流体材料的连续喷射打印的制作方法

流体材料的连续喷射打印的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种通过连续喷射打印技术打印流体材料的设备和方法。该设备包括流动限制结构，该流动限制结构靠近出流开口设置，用于通过穿过所述流动限制结构的受限通道限制材料在容器和所述出流开口之间的流动。此外，所述流动限制结构、致动表面和喷嘴被设置为界定与所述出流开口的内部紧邻的微体积，以便将由压力调节机构产生的压力变化朝向出流开口引导或反射。
【专利说明】流体材料的连续喷射打印

【技术领域】
[0001]本发明涉及通过连续喷射打印技术打印流体材料的设备，包括:用于储存所述材料的容器；出流表面，包括与所述容器流体连接的至少一个出流开口，在使用时，从所述出流开口流出所述材料的破碎成滴状物的喷射流；压力产生装置，被设置用于在所述容器上施加压力以将所述材料在压力下沿所述出流开口的方向从所述容器传送出；压力调节机构，包括靠近所述出流开口设置的致动表面，用于通过所述致动表面的振动而提供所述材料的压力变化，以便实现所述喷射流至滴状物的受控破碎。

【背景技术】
[0002]在这一点上，通过“连续喷射打印技术”的含义是连续产生滴状物，这可被选择性地用于预定打印过程的目的。滴状物的供应是连续进行的，这与所谓的按需喷墨技术相反，在按需喷墨技术中，滴状物根据预定的打印过程而产生。
[0003]文献EP1545884B1公开了一种通过连续喷射打印技术打印流体材料的已知设备。为了实现喷射流至滴状物的受控破碎，足够大压力调节机构被提供在出流开口的前方。在具有特别高粘度的流体打印中，在通道中以平均相对高的压力进行工作，例如在15和600巴之间的范围内的压力。为了实现典型压力的高调节范围，EP154884B1的已知设备被提供具有压力调节机构，其包括可移动控制销，其中控制销的端部被放置在与出流开口相距的距离间隔为15-500 μ m的预定距离处。由于距离间隔的距离相对小，因此能够实现相对大的压力调节范围。例如因为控制销与包括出流开口的喷嘴板太近和/或由于在控制销和/或设备的其它部分上的增加的应力，已知的减小控制销的距离间隔以便在出流开口处实现满意的压力变化的方法可能具有局限性。
[0004]仍然需要连续打印具有与比目前能实现的相比粘度更高的材料和/或以比目前能实现的更高速率进行连续打印。


【发明内容】

[0005]在第一方面，提供一种通过连续喷射打印技术打印流体材料的设备，包括:用于储存所述材料的容器；包括出流开口的喷嘴，在使用时，所述材料的喷射流从所述出流开口流出并破碎成滴状物；压力产生装置，被设置用于在所述容器上施加压力，以便在压力下将所述材料沿所述出流开口的方向从所述容器传送出；压力调节机构，包括靠近所述出流开口设置的致动表面，用于通过所述致动表面提供所述材料的压力变化，以便实现所述喷射至滴状物的受控破碎；其中所述设备进一步包括流动限制结构，该流动限制结构具有在使用时与所述容器流体连接的入口和连接到与所述喷嘴的内部紧邻的微体积的出口，所述流动限制结构被设置用于通过穿过所述流动限制结构的受限通道限制所述材料在所述容器与微体积之间的流动；其中所述受限通道相对于所述出流开口被定尺寸为使得，在使用时，所述材料在所述入口和所述出口之间的所述受限通道上的压降介于所述材料在所述微体积和所述喷嘴的外部环境之间的所述出流开口上的压降的0.1倍和10倍之间；并且其中所述流动限制结构和所述喷嘴被设置为界定所述微体积，以便将由所述压力调节机构产生的压力变化朝向所述出流开口弓I导或反射。
[0006]在第二方面，提供一种通过连续喷射打印技术打印流体材料的喷嘴件，包括:包括出流开口的喷嘴，在使用时，所述材料的喷射流从所述出流开口流出并破碎成滴状物；其中所述喷嘴件进一步包括；流动限制结构，该流动限制结构具有在使用时与容器流体连接的入口和连接到与所述喷嘴的内部紧邻的微体积的出口，所述流动限制结构被设置用于通过穿过所述流动限制结构的受限通道限制所述材料在所述容器和微体积之间的流动；其中所述受限通道相对于所述出流开口被定尺寸为使得，在使用时，所述材料在所述入口和所述出口之间的所述受限通道上的压降介于所述材料在所述微体积和所述喷嘴的外部环境之间的所述出流开口上的压降的0.1倍和10倍之间；并且其中所述流动限制结构和所述喷嘴被设置为界定所述微体积，以便将由所述压力调节机构产生的压力变化朝向所述出流开口引导或反射，所述压力调节机构包括靠近所述喷嘴设置的致动表面。
[0007]在第三方面，提供一种使用连续喷射打印技术打印流体材料的方法，该方法使用的设备包括:用于储存材料的容器；喷嘴，包括与所述容器流体连接的出流开口 ；压力产生装置；压力调节机构，包括靠近所述出流开口设置的致动表面；所述方法包括使用所述压力产生装置在所述容器上施加压力，并且将所述材料在压力下沿所述出流开口的方向从所述容器传送出，以使所述材料的喷射流从所述出流开口流出并破碎成滴状物；使用所述压力调节机构通过所述致动表面的振动提供所述材料的压力变化，以便控制所述喷射流至滴状物的破碎；其中所述方法进一步包括通过穿过流动限制结构的受限通道限制所述容器与所述出流开口之间的流动，所述流动限制结构包括与所述容器流体连接的入口和连接到与所述喷嘴的内部紧邻的微体积的出口 ；其中所述受限通道相对于所述出流开口被定尺寸为使得，在使用时，所述材料在所述入口和所述出口之间的所述受限通道上的压降介于所述材料在所述微体积和所述喷嘴的外部环境之间的所述出流开口上的压降的0.1倍和10倍之间；以及通过所述流动限制结构和所述喷嘴将由所述压力调节机构产生的压力变化朝向所述出流开口引导或反射。
[0008]本发明公开通过限制流体材料在容器和出流开口之间的流动，由压力调节机构在与出流开口紧邻的微体积中产生的压力变化能够被朝向出流开口引导或反射，而不是被传回到容器中。发现到达出流开口的压力波的幅度在不在压力调节机构上进一步增加应力的情况下可被显著增强。来自致动表面的压力波因此可被有效地传播到出流开口，并且可以以比之前可能的那样连续打印具有更高粘度的材料和/或以更高速率连续打印材料。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]从下面的说明书、所附权利要求书和附图将更好地理解本发明的设备、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点。除非指出，附图未必按比例绘制。附图中的物体、层和部件的相对比例可能被夸大，一些细节可能由于例示的目的而被省略。在附图中:
[0010]图1示出连续喷射打印设备的第一实施例的剖视图。
[0011]图2示出压力调节机构的透视图。
[0012]图3示出出流开口的第一实施例的细节的剖视图。
[0013]图4A示出出流开口的第二实施例的细节的剖视图。
[0014]图4B示出出流开口的第三实施例的细节的剖视图。
[0015]图5示出连续喷射打印设备的另一实施例的剖视图。
[0016]图6示出图5的实施例中的流动限制结构的分解视图。
[0017]图7A和图7B示出另一流动限制结构的实施例的分解视图。
[0018]图8示出图7A和图7B的流动限制结构的一部分的俯视图。
[0019]图9示出另一流动限制结构的俯视图。
[0020]图1OA至图1OD示出不同的连续喷射打印设备。
[0021]图1lA和图1lb示出用在连续喷射打印设备和/或喷嘴件中的流动限制结构的实施例。
[0022]图12A和图12B示出实施在喷嘴件中的流动限制结构。
[0023]图13A和图13B示出流动限制结构的另一实施例。
[0024]图14A和图14B示出流动限制结构的另一实施例。

【具体实施方式】
[0025]下面对某些示例性实施例的详细说明本质上仅为示例性的，并且决不意欲限制本发明、其应用或用途。因此该说明不是在限制的意义上做出，而且本系统的范围仅由所附权利要求书限定。在说明中，参照形成其一部分的附图，在附图中，通过例示的方式示出特定实施例，所描述的装置和方法可在这些特定实施例中实施。这些实施例以足够详细的方式描述，使得本领域技术人员能够实施当前公开的系统和方法，并且应当理解，其它实施例可被利用，并且在不脱离本系统的精神和范围的情况下可进行结构和逻辑上的改变。而且，为了清楚的目的，众所周知的装置和方法的详细说明被省略，从而不会使本系统的说明不清
λ.Μ
/E.ο
