Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Изначально струйная технология была изобретена для нанесения водных чернил на бумагу в «выборочных» позициях, основанных только на свойствах чернил. Сопла для струйных принтеров и чернила разрабатывались вместе, а характеристики струйных принтеров основывались на дизайне. Он использовался в качестве регистратора данных в начале 1950-х годов [1], позже, в 1950-х годах чернила на основе сорастворителей в издательской индустрии были замечены для текста и изображений, затем чернила на основе растворителей появились в промышленной маркировке на специализированных поверхностях и в В 1990-е годы фазовый переход или термоплавкие чернила [1] стали популярными при создании изображений и цифровом производстве [2] электронных и механических устройств, особенно ювелирных изделий. [2]Хотя термины «струйная печать», «струйная технология» и «струйная печать» обычно используются взаимозаменяемо, струйная печать обычно относится к издательской отрасли, используемой для печати графического контента, в то время как промышленная струйная печать обычно относится к производству общего назначения путем осаждения частиц материала. .

Первый струйный принтер для жидких металлов

Многие компании работали со струйными принтерами на протяжении многих лет. Было выдано много-много патентов, и эта технология была использована во многих продуктах. Основная форма струйного принтера представляла собой одиночное сопло, через которое либо пропускалась жидкость под давлением, либо вытягивалась из нее электрическим потенциалом, либо выталкивалась с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Струи с одним соплом будут рассмотрены вначале во введении. Струйная технология была впервые разработана Teletype Corporation [3]В 1960-х годах, когда была представлена ​​«электронная тяга», вытяжка высокого падения напряжения из сопла, Inktronic Teleprinter в 1965 году печатал со скоростью 120 символов в секунду (cps) с ряда из 40 струйных принтеров с использованием патента Чарльза Р. Уинстона, метода и устройства для Transferring Inks, 1962, 3 060 429 долларов США. Teletype экспериментировал с восковыми чернилами "горячего расплава", как описано в патенте Teletype, выданном Йоханнесом Ф. Готвальдом, Liquid Metal Recorder, 1971, US 3 596 285, который выводит изготовление металлической формы сформированного (биржевые символы и котировки) символа, способного быть снимается с конвейера и при необходимости металлический сплав висмута используется повторно. Использование термоплавких красок с новой струйной технологией Drop-On-Demand (изобретенной Золтаном в 1972 году) с этими чернилами не будет повторяться до 1984 года в компаниях Howtek и Exxon. [3]

Howtek был начат как RH исследований в 1982 году Роберт Говард после успешного выращивания Centronics , [3] [4] первый матричный соленоид управляемый проволочную влияние принтера ленты компании в 1968 году Говардом рассчитывается его электромагнитный матричный принтер [3] был 10- В 20 раз быстрее, чем Teletype . Ховард тестировал создание точек на бумаге с помощью ультразвукового звука в конце 1960-х годов, но продвигал эту идею только через 20 лет, в 1984 году с компанией Howtek, когда он нанял 6 ключевых сотрудников Exxon для разработки своей идеи цветного струйного принтера горячего расплава. .

Фото с мероприятия Клуба изобретателей

Exxon Office Systems (EOS), Brookfield, Ct занялась производством безударных принтеров в конце 1970-х годов и инвестировала около 2 миллиардов долларов. [3]Патентные записи показывают длинный список сотрудников типографии EOS, Exxon Enterprises, Danbury Systems Division, начиная с 1978 года, включая Кена Бауэра, которого Exxon наняла для основания инженерного отдела Exxon Enterprises. Первая работа Кена после окончания колледжа в 1963 году была в AT&T Teletype, Division в Скоки, штат Иллинойс, где его работа заключалась в переводе электромеханического биржевого тикера (струйного принтера) в производство. В первый день работы он почувствовал запах воска, и ему показали 42-струйный принтер с нагретыми печатающими головками, который находился в стадии разработки. Кен продолжил работать в бизнес-формах UARCO и установил связи с разработчиками струйных принтеров по требованию, включая Стива Золтана из Gould и Silonics под руководством Эда Кайсера и Стивена Сирса.Стив Золтан использовал цилиндрическую пьезоэлектрическую трубку с цилиндрическим сжатием, а Эд Кейзер использовал плоскую пьезоэлектрическую диафрагму, которая брызгала чернилами, как масленка.

