義的定義，隔膜僅能傳遞拉力。相反，在本文中，該術(shù)語(yǔ)也可延伸至“板”的情況，其能夠傳遞彎曲力矩，即隔膜可由更硬的材料制成或具有厚度，這通常符合“板”的定義。關(guān)于所述隔膜的材料在本發(fā)明中也沒有限制，合適的材料例如，金屬、薄玻璃、硅、SiN, 熱塑性塑料(例如 PTFE、E/TFE、PFA、PVC, ABS、SAN、PP、PA、POM、PPO、PSU、ΡΕΒΑ、PEEK、PEI， 根據(jù)ISO 1043. 1的名稱)、熱塑性彈性體(TPE)、彈性體(例如NBR、HNBR、CR、XNBR、ACM、AEM、 MQ、VMQ, PVMQ, PMQ、FVMQ, FKM、FFKM、AU、EU、ECO、CSM、NR、IR、BR、SBR、EPDM、EPM、IIR、CIIR、 BIIR、TPE，根據(jù)ISO 1629的描述)、聚酰亞胺、橡膠和硫化橡膠、天然/合成橡膠、熱固性材料(例如UP、PF、UF、UP-GF，根據(jù)ISO 1043. 1的描述)、所有的聚合物、包括填充或纖維增強(qiáng)的聚合物。本發(fā)明的打印頭的一個(gè)變更例是，所述噴射器4是雙隔膜閥，由控制壓力P。驅(qū)動(dòng)。 圖4，B展示了雙隔膜閥，作為流體噴射器4的另一個(gè)實(shí)施例。取代使用如圖4，A所示的單個(gè)隔膜8，其結(jié)合閥驅(qū)動(dòng)和密封的功能，此處分別實(shí)現(xiàn)這些功能。具有面積Al的第一隔膜8 受到靜壓力的作用，該靜壓力通過耦合元件12傳遞至密封所述閥的密封元件。流體與第二隔膜8接觸，所述第二隔膜8具有面積A2，并連接至耦合元件和密封元件11。所述耦合元件可認(rèn)為是插入物，例如插入的球或圓柱體，或者可認(rèn)為是與所述第一隔膜8和/或第二隔膜8在一起的化合物。第一隔膜、耦合元件、第二隔膜8和密封元件可以是單個(gè)相干結(jié)構(gòu)， 例如由彈性體材料制成。A2<A1，通過控制壓力^如^可得到足夠的軸向力和表面壓力，用于密封所述閥開口。如實(shí)施例中描述的，所述雙隔膜閥具有兩個(gè)用于控制壓力的端口，以保持兩個(gè)控制壓力Pca和p。2中的一個(gè)恒定，并通過所述微電氣動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)另一個(gè)，這兩個(gè)端口可被不同的組合供應(yīng)，從而雙隔膜閥具有意義。例如由靜壓力Pst= pF1供應(yīng)Pel，而所述微電氣動(dòng)回路的控制壓力連接至p。2。當(dāng)Pc2 增加時(shí)，由于有效的流體壓力Pfi在壓力Pc2之前到達(dá)流體的壓力水平Pfi，所述流體閥打開。 相反，也可由所述微電氣動(dòng)回路提供的控制壓力供應(yīng)Ρ。1;例如當(dāng)P。2在大氣壓力下保持不變時(shí)。圖4，C展示了單個(gè)的隔膜閥，其包括機(jī)械耦合和密封裝置，作為隔膜驅(qū)動(dòng)的流體噴射器4的另一個(gè)實(shí)施例。通過徑向密封件密封的桿12將所述隔膜的運(yùn)動(dòng)傳遞至閥密封件11。通過施加靜壓力和控制壓力的合適的組合，利用端口 Pca和p。2完成驅(qū)動(dòng)。未在此處展示出的氣動(dòng)流體閥的其它實(shí)施例，可包括所有類型和形式的機(jī)械驅(qū)動(dòng)元件、密封元件或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，例如傾斜-杠桿元件(tipping- and leveraging elements)、 氣動(dòng)可變形的波形管、軟管或氣球、或氣動(dòng)活塞，以閉合或打開閥開口 9。為了解釋本發(fā)明的裝置和方法，圖5中展示了氣動(dòng)流體噴射器的不同的典型實(shí)施例，這些噴射器根據(jù)流體位移原理工作。這些實(shí)施例優(yōu)選用于自由噴射分配應(yīng)用中。