高频率的电流体动力学打印

本公开涉及电流体动力学打印的改进。

背景技术：

1、电流体动力学打印(也称为电流体动力学喷射打印(e-jetprinting))是一种依赖于电场来从打印喷嘴抽取带电的或极化的打印流体以用于沉积在打印表面上的打印技术。与其他按需滴墨或流式打印方法相比，具有亚微米或纳米级的液滴尺寸和空间精度的电流体动力学喷射打印能够实现非常高的分辨率的打印。早期的电流体动力学喷射打印限于导电打印表面，因为打印表面是在其间产生电场的电极之一。与电场的一致性也是有问题的，这是因为随着打印的进行，沉积的墨对场造成干扰。barton等人的美国专利第9,415,590号通过不依赖于导电打印表面的巧妙的墨抽取和引导技术来解决这些和其他问题。

技术实现思路

1、根据一个或更多个实施例，电流体动力学打印机包括喷嘴和电极。喷嘴具有抽取开口，以及打印机被配置成在喷嘴中并且在抽取开口处提供打印流体。电极被配置成在第一电势下操作，以对喷嘴中的打印流体充电并且以在电极与处于第二电势的抽取表面之间形成抽取场，抽取开口位于抽取场中。带电的打印流体通过抽取开口由抽取场从喷嘴抽取，以用于沉积在打印表面上。间隙被限定在电极与抽取表面之间的最小距离处，以及打印机被配置成在间隙中提供具有大于空气的介电强度的介电强度的至少一个材料层。

2、在不同的实施例中，电极在喷嘴内部并且至少部分地被喷嘴中的打印流体包围，使得至少一个材料层包括打印流体层。

3、在不同的实施例中，电极在喷嘴内部，以及喷嘴由非导电材料形成，使得至少一个材料层包括喷嘴的一部分。

4、在不同的实施例中，至少一个材料层包括流经间隙的介电气体层。

5、在不同的实施例中，打印机包括与喷嘴横向间隔开的抽取器，以及抽取器提供处于第二电势的抽取表面。

6、在不同的实施例中，至少一个材料层包括与抽取表面接触的非气态层。

7、在不同实施例中，打印机包括自清洁抽取器，以及至少一个材料层是液态清洁流体。

8、在不同的实施例中，打印机包括气体喷嘴，气体喷嘴被配置成排放气体喷射流，气体喷射流将抽取的打印流体朝向打印表面引导。

9、在不同的实施例中，至少一个材料层包括将抽取的打印流体朝向打印表面引导的气体喷射流。

10、在不同的实施例中，至少一个材料层包括被加热的气体喷射流，被加热的气体喷射流将抽取的打印流体朝向打印表面引导。

11、在不同的实施例中，打印表面提供导电表面作为处于第二电势的抽取表面。

12、在不同的实施例中，打印表面提供非导电表面作为处于第二电势的抽取表面。

13、在不同的实施例中，电极在喷嘴内部并且不延伸穿过抽取开口。

14、在不同的实施例中，电极的端部与抽取开口间隔开大于零并且小于或等于100微米的量。

15、在不同的实施例中，电极具有小于30微米的横截面尺寸。

16、在不同的实施例中，电极是朝向端部渐缩的并且具有小于20微米的横截面尺寸。

17、在不同的实施例中，至少一个材料层包括喷嘴的非导电材料和非导电打印流体。

18、在不同的实施例中，喷嘴中的打印流体是被加热的。

19、在不同的实施例中，喷嘴是非导电的，抽取开口具有一尺寸，喷嘴与打印表面间隔开一距离，以及打印机具有的最大喷射频率比由包含相同打印流体、具有相同尺寸的抽取开口并且与打印表面间隔开相同距离的导电喷嘴所获得的喷射频率大至少50％。

20、在不同的实施例中，增加电流体动力学打印机的喷射频率的方法包括对打印机的喷嘴中的打印流体进行充电，以及在电极与通过间隙与电极间隔开的抽取表面之间形成抽取场。充电步骤包括使用处于第一电势的电极。喷嘴的抽取开口位于抽取场内，以便通过抽取开口从喷嘴抽取带电的打印流体，以用于沉积在打印表面上。当存在抽取场时，下列中的至少一项位于间隙中：非导电打印流体、喷嘴的非导电材料、介电气体以及沿着抽取表面流动的清洁流体层。