Награда «Альфа-струйные принтеры на факсимильном принтере» от Exxon Office Systems, 1980 г.

Двое сотрудников, нанятых в Exxon (EOS) без опыта печати, - это Джеймс МакМахон и Кэти Олсон. МакМахона наняли для установки первого струйного принтера с одним соплом в стиле Zoltan под кодовым названием «Alpha Jet» на факсимильный принтер, а Олсона наняли для создания струйных принтеров «Alpha» для производства факсимильных принтеров. МакМахон и Олсон (имя в браке МакМахон) были двумя из шести сотрудников [4], нанятых Робертом Ховардом для разработки и производства струйных принтеров по запросу для цветного принтера Pixelmaster. В течение 6 месяцев после присоединения к RH Research (название изменено на Howtek) образцы струйной печати Alpha с термоплавкими чернилами были показаны на выставке COMDEX в Лас-Вегасе. [4] Дж. МакМахону приписывают усовершенствованную струйную систему с использованием технологии Zoltan в EOS, а К. МакМахону приписывают технологию изготовления сопел в Howtek. Дж. МакМахон продолжал работать на производстве 3D-принтеров Sanders Prototype (Solidscape) и теперь работает в Layer Grown Model Technology, поддерживающей струйные принтеры с одним соплом по требованию, и утверждает, что является крестным отцом технологии 3D Inkjet с одним соплом в качестве историка, который работал в этой области с 1978 года со Стивом Золтаном и Кеном Бауэром в Exxon. 3D-струйная печать с одним соплом имеет прямой путь от термоплавких чернил Teletype (воск и металлический сплав) до технологии струйной печати с одним соплом Стива Золтана, которая никогда не разрабатывалась в Exxon со стеклянными соплами, но стала реальностью в Howtek с формованными тефлоновыми соплами и нагретыми печатающими головками в 1984 году. Бывший сотрудник Howtek,Ричарду Хелински приписывают патент на использование двух материалов для производства изделий для осаждения частиц в 3D с использованием струйных принтеров в стиле Howtek и термопластичных чернил. Эти же струйные принтеры и материалы Howtek использовались в предприятиях по производству баллистических частиц, Personal Modeler и Visual Impact Corporation, Sculptor 3D-принтеров, которые с тех пор закрылись. Эти принтеры, а также оригинальные струйные принтеры и материалы в стиле Howtek можно увидеть в 3D Inkjet Collection в Нью-Гэмпшире, единственной исторической коллекции струйных и 3D-принтеров в стиле Zoltan. Форсунки с одним соплом до сих пор используются в 3D-принтерах Solidscape и считаются источником очень качественной модели.Эти же струйные принтеры и материалы Howtek использовались в предприятиях по производству баллистических частиц, Personal Modeler и Visual Impact Corporation, Sculptor 3D-принтеров, которые с тех пор закрылись. Эти принтеры, а также оригинальные струйные принтеры и материалы в стиле Howtek можно увидеть в 3D Inkjet Collection в Нью-Гэмпшире, единственной исторической коллекции струйных и 3D-принтеров в стиле Zoltan. Форсунки с одним соплом до сих пор используются в 3D-принтерах Solidscape и считаются источником очень качественной модели.Эти же струйные принтеры и материалы Howtek использовались в предприятиях по производству баллистических частиц, Personal Modeler и Visual Impact Corporation, Sculptor 3D-принтеров, которые с тех пор закрылись. Эти принтеры, а также оригинальные струйные принтеры и материалы в стиле Howtek можно увидеть в 3D Inkjet Collection в Нью-Гэмпшире, единственной исторической коллекции струйных и 3D-принтеров в стиле Zoltan. Форсунки с одним соплом до сих пор используются в 3D-принтерах Solidscape и считаются источником очень качественной модели.Форсунки с одним соплом до сих пор используются в 3D-принтерах Solidscape и считаются источником очень качественной модели.Форсунки с одним соплом до сих пор используются в 3D-принтерах Solidscape и считаются источником очень качественной модели.

