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惠普赛天使X2型打印头

时间:2006-10-13 作者:佚名 来源:惠普

  高效率,高质量和高可靠性

  工业型喷墨打印机能够以每小时数百平米的速度进行打印,然而不断扩大的对用于购物点、户外展示、汽车和建筑物的色彩丰富、高质量和高耐久力图像的市场将把对效率的要求推向更高层次。由于打印头和墨水 是任何喷墨打印机的关键部件,更高的效率可能最终取决于能以高输出速度提供可靠的性能和高品质影像的打印头以及墨水技术。

  更高的效率意味着每小时打印更多的平米数,这就要求向打印介质更快地输送墨水。更高的墨水流可以通过一系列的方式来实现,包括更快的喷墨速度,更大的喷墨量,更宽的打印行,更少的打印头往返次数,以及使用快干墨水。这些策略可以综合或者单独使用,但是,总体来说,每一种实用的方案都会增加每种颜色所需的喷嘴并且对打印头的性能提出更高的要求。  

  从制造技术以及可维护性的现实角度来看,用于工业型喷墨打印机的打印头是由许多单独的打印头封装成一个阵列而构成的。取决于对性能的要求,工业型喷墨打印机可以含有数十个、数百个甚至上千个独立的打印头。按照这种应用方式,每一个独立的打印头都必须满足下述要求:

  • 紧凑设计
   单位打印区面积上喷嘴排列的高密度降低了带有大型喷嘴阵列的打印头的体积和重量。
  • 高可靠性
  打印头必须能抵抗工业型喷墨打印机所用的墨水带来的化学腐蚀,并能提供可靠的图像品质以减少维护所需的停机时间。
  • 高产能
   打印头应该以能进行快速线性打印的墨滴频率提供高墨流率。
  • 高影像品质
  满足应用条件需要的影像品质必须以最高的打印速度来提供。墨量,速率以及轨迹应该在各打印头之间以及各打印头组之间具有一致性。
  • 简易安装和维修
   机械部分,墨路和电子部件到打印头的连接必须允许简便的安装來装配和维护时的拆除。
  • 可制造性
  打印头的制造工序应该能生产出具有一致的、精确的性质和品质以保证一致的墨滴喷射性能。制造工序应该提供高产出和与高产量相适应的生产规模。
  • 打印机设计的灵活性
  打印头的设计应该同时支持固定式或扫描式的结构并在高于工业温度范围的条件下可靠地喷射工业型喷墨打印机墨水。

  新型的惠普赛天使X2型打印头满足这些工业型喷墨打印的要求。在这篇文章里您将会了解它是如何做到这一点的。

  惠普赛天使X2型打印头介绍

  惠普赛天使X2型打印头具有紧凑和模块化的设计,并基于由惠普设计、开发和生产的硅玻璃打印头基片。

  压电喷墨技术以高墨流率提供成像的高性能。使用硅基的MEMS 技术的制造工艺能够确保高性能墨滴发生器构架的设计和生产,以保证持续一致的墨滴喷射性能。

  该打印头基片有128个喷嘴和100喷嘴/英寸的原始分辨率,它可以组装进多打印头模块并提供高达800dpi的分辨率。由于每一喷嘴每秒钟能喷射30,000个墨滴和高达50pl的墨量,惠普赛天使X2型打印头能以2米/秒的线性打印速度,每分钟供给10毫升的墨量。
 
  高可靠性和对工业型喷墨打印机墨水的耐化学腐蚀性因其设计成为可能:只有硅,玻璃和环氧树脂接触墨水,而压电激励器和电极则完全与墨隔绝。该打印头在高于15 - 45ºC的工业温度范围条件下都能提供可靠的成像性能保证。

  惠普赛天使X2型打印头所内含的先进技术由一系列专利或专利申请所保护。

  简便的安装和维护

  在一部工业型喷墨打印机中,如何安装和维护数百只单独的打印头是设计过程中必须重点考虑的问题。惠普赛天使X2型打印头的特点是,机械部件、墨路和电子部件的连接允许打印头在插入到位之后,只需用两个螺丝紧固就可以了。

  两只机械式位置探针提供高于10微米的定位精度而无需调校。墨路的连接通过两个端口来实现,每一个都用环形圈密封,因此没有墨管需要连接和紧固。电源和控制信号提供一个26针的连接器来传输。
拥有惠普赛天使X2型打印头,安装和拆卸变得非常简便和容易。

  打印头基片

  该打印头基片的特色是一种独特的双面“侧喷射”设计。  64个喷嘴,墨路通道,以及压电激励器排列在硅卡的两面。由于每英寸上多达100个喷嘴和纤薄(大约1毫米厚)的特点,该打印头基片是构造具有非常高喷嘴密度的多卡打印头模块的理想选择。薄的玻璃板永久地和硅粘连在一起,因此不需要使用粘合剂来封住输墨通道 。当一个电压脉冲作用时,压电激励器将玻璃板向输墨通道偏转一个不到1微米的角度,从而喷射出一个墨滴。墨滴的标称速率是8米/秒,在高速线性打印时给出精确的墨点定位。压电激励器和电极安置在玻璃板的外表面并与墨水完全隔离。

  在打印头基片(如图所示)上,墨水沿着上边沿输送给输墨通道的入口。压电激励器和它们的电极是中间可以看见的金色的结构,而喷嘴阵列则沿着下边沿排列。由于喷嘴是在磨光的硅表层里面成型,所以在喷嘴的生产过程中无需调整喷嘴板或在使用时拆开。

