囊裹的液滴的连续式喷墨印刷制造技术

本发明专利技术提出一种形成用于喷墨系统的组合液滴的方法，该方法包括在一组通道（５，１４）内使第一流体（１）与第二流体接触。在这些流体之间的界面的特征是界面张力。第一流体在第二流体内形成分离的液滴（８），第一流体和第二流体的组合物通过孔（６）形成射流（９）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及连续式喷墨印刷或打印领域，特别是涉及使用微流体装 置产生组合液滴。随着消费打印机市场的增长，喷墨印刷(或打印)业已成为广泛使 用的技术，这种技术用来以成像的方式将少量的液体供给到表面上。业已设想并且制造出了按需滴墨(或喷墨(DOD ))装置和连续滴墨(CIJ ) 装置。同时，喷墨印刷的主要发展一直是用于伴有基于溶剂的系统的某 些应用的水基系统，下面的^支术正在一皮更广泛的应用。喷墨印刷持续追求更高的空间分辨率。因为在所有现有的系统 (DOD和CIJ)中，着色剂以稳定的浓度均匀地分布在所述油墨或墨液 内，这种分辨率是由液滴大小来决定的。因此，为了争取更高的分辨率， 必须以更高的频率产生更小的液滴。在产生更小的液滴时，若干技术局 限变得越来越严重。首先，需要更高的液滴速度以保持液滴惯性，并因此需要更大的投 射距离和定位精度。其次，为了生产更小的液滴，需要更小的孔。由此 需要更好地过滤，因为这样的喷嘴更容易堵塞。第三，更小的喷嘴直径 需要更高的反压力，以便确保相同的射流韦伯数(Webernumber)。利用毛细力(毛细管作用力)驱动的细的液体射流的破碎是众所周 知的。这种不稳定性是由通过形成液滴降^^所述射流的表面积的毛细力 造成的，并且一皮称作Rayleigh-Plateau不稳定性(J.Plateau 1873;例如，参见T.E.Faber, "Fluid dynamics for physicists", CUP 1995, p295或P.G.de Gennes , F.Brochard-Wyart , D.Quere , "Capillarity and Wetting Phenomena", Springer 2004, pi 18.)。这一过程能够在自然界中在蜘虫朱 网上形成的露珠上看到，其中，在每一个细线上的均匀的薄膜最终成珠 形成分离的液滴。这种现象通常还可在家用水龙头的滴水中见到。近年 来，在连续式喷墨印刷领域业已对这种不稳定性进行了广泛地研究。对 于按需喷墨(DOD)印刷来说，通常有依随液滴喷射的液体线，它随后
技术介绍
碎裂形成不想要的依随小颗粒。对于连续喷墨(CIJ)来说，以受控制 的方式由射流形成连续的液滴对于该工艺过程的可靠工作来说是重要 的。会更好地理解的是，随机扰动对射流(半径，压力，速度，表面张 力等)的增长导致以相当于大约9倍射流半径的平均频率，即所谓的Rayleigh频率形成液滴。同样众所周知的是，通过定期扰动所述射流， 液滴的形成频率可以稳定在大约0.25 x Rayleigh频率和1.25 x Rayleigh 频率之间。在超过大约1.39xRayleigh频率的频率下，所述射流实际上 是稳定的。尽管大部分注意力一直集中在空气中的液体射流上，实际上 在目前驱动力是界面张力的情况下，相同的过程也发生在其他液体中的 不可混溶的射流上。同样观察了 Rayleigh频率，尽管最终的破碎过程在 细节方面略孩i不同。最近业已开发出一种基于MEMs形成喷嘴组的新的连续喷墨装置 (参见专利文件US 6554410 )。在这个装置中，由高压喷嘴形成液体油 墨射流。 一个或多个加热器与每一个喷嘴相关联，以便提供对所述射流 的热扰动。这种护L动足以通过Rayleigh-Plateau不稳定性启动将所述射 流的破碎成规则的液滴。通过改变施加在所述加热器上的电脉冲的时机 或定时，或大或小的液滴可以纟皮形成，并且随后通过气体冲黄向流动,皮分 裂成印刷和非印刷液滴。所有连续喷墨工艺过程都需要捕获并且再循环 非印刷液滴。这些工艺过程对于含有很多有用添加剂，如聚合材料和胶 体材料，如色素的液体来说是有问题的。