[0026]总体而言，可划分成两种喷墨过程:按需喷墨和连续喷墨。对于按需喷墨，用来加速材料、迫使材料通过喷嘴或出流开口和使材料破碎成滴状物的能量必须全部由致动装置产生。对于连续喷墨，这些功能典型地被分到不同的元件:压力产生机构提供加速并迫使材料通过喷嘴，致动机构也称为压力调节机构，其实质上提供可导致喷射流以受控的方式破碎成滴状物的压力变化。该后一构思因此典型地更适于在高粘度材料、小滴状物尺寸和/或高流速的处理中进行进一步的发展。高粘度流体的连续喷射打印的应用中的挑战可能是，向显露的流体喷射流传递足够的振动能量。注意到，压力产生机构还可基于流动控制来操作，其中压力被产生为实现特定的流动。
[0027]进一步的优点和应用可从附图的下述详细说明变得更明显。该说明以示例性和非限制性的方式被考虑。特别地，可省略和/或增加所示实施例的步骤和/或部件而不脱离由所附权利要求书限定的本方法和系统的范围。
[0028]图1示出用于通过连续喷射打印技术打印流体材料M的设备I的实施例的剖视图。设备I包括用于储存材料M的容器2和包括出流开口 10的喷嘴3。在此使用的术语喷嘴是指围绕出流开口 10的结构。在所示的实施例中，喷嘴被提供在喷嘴板3’中。设备进一步包括压力产生装置4和压力调节机构5。压力调节机构5包括靠近出流开口 10设置的致动表面5s。设备I进一步包括流动限制结构6，该流动限制结构6被设置用于限制材料M在容器2与出流开口 10之间的流动。流动限制结构6、致动表面5s和喷嘴3被设置为界定并且至少部分地封闭与出流开口 10的内部紧邻的体积V，下文中称为微体积V。术语“微体积”的含义是非常小的体积，例如在0.001-100微升(μ I)的范围内，优选在0.01-10 μ I或更小的范围内。微体积的尺寸还与滴状物尺寸有关。在一实施例中，微体积是将要从喷嘴产生的滴状物的体积的1-1O5倍之间。在一示例中，其中滴状物尺寸为10_4μ 1，则对应的微体积可为0.001-0.1 μ I。将要产生的滴状物的体积可与喷嘴的直径有关，例如该体积可为近似喷嘴的直径D的三次方，例如在4/3 31 D3的0.1和10倍之间。微体积V的进一步的详细说明被提供在图3的说明中。
[0029]出流开口 10与容器2流体连接，即容器连接到出流开口 10，使得在使用时，流体材料M可从容器2流动到出流开口 10。压力产生装置4可被用于在容器上施加压力，即在容器中的材料M上施加压力，使得材料M在压力下沿出流开口 10的方向从容器2被传送。在从容器2行进到出流开口 10时，材料M穿过流动限制结构6中的受限通道6Ρ。该受限通道6Ρ导致材料在容器2与出流开口 10前方的微体积V之间的第一压降ΛΡ1。
[0030]第一压降ΛΡ1发生在流动距离Xl上，流动距离Xl与沿受限通道6Ρ的流动方向的长度有关。在受限通道6ρ中导致的压力梯度(dP/dx)l可被计算为压降ΛΡ1与流动距离Xl的比率。当材料从微体积V穿过出流开口时，材料经历第二压降ΛΡ2。该第二压降ΔΡ2发生在流动距离x2上，在该情况下，流动距离x2由喷嘴3或喷嘴板3’的厚度确定。在出流开口中导致的压力梯度(dp/dx)2可被计算为压降ΛΡ2与出流开口距离x2或者喷嘴板3’的厚度的比率。
[0031]在优选实施例中，致动表面5s放置为与出流开口 10相距预定距离15-500μπι。压力调节机构5可通过其靠近出流开口 10的致动表面5s的振动而在行进通过微体积V中的流体并且离开出流开口 10进入从出流开口 10流出而形成的喷射流中的流体材料中导致压力变化。通过以适当的频率和幅度在流体材料中产生压力变化或波，可例如通过瑞利(Rayleigh)破碎过程实现喷射流至滴状物D的受控破碎，其中在形成的喷射流中的压力变化导致喷射流在特定点破碎，导致小滴状物尺寸的更单一分散范围，例如小滴状物体积在平均小滴状物体积的0.01%至10%的范围内，优选I %内。所述的频率可被选择为例如接近喷射流至滴状物的自然破碎频率。可替代地，由于当前提出的方法可提供对压力变化的有效传递，因此可使用进一步偏离自然破碎频率的频率。所述频率可依赖于喷射流相对于出流开口的尺寸的流速以及液体材料的特性。用于本申请的典型频率可在例如在I和100kHz之间或更高。对于较大的滴状物，该频率还可更低。所需的压力幅度与基础(base)(即出流开口 10处的平均压力)相关，例如与基础成比例。
[0032]在使用用于连续打印材料的设备时，材料M的喷射流可从开口 10流出，破碎成滴状物D。特别地针对瑞利类型的破碎的出流开口 10的尺寸，例如其直径对应于从所述出流开口流出的最终滴状物D的截面直径的大体一半。直径与滴状物尺寸之间的这种关系可为单个压电打印机的典型关系。可替代地，当多个压电打印机被聚集时，这种关系可以是不同的。典型地但非限制性地，在打印应用中用于期望滴状物尺寸的尺寸可在例如5-500 μ m的范围内。出流开口的尺寸可在2-400 μ m的典型范围内，但不限于这些尺寸。
[0033]通过出流开口 10的喷嘴压力可与流速和材料M的粘性相关，例如线性相关。应当认识到，为了推动具有高粘度(例如500mPa或更高)和/或高流速(例如大于3毫升/分钟)的材料M通过相对小的出流开口，可能需要相对高的压力，特别是在出流开口的正前方的内部需要相对高的压力。在本实施例中，该压力将由位于容器2上游的压力产生装置4提供。然而，由于流动限制结构6提供在压力被施加的位置(在该情况下容器2)与可能需要该压力的出流开口 10的位置之间，该被施加的压力优选增加以便补偿在流动限制结构6上的压降。
[0034]诸如当前建议的那样将流动限制结构6有意插入容器2与出流开口之间乍看可能是违背常理的，因为与施加在容器2处的压力相比，该流动限制结构6可导致大的压降ΛΡ1并且因此会降低出流开口前方的可用压力。这个看起来特别违背常理，因为以较高速率和/或通过较小喷嘴打印较高粘度的材料的期望可能要求较高的压力需求。注意到，在开口处的压降可与该开口的直径的四次方成比例。
[0035]然而，目前认识到，连续打印高粘度流体材料的期望可能不仅受到能够被压力产生装置提供的可用压力的限制，而且受到对压力调节机构5在高工作压力(例如能够提供或承受的力)上的日益增加的要求的限制。
[0036]如上面注意到的那样，压力变化优选具有足够的压力幅度，即涵盖足够的压力变化范围，以引起喷射流至滴状物的受控破碎。待由压力调节机构5提供的压力变化可被认为是在可最终追溯到压力产生装置4的平均压力之上的调制。因为出流开口 10前方的粘性材料的平均或基础压力水平优选为高的以便以足够的流速迫使材料通过小的出流开口10，类似地，用于喷射流的受控破碎的期望的压力变化优选对应地为高的，例如开口前方的基础压力的1%或更高，例如为5巴至10巴或更高。相应地，在实施例中，压力调节机构5优选被设置用于在出流开口 10的上游产生为微体积中材料压力的至少百分之一 I巴的压力变化。
[0037]为了在出流开口处提供这种相对高压力变化，第一种方案可为将致动表面5s放置为足够接近出流开口，例如与出流开口相距15-500 μ m的距离间隔，使得压力波在到达出流开口之前较少地衰减和消散。然而，这种方案可能对于特别高粘度和/或高流速是不够的，例如因为在一些点处致动表面5s接近喷嘴3并且可能阻塞出流开口。
[0038]当前认识到，压力变化的大部分的衰减或消散可通过将所述压力变化限制到出流开口前方的小的微体积V而被防止。通过引入流动限制结构6并且仅提供受限通道6P返回到容器2，在微体积V中产生的压力变化在很大程度上被防止返回到容器2，并且替代地可例如通过微体积周围的表面而朝向出流开口 10被引导或反射。微体积V由流动限制结构6以及致动表面5s和喷嘴3的内表面界定，同时进入微体积V外部的基本上仅有的流体通道由受限流动通道6p和出流开口 10提供。
[0039]为了朝向出流开口 10引导或反射压力变化并且在很大程度上防止压力变化消散回到容器中，受限通道6p优选具有流动阻力和/或引导与出流开口的压力变化相当的或比出流开口的压力变化大的压力变化的阻力。以此方式，压力变化的优选流动路径将是出流开口 10而非受限通道6p。这可类比于例如并行流过电阻器的电流，其中大多数的电流流过最低的电阻。当通过受限通道6p的回流路径的流动阻力变得与通过出流开口 10的流出路径的阻力相当或高于通过出流开口 10的流出路径的阻力时，压力变化的流动可被引导为更多地朝向出流开口，因此导致压力调节机构5的总体效率增加。