這些實(shí)施例中的每個(gè)展示了吸入和噴射狀態(tài)，這些狀態(tài)是流體位移原理的特征狀態(tài)。圖5，A展示了用于產(chǎn)生流體噴射的氣動(dòng)流體排出器的基本工作原理。在壓力為pF1 的所述流體入口 7可得到流體，該壓力為環(huán)境壓力Pu級(jí)別。在吸入階段，控制壓力P。小于流體的壓力Pfl。在理想彈性隔膜8的情況下，控制壓力無損耗地傳遞至位于噴射器腔17 內(nèi)的流體中，從而例如球閥13打開，使流體進(jìn)入所述噴射器腔，球閥13的球被閥彈簧14保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。通過將控制壓力轉(zhuǎn)換至p。>pFI，所述入口閥15轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合狀態(tài)，而所述流體出口閥打開，排出流體。為了獲得完全的流體輸出和完全的流體脫離，在兩種狀態(tài)之間的控制壓力的快速擺動(dòng)是必要的，這在本發(fā)明中通過使用微電氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明通過控制壓力ρ。高度短暫的壓力脈沖實(shí)現(xiàn)流體的排放(圖5，B)。該壓力通過所述隔膜8傳遞，以對(duì)在所述噴射器腔17內(nèi)的流體施加壓力。然后通過流體經(jīng)所述流體出口 6的噴射以及進(jìn)入所述流體供給7的流體回流來釋放流體壓力。在控制壓力的壓力脈沖之后，控制壓力迅速下降至其較低的壓力水平，最好的情況是該較低壓力水平低于流體壓力Pfi (圖5，B中的實(shí)施例)。隨著噴射器腔內(nèi)的壓力降至低于pFI，流體通過所述入口開口進(jìn)入噴射器腔17。噴射器腔17內(nèi)的低壓同時(shí)作用于所述流體出口。在所述流體出口的孔內(nèi)的流體彎液面產(chǎn)生的毛細(xì)管力使所述噴射器腔內(nèi)建立真空，并防止在此階段通過所述流體出口吸入空氣。在軟管中毛細(xì)管直徑越小毛細(xì)管力越大。它們隨直徑的增大， 呈二次方減小，因此墨汁噴射原理僅用于高分辨率的數(shù)碼印刷中，在用于低粘度流體的打印的壁龕中，使用最小的流體出口 6 (噴嘴)。
圖4，C展示了一個(gè)實(shí)施例，使用了較硬的隔膜8，該隔膜比圖5，B中所用的隔膜具有更高的恢復(fù)力。在這種情況下，所述隔膜8的恢復(fù)力主要用于在吸入階段，吸收在所述噴射器腔17內(nèi)的流體。因此較低的控制壓力水平不需要是圖5，B內(nèi)實(shí)施例中的低壓。本發(fā)明的噴射器根據(jù)流體位移原理工作，可由圖3，A中的微電氣動(dòng)回路結(jié)構(gòu)的操作模式1有利地驅(qū)動(dòng)。使用這種結(jié)構(gòu)，由于正常閉合的壓電閥的快速打開，作為電控制信號(hào)的結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)在微秒范圍控制壓力的快速改變，這有利于流體排放。在吸入階段，希望所述噴射器腔17內(nèi)的壓力緩慢降低，從而保證壓力不會(huì)下降的比流體出口的毛細(xì)管壓力低， 結(jié)果，空氣經(jīng)所述流體出口 6被吸入所述噴射器腔代替了流體經(jīng)所述流體供給7吸入噴射器腔。通過將所述微電氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)成用于降低控制壓力的時(shí)間常數(shù)大于用于提高控制壓力的時(shí)間常數(shù)，可實(shí)現(xiàn)所述噴射器腔內(nèi)壓力的緩慢降低。這可通過選擇&>RV設(shè)計(jì)所述毛細(xì)管23從而設(shè)計(jì)圖3模式1中的微電氣動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)。