嵌入式超聲油墨打印的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和相關(guān)過程的制作方法
【專利說明】嵌入式超聲油墨打印的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和相關(guān)過程
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求2013年6月7提交的美國專利申請?zhí)?3/913,293的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用被合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及打印系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和相關(guān)過程。更具體地說，本發(fā)明涉及將超聲能量適用至液態(tài)油墨的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]位于流體中的氣體是可壓縮的。在打印系統(tǒng)中，如果流體油墨中含有一種或多種氣體，由于氣體的存在，在壓力下將從油墨噴嘴噴出的液體油墨因此可以被壓縮，以使得油墨可能不被正確地噴射。因此，打算用于加壓噴射的流體油墨中的氣體的存在降低了制造噴射的液滴的可靠性。在許多這樣的情況下，油墨完全不能被噴射。因此，液體油墨中的氣體的存在會對油墨噴射具有非常大的負(fù)面影響，例如但不限于打印材料的損失，這既是昂貴的且令人沮喪的。
[0005]真空脫氣在先前已被用于一些打印系統(tǒng)。圖1是具有嵌入式真空脫氣的示例性常規(guī)示例打印系統(tǒng)10的示意圖。油墨14a，如存儲在供墨儲存器12內(nèi)的，例如筒或儲罐，被運(yùn)輸16通過真空脫氣模塊18。真空源20，例如栗或文氏管，也典型地連接22到真空脫氣模塊18，其施加真空至真空脫氣模塊18內(nèi)的油墨14a，從而從進(jìn)入油墨14a提取一種或更多種氣體，產(chǎn)生脫氣的油墨14b，其被輸送24到打印頭26，其中打印頭26被配置為可控地噴射28脫氣的油墨14b到基底30。
[0006]一些常規(guī)真空脫氣模塊可通過日本東京的DIC株式會社獲得，其中不同的模塊基于待噴出的油墨的類型、容量和脫氣的所需級別被具體規(guī)定。其他脫氣設(shè)備都可以通過北卡羅來納州夏洛特的Membrana公司獲得。大泛圍的過濾膠囊也可通過紐約州華盛頓港的Pall公司獲得。
[0007]雖然真空脫氣在先前已用于從油墨去除一些氣體，這樣的系統(tǒng)通常很復(fù)雜，并且通常需要一個(gè)壓力源或真空源。
[0008]因此，提供被配置為除去可存在于在打印系統(tǒng)內(nèi)的任何點(diǎn)的油墨中的氣體，而不需要真空脫氣和相關(guān)的硬件的機(jī)制是有利的。這樣的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的發(fā)展將是一個(gè)重大的技術(shù)關(guān)破。
[0009]超聲處理已在先前被用在除打印以外的應(yīng)用中，以將較大的顆粒分解成較小的顆粒。例如，超聲能量先前已用來在醫(yī)療環(huán)境中分解腎結(jié)石。
[0010]除了固有的氣體的問題，在供墨中的顆粒也帶來許多問題。例如，由顆粒造成的噴嘴堵塞是打印系統(tǒng)中的通常打印頭故障模式。顆粒，例如但不限于聚結(jié)的顆粒，在打印環(huán)境中通常存在在油墨中，或可能會發(fā)生在油墨輸送系統(tǒng)內(nèi)。盡管相對小的顆?？赏ㄟ^油墨輸送系統(tǒng)，以及通過噴墨打印頭與液體油墨一起被噴出，較大的顆?？稍谟湍斔碗娐分斜惠p易積累，并且經(jīng)常堵塞打印頭和相關(guān)的路徑，例如在一個(gè)或多個(gè)噴嘴板中。
[0011]因此，提供一種機(jī)制和相關(guān)聯(lián)的過程將是有利的，其能夠打破可存在于在打印系統(tǒng)內(nèi)的任何點(diǎn)的油墨中的顆粒的大小，以防止結(jié)垢。這樣的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的過程的發(fā)展將提供一個(gè)重大的技術(shù)進(jìn)步。
[0012]此外，雖然現(xiàn)有的真空脫氣系統(tǒng)可以被配置為從供墨中除去固有的氣體，這樣的系統(tǒng)沒有解決可存在于油墨中的其他固體，如聚結(jié)顏料。
[0013]因此，提供一種系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和相關(guān)的過程將是有利的，其能夠既從在打印系統(tǒng)內(nèi)的任何點(diǎn)的供墨中除去固有的氣體而且能保持在供墨中的顆粒的大小。這樣的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的過程的發(fā)展將構(gòu)成進(jìn)一步重大的技術(shù)突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]增強(qiáng)的打印系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和過程提供了超聲油墨，如對油墨脫氣，和/或保持油墨中的顆粒的尺寸。至少一個(gè)超聲模塊例如包括任何的超聲探針或超聲槽的，位于在油墨輸送系統(tǒng)內(nèi)。油墨被輸送到超聲模塊，以及超聲能量被施加到油墨中，例如以足夠的水平和持續(xù)時(shí)間以對油墨脫氣，和/或以減小油墨中的顆粒的尺寸。在一些實(shí)施方案中，顆?？梢允蔷劢Y(jié)物，其中所施加的能量被配置成減小聚結(jié)物的大小至可以通過打印頭噴出的尺寸。在其他實(shí)施方案中，顆?？梢允墙饘兕w粒，其中所施加的能量被配置為創(chuàng)建更小的金屬顆粒，其可以通過打印頭隨油墨被噴出。