[0040]经过通道的流动阻力Rf可被定义为例如通道上的压力ΛΡ除以通过通道的流量f的比率，因此AP = f*Rf。当期望受限通道和出流开口上的压降和是相同的数量级时，在通过受限通道和出流开口的流量相同的封闭系统中，这意味着优选使通过流动限制部的流动阻力与通过出流开口的流动阻力为相同的数量级。当总流量不同时，例如当多个出流开口被连接到单个流动限制部时，期望的流动阻力的比率可相应地按比例调节。例如，当多个出流开口被连接到单个微体积时，因为流动被分配到多个出流开口，为了在出流开口和受限通道上将最终的压降保持在相同的数量级上，例如流动限制部的流动阻力可根据出流开口的数量按比例减小。
[0041]注意到，当压力波在从微体积行进通过出流开口或通过受限通道时，由压力波感受到的瞬时流动阻力或阻抗可能不但与总的流动阻力相关，而且与流动路径上的流动阻力的梯度有关。类似于电路，优选地，流动限制部6p的输入阻抗与出流开口的输入阻抗相当或大于出流开口的输入阻抗。以此方式，在微体积V中产生的压力波仅最低限度地沿受限通道向上行进。注意到，流动阻力还可是压力变化的频率的复变函数，例如类似于电路的复数阻抗。可期望从压力调节机构返回通过流动限制部达到容器的流动路径在由压力调节机构产生的压力变化的频率下具有一流动阻抗，该流动阻抗与从压力调节机构通过出流开口的流动路径在该频率下的流动阻抗为相同的数量级或较大。
[0042]相对的流动阻力梯度可例如将材料M在受限通道6p上的第一压降ΛΡ1的第一压力梯度(dP/dx)l与材料M在出流开口 10上的第二压降Λ P2的第二压力梯度(dP/dx) 2进行比较来表示。为了足以防止由压力调节机构5产生的压力变化流回容器2，所述压力梯度优选为相同的数量级，例如压力梯度(dP/dx) I与(dP/dx) 2的比率优选在0.1和10之间。压力梯度可通过例如获得流动限制结构6p或出流开口 10上的压降ΛΡ1或ΛΡ2并且由相应的流动长度xl或x2除该压力而计算得到。
[0043]可替代地或另外，为了使流动限制结构和出流开口之间的横截面相当，优选地，沿流动方向的受限流动路径6p的长度xl与沿通过喷嘴3的流动路径的出流开口 10的长度x2相当。特别地，优选的是长度xl和x2被选择为使得总(平均)压降ΛΡ1和ΛΡ2相当，例如具有0.1和10之间的比率。
[0044]当流动限制部与出流开口具有不同的横截面时，长度Xl和x2可根据导致的压降成比例调节。该压降可依赖于涉及到的流体动力学并且因此被计算出。对于圆形开口，压降可例如与该开口的直径的四次方成反比。例如，对于直径为Dl长度为xl的流动限制部和直径为D2长度为x2的出流开口，这些参数优选为使得xl/Dl4与X2/D24相当，例如(xl/D14)/(x2/D24)的比率在0.1和10之间。
[0045]注意到，因为微体积V中的压力可由于压力调节机构5的致动而改变，因此压降ΛΡ1和ΛΡ2以及压力梯度(dP/dx)l和(dP/dx) 2可稍微变化。为了确定某一比率的目的，例如可考虑平均压降或梯度。可替代地，当压力调节机构被关闭，即不致动微体积时，可考虑压降或梯度。压力和压力梯度可例如基于所描述的各部件以及所施加的压力和压力变化的数值模拟或模型模拟而被计算出。
[0046]进一步注意到，使在出流开口 10前方由压力产生装置4提供的可用压力降低的压降ΛΡ1可通过使由流动限制部6p之前的压力产生装置4施加的压力增加而被补偿，同时还受益于使压力波从压力调节机构5传递到出流开口的效率增加。然而，第一压降ΛΡ1相对于第二压降ΛP2优选使得压力产生装置4在补偿压降ΛΡ1时仍然可在出流开口前方提供合适的压力。这可对优选的第一压降ΛΡ1设置上限，例如优选不大于第二压降ΛΡ2的十倍，或者对于较低粘性的材料为不大于第二压降ΛΡ2的两倍。
[0047]期望的相对流动阻力的另一特性可为比较受限通道6p和出流开口 10的相对尺寸。为了足够防止由压力调节机构5产生的压力变化流回容器2，例如可能优选的是通向微体积V的受限通道的有效横截面与出流开口 10的横截面为相同数量级，例如为出流开口10的横截面的0.1-10倍之间。有效横截面的含义是垂直于材料的流动方向的横截面。注意到，受限通道的横截面的下限优选使得压力产生装置4可以仍然在出流开口处提供足够的压力。
[0048]例如，为了以3毫升/分钟的流速推动粘度为500mPa s的材料通过直径为80 μ m、长度为88 μ m的出流开口，在出流开口的前方可需要大约70巴(=7MPa)的平均静态压力。在该情况下，在容器2处由压力产生装置4施加的静态压力可为例如两倍多:140巴。流动限制部相对于出流开口被定尺寸为使得微体积V中的平均静态压力为70巴，同时压力改变机构引起例如10巴的压力变化幅度，即微体积中的压力在65和75巴之间变化。压力改变机构的振动频率为例如20kHz。出流开口外部的压力可例如为I巴的环境压力。在该情况下，第一压降ΛPl为70巴，而第二压降ΛΡ2为69巴(70_1)。压降ΛPl和ΛΡ2为相同数量级，而它们的比率接近I。
[0049]注意到，在设备I的当前实施例中，压力产生装置4所示出为在材料M上施加机械压力的块体，各种其它压力产生装置对于本领域技术人员是已知的。例如，压力产生装置可替代地或另外可包括连接到容器的加压气体供应部，其中气体的压力被传递到容器中的材料Μ。
[0050]进一步注意到，虽然在当前实施例中容器2与喷嘴板3’形成单个结构，然而可替代地，这些结构可以是分离的，例如容器2可通过诸如管或软管的流体输送引导件被连接到受限通道6ρ。
[0051]此外，虽然在当前实施例中，单个出流开口 10和喷嘴被示出在喷嘴板3中，这当然可以扩展到多个喷嘴。多个喷嘴开口中的每个可与分离的微体积相邻，并且被提供具有其自己的压力调节机构，并且经由分离的受限通道从容器被供应。可替代地，多个出流开口可存在于单个微体积中并且共享压力调节机构。而且，单个压力调节机构可连接到被分配在多个微体积上的多个致动表面。而且多个受限通道可例如从多个侧部被提供到单个微体积，其中通道可视为构成某一有效流动阻力、压降和总横截面的平行路径。
[0052]而且，虽然在本实施例中，喷嘴3被成形为像板那样，但是其还可以被成形为不同的形状，例如像吸管那样会聚。喷嘴3可包括能够承受微体积V中的压力的任何合适的材料。应当认识到，由小的腔室中高压材料施加的总力由于该压力所施加的小的表面面积而可相对低。
[0053]所示的压力调节机构5可例如包括用于产生振动的压电元件。用于产生压力变化的其它机构可包括例如小的电磁致动器、电约束致动器(electrorestrictive actuator),从而产生声学压力变化。
[0054]从前述内容可清楚，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可采用部件和构思的这些和其它变型和组合。
[0055]图2示出包括控制销(例如小的封闭圆柱体)的压力调节机构5的实施例的特写透视图。控制销的一端形成与喷嘴3的表面3s相对的致动表面5s。控制销被设置为朝向和远离出流开口振动，同时至少部分地在销引导件6c (例如围绕控制销的开口圆柱体)内部被引导，该圆柱体例如在顶部由板6t封闭。销引导件6c另外通过其内表面6c界定微体积V。微体积V进一步被致动表面5s和喷嘴3的表面3s界定。销引导件6c形成流动限制结构6，通过该流动限制结构6，提供将微体积V连接到容器(这里未示出)的受限通道6p0
[0056]在使用时，流体材料可在由压力产生装置(未示出)产生的压力下从容器(或连接到容器的流体引导装置)的离开点8通过受限通道6p流动到微体积V的进入点9。流体材料在压力下被迫使通过出流开口 10，同时微体积V中的流体材料的所述压力被压力调节机构5及其与微体积V中的流体材料机械接触的表面5s的振动所调制。
[0057]图3示出设备的实施例的特写剖视图，其中进一步例示出微体积V。如虚线所示的那样，微体积V由喷嘴3的内表面3s、压力调节机构5的致动表面5s和流动限制结构6的内表面6s界定。微体积当然可进一步被其它表面界定，例如由销引导件6c的表面，在该情况下，销引导件6c可被认为是流动限制结构(即限制流体材料在容器2和微体积V之间的流动的结构)的一部分。