圖5，D概述了圖5，B的兩個(gè)進(jìn)一步有利的改進(jìn)，可分別實(shí)現(xiàn)。首先，所述隔膜8具有兩個(gè)正配合止動(dòng)件(positive-fitting stops)，從而通過幾何學(xué)精確的限定從所述噴射器腔排出的流體的體積。第二，當(dāng)所述隔膜8與接近所述流體出口 6的下表面開始接觸時(shí)， 會(huì)迫使在所述流體出口的流體突然脫離。如圖6所示，一個(gè)以上的噴射器4可主要由具有單個(gè)通路的控制壓力P。驅(qū)動(dòng)，因此，每個(gè)通路可包括一個(gè)以上的噴射器(圖6，A)。如果包括兩個(gè)噴射器，則這兩個(gè)噴射器可都處理相同的流體或不同的流體或流體和氣體，分別排放或內(nèi)部混合或外部混合。而且，幾個(gè)電獨(dú)立控制的通路可各自控制一個(gè)噴射器，這些噴射器的輸出可結(jié)合為一體，用于產(chǎn)生混合。本發(fā)明的打印頭例如可包括控制流體的第一噴射器，控制霧化空氣的第二噴射器，所述噴射器由單個(gè)通路的控制壓力共同驅(qū)動(dòng)，或者通過兩個(gè)通路的控制壓力分別驅(qū)動(dòng)， 所述第一和第二噴射器的流體出口結(jié)合為一體，從而通過空氣將所述流體霧化。所述流體出口可在打印頭(未示出)內(nèi)部結(jié)合為一體，或者在打印頭的外部進(jìn)行所述流體的霧化，如圖6，B所示的實(shí)施例。單個(gè)通路的控制壓力供入在所述隔膜層上部的腔內(nèi)，如圖6，B的左側(cè)所示的例子。在電驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(低P。)，所述流體閥和霧化空氣閥打開，從而霧化空氣和流體通過其相應(yīng)的流體出口排出。用于霧化空氣的所述流體出口 6可安裝為例如同心圍繞所述流體出口 6的環(huán)形噴嘴6，從而在所述打印頭外部的產(chǎn)生流體霧化。在最簡(jiǎn)單的情況下，也可通過在所述打印頭外部的流體和空氣的交叉噴射實(shí)現(xiàn)霧化。原則上，流體霧化需要用于霧化空氣的管道，將這些管道設(shè)計(jì)為通過霧化空氣使流體的內(nèi)部或外部霧化成為可能。在簡(jiǎn)單的變更例中，從外部連續(xù)或間歇地控制霧化空氣。當(dāng)僅使用單個(gè)通路時(shí)，通過具體選擇所述控制壓力P。的進(jìn)入點(diǎn)，以及有效利用好時(shí)間延遲，可獲得時(shí)間轉(zhuǎn)換，特別是重疊時(shí)間控制，如圖6，B所描述的。當(dāng)使用圖3，B，操作模式1所示的微電氣動(dòng)回路時(shí)，該結(jié)構(gòu)使霧化空氣在流體排放前或排放后一直簡(jiǎn)單流動(dòng)， 從而避免了沒有霧化的流體噴射。流體噴射器還可包括一個(gè)以上的流體出口(圖6，C和D)。這意味著有一個(gè)以上的噴嘴(流體出口 6)用于每個(gè)數(shù)字可尋址通路，這樣可獲得更加均勻的流體分配或表面的層厚度，或者完成進(jìn)一步的任務(wù)。例如，幾個(gè)流體出口 6可相互相鄰或相互前后、對(duì)角或任意規(guī)則的排列在交錯(cuò)行內(nèi)。至少兩個(gè)流體出口 6的交錯(cuò)行是有利的排列。如圖6，D所描述的，數(shù)目為i，i> 1的流體出口 6分配給一個(gè)數(shù)字可尋址的通路η。圖7，A展示了打印頭的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述微型閥18配置為正常打開的，并連接至兩個(gè)壓力水平P1和P2中較高的那個(gè)，其中所述流體噴射器為氣動(dòng)隔膜閥。該實(shí)施例是圖3，B，操作模式1所示的微電氣動(dòng)回路2和圖4，A所示的流體噴射器4的組合。在有利的尺寸時(shí)，壓力水平P1，例如設(shè)定為24bar，氣動(dòng)節(jié)流閥23的第二端口的壓力水平P2設(shè)定為環(huán)境壓力，流體的壓力水平保持在0. 