21、在不同的实施例中，电流体动力学打印机包括喷嘴和电极。喷嘴具有抽取开口，以及打印机被配置成在喷嘴中并且在抽取开口处提供打印流体。电极在第一电势下操作，以对喷嘴中的打印流体充电并且以在电极与处于第二电势的抽取表面之间形成抽取场，抽取开口位于抽取场中。带电的打印流体通过抽取开口由抽取场从喷嘴抽取，以用于沉积在打印表面上。电极在喷嘴内部，以及电极的最靠近抽取开口的端部浸没在喷嘴中的打印流体中。喷嘴可以是非导电的。

22、前述段落、权利要求书和/或下列描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例、特征和可替代方案可以独立地或以其任何组合来考虑。例如，结合一个实施例公开的特征可以应用于没有特征不兼容的所有实施例。

技术特征：

1.一种电流体动力学打印机，包括：

2.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极在所述喷嘴内部并且至少部分地由所述喷嘴中的打印流体包围，使得所述至少一个材料层包括打印流体层。

3.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极在所述喷嘴内部，以及所述喷嘴由非导电材料形成，使得所述至少一个材料层包括所述喷嘴的一部分。

4.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述至少一个材料层包括流过所述间隙的介电气体层。

5.根据权利要求1所述的打印机，进一步包括与所述喷嘴横向间隔开的抽取器，其中，所述抽取器提供处于所述第二电势的所述抽取表面。

6.根据权利要求5所述的打印机，其中，所述至少一个材料层包括与所述抽取表面接触的非气态层。

7.根据权利要求6所述的打印机，其中，所述抽取器是自清洁的，以及所述非气态层是液态清洁流体。

8.根据权利要求1所述的打印机，进一步包括气体喷嘴，所述气体喷嘴被配置成排放气体喷射流，所述气体喷射流将抽取的打印流体朝向所述打印表面引导。

9.根据权利要求8所述的打印机，其中，所述至少一个材料层包括所述气体喷射流。

10.根据权利要求8所述的打印机，其中，所述气体是被加热的。

11.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述打印表面提供处于所述第二电势的所述抽取表面，所述抽取表面是导电表面。

12.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述打印表面提供处于所述第二电势的所述抽取表面，所述抽取表面是非导电表面。

13.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极在所述喷嘴内部并且不延伸穿过所述抽取开口。

14.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极的端部与所述抽取开口间隔开大于零且小于或等于100微米的量。

15.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极具有小于30微米的横截面尺寸。

16.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述电极是朝向端部渐缩的并且具有小于20微米的横截面尺寸。

17.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述至少一个材料层包括所述喷嘴的非导电材料和非导电打印流体。

18.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述喷嘴中的所述打印流体是被加热的。

19.根据权利要求1所述的打印机，其中，所述喷嘴是非导电的，所述抽取开口具有一尺寸，所述喷嘴与所述打印表面间隔开一距离，以及所述打印机具有的最大喷射频率比由包含相同打印流体、具有相同尺寸的抽取开口并且与所述打印表面间隔开相同距离的导电喷嘴获得的喷射频率大至少50％。

20.一种增加电流体动力学打印机的喷射频率的方法，所述方法包括：

21.一种电流体动力学打印机，包括：

22.根据权利要求21所述的打印机，其中，所述喷嘴是非导电的。

技术总结
打印流体的液滴从电流体动力学打印机的喷嘴的喷射频率比先前的电流体动力学喷射打印机增加了50％或更多。充电电极被策略性地布置成将材料层定位在电极与抽取表面之间的间隙中，以在间隙中提供高于空气的击穿电压的击穿电压。通过将充电电极的尖端定位在墨喷嘴内部，喷嘴和/或非导电喷嘴壁中的非导电打印流体可以在间隙中提供相对高的介电强度，由此增加了抽取场的最大电压。即使在电极与抽取表面之间的间隙中不存在高击穿电压材料时，打印机也提供其他优点。

技术研发人员：奇拉·巴顿,莱·宇·里奥·泰斯
受保护的技术使用者：密歇根州立大学董事会
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23