[0058]微体积V可被定义为例如占用受限通道6p的末端和出流开口 10的起始部之间的空间的流体材料M的量。受限通道6p的末端和出流开口 10的开始部分可例如通过如本图中虚线所示那样延伸流动限制结构6的内表面和/或喷嘴3而被限定。为了计算所示实施例的微体积V，例如致动表面5s的表面面积可与致动表面5s与喷嘴的表面3s之间的平均距离进行相乘。注意到，该距离可由于致动表面5s的振动幅度而改变。作为示例，例如微体积可为圆柱形体积，直径为3300 μ m，平均高度为50 μ m(例如由于致动表面的例如15nm的振动幅度而改变)。微体积V在该情况下为接近0.4μ1( = Ji /4.(3300 μ m)2.50 μ m)。注意到，对于多喷嘴构造，微体积可随着喷嘴的数量为成比例地变高。
[0059]上面指定的微体积的优选范围在0.001和100 μ I之间，优选在0.01和10μ I之间，和/或为指定系统典型地产生的单个滴状物的体积的1-1O5倍，该微体积的优选范围可确定流动限制结构6和致动表面5s的优选位置。优选地，流动限制结构6或者流动限制结构6的接触微体积V的内表面6s和致动表面5s靠近出流开口 10 (因此也靠近喷嘴表面3s)，使得微体积V具有在上面指定范围内的体积。因此，表面6s、5s和3s —起界定微体积V。
[0060]在使用时，材料可在压力下经由受限通道6p从容器2流动到微体积，由此材料经历了第一压降ΛΡ1。材料在该情况下的流动被通道6p限制，通道6p的横截面相对于出流开口的横截面为使得在微体积中由压力调节机构5的振动运动5v产生的压力波基本上被防止经由通道6p行进回到容器中，而是替代地被引导和反射朝向出流开口 10。
[0061]受限通道的横截面(垂直于流动方向的横截面)可确定材料M在沿受限通道6p的流动方向上的第一压力梯度(dP/dx) I。类似地，出流开口 10的横截面可确定材料M在沿出流开口 10的流动方向上的第二压力梯度(dP/dx)2。在一实施例中，沿容器2与微体积V之间的流动路径的第一压降梯度(dP/dx) I与沿微体积V和外部环境(即出流开口 10外部)之间的流动路径的第二压力梯度(dP/dx)2之间的比率在数量级上是相当的。例如，优选地，该比率大概在0.1-10的范围内，这一方面可导致从受限通道6p对压力变化的足够反射，另一方面不会过度限制流量以便压力产生装置进行补偿。
[0062]在所示的实施例中，喷嘴3被包括在薄的喷嘴板3’中，该薄的喷嘴板3’另外由支撑板3”支撑。这种构造的优点在于流出通道的长度可被保持为短，例如由喷嘴板3’的厚度确定，同时仍然保留足够的支撑用于抵抗微体积V中的压力。喷嘴板的厚度可例如在从50微米至400微米的范围内。可替代地，喷嘴板的厚度或喷嘴的长度可与喷嘴的横截面相关，例如喷嘴板3’的厚度可在喷嘴3中的出流开口 10的横截面的0.1至10倍之间。注意到，例如对于具有变化的横截面的喷嘴来说，有效的直径可被定义为导致相同压降具有恒定值经的等同喷嘴的直径。
[0063]术语“喷嘴板”可在广义上进行解释。喷嘴板可由多个部分构成。所述部分可被相互附接，由此形成提供有一个或更多喷嘴3的结构。所述喷嘴板3’可基本上由钢制成。例如，用于生产期望的喷嘴形状的方法可涉及到使用放电加工。这种方法的优点在于喷嘴形状可被精确地确定。除了(不锈)钢之外的其它材料可为铜、钛和钥。可替代的方法可采用蚀刻技术，例如在硅中蚀刻。仍然可替代地，激光可被用于通过激光烧蚀切割金属或陶瓷材料的喷嘴。与金属相比，陶瓷材料的优点可为喷嘴的较长的寿命和/或耐用度。其它材料包括蓝宝石、钻石或红宝石。喷嘴还可被例如氮化物涂覆，以便增加耐用度。
[0064]当流出通道10较短时，第二压降Λ P2可较低和/或出流开口横截面可较小，这可得到较小的小滴状物。因此注意到，压降ΛΡ1和ΛΡ2不仅分别被通道6ρ和出流开口 10的横截面确定，而且被它们的长度确定。例如，类似的压降可通过减小通道或开口的横截面和长度二者，并且通过使长度与直径的四次方和/或横截面的平方成比例而获得。
[0065]图4Α示出出流开口的第二实施例的细节的剖视图。该实施例类似于图3的实施例，除了压力调节机构5沿与通过出流开口 10的流出方向垂直的方向产生压力变化之外。该图中的附图标记、符号和字母表示图3中类似或相似的项目。尽管从出流开口流出的喷射流被示出为流向右边，但可以理解的是，示出的设备的定向可旋转，例如使得离开出流开口的喷射流沿向下的方向流动，同时压力调节机构仍然可沿与流出的方向垂直的方向振动。
[0066]在使用时，材料M从容器2通过流动限制结构6中的受限通道6ρ流动到微体积V中。因此材料经历第一压降ΛΡ1。压力调节机构5在微体积V中的材料M中产生压力变化。该材料作为喷射流从出流开口 10中流出同时被破碎成滴状物。优选地，微体积中产生的压力变化沿出流开口的方向被引导并且尽可能少地消散到容器2中。为此，流动限制部6优选基本上防止至少一些压力变化行进回到容器2中。
[0067]这种状况可例如当如下情况时实现:受限通道6ρ相对于出流开口 10被定尺寸为使得，在使用时，材料M在受限通道6ρ上的压降Λ Pl为材料M在出流开口 10上的压降ΛΡ2的0.1至10倍之间。此外，优选地，流动限制结构6、致动表面5s和喷嘴3被设置为界定与出流开口 10的内部紧邻的微体积V，用于将由压力调节机构5产生的压力变化朝向出流开口 10引导或反射。
[0068]图4B示出出流开口的第三实施例的细节的剖视图。该实施例类似于图4A的实施例，除了压力调节机构5被提供在微体积的至少两侧上。该图中的附图标记、符号和字母表示图3中类似或相似的项目。
[0069]在实施例中，压力调节机构5包括环绕微体积V的振动环，其中环的内部形成致动表面5s。这种振动环可例如由环形压电件形成。受限通道6p被设置在环的与出流开口10相反的侧上。在使用时，加压流体材料M从容器经由流体通道2p和受限通道6p流入微体积V中。材料随后流动通过振动环，由此在作为破碎成滴状物D的喷射流从出流开口 10出现之前被致动表面5s致动。当从出流开口出现例如到达外部环境时，材料经历第二压降ΛΡ2。
[0070]如图中所示，流动限制结构6的表面、致动表面5s和喷嘴3的表面被设置为界定与出流开口 10的内部紧邻的微体积V。这样的目的是将由压力调节机构5产生的压力变化朝向出流开口 10引导或反射。因此，压力调节机构5的效率可增加，例如压力调节机构5需要较少的能量和/或压力调节机构5可经历较小的力，同时仍然对喷射流破碎成滴状物D提供足够的控制。注意到，封闭微体积的腔室可包括除了上面提到的那些之外的另外的壁或表面。
[0071]尽管本实施例中的微体积V可为通向出流开口 10的圆柱形腔室，但是其它形状也是可能的。例如，出流表面3可包括细长且窄的喷嘴，例如成形为吸管状。相应地，在实施例中，喷嘴3包括在材料的流动方向上为会聚的吸管形状。这种吸管形状的喷嘴可提供将压力波引导朝向出流开口的额外优点。因此，将要理解，喷嘴3可具有任何合适的形状，包括板结构或吸管结构的形状。
[0072]图5示出设备I的另一实施例的剖视图。在该实施例中，流动限制结构6通过挤压在板结构2ο和7b之间的薄箔片7f形成。箔片包括形成受限通道6p的通道，其中受限通道6p的尺寸(高度)由箔片7f的厚度确定。
[0073]箔片可例如具有1-ΙΟΟμπι之间的厚度，优选在1-ΙΟμπι之间，这依赖于所需的流动阻力。优选地，箔片包括具有良好密封性能的柔性材料，例如聚酰亚胺、聚氨酯、氟基聚合物、ΡΕ、ΡΕΤ或PEN。箔片的密封性能优选使其能够抵抗由加压流体材料施加的力，即优选的是材料经历最小的变形或移位。可替代地，箔片可包括薄的金属膜。
[0074]在使用时，压力产生装置4在容器2中的流体材料M上施加压力。加压材料M经由入流板7a中的入流开口 8流动通过受限通道6p进入与出流开口 10紧邻的微体积的进口 9，材料的喷射流从出流开口 10流出沿轨迹T破碎成滴状物。
[0075]流动限制结构因此由板结构2ο和7b以及挤压在它们之间的箔片7f的组合形成。特别地，箔片已经被移除的位置的通道限定了板结构7a和7b之间的受限通道6p。压力调节机构5被设置在销引导结构6c中。销引导结构封闭压力调节机构5并且将其与容器中的材料分离开。这具有的优点是容器中的材料的压力不直接压在压力调节机构5上。压力调节机构5的端部形成致动表面，该致动表面与喷嘴3的表面和板结构2ο的相邻表面一起界定微体积。
[0076]在使用时，压力调节机构5朝向和远离出流开口振动，这在微体积中产生压力变化，该压力变化传播到形成的喷射流中从而影响破碎成滴状物。密封环6r可被提供在销引导件6c和压力调节机构5之间，以防止流体材料进入销引导件6c中。可替代地或另外，微体积可通过柔性箔片与压力改变机构分离开，其中微体积的致动通过柔性箔片进行。具体地，相同的箔片6f可被延伸为设置在微体积和压力改变机构5之间。在该情况下，压力调节机构的致动表面可由箔片的一部分成形。