80x p10上述結(jié)構(gòu)和壓力設(shè)定保證所述流體壓力總是低于P1，這樣即使隔膜泄露，也不會(huì)有流體滲透入到所述氣動(dòng)閥室的電敏感區(qū)。在該實(shí)施例中，本發(fā)明的所述裝置和方法通過使用本發(fā)明的微電氣動(dòng)回路2使閥沖程為約0. 05mm的壓電閥擴(kuò)大至位于流體噴射器4內(nèi)的沖程為0. 2mm至0. 5mm的隔膜閥， 例如如果使用厚度為0. 05mm的彈性體隔膜閥8。通過使用彈性體隔膜，也可處理高的顆粒負(fù)載流體，粒徑范圍為十分之一毫米。一方面，所述彈性體隔膜零點(diǎn)幾毫米的偏斜允許在打開狀態(tài)下顆粒的通過，另一方面，在所述閥的閉合狀態(tài)，所述隔膜的高度的彈性也產(chǎn)生有效的密封，因?yàn)轭w粒被所述彈性隔膜困住了。由于所述彈性體隔膜的高度的彈性，所述隔膜與磨料顆粒的接觸僅產(chǎn)生低的內(nèi)應(yīng)力，其不會(huì)損壞所述隔膜。所述隔膜“屈服”，從而彈性體隔膜在其它隔膜中是優(yōu)選的，特別是當(dāng)存在磨料顆粒時(shí)。使用上述結(jié)構(gòu)，打開所述閥的時(shí)間為0. 05ms至0. 2ms,閉合所述流體閥的時(shí)間<0. 05ms。只有通過所述微電氣動(dòng)回路的微型化模式才能獲得這些短的轉(zhuǎn)換時(shí)間，并保證排放頻率為kHz范圍的完全的流體噴射，所述流體為具有高粘度和/或顆粒填充的流體。圖7，B展示了打印頭的實(shí)施例，其特別適用于流體的自由噴射打印。所述打印頭包括微型閥18，配置為正常閉合的微型閥，該微型閥連接至兩個(gè)壓力水平？1和？2中較高的。 所述流體噴射器4是隔膜流體位移類型的。所述實(shí)施例結(jié)合了圖3，A操作模式1的微電氣動(dòng)回路2與圖5，C所示的流體噴射器，所述流體噴射器配置有較硬的隔膜8，例如用PEEK制成的厚度為0. 1mm?？墒褂门c如圖7，A的微電氣動(dòng)回路中的相同尺寸的元件操作所述打印頭。由于所述氣動(dòng)節(jié)流閥23的氣動(dòng)阻力比打開的微型閥18的氣動(dòng)阻力大，所以在流體噴射后，所述控制壓力的壓力釋放的時(shí)間常數(shù)同樣大，即，控制壓力常常緩慢減小。在流體吸入階段希望發(fā)生這種行為。另一方面，打開的微型閥18的流動(dòng)阻力和所述氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)5的容積很小，在微型閥18的電驅(qū)動(dòng)之后，由于快速的壓力脈沖會(huì)產(chǎn)生有效的流體噴射。作為該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，由于所述流體出口直徑的增加以及隨之所述流體出口的毛細(xì)管力的減小，需要考慮到較長(zhǎng)的填充時(shí)間和較低的操作頻率以防止將空氣吸入所述噴射器腔。圖8展示了由幾個(gè)網(wǎng)紋板制成的打印頭的實(shí)施例穿過計(jì)量通路的剖視圖。它基于圖3，B和圖4，A所示的結(jié)構(gòu)。數(shù)十或數(shù)百個(gè)類似的通路垂直于草圖平面排成一排。根據(jù)本發(fā)明，所述網(wǎng)紋板可分別由金屬、有機(jī)材料或無機(jī)材料制成。因此將所述機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為使幾個(gè)或全部通路的功能相似的元件為共同結(jié)構(gòu)的一部分是有利的。