  惠普赛天使X2打印头由使用MEMS技术的集成电路精度建造。由于它能在次微米的规格上定义和复制特性,MEMS允许喷嘴和输墨通道的形状,根据墨滴喷射性能得到最优化。在每个打印头内部以及各打印头之间高度统一的射流构造意味着持续一致的墨滴量和速率,并且在多打印头模块中具有高度的定位精度。

  打印头基片架

  打印头基片架是一个用于支持和调整打印头基片的组件,把打印头定位和装载在打印机上,然后连接到供墨部件,来提供分墨管线并支持一根焊接到打印头基片的花线。

  卡架包括四个由玻璃加强的液晶聚合物(LCP)模件。液晶聚合物强度很高,有很好的空间稳定性和对工业喷墨墨水的耐化学腐蚀性。

  在打印头的前部有一个保护性的LCP筒套,用于调整和保护喷嘴阵列。

  一个LCP部件支撑着机械安装和定位构件,由环形圈封住供墨口,并调整和支持电子组件(Electronics Package)。供墨管线由插入其中的打印头基片,两块玻璃侧板和两个LCP墨水附件组成。墨水可以通过两个端口之一进行输送,或者流过这两个端口来清除气泡。这些部件均用斥墨的环氧树脂进行装配。

  电子组件

  电子组件(Electronics Package)用于处理打印头的控制信号,调节电压并驱动压电激励器。它包括两个完全相同的电子板件,分别用于上部和下部的64喷嘴阵列。

  花线的每一侧都包在一个薄的金属散热片, 并共享标准的26针连接器,连接到一条供电和从打印机传输控制信号的电线上。花线插进26针连接器,其两端的导体部分与压电激励器的上部和下部阵列焊接在一起。花线与卡架上的铸针进行对接。

  MicroElectromechanical System (MEMS) Technology微机电(MEMS)技术

  MEMS技术是为集成电路制造工艺而开发的技术。MEMS可以在硅晶片上同时产生许多同样的显微层次的机电部件。

  MEMS技术包括许多工艺。平版照相和蚀刻工序在硅和其他材料上以次微米级精度定义形态特征。复合的多层结构能够精确地校准并无需粘合剂进行合成。材料可以用许多种方式 加入来造成金属层、绝缘层和聚合层,以及具有特殊性质的层(例如压电层)。材料可以经过液体蚀刻,打磨,抛光和锯切来打薄或切除以精确地产生边沿,表面和层的厚度。

  硅基的MEMS技术以各种方式非常好地适应于打印头的生产制造。它可以产生在一个打印头里面和各打印头之间完全一样的墨水通道,喷嘴以及压电激励器。这意味着在墨滴量、墨滴速率和墨滴轨迹的高度一致性以确保打印的高品质。MEMS技术提供了在喷墨墨滴产生器设计方面的灵活性,因为墨水通道和喷嘴尺寸可以经过改变照相掩膜和蚀刻参数的特性得到修改以适应不同的性能要求和墨水特点。

  与集成电路一样,MEMS技术工艺中的晶片是由单硅晶体切割而成的。该晶片提供了坚硬的高强度的基质,是制造打印头的理想选择。硅能够高度抗拒工业用喷墨墨水和用于打印头清洁剂的腐蚀。
MEMS技术以提供高产出和可调节规模的产量为制造工艺创造了价值。

  阳极键接:打印头的装配无需粘合剂

  阳极键接工艺运用在惠普赛天使X2型打印头上,把薄玻璃板和硅晶片的上下表面粘合在一起。这一工艺将墨水通道密封起来,而无需在玻璃上使用粘合剂。

  阳极键接是一种在硅和玻璃之间形成永久的化学键接和真空密封的工艺。阳极键接可以在晶片级上运用,使许多装置能在同一时间生产出来。复杂结构可以通过多层的硅和玻璃的键接来生成。

  阳极键接将薄的玻璃板与硅晶片在两级之间进行结合。玻璃里掺有金属氧化物。然后玻璃与硅被加热到高温使金属氧化物分离,让带有异性电荷的金属和氧离子在玻璃内部活动起来。一个高直流电压作用在堆上,电场的作用就会使金属离子游离玻璃-硅表面。同时,氧离子会流向硅-玻璃表面,在那里,它们使硅氧化而在硅和玻璃之间形成永久性的化学键接。

  这一过程在原子距离上发生,所以无论在玻璃或硅体里面都没有可观测的物质流。真空密封可以在墨水通道周围形成而不会引起尺寸的改变。

  阳极键接另一个贡献是可以为惠普赛天使X2型打印头生产出高精确的、一致的墨滴发生器。

  技术规格:下表总结了惠普赛天使X2型打印头的关键技术规格:

 

单位 

 数值

 每一打印头中喷嘴数

-  

128 

 原始分辨率

  Dpi 

 100

应用打印分辨率 

 Dpi  

高达 800 

 墨滴频率

  KHz

 高达30 

 墨滴速率(标称)

 m/s 

  8

 墨滴墨量

 Pl  

高达 50 

墨粘性 

cP 

高达 15 

尺寸 (高X 宽) 

 Mm 

 8 X 64

打印行高 

 mm  

 32.5

 操作温度

 ºC

15 - 45 

  总结

  凭借着由MEMS制造技术带来的紧凑的设计,简单的插拔接口和统一的墨滴喷射特性,新型的惠普赛天使X2型打印头可以非常理想地适于安装进大型、高性能喷墨喷嘴阵列。为与惠普赛天使的UV固化墨水和宽幅打印机一同工作而设计建造的X2型打印头将生产效率、可靠性及影像品质提高致与新一代工业型喷墨打印机的需要相适应的高度。


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