[0077]图6示出用在上面描述的连续喷射打印设备中的喷嘴件7的实施例的分解视图。喷嘴件7或者其一部分被提供成可拆卸单元。这样的优点可为例如当受限通道阻塞时喷嘴件或其部分可被容易地更换。
[0078]喷嘴件包括喷嘴3和流动限制结构6。喷嘴3包括出流开口 10，在使用时，从出流开口 10流出破碎成滴状物的材料的喷射流。流动限制结构具有在使用时与容器(例如容器板20)流体连接的入口 8h’，并具有连接到与喷嘴3的内部紧邻的微体积7v的出口。流动限制结构被设置为通过穿过流动限制结构的受限通道6p限制材料M在容器和微体积7v之间流动。受限通道6p相对于出流开口 10被定尺寸为使得，在使用时，材料M在入口和出口之间的受限通道6p上的压降ΛΡ1是材料M在微体积和喷嘴3的外部环境之间的出流开口 10上的压降ΛΡ2的0.1至10倍之间。流动限制结构和喷嘴3被设置为界定微体积，以便将由包括靠近喷嘴3设置的致动表面5s的压力调节机构5产生的压力变化朝向出流开口 10引导或反射。
[0079]在一实施例中，流动限制结构由在使用时挤压在板结构2o、7b之间的薄箔片7f形成。箔片包括在流动限制结构的入口和出口之间且形成受限通道6p的切削通道(cut outpassage) 6p,其中受限通道6p的尺寸由箔片7f的厚度确定。
[0080]在另一实施例中，喷嘴件7包括可选盖7a’，其被设置为覆盖出流开口 10和/或受限通道6p，并且至少在与出流开口 10相对的区域5h’中是柔性的，从而在使用时，与所述区域5h’机械接触的压力调节机构5的振动通过盖7a’被传送，以便在由例如盖7a’、喷嘴3和箔片7f之间限定的微体积内的材料M中产生压力变化。
[0081]喷嘴可被包括在喷嘴板7b中。盖7a’可包括柔性箔片或板结构。盖优选被设置为覆盖喷嘴板7b，使得防止杂物进入出流开口 10和/或受限通道6p中。盖7a’可包括与容器板7ο的出流开口 8h匹配的入流开口 8h’。可替代地，入流开口可例如临时被箔片层封闭，直到喷嘴件被附接为止。在附接之后，覆盖入流开口的临时箔片层可例如被容器板2ο的突起(未示出)刺穿，由此形成入流开口。以此方式，当不使用时，整个喷嘴件可被隔离，从而防止杂物进入喷嘴件中。
[0082]出流开口的直径典型地在2和400 μ m之间。在另一实施例中，直径可为喷嘴板的厚度的0.1和10倍之间。如所示，出流开口 10相对于入流开口 8h’横向移位，使得入流开口和出流开口优选在相对设置的盖7a’和喷嘴板7b上彼此不重叠。
[0083]在所示的实施例中，喷嘴件7包括待挤压在容器板2ο和喷嘴板7b之间的薄箔片7f。薄箔片7f包括在入流开口 8h和出流开口 10之间且形成受限通道6p的通道。受限通道6p的尺寸(高度)由箔片7f的厚度确定。使用挤压在两个板之间的薄箔片的这种设置的优点在于，简单地通过选择箔片的厚度和/或箔片中形成受限通道6p的切削通道的宽度，而相对容易地产生任何期望的流动阻力。
[0084]在所示的实施例中，体积7v由喷嘴板7中围绕出流开口 10的部分缩进限定。该缩进可限定微体积的下边界，而上边界可由入流板的围绕孔5h的环绕部分和压力调节机构5的表面提供。为了进一步防止流体材料通过除了受限通道6p和出流开口 10之外的途径进入或溢出，可提供附接到容器板7ο的顶部并且环绕压力改变机构5的引导圆柱体6c。可替代地，喷嘴板7b中环绕出流开口 10的部分缩进可被省略，并且微体积例如由盖7a’(可为箔片)和喷嘴板之间的空间或者由空间7f’限定，当喷嘴件7被附接到容器板2ο时，空间7f’从箔片7f切削出并且被挤压在盖7a’和喷嘴板7b之间。
[0085]喷嘴件7可被提供具有待压靠喷嘴板7b的可选支撑板7p。特别地，当喷嘴板包括薄的结构时，支撑板可被用于加固以便抵抗与出流开口 10紧邻的微体积中可能的高压力。支撑板优选被提供具有支撑板开口 10h，支撑板开口 1h具有比出流开口自身的横截面稍大的横截面，从而防止进一步增加出流开口 10的流动阻力。另外或可替代地，支撑板开口1h可包括例如如图3中所示的扩大横截面。
[0086]图7A示出用在如上描述的连续喷射打印设备中的喷嘴件7的另一实施例的分解视图。喷嘴件7包括入流板7a,入流板7a用作受限通道6p和喷嘴板7b的盖。板7a和7b待压靠在一起。入流板7a包括入流开口 8h ;喷嘴板7b包括喷嘴3中的出流开口 10。如所示，出流开口 10相对于入流开口 8h横向移位，使得入流开口 8h和出流开口 10在相对设置的入流板7a和喷嘴板7b上彼此不重叠。
[0087]喷嘴件进一步包括限定在入流板7a和喷嘴板7b之间的受限通道6p，使得入流开口经由受限通道6p与出流开口流体连接。受限通道6p，即其结构相对于出流开口 10被定尺为使得，在使用时，打印材料M在受限通道6p上的压降Λ Pl是材料M在出流开口 10上的压降ΛΡ2的0.1和10倍之间。
[0088]在所示的实施例中，喷嘴板7b包括蚀刻在喷嘴板7b中的微通路的蚀刻结构。微通路形成受限通道6p，其中受限通道6p的尺寸由蚀刻结构的深度和微通路的宽度确定。在该情况下，蚀刻结构包括微杆阵列，其中微杆的长度由蚀刻结构的深度确定并且微通路形成在微杆之间。微杆可为圆形的但也可以是其它形状的，例如方形、六边形、椭圆形等。
[0089]在实施例中，流动限制结构被设置为用作过滤机构，其中流动受限通道被定尺寸为使得有待被过滤的颗粒不能经过流动受限通道。有待被过滤的颗粒的典型尺寸可依赖于应用。有待被过滤的颗粒为例如可能卡在出流开口中的那些颗粒，即直径与出流开口相当或比出流开口大。例如，对于包括微杆的流动限制结构，微杆可彼此相距的距离为使得相邻的微杆之间的最大距离小于有待被过滤的颗粒的尺寸，例如直径。对于包括单个横截面开口的流动限制结构，所述开口的横截面可小于有待被过滤的颗粒的尺寸。
[0090]在所示的实施例中，入流板7a包括被设置为与出流开口 10相对的致动开口 5h。致动开口 5h被定尺寸为在使用时将压力调节机构5的致动表面(例如图7中所示)装配在致动开口中，由此在致动表面、喷嘴板和致动开口 5h的壁之间限定紧邻出流开口 10的微体积。可选地，另一柔性覆盖箔片(未示出)可提供在板7a和7b之间，以便覆盖喷嘴并防止杂物进入出流开口中。
[0091]喷嘴件7在使用时可被附接到容器板20，容器板2ο包括分别与入流板7a中的入流开口 8h’和致动开口 5h’匹配的开口 8h和5h。在使用时，来自容器(在这里未示出)的材料可从容器板2ο中的开口 8h流出，通过限定在入流板2a与喷嘴板2b之间的受限通道6p进入入流板2a的入流开口 8h，并且通过喷嘴3流出出流开口 10。
[0092]图7B示出喷嘴件7的另一实施例。在该实施例中，盖7a’由薄板结构形成，该薄板结构至少在与出流开口 10相对的区域5h’中为柔性的，使得在使用时与所述区域5h’机械接触的压力调节机构5 (例如图6中所示)的振动通过盖7a’被传送，以便在被限定在入流板和喷嘴板之间且与出流开口 10紧邻的微体积内的材料M中产生压力变化。盖7a’的柔性可例如通过调节入流板的厚度7t而实现。可替代地或另外，入流板7a的材料可包括诸如箔片的柔性材料。
[0093]在实施例中，喷嘴件7可作为可拆卸单元被提供。在使用时，可拆卸喷嘴件7可被连接到喷嘴板2ο，喷嘴板2ο可以是打印设备(未示出)的容器或打印头的一部分。板2ο可包括与入流板7a’的入流开口 8h’匹配的出流开口 2h，使得在使用时材料可从容器通过出流开口 2h流动到入流开口 8h中。喷嘴板2ο可进一步包括容纳压力调节机构(未示出)的开口 5h，使得在使用时压力调节机构可通过开口 5h而振动，开口 5h与出流开口 10相对地接触入流板7a’的柔性区域5h’。
[0094]图8示出图7的喷嘴板7b的俯视图。在使用时，流体材料可经由凹形进口 8 (连接到容器，未示出)通过受限通道6p流动到微体积的进口 9。流体从微体积可被挤压通过喷嘴3的出流开口 10，同时被压力改变机构(未示出)加压。俯视图进一步例示出微杆可如何被定位为在它们之间限定受限通道6p。杆可例如通过平版印刷技术产生。例如，整个板7b可包括硅板，白色部分已被部分地从硅板刻蚀掉。出流开口可例如通过激光烧蚀或本领域技术人员已知的产生硅穿孔的其它方式被提供。