Приложения [ править ]

  • Пайка
  • Прецизионные детали или ювелирные изделия путем литья по выплавляемым моделям или непосредственно на металл с использованием металлических порошков со связующими агентами.
  • Нанесение пассивных электронных компонентов , которые можно использовать для простых измерений, таких как газ, [5] деформация, [6] [7] [8] влажность, [9] [10] температура, [11] прикосновение, [12] и более.
  • Механические компоненты [13] и приводы. [14]

Некоторые чернила должны иметь высокую проводимость, высокую стойкость к окислению и низкую температуру спекания, в то время как другие предназначены для других применений.

  • Оптические устройства. [15]

Формирование капли [ править ]

Существуют различные технологии формирования капель, которые можно разделить на два основных типа: струйная непрерывная (CIJ) и капля по требованию (DOD). [1] [16]

Ласло Халаш в 1984 году

В то время как CIJ имеет простое создание капель и сложное управление траекторией падения, DOD имеет сложное создание капель, и возможны «некоторые» манипуляции с траекторией и альтернативные конструкции сопел. Эта технология струйной печати с одним соплом все еще находится на начальной стадии для тех, кто хочет исследовать. [ необходима цитата ]

В струйном сопле Howtek используется трубчатый тонкостенный пьезоэлектрический преобразователь, который создает звуковую волну в камере для жидкости, отражающуюся от обоих концов сопла. Передний фронт прямоугольного сигнала запускает его, а запаздывающий фронт прямоугольного сигнала, совпадающий с волной давления, выталкивает каплю. Эта одиночная струя DOD является акустической. Насадка 120C Tefzel не жесткая и не сдавливает. Формирование капель контролируется свойствами жидкости и геометрией сопла. Амплитуда и время импульса возбуждения играют важную роль в объеме и формировании капли. Как правило, технология DOD может быть очень сложной для понимания и использования.

Изображение струйного сопла Howtek
Классификация струйных технологий [17]
Выпадение по запросу (DOD)Непрерывный (CIJ)Электрораспыление
ТепловойПьезоэлектрическийОдиночная струяМногоструйный
Стрельба по лицуБоковой стрелокСдвигРасширениеУниморф / биморфСжиматьАкустическая модуляцияТемпературная модуляция

Drop-on-demand (DOD) [1] [ править ]

В этом методе капли чернил выпускаются индивидуально по запросу с помощью сигнала напряжения. Выпущенные капли либо падают вертикально без каких-либо манипуляций с траекторией, либо требуют особого времени зажигания при горизонтальном проецировании из ротационной печатающей головки, вращающейся со скоростью 121 об / мин для формирования символов (цветной принтер Howtek 1986). Коммерческие печатающие головки могут иметь одно сопло (Solidscape) или тысячи сопел (HP), а также множество других вариантов между ними. Массивный струйный аппарат (патент Джона Дж. Мартнера 4468680, 1984 Exxon Research and Engineering Co) был изобретен после тестирования пьезо-DOD, нанесенного эпоксидной смолой на конце провода рояля длиной 30 дюймов и вставленного в камеру жидкости для чернил, ведущую к соплу.Крошечный пьезо либо втягивал проволоку в камеру с жидкостью, либо из нее, либо передавал звуковую волну по проволоке, чтобы передать акустическую энергию жидкости, чтобы выпустить каплю. Целью изобретения было создание печатающей головки для уменьшения перекрестных помех (звука или любой энергии в близко расположенных соплах для печати текста).

Двумя ведущими технологиями вытеснения чернил из сопла по запросу являются термический DOD и пьезоэлектрический DOD. Обратите внимание, что DOD может использовать «Fill перед запуском капли» или «Fire before fill», а Thermal DOD просто «срабатывает перед заполнением». Капли необходимо точно контролировать с помощью Piezo DOD или Thermal DOD. Стандартный Piezo DOD может выпускать капли со скоростью 9 футов в секунду. Позиционирование цели Piezo DOD очень точное с каждой каплей, выпущенной горизонтально или вертикально.

Дополнительные технологии включают электрораспыление, [18] [19] акустический разряд [20], электростатическую мембрану [21] и термобиморф. [22]

Пьезоэлектрический DOD [1] [ править ]

Импульс пьезоэлектрического напряжения определяет впрыскиваемый объем.