另外，由于需要对印刷液滴和 非印刷液滴进行分类，连续色调(contone)印刷一般是不可能的，即所 有印刷液滴具有相同的大小和相同的着色剂密度。通过进行连续色调印 刷对高空间分辨率的要求显著降低，因为对于二元印刷配置或布置来 i兌，空间分辨率^皮用于产生颜色变化的々i象。在过去几年中，微流体学领域取得了显著发展。喷射墨滴发生装置 是微射流装置(microflmdic device )，就是说，它们采用非常小规模的 液体通道。这种设计的含义是以下Reynolds数(量)其中，p是液体密度(kg/m3) , U是特征速度(m/s ) , L是特征长度 (m),而p是液体粘度(Pa. s),其足够小，以至于其惯性效应足够小，从而所述流体的性质主要是片状的。对于典型的连续式喷墨系统来说，所述速度可能为20m/s,而长度可能为5)Lim,密度大约为1000kg/m3， 且粘度为lmPas,因此，所述Reynolds数大约为100。在直管中向湍流 的过渡是在Re处于2000之上发生的。微射流装置在所述液体流是片状的情况下必然地避免了混合。事实 上，用于混合的唯一的现有机制是扩散流。例如，考虑使用T接头，其 中，将两股流体喷射成彼此伴随流动。在所述通道进行混流之前，所述 流体要在所述通道中向下流多远？简单的估计或评估需要颗粒或分子 横贯整个通道扩散，假设时间为& w2/Z),其中，w是所述通道的宽度， 而D是扩散常数。在这个时间内，所述材料会沿所述通道向下移动距离 z "『VZ),因此，完全混合所需要的通道宽度的数量将在这样的数量 级上公式右侧的无因次数被称为Peclet数(Pe),它表示对流与扩散的 相对重要性。在这个示例中，完全混合所需要的通道宽度数随着Pe线 性变化。采用在下表中使用Stokes-Emstein公式估算的扩散率，我们可 以看出，即4吏是随着所述流体流动的染料分子以lm/s的速度通过10|im 的通道，也需要Pe 250000的通道宽度，以-便完全混合。另外，以lm/s 的速度随所述流体流动的染料分子需要z 25mm的管长度来扩散1 (im。室温下在水中的特征扩散率 <table>table see original document page 7</column></row><table>最近被证明非常感兴趣的一种类型的微流体装置是流体聚焦装置(FFD,例如，参见Anna等人Appl Phys Lett 82， 3 ( 2003 ) 364;专利文件US 2005/0172476)。在FFD中， 一种液体流入中间通道，而第二 种不可混溶的液体流入一个或多个外部通道。然后强制这两种液体相流 经位于所述通道下游的小孔。所述外部流体产生压力和粘性应力，它迫 使内部流体形成细线，所述细线随后在所述孔的内部或卞游破碎。上述 装置令人感兴趣，是因为通过对控制的几何结构或滴液模式的操纵，可 以形成具有很多用途的单分散液滴，例如，乳液形成，药物胶嚢化，颗 粒工程等。不过，单分散液滴不是以射流方式形成的，即使，其中，所 述中央不可混溶的液体按照Rayleigh定律通过毛细力(或毛细管作用力) 破碎。另一种液滴形成装置将两种不可混溶的液体在T接头处汇合在一 起(专利文件WO2002/23163 )。在这个装置中，所述外部流体作用在 所述内部液体的界面上的剪切力以滴液才莫式形成了所述液滴。由此形成 的液滴的大小是通过作用在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于喷墨系统的组合液滴的方法，它包括在一组通道内使第一流体与第二流体接触，所述流体之间的界面的特征是界面张力，所述第一流体在所述第二流体内形成间隔开的液滴，所述第一和第二流体的组合物经过孔形成射流，所述组合射流受到扰动以便启动破碎，从而所述第一流体的液滴被囊裹在所述第二流体的液滴内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A克拉克，J希金斯，A霍维，D吉布森，S德斯鲁索瓦，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]