[0095]图9示出可为喷嘴件的一部分的喷嘴板7b的另一实施例的俯视图。与图8中所示的喷嘴板的不同在于连接到容器的进口 8环绕微体积，使得在使用时流体材料可从8和9之间的所有侧经由受限通道6p流动到与喷嘴3中的出流开口 10紧邻的微体积。
[0096]图1OA-图1OD示意性地示出不同的连续喷射打印设备和沿相应的设备的流动路径X的对应的压力水平P。
[0097]图1OA示出包括压力产生装置4的设备，压力产生装置4从供应部11接收具有供应压力Pll的材料并且在使材料通过容器2时将该材料加压到容器压力P2。材料沿出流开口 10的方向从容器2流出并且从出流开口 10作为颗粒的喷射流出现。设备外部的环境压力为Po。材料因此在从出流开口 10流出时经历压降P2-Po。为了对喷射流破碎成滴状物进行调节，通过出流开口前方的压力调节机构5改变压力。由图1OA的设备中的压力调节机构5导致的压力变化可不仅沿出流开口 10的方向前进，而且返回到容器中，在容器中它们可被消散，从而可以影响压力调节机构5的效率。
[0098]图1OB示出流动限制结构6提供在容器2和出流开口 10之间的实施例。流动限制结构6界定与出流开口 10的内部紧邻的微体积V，以便将压力调节机构5产生的压力变化朝向出流开口 10引导或反射。以此方式，与图1OA相比，压力调节机构5的效率可增加。流动限制结构6的特征可为例如在流动限制结构6上的压降ΛΡ1与出流开口 10上的压降ΛΡ2相当。压降ΛΡ1可等于容器压力P2’与微体积压力Pv之间的压力差。压降ΛΡ2可等于微体积Pv与出流开口 10外部的环境压力Po之间的压力差。
[0099]优选地，流动限制结构6被提供在沿朝向出流开口的引导流动路径测量的与出流开口 10相距的距离间隔X6处，其小于20cm，更优选小于2cm，最优选小于0.2cm。特别地，与流动限制结构6的该流动路径距离x6越小，则由流动限制结构界定的微体积越小，从而提供较小的体积来消散压力调节机构5产生的压力变化。
[0100]图1OC示出与图1OA类似的另一设备，除了设备另外在压力产生装置4与出流开口 10之间的流动路径中包括阻尼器12。阻尼器12被设置为减弱例如由于移动的活塞等导致的可由压力产生装置4产生的不需要的压力变化。在没有阻尼器12的情况下，这些不需要的压力变化可以独立于由压力调节机构5产生的压力变化以不能调节的方式对喷射流破碎成滴状物产生影响。阻尼器12可例如为流体阻尼器，其优选用在相对高压力的打印压力范围中并且包括引导通路，该引导通路具有由吸收压力变化的高度加压液体加固的壁。类似的阻尼器由本发明人公开在例如EP1923215中。W02004/018212公开了具有类似阻尼功能的压力阻尼墨过滤器。
[0101]阻尼器12不与本申请中始终讨论的流动限制结构6混淆。具体地，尽管阻尼器12在这种情况下可导致容器的部分2a和2b之间的压降P2a-P2b，阻尼器具有与流动限制结构6完全不同的功能。尽管阻尼器12被设置为用于消散压力产生装置4的压力变化，但是流动限制结构6可防止由压力调节机构5引起的压力变化的消散。此外，体积2b也不与本申请中始终讨论的微体积V混淆。具体地，由于阻尼器12可被优选地提供为靠近压力产生装置4，例如与出流开口相距大于20cm的距离xl2，注意到容器体积2b可远超过期望的小滴状物体积的15倍的体积，因此不被描述为“微体积”。相应地，在优选实施例中，提供一种设备，其中流动限制结构6被设置为与出流开口 10的距离小于20cm。
[0102]对于与图1OA的设备类似的图1OC的设备，由压力调节机构5导致的压力变化可不仅沿出流开口 10的方向行进，而且返回到容器2b、2a，在容器2b、2a中，压力变化可消散，由此可能影响压力调节机构5的效率。这种消散甚至可被功能为减弱压力变化的阻尼器12增强。
[0103]为了强调已知的阻尼过滤器与本公开的流动限制结构之间的差别，注意到，例如W02004/018212的墨过滤器被用于减弱泵的压力变化，而本公开的流动限制结构被用于引导和反射由压力调节机构产生的压力变化。功能上的差别从不同的结构和流动链中的相对位置可明显看出。对于相对位置，W02004/018212没有公开界定与出流开口相邻的微体积的流动限制结构，例如由墨过滤器的限流器限定的体积与喷嘴的内部不紧邻。替代地，墨过滤器通过压力传感器和阀与喷嘴分离开。对于结构，W02004/018212没有公开受限通道相对于出流开口被定尺寸为使得在使用时材料在入口和出口之间的受限通道上的压降为材料在微体积和喷嘴外部环境之间的出流开口上的压降的0.1倍和10倍之间。W02004/018212根本没有公开与喷嘴的出流开口相比的在喷嘴附近的流动限制结构上的相对压降。而是，W02004/018212公开了墨过滤器的输入限流器和输出限流器的直径均可为大约1/32英寸，墨过滤器的输出限流器不是喷嘴的在使用时流出破碎成滴状物的材料喷射流的出流开口。W02004/018212的墨过滤器没有实现本公开的优点，例如增强达到出流开口的压力波的幅度而不进一步增加压力调节机构上的应力。
[0104]图1OD示出一实施例，其中除了阻尼器12被提供在容器的部分2a和2b之间之外，流动限制结构6被提供在容器2和出流开口 10之间，阻尼器12可导致容器的部分2a和2b之间的压降P2a’ -P2b’。流动限制结构6界定与出流开口 10的内部紧邻的微体积V，以便将由压力调节机构5产生的压力变化朝向出流开口 10引导或反射。以此方式，与图1OC相t匕，压力调节机构5的效率可增加。流动限制结构6的特征可在于压降ΛΡ1与出流开口上的压降ΛΡ2为同一数量级，同时流动限制结构界定与出流开口 10紧邻的微体积V。
[0105]图1lA和图1lb示出用于在此描述的连续喷射打印设备和/或喷嘴件中的流动限制结构6的实施例。
[0106]图1lA示出具有第一结构化表面7as的第一板结构7a,该第一结构化表面7as包括凹进和/或突起7ar。此外，第二板结构7b被示出为具有包括凹进和/或突起7br的第二结构化表面7bs。
[0107]图1lB示出在使用时第一板结构7a和第二板结构7b被连接在一起以形成流动限制结构6。在所连接的流动限制结构6中,第一结构化表面7as面对第二结构化表面7bs。凹进和/或突起7ar相对于对置表面7as和7bs上的凹进和/或突起7br相对移位，从而在凹进和/或突起7ar与凹进和/或突起7br的重叠表面区域之间成形一个或更多个流动限制通道6p。
[0108]将认识到，一个或更多个流动限制通道6p的尺寸可由第一板结构7a沿第一和第二结构化表面7as、7bs相对于第二板结构7b的相对位置6rp确定,例如通过第一结构化表面7as的凹进和/或突起7br与第二结构化表面7bs的凹进和/或突起7br之间的干涉或相互作用的类型而被确定。这样的优点在于通过使用相对路线结构(course structure)(在该情况下是凹进7ar和7br)的组合可产生相对窄的流动限制通道6p。换言之，流动限制通道6p的尺寸可小于相应的结构化表面7as和7bs上的凹进和/或突起的尺寸。在一个实施例中，在凹进和/或突起7ar和7br之间产生的最窄的流动限制通道6pp的尺寸6x小于凹进和/或突起7ar和7br自身的尺寸6xr的一半。
[0109]这使得更多种材料能够被用于形成流动限制结构，特别是还可以使用超过某一最小尺寸或者仅用大的努力不能被构造的材料，例如陶瓷材料。通过组合两个相对移位的结构的构思还能够使用更多种类的构造方法，例如，诸如铣削、磨削和/或切割之类的方法可被用于该方法的工具的尺寸限制。在一个实施例中，流动限制结构包括陶瓷材料。这可使得流动限制结构例如适于打印金属。特别有利的材料可为二氧化锆、氧化铝或其氮化物变型，以及氧化硼，因为它们能抵抗熔融金属而不与熔融金属形成连接的期望的特性。
[0110]在一个实施例中，通向微体积的进入口 9的最后的流动限制通道6pp比其它通道6p窄的多，即通道尺寸6x小于例如通道尺寸6xa。最后的通道6pp因此特别地可被设置用于例如通过反射防止压力波通过流动限制部流回。其它流动限制通道6p可更适于例如提供流体材料的过滤功能。在一个实施例中，流动限制通道6p具有朝向出流开口越来越窄的通道的梯度。