Пьезоэлектрический Drop-On-Demand (DOD) был изобретен в 1970-х годах. [23] [24] Одним из недостатков метода пьезоэлектрического разряда является то, что струйные чернила должны иметь вязкость и поверхностное натяжение в относительно строгом диапазоне, чтобы выталкивать более мелкие капли без брызг или капель-спутников. Одним из больших преимуществ является то, что пьезоэлектрические форсунки DOD могут быть разработаны для работы с высокотемпературными термопластами и другими термоклеями.чернила в диапазоне температур 100-130С. Это позволяет печатать трехмерные капли на подложках и делает возможным литье по выплавляемым моделям и 3D-моделирование. Патент Ричарда Хелински 3D US5136515A открыл новую эру в струйной печати. Опыт Хелински в Howtek, Inc с 1984 по 1989 год и его множество других патентов, включая субтрактивный цвет (наслоение цветных капель) с предложениями другого изобретателя / сотрудника, Алана Хока, касательно литья по выплавляемым моделям, способствовали этому патенту. Патент ориентирован на печать сложных твердых 3D-объектов, напечатанных из чистого горючего материала, когда они помещены в процесс литья по выплавляемым моделям, в первую очередь в ювелирной промышленности, но также в начале 1990-х годов в электронной, автомобильной и медицинской промышленности.Струйные принтеры в стиле Howtek и термопластические материалы были созданы для печати документов и изображений, а затем и символов Брайля.

Существует множество патентов и методов удаления капель с помощью пьезоэлектрических устройств. Пьезо меняет форму при приложении напряжения. Величина изменения размеров чрезвычайно мала. Пьезо также может быть разных размеров. Чем меньше пьезо, тем меньше смещение формы. Использование пьезоэлемента DOD для печати текстового символа (размера этих букв) требует, чтобы пьезоэлемент был размещен бок о бок в корпусе. Капли должны быть меньше 0,005 дюйма и располагаться точно по линиям для образования букв. Пьезо размещены рядом с частотами, достаточно высокими, чтобы напечатать весь лист бумаги, громко вибрируя и воздействуя на капли рядом. Печатающие головки Drop-On-Demand (DOD) имеют производственные ограничения с одним соплом. По этой причине многоструйная печать DOD наиболее распространена на струйных принтерах.

Термоструйный принтер (TIJ) DOD [ править ]

Сравнение пьезоэлектрической струи (слева) и тепловой струи (справа)

Тепловой DOD был представлен в 1980-х годах компаниями Canon [25] и Hewlett-Packard . [26] В термопечати не используются высокотемпературные чернила.

Одним из недостатков этого метода является то, что разнообразие чернил, совместимых с TIJ, существенно ограничено, поскольку этот метод совместим с чернилами, которые имеют высокое давление пара , низкую температуру кипения и высокую когатионную стабильность. [27] [28] Вода, являющаяся таким растворителем, ограничила популярность этого метода только для непромышленной фотопечати, когда используются чернила на водной основе.

Непрерывная струйная печать (CIJ) [1] [ править ]

В этом методе струя чернил непрерывно выпускается из сопла. Струя струи садового шланга является хорошим примером непрерывного потока из сопла, за исключением того, что сопла CIJ крошечные (менее 0,005 дюйма или около 1/10 миллиметра). Поток чернил естественным образом разбивается на отдельные капли из -за нестабильности потока Плато – Рэлея . Потоки жидкости могут разбиваться на капли разного размера с помощью вибрации от пьезоэлектрического устройства. Использование пьезоэлектрического устройства не следует путать с Drop-On-Demand.Струйный принтер, в котором пьезоэлектрический преобразователь используется для генерации звуковых волн в соплах или увеличения размера камеры с жидкостью для выталкивания отдельных капель из сопла. Сформированные капли чернил CIJ либо отклоняются электрическим полем в желаемое место на подложке, либо собираются для повторного использования. Печатающие головки CIJ могут быть либо с одной струей (сопло), либо с несколькими соплами (сопла). CIJ популярен в промышленности и издательском деле, но обычно не используется в розничных принтерах для домашнего использования.