從而， 例如所述打印頭1的一些或所有通路的氣動(dòng)微型閥18的閥座和閥開口包含于網(wǎng)紋板PP2 內(nèi)，見圖8，和/或所述打印頭1的幾個(gè)或全部通路的微電氣動(dòng)回路中的毛細(xì)管和/或氣動(dòng)節(jié)流閥2包含于網(wǎng)紋板PP3內(nèi)，和/或所述打印頭1的幾個(gè)或全部通路中的微型閥18的單型壓電驅(qū)動(dòng)器21的部件包含于網(wǎng)紋板內(nèi)，和/或閥座和/或所述打印頭的幾個(gè)或全部通路的流體供給的類似部件包含于共同的網(wǎng)紋板PFl內(nèi)，和/或所述流體出口和/或所述打印頭的幾個(gè)或全部通路的流體出口包含于網(wǎng)紋板PF2內(nèi)。幾個(gè)或全部通路的隔膜也可以是完整的隔膜部件的一部分。由于所述微電氣動(dòng)回路的元件的尺寸精度的高要求，例如毛細(xì)管或所述微型閥的閥開口，以及所述流體噴射器元件的尺寸精度的高要求，例如所述流體出口、閥座和閥開口，本發(fā)明建議使用微機(jī)械技術(shù)制造所述網(wǎng)紋板中的至少一個(gè)。從微系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)和微結(jié)構(gòu)工程得知微機(jī)械技術(shù)包括全部的制造技術(shù)和工藝。例如可利用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù) (精制過程)，或通過增加也是光刻網(wǎng)紋的層(附加過程)在單面或雙面的微型網(wǎng)紋板上實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)毛細(xì)管、流體通路、流體出口和閥座。此外，微機(jī)械技術(shù)包括微注射成型或其它復(fù)制方法。根據(jù)本發(fā)明，這些網(wǎng)紋板或微型網(wǎng)紋板通過粘合、焊接、熔焊或?qū)訅悍ńY(jié)合在一起。作為廉價(jià)的制造技術(shù)，建議使用多層技術(shù)制造所述打印頭或其部件。多層技術(shù)是最初用于生產(chǎn)多層印刷電路板(PCB)的技術(shù)。一些層用于電子器件，例如bondplys，被蝕刻的金屬板(0. 05mm-0. 5mm厚)代替，其相當(dāng)于例如上述網(wǎng)紋板或微型網(wǎng)紋板。因此，使用層壓法將這些板結(jié)合，就像在電路板制作中使用預(yù)先切割的預(yù)浸漬的粘接板(板粘接，預(yù)浸處理)，例如基于環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯的粘接板。為了操作、清潔和維修，通過將某些組的網(wǎng)紋板粘合成連接部件而使其結(jié)合是有利的。根據(jù)本發(fā)明，例如，所述網(wǎng)紋板結(jié)合成一個(gè)單元，所述網(wǎng)紋板包括幾個(gè)或全部通路的微電氣動(dòng)回路的元件。這可以稱為氣動(dòng)部件對(duì)。在如圖8所示的實(shí)施例中，所述氣動(dòng)部件包括板PPl和PP2、PP3和PP4。所述氣動(dòng)部件M有利地包括僅承受很小的磨損或不磨損， 和/或其制造昂貴的元件和結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，所述打印頭的流體輸送部件組合成射流部件25是有利的，所述射流部件25由網(wǎng)紋板(在圖8中為板PFl和PF2)和可選擇的隔膜8組成。所述射流部件的板、 元件和結(jié)構(gòu)受到流體的磨損和污染。因此，便宜地制造所述射流部件并使其可更換是有意義的。根據(jù)本發(fā)明，所述打印頭的流體輸送部件組合成射流部件25是進(jìn)一步有利的，通過可拆卸的連接射流部件可更換。由于使用的材料和所述射流部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以適合寬范圍的流體或打印任務(wù)或分配任務(wù)的要求。為了打印高粘度、化學(xué)腐蝕性流體，例如可使用含氟聚合物材料。所述流體出口的直徑可用于獲得所需的液滴尺寸。如果打印磨料流體例如具有粉狀顏料和填料的涂料時(shí)，本發(fā)明建議將所述射流部件25設(shè)計(jì)為一次性部件，通過塑料注射成型制造其元件，并通過層壓法、粘合或熱連接工藝，特別是超聲焊、激光焊、熔焊或脈沖焊將所述元件結(jié)合起來。實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施例