[0111]图12A和图12B显示这种流动限制通道6如何可被实施在例如喷嘴件7中。图12A示出第一板结构7a的底侧和第二板结构7b的顶侧的分解视图。第一板结构7a包括第一结构化表面7as,该第一结构化表面7as具有环状结构的凹进7ar。这些凹进与第二板结构7b的第二结构化表面7bs上的凹进装配在一起以形成流动限制结构的流动限制通道6p。在使用时，第一板结构7a和第二板结构7b被连接在一起以形成内部具有流动限制结构的喷嘴件7。通过相对平移和/或旋转两个板结构7a和7b，流动限制通道6p可被改变。例如，当板结构7a和/或7b中的一个或二者中的环不同心时，结构之间的相对旋转可被用于加宽和收紧流动限制通道6p。非同心结构的另一示例示出在图13A和图13B中。
[0112]在使用时，流体材料可在由压力产生装置(未示出)产生的压力下从容器的离开点8 (或连接到容器的流体引导装置)通过受限通道6p流动到微体积的进入点9并且随后离开出流开口 10。如所示，喷嘴件7可选地包括开口 5h，例如用于接纳压力调节机构以便通过开口振动，如之前图5和图6中所示的那样。例如还可使用柔性区域代替开口来将振动传送到与出流开口 10紧邻的微体积，例如如图7B中所示的那样，其中出流开口 10上方的区域可用作隔膜。
[0113]图13示出可一起形成可变流动限制结构的板结构7a和7b的另一实施例。具体地，对置的结构化表面7as和7bs包括可一起形成流动限制通道6p的螺旋形凹进7ar和7br。图13B示意性地示出螺旋形凹进7ar和7br的俯视图。附图标记21和22示出板结构7a和7b之间的两种不同的相对定向。如所示，依赖于板结构7a和7b之间的旋转6rp，形成在凹进7ar和7br的重叠部分之间的流动限制通道6p的尺寸6w可被改变。例如，由附图标记22指示的螺旋与由附图标记21指示的螺旋相比具有较小的重叠，并且因此形成更受限的通道6p。在一个实施例中，两个板结构7a和7b可彼此相对地旋转高达180度的平面角，以便产生具有可变槽宽6w的通道6p，例如从槽7ar、7br的宽度减小至零的范围。在一个实施例中，每个螺旋7ar和7br的槽宽为大约4毫米，而受限通道6p的宽度6w在数十微米的数量级或更小。将认识到，与数十微米数量级的通道相比，4_的槽宽可更容易通过铣削而被制造。在一个实施例中，板结构7a和/或7b包括用于确定它们之间的相对旋转角度的指示部7ia、7ib，例如一个或两个板结构在其外部周界上可包括一个或更多的槽7ia、7ib，从而允许使用者确定结构之间的相对角度6rp。例如，多个指示槽7ib可被设置在板结构的外部上，以指示用于受限通道6p的宽度的一个或多个设定。
[0114]在使用时，流体材料可通过流动限制通道6p从容器的离开点8流动到微体积V的进入点9。该材料可通过出流开口 10离开微体积V，同时通过经由微体积V上的开口 5h行动的压力调节机构(这里未示出)被致动。有利的是，因为螺旋形凹进可在它们之间形成相对伸展的通道6p，因此这可在通道的任何部分被例如流体材料中的颗粒阻塞时帮助保持足够的流动能力。进一步的优点可为，由对置的螺旋结构的重叠部分形成的通道6p能够在通道的长度上具有均匀的宽度。
[0115]图14A示出用于在此描述的连续喷射打印设备和/或喷嘴件的流动限制结构的另一实施例。流动限制结构6包括第一板结构7a和第二板结构7b,第一板结构7a具有包括凹进和/或突起7ar (从下方示出)的第一结构化表面7as，第二板结构7b具有包括凹进和/或突起7br(从顶部示出)的第二结构化表面7bs。在使用时,板结构7a和7b被连接在一起，其中结构化表面7as和7bs彼此面对。第一板结构7a的杆从第一结构化表面7as的平面伸出，并且在使用时被设置在第二结构化表面7bs的杆之间。杆一起形成位于它们之间的流动限制通道。杆结构例如通过使第一板结构7a相对于第二板结构7b旋转和/或平移(例如如箭头6rp所指示的那样)而相对于彼此相对地移位。以此方式，形成在第一板结构7a和第二板结构7b的杆之间的流动限制通道6p的尺寸可被改变。第一板结构7a被设置用于将流动限制结构6连接到流体容器的离开点8。流体材料可在压力下进入流动限制结构中并且通过杆结构流动朝向出流开口 10。如由区域5h’所指示的那样，第一板结构7a可包括用作隔膜的区域，以便传送在第一板结构7a上侧的压力调节机构5 (这里未示出)的振动，类似于图7B中解释的那样。可替代地，第一板结构7a可包括如例如图12A和图12B中所示的孔5h。
[0116]图14B示出最终组合的流动限制结构6的(透明)俯视图，其中第一结构化表面上的杆放置在第二结构化表面上的杆之间，以便在它们之间形成流动限制通道6p。
[0117]当前教导的方面可基本上防止在出流开口前方的被致动材料的回流，或者至少防止其内部的压力变化的回流。已知的系统不能提供在时间尺度(例如20kHz波动)上维持恒定的流动的方案，而这对于增加致动效率是必须的。当前建议的在致动元件正前方增加限流器可提供这样的方案。系统的总的供应压力可由于此而增加，然而工作部分(activepart)的压降，即致动元件下方的压降可保持相同，同时致动效率可以尽可能多的数量级增力口。尽管诸如压电件等致动元件所需的力可稍微增加，但这仍明显小于其它方案，例如增加致动元件的尺寸。以此方式，粘性和/或流速的增加的范围可变得可接受。
[0118]所讨论和示出的实施例的各种元件提供了某些优点，例如提供连续喷射打印设备。当然，将认识到，上面实施例或过程中的任何一个可与一个或更多其它实施例或过程组合，以便在找寻和匹配设计和优点方面提供更进一步的改进。认识到，本发明为用于打印粘性材料的系统提供了特别的优点，并且大体上能够应用于任何设备，其中小滴状物的单分散喷射需要从具有高粘度的流体和/或在高流速下产生。在该意义上，术语“打印”可被广义地解释为任何应用，其中流体材料在压力下从至少一个出流开口作为破碎成小滴状物的喷射流而喷出。
[0119]所公开的设备的应用示例可包括例如喷雾干燥应用，在该应用中，流体被破碎成(单分散)小滴状物，流体中溶解的材料在干燥介质中被干燥，例如以便产生所述材料的粉末。这种示例为奶粉的产生。其它应用可为用于打印例如Sn、Gd、Cu、Au、Ag等金属的设备，用于产生金属覆层或用在辐射源中。由当前设备提供的粘性工作范围的增加可在2D和3D打印应用中找到进一步的应用。可用当前设备打印的材料的范围还可延伸到非常高粘度的材料，例如100mPa.s或更高，诸如较长聚合物链，这于是可导致2D或3D打印产品更好的特性。而且“较干”流体，例如包含较少的水的流体可被喷雾干燥，从而使喷雾干燥设备的产量增加。进一步的应用可包括如下那些:其中易燃性流体被破碎成(但以分散)成小滴状物并且化学热反应导致燃烧，以便进行推进。
[0120]最后，上面的讨论仅为对本系统的例示，并且不应被解释为将所附权利要求限制到具体实施例或实施例的组。因此，尽管本系统已经参照其特定示例性实施例自身进行了特别的详细描述，但还应该认识到在不脱离如在下面的权利要求书中列出的本系统的较宽和预期的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可想出大量的修改和可替代实施例。说明书和附图因此以例示性的方式被考虑，并且不意在限制所附权利要求书的范围。
[0121]在解释所附权利要求时，应该理解，词语“包括”不排除除了在给定权利要求中列出的那些元件的其它元件或者动作的存在；在元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件；权利要求中的任何附图标记不限制它们的范围；一些“装置”可由相同或不同的项目或实施结构或功能代表；任何公开的装置或其部分可与其它部分组合在一起或分开成更多部分，除非以其它方式特别陈述的之外；动作或步骤的特定顺序是不需要的，除非特别指示之外；并且不需要元件的特定次序，除非特别指示之外。
【权利要求】