Одним из недостатков метода CIJ является необходимость контроля растворителей. Поскольку для фактической печати используется только небольшая часть чернил, к переработанным чернилам необходимо постоянно добавлять растворитель, чтобы компенсировать испарение, которое происходит во время полета переработанных капель. [27]

Еще один недостаток - необходимость в добавках к чернилам. Поскольку этот метод основан на электростатическом отклонении, добавки к чернилам, такие как тиоцианат калия , могут ухудшить характеристики печатных устройств. [27]

CIJ можно направлять через магнитное поле, используя чернила из низкотемпературного металлического сплава, как описано в патенте US3596285A на устройство записи жидких металлов Иоганна Ф. Готвальда, выданном 27 июля 1971 года. металлическая лента-подложка и уронена на стол для использования в качестве указателей или повторного использования в записывающем устройстве для печати других символов. Возможно, это был самый ранний пример печати «сфабрикованных объектов» с помощью струйной печати.

Печатающая головка [ править ]

Печатающая головка должна иметь возможность нагрева для печати на любом материале, на который влияют изменения вязкости. Чернила на масляной основе чувствительны к температуре. Воски и термоплавкие материалы при комнатной температуре являются твердыми веществами. Чернила на водной основе могут не нуждаться в нагреве. Также можно печатать с использованием металлических сплавов, таких как свинец, олово, индий, цинк и алюминий. Процесс печати металлов с низкой температурой плавления называется «прямой печатью из расплава» и был введен в 1971 году патентом Йоханнеса Ф. Готвальда, US3596285, «Запись жидкого металла» с помощью струйной печати (CIJ) задолго до того, как появилась какая-либо форма 3D-печати когда-либо рассматривался. Термопластичные струйные принтеры DOD печатают при температуре пьезоэлектрического Кюри или выше, и для работы их необходимо постоянно настраивать. Рабочий объем Piezo D33 должен был быть оптимизирован для снижения управляющих напряжений.См. Силовую микроскопию пьезооткликадля соответствующей теории. Предыдущие исследования, проведенные Джеймсом Макмэхоном в 1980 году о шести состояниях пьезофизического полирования и тесты для максимизации пьезорезонансных и антирезонансных частот, ускорили время разработки. Компания Howtek изготовила эти современные струйные принтеры в 1985 году, прежде чем 4 августа 1992 года была изобретена струйная 3D-печать.

Сопло для струйной печати Zoltan

Оригинальные струйные печатающие головки DOD были изготовлены из стекла в 1972 году Стивом Золтаном. Эти первые струйные печатающие головки с одним соплом печатали чернилами на водной основе. Позже понадобился кожух, чтобы окружить струйный принтер стабильной термальной массой. Стеклянные сопла для струйной печати было трудно дублировать, и формованные сопла были представлены компанией Howtek, Inc. Стеклянные сопла Howtek должны были изготавливаться нагреванием с помощью горелки и вытянутых стеклянных трубок, затем разрезаться по размеру и полироваться для получения плоской поверхности отверстия сопла. Технологию стеклянных форсунок лучше понял один изобретатель, Ласло Халаш в 1980-х годах, и он смог сформировать форсунки различной формы, используя нагретое масло для плавления стеклянных капилляров. Howtek представила единственный-трубчатый Тефзелформованные форсунки с использованием стержня из нержавеющей стали - слепое формование, а затем нарезание бритвой для получения идеальной формы отверстия. Howtek произвела собственные полноцветные термопластичные чернила для печати фирменных бланков на принтере Pixelmaster с вращающейся головкой в ​​1986 году с 32 одиночными соплами (по восемь для каждого основного цвета). Материал сопла Tefzel, работающий при 125 ° C, позволял только энергии импульса напряжения вызывать волну акустического давления в жидкости, не связывая высокочастотные колебания от пьезоэлемента, которые вызывают разбрызгивание и вибрацию жидкости при выбросе капель. Идеи дизайна пришли из книги Гарри Ф. Олсона « Музыка, физика и инженерия», открытой Джимом МакМахоном в 1972 году . [29]Более ранние конструкции струйных принтеров со стеклянными соплами также были источниками резонанса, и когда они были заполнены материалом для гашения вибрации, они никогда не могли устранить распыление. Задача конструкции заключалась в том, чтобы получить чистые капли без брызг, выбрасываемые в частотном диапазоне длины сопла. Самолеты Howtek прекрасно работают в диапазоне от 1 до 16 000 Гц. Ни одна другая компания до сих пор не производила печатающих головок с таким дизайном. [ когда? ]