【附圖說明】
[0015]圖1是具有嵌入式油墨真空脫氣的示例性現(xiàn)有技術(shù)的打印系統(tǒng)的示意圖；
[0016]圖2是具有油墨超聲的示例性增強(qiáng)的打印系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖3是與油墨運(yùn)輸或存儲系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的超聲探針組件的詳細(xì)示意圖；
[0018]圖4是與油墨運(yùn)輸或存儲系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的超聲槽組件的詳細(xì)示意圖；
[0019]圖5是用來分解顆粒的超聲波的示意圖；
[0020]圖6是用于脫氣油墨的超聲波的示意圖；
[0021 ]圖7是用于顆粒尺寸減小和油墨脫氣的超聲的示意圖；
[0022]圖8是超聲槽的一個(gè)實(shí)施例的圖表，其顯示在緊接著施加超聲能量的時(shí)間間隔后的二種不同的油墨樣品的不例性氧濃度；
[0023]圖9是一個(gè)圖表，其顯示停止超聲能量的應(yīng)用后的作為時(shí)間函數(shù)的油墨樣品的氧濃度；
[0024]圖10是被應(yīng)用以在工件(例如基底)上建立一個(gè)或多個(gè)層的的油墨的超聲波示例性過程的流程圖；和
[0025]圖11是具有一個(gè)或多個(gè)噴出的層的示例性基底的局部橫截面，其中所述層中的至少一個(gè)在被噴射到基底上之前已被超聲應(yīng)用到油墨。
具體實(shí)施例
[0026]圖2是具有超聲_旲塊48的不例性增強(qiáng)打印系統(tǒng)40的不意圖，諸如超聲地對油墨44脫氣50，例如44a，和/或超聲地分解52顆粒146(圖5，圖7)，例如聚結(jié)物，金屬顆粒，或其它固體146，其可以是存在于油墨44a之內(nèi)。
[0027]油墨44a，如存儲在供墨站42內(nèi)，例如儲存器、筒或儲罐42，被輸送46通過一個(gè)或多個(gè)超聲模塊48，如經(jīng)過超聲探針組件48a(圖3)，和/或通過超聲槽組件48b(圖4)。通風(fēng)口 54可以優(yōu)選被提供，諸如用于超聲模塊48a，其提供脫氣50，以提取一個(gè)或更多氣體162(圖6，圖7 )，它們從進(jìn)入的油墨44a被除氣，產(chǎn)生脫氣的油墨44b。所得的調(diào)節(jié)的油墨44b中可以優(yōu)選被輸送56到或通過相應(yīng)的打印頭60，其中經(jīng)調(diào)節(jié)的油墨44b可以被噴射62或以其它方式輸送到工件66的一個(gè)或多個(gè)部分之上，例如基底，諸如響應(yīng)于信號64。
[0028]圖3是與增強(qiáng)的打印系統(tǒng)40相關(guān)的超聲探針組件48a的詳細(xì)示意圖80。如圖3所示的示例性超聲探針組件48a包括具有限定于其中的腔室86的探針殼體84，具有相應(yīng)進(jìn)口端口88的進(jìn)口90，并具有相應(yīng)出口端口92的出口94。
[0029]可見于圖3中的示例性超聲探針組件48a還包括超聲探針82，其被固定到探針外殼84，并延伸到腔室86。示例性超聲探針82包括探針鞘98，其從螺紋連接102延伸進(jìn)入油墨腔室86，其螺紋地嚙合穿過螺紋探針安裝孔104。示例性超聲探針82可以進(jìn)一步包括起落架108，例如具有相對的表面109，以用于通過工具111接合，其被配置為緊固超聲探針82到殼體84。墊圈，密封墊或密封件106可優(yōu)選被提供在起落架108和殼體84之間。
[0030]如圖3所示的示例性超聲探針82還包括超聲探針元件100，諸如位于探針鞘98中，其中探針元件100被連接112到控制器110，使得超聲探針82可以被可控地供電以提供超聲能量136(圖4)，如在約20千赫至400千赫范圍內(nèi)的能量。在操作中，當(dāng)油墨44a通過進(jìn)口 88進(jìn)入腔室86時(shí)，超聲探針元件100可被供電以超聲地處理進(jìn)入的油墨44。
[0031]可見于圖3中的示例性超聲探針組件48a還可以包括通風(fēng)口 116，其具有氣體出口端口 114，任何氣體162通過它可被釋放，雖然脫氣50可被排放118?？梢娪趫D3中的示例性通風(fēng)口 116和相應(yīng)的氣體出口端口 114位于朝向腔室86的上部區(qū)域119，使得氣體162可被排出118，而沒有油墨44，如44a和44b，的損失。
[0032]圖4是與增強(qiáng)的打印系統(tǒng)40相關(guān)聯(lián)的不例超聲槽組件48b的詳細(xì)不意圖120。如圖4所示的示例超聲槽組件48b包括具有限定在其中的腔室126的油墨槽殼體124，具有相應(yīng)的進(jìn)口端口 88的進(jìn)墨口 90，具有相應(yīng)的出口端口 92的出墨口 94。如圖4所示的示例性超聲槽組件48b還包括一個(gè)容器罩128，其可緊固130到油墨槽殼體124的上部區(qū)域132。密封件131也可以在容器罩128與罐外殼124之間被提供，圍繞罐腔