1.一种通过连续喷射打印技术打印流体材料(M)的设备(1)，包括: 用于储存所述材料(M)的容器(2); 包括出流开口(10)的喷嘴(3)，在使用时，所述材料(M)的喷射流从所述出流开口(10)流出并破碎成滴状物(D)； 压力产生装置(4)，被设置用于在所述容器(2)上施加压力，以便将所述材料(M)在压力下沿所述出流开口(10)的方向从所述容器(2)传送出； 压力调节机构(5)，包括靠近所述出流开口(10)设置的致动表面(5s)，用于通过所述致动表面(5s)的振动提供所述材料(M)的压力变化，以便实现所述喷射流至滴状物(D)的受控破碎；其中 所述设备进一步包括流动限制结构(6)，该流动限制结构(6)具有在使用时与所述容器(2)流体连接的入口和连接到与所述喷嘴(3)的内部紧邻的微体积(V)的出口，所述流动限制结构(6)被设置用于通过穿过所述流动限制结构(6)的受限通道(6p)限制所述材料(M)在所述容器(2)和微体积(V)之间流动；其中所述受限通道^p)相对于所述出流开口(10)被定尺寸为使得，在使用时，所述材料(M)在所述入口和所述出口之间的所述受限通道(6p)上的压降(ΛΡ1)介于所述材料(M)在所述微体积(V)和所述喷嘴(3)的外部环境之间的所述出流开口(10)上的压降(ΛΡ2)的0.1倍和10倍之间；并且其中 所述流动限制结构(6)和所述喷嘴(3)被设置为界定所述微体积(V)，以便将由所述压力调节机构(5)产生的压力变化朝向所述出流开口(10)引导或反射。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述压力调节机构(5)包括控制销，其中所述控制销的端部形成与所述喷嘴(3)相对的所述致动表面(5s)，所述控制销被设置为至少部分地在另外界定所述微体积(V)的销引导件(6c)的内部振动。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述压力调节机构(5)包括环绕所述微体积(V)的振动环(5’)，其中所述环的内部形成所述致动表面(5s)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流动限制结构(6)被设置在与所述出流开口(10)相距小于20cm的距离处。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述流动限制结构(6)由在使用时被挤压在板结构(7a，7b)之间的薄的箔片(7f)形成，所述箔片包括在所述流动限制结构的入口和出口之间且形成所述受限通道^p)的切削通道，其中所述受限通道^P)的尺寸由所述箔片(7f)的厚度确定。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述流动限制结构(6)由微通路的蚀刻结构形成，所述微通路形成所述受限通道(6p)，其中所述受限通道^p)的尺寸由所述蚀刻结构的深度和所述微通路的宽度确定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流动限制结构(6)包括: 第一板结构(7a)，具有包括凹进和/或突起(7ar)的第一结构化表面(7as);和 第二板结构(7b)，具有包括凹进和/或突起(7br)的第二结构化表面(7bs);其中在使用时，所述第一板结构(7a)和所述第二板结构(7b)被连接在一起，所述第一结构化表面(7as)和所述第二结构化表面(7bs)彼此面对，从而在所述第一结构化表面(7as)和所述第二结构化表面(7bs)之间形成所述流动限制结构(6);其中一个或更多个所述流动限制结构(6)的尺寸(6x)由所述第一板结构(7a)沿着所述第一结构化表面(7as)和所述第二结构化表面(7bs)相对于所述第二板结构(7b)的相对位置(6rp)确定。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述喷嘴(3)包括沿所述材料的流动方向的会聚吸管形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流动限制结构(6)和所述致动表面(5s)靠近所述出流开口(3a)，使得所述微体积(V)具有在期望的滴状物体积的10倍至15倍之间的体积。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述受限通道的有效横截面在所述出流开口(10)的有效横截面的0.1倍和10倍之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中在所述受限通道^p)中的第一压力梯度(dP/dxl)和在所述出流开口中的第二压力梯度(dP/dx2)的比率在0.1和10之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述喷嘴(3)和流动限制结构(6)被包括在能从所述各器(2)拆卸的嗔嘴件(7)中。
13.—种通过连续喷射打印技术打印流体材料(M)的喷嘴件(7)，包括: 包括出流开口(10)的喷嘴(3)，在使用时，所述材料(M)的喷射流从所述出流开口(10)流出并破碎成滴状物(D)，其中所述喷嘴件进一步包括: 流动限制结构(6)，具有在使用时与容器(2)流体连接的入口和连接到与所述喷嘴(3)的内部紧邻的微体积(V)的出口，所述流动限制结构(6)被设置用于通过穿过所述流动限制结构(6)的受限通道(6p)限制所述材料(M)在所述容器(2)和微体积(V)之间的流动；其中所述受限通道(6p)相对于所述出流开口(10)被定尺寸为使得，在使用时，所述材料(M)在所述入口和所述出口之间的所述受限通道(6p)上的压降(ΛΡ1)介于所述材料(M)在所述微体积和所述喷嘴(3)的外部环境之间的所述出流开口(10)上的压降(ΛΡ2)的0.1倍和10倍之间；并且其中 所述流动限制结构(6)和所述喷嘴(3)被设置为界定所述微体积(V)，以便将由压力调节机构(5)产生的压力变化朝向所述出流开口(10)引导或反射，所述压力调节机构(5)包括靠近所述喷嘴(3)设置的致动表面(5s)。
14.根据权利要求13所述的喷嘴件(7)，包括盖(7a’)，该盖(7a’)被设置为覆盖所述出流开口(10)和/或受限通道(6)，并且至少在与所述出流开口(10)相对的区域(5h’)中为柔性的，使得在使用时与所述区域(5h’ )机械接触的所述压力调节机构(5)的振动通过所述盖(7a’ )被传送，以便使所述微体积(V)中的材料(M)产生压力变化。
15.根据权利要求13或14所述的喷嘴件(7)，其中所述流动限制结构(6)由在使用时挤压在板结构(7a，7b)之间的薄的箔片(7f)形成，所述箔片包括在所述流动限制结构的入口和出口之间且形成所述受限通道^p)的切削通道，其中所述受限通道^P)的尺寸由所述箔片(7f)的厚度确定。
16.根据权利要求13或14所述的喷嘴件(7)，其中所述流动限制结构(6)由微通路的蚀刻结构形成，所述微通路形成所述受限通道(6p)，其中所述受限通道^p)的尺寸由所述蚀刻结构的深度和所述微通路的宽度确定。
17.根据权利要求16所述的喷嘴件(7)，其中所述刻蚀结构包括微杆的阵列，其中所述微杆的长度由所述刻蚀结构的深度确定，并且所述微通路被形成在所述微杆之间。
18.一种使用连续喷射打印技术打印流体材料(M)的方法，该方法使用的设备包括: 用于储存所述材料(M)的容器(2); 喷嘴(3)，包括与所述容器(3)流体连接的出流开口(10)； 压力产生装置(4)； 压力调节机构(5)，包括靠近所述出流开口(10)设置的致动表面(5s);所述方法包括: 使用所述压力产生装置(4)在所述容器(2)上施加压力，并且将所述材料(M)在压力下沿所述出流开口(10)的方向从所述容器(2)传送出，以使所述材料(M)的喷射流从所述出流开口(10)流出并破碎成滴状物； 使用所述压力调节机构(5)通过所述致动表面(5s)的振动提供所述材料(M)的压力变化，以便控制所述喷射流至滴状物的破碎；其中所述方法进一步包括: 通过穿过流动限制结构(6)的受限通道(6p)限制所述容器(2)和所述出流开口(10)之间的流动，所述流动限制结构(6)包括与所述容器(2)流体连接的入口和连接到与所述喷嘴(3)的内部紧邻的微体积(V)的出口 ；其中所述受限通道(6p)相对于所述出流开口(10)被定尺寸为使得，在使用时，所述材料(M)在所述入口和所述出口之间的所述受限通道(6p)上的压降(ΛΡ1)介于所述材料(M)在所述微体积(V)和所述喷嘴(3)的外部环境之间的所述出流开口(10)上的压降(ΛΡ2)的0.1倍和10倍之间；以及 通过所述流动限制结构(6)和所述喷嘴(3)将由所述压力调节机构(5)在所述微体积(V)中产生的压力变化朝向所述出流开口(10)引导或反射。
【文档编号】B41J2/07GK104169090SQ201380015203
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】雷涅·乔斯·霍本, 莱昂纳德斯·安东尼厄斯·玛丽亚·布鲁韦斯, 安德列什·里费尔斯, 罗宾·贝尔纳杜斯·约翰内斯·科尔德韦伊 申请人:荷兰应用自然科学研究组织Tno