在圖8，A中展示了氣動(dòng)部件M，其蓋子PPl包括電子電路板，該電子電路板具有控制電子器件沈，用于驅(qū)動(dòng)幾個(gè)或全部通路的微型閥的壓電驅(qū)動(dòng)器。通過與所述電路板接觸的彈簧直接與所述微電元件19接觸，實(shí)現(xiàn)與所述壓電元件的接觸。所述彈簧的接觸還提供力 F，以將所述閥驅(qū)動(dòng)器壓至所述閥座上，從而使微型閥8保持在正常閉合的位置。圖8，Bl展示了射流部件25的實(shí)施例，所述射流部件25包括板PFl和PF2，每個(gè)通路具有一個(gè)流體噴射器4，所述流體噴射器4利用閥原理，每個(gè)流體噴射器4具有多個(gè)流體出口 6。所述第一流體板包括流體供給結(jié)構(gòu)7的部件、以及圓形孔部件、閥座10和相應(yīng)的流體閥的閥開口 9。所述第二流體板包括所述流體供給結(jié)構(gòu)7的與每個(gè)通路互補(bǔ)的部分，以及在底部的流體出口。如果希望在每個(gè)可尋址像素處獲得更厚的分配，使用所示的每個(gè)噴射器4具有一個(gè)以上的流體出口 6的結(jié)構(gòu)，較大的通路間距，從而較低的打印分辨率是有利的。圖8，Bl的所述射流部件25適合與單獨(dú)的、跨越所有通路的隔膜層8以及所述氣動(dòng)部件對(duì)通過定位銷(未示出)結(jié)合在一起，然后一起被壓入夾持裝置的鉗夾之間。圖8，B2展示了側(cè)邊噴射結(jié)構(gòu)的射流部件25。所述隔膜層經(jīng)焊接固定至所述射流部件25，從而避免了更換所述部件時(shí)的流體泄露和污染。或者，隔膜8，或其它隔膜8可固定至所述氣動(dòng)部件，以避免灰塵或液體滲透入所述氣動(dòng)部件對(duì)。本發(fā)明建議通過壓緊裝置將所述射流部件25壓在包括η個(gè)所述控制壓力端口的所述氣動(dòng)部件M的網(wǎng)紋板上，從而所述氣動(dòng)部件的η個(gè)控制壓力開口與所述每個(gè)相應(yīng)噴射器的驅(qū)動(dòng)器隔膜8氣動(dòng)連接。氣動(dòng)部件Μ、部件25和流體隔膜8可通過螺絲配件、壓配件形式的壓緊裝置，緊固裝置或夾鉗壓緊在一起。常用的隔膜8，由于其彈性性能的優(yōu)點(diǎn)，還可進(jìn)一步用于流體和氣動(dòng)部件對(duì)、部件25之間的密封，特別用于表面密封。根據(jù)本發(fā)明，隔膜層可連接至所述射流部件，例如將所述隔膜8焊接至所述射流部件25，如圖8，C所示(側(cè)邊噴射的例子)，所述射流部件25包括幾個(gè)通路的隔膜。因此， 所述打印頭僅包括兩部件結(jié)構(gòu)，與三部件結(jié)構(gòu)相比，兩部件結(jié)構(gòu)具有更快速的處理所述射流部件的更換以及射流部件25和隔膜8之間的內(nèi)部密封性的優(yōu)點(diǎn)。然而，同樣的，所述隔膜層8或第二隔膜層可牢固地與所述氣動(dòng)部件連接。根據(jù)本發(fā)明，例如所述氣動(dòng)部件M可通過螺絲配件固定至打印或計(jì)量裝置。所述打印或計(jì)量裝置可包括可插入隔膜8和射流部件25的夾鉗或快速鎖緊配件，當(dāng)完全對(duì)齊， 將其壓向所述氣動(dòng)部件M的底部。當(dāng)更換不同的流體時(shí)，當(dāng)更換不同的配置、有缺陷或磨損的隔膜時(shí)，當(dāng)更換其它配置、臟的或污染的射流部件25時(shí)，這樣的模塊設(shè)計(jì)提供最大的靈活性。關(guān)于多色打印(例如，4色、5色、6色)，本發(fā)明建議了一種裝置，其中打印頭包括多個(gè)陣列排列的平板模塊34，每個(gè)平板模塊制成薄的、網(wǎng)紋式的、平行板，每個(gè)平板包括流體噴射器和微電氣動(dòng)回路的特征，見圖9，所述微型網(wǎng)紋板優(yōu)選為使用蝕刻技術(shù)制成的金屬板。為了將所述金屬板結(jié)合在一起，本發(fā)明建議使用網(wǎng)紋板粘合劑和層壓工藝。模塊34包括橫向布置的所述微電氣動(dòng)回路和配置為例如側(cè)邊噴射的所述流體噴射器，以及一種或多種顏料。根據(jù)本發(fā)明，垂直于貫穿所述打印頭的整個(gè)寬度的所述板供給用于不同顏色的顏料供給線以及氣動(dòng)供給線。為了能夠簡(jiǎn)便的更換單獨(dú)的模塊，模塊堆(module-stack)優(yōu)選以可拆卸的方式壓在兩個(gè)所述邊緣板35之間。如圖9所建議的，每個(gè)模塊可包括單獨(dú)的電子控制，在4色打印頭的情況下，4通路微芯片是很合適的。每種顏色通路的流體出口可平行排列，彼此間隔一定距離，它們也可在內(nèi)部共同引導(dǎo)至共同的流體出口，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部混合。最終，如圖6，B所示，另外還可將排放的顏料霧化?？赏ㄟ^連續(xù)霧化的空氣實(shí)現(xiàn)霧化，或也可通過控制所述霧化空氣的額外的通路不連續(xù)地實(shí)現(xiàn)霧化。
權(quán)利要求
1.打印頭，特別適用于粘性或顆粒填充流體，該打印頭具有多通路，一個(gè)通路的特征在于包括微電氣動(dòng)回路(2)，包括由處于第一壓力水平和第二壓力水平之間的微型閥(18)和氣動(dòng)節(jié)流閥(23)組成的串聯(lián)回路，所述微電氣動(dòng)回路用于在微型閥(18)和氣動(dòng)節(jié)流閥(23) 的共同的氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)(5)處產(chǎn)生控制壓力p。，按需供滴的流體噴射器(4)，其具有由所述控制壓力P。驅(qū)動(dòng)的隔膜(8)，所述流體噴射器(4)控制通過流體出口(6)的流體排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，用于所述控制壓力P。狀態(tài)改變的時(shí)間常數(shù)優(yōu)選小于1毫秒，更優(yōu)選小于100微秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述按需供滴的流體噴射器(4)通過利用隔膜(8)、根據(jù)閥原理工作，所述隔膜(8)的第一面由控制壓力P。驅(qū)動(dòng)，而其第二面與閥座(10)和閥開口(9)共同作為流體閥，該流體閥控制通過流體出口(6)的流體輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述按需供滴的流體噴射器(4)根據(jù)位移原理工作，當(dāng)控制壓力P。使隔膜(8)偏斜時(shí)，隔膜(8)使噴射器腔(17)內(nèi)的流體排出，從而通過流體出口(6)噴射流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，隔膜(8)包括彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，微型閥(18)為壓電閥，優(yōu)選具有壓電彎曲換能器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，包括氣動(dòng)部件(24)，該氣動(dòng)部件包括多個(gè)通路的微電氣動(dòng)回路(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，包括射流部件(25)，該射流部件包括多個(gè)通路的流體控制部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述打印頭，其特征在于，所述氣動(dòng)部件(24)和所述射流部件 (25)之間為可拆卸的連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的打印頭，其特征在于，所述微型閥(18)配置為正常閉合的，并連接至所述兩個(gè)壓力水平中較低的那個(gè)，所述氣動(dòng)節(jié)流閥(23)連接至所述兩個(gè)壓力水平中較高的那個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的打印頭，其特征在于，所述微型閥(18)配置為正常打開的，并連接至所述兩個(gè)壓力水平中較高的那個(gè)，所述氣動(dòng)節(jié)流閥(23)連接至所述兩個(gè)壓力水平中較低的那個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的打印頭，其特征在于，所述微型閥配置為正常閉合的，并連接至所述兩個(gè)壓力水平中較高的那個(gè)，所述氣動(dòng)節(jié)流閥(23)連接至所述兩個(gè)壓力水平中較低的那個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于，包括第一噴射器(4)和第二噴射器 (4)，所述第一噴射器排放液體，所述第二噴射器控制加壓的霧化空氣，所述第一和第二噴射器的流體出口 6被設(shè)置為使所述液體被所述空氣霧化。
14.用具有多通路的打印頭打印流體的方法，其中在一個(gè)通路中通過微電氣動(dòng)回路(2)將電控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成微型閥(18)和氣動(dòng)節(jié)流閥(23)的共同的氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)(5)上的氣動(dòng)控制壓力p。，所述微電氣動(dòng)回路包括由位于第一和第二壓力水平之間的微型閥(18 )和氣動(dòng)節(jié)流閥(23 )組成的串聯(lián)回路，所述控制電壓P。用于驅(qū)動(dòng)按需供滴的流體噴射器(4)的隔膜(8)，所述隔膜(8)控制通過流體出口(6)的流體排放。
15.權(quán)利要求1所述的具有多通路的打印頭的制造方法，其特征在于，通過微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的制造方法、用普通板制得多通路的微型閥(18)的閥座(20)和閥開口。
16.權(quán)利要求1所述的具有多通路的打印頭的制造方法，其特征在于，通過微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的制造方法、用普通板制得多通路的氣動(dòng)節(jié)流閥(23)。
全文摘要
一種打印頭，特別適用于粘性或顆粒填充流體，所述打印頭具有多通路。所述打印頭的一個(gè)通路的特征在于包括微電氣動(dòng)回路(2)，該微電氣動(dòng)回路包括由位于第一和第二壓力水平之間微型閥(18)和氣動(dòng)節(jié)流閥(23)組成的串聯(lián)回路，用于在微型閥(18)和氣動(dòng)節(jié)流閥(23)的共同的氣動(dòng)節(jié)點(diǎn)(5)處產(chǎn)生控制壓力pc，進(jìn)一步包括按需供滴的流體噴射器(4)，該流體噴射器具有由所述控制壓力pc驅(qū)動(dòng)的隔膜(8)，所述流體噴射器(4)控制通過流體出口(6)的流體排放。
文檔編號(hào)B41J2/04GK102574395SQ201080036422
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者蘇荷·喬戈斯, 貝克哈德·巴斯特金斯 申請(qǐng)人:貝克哈德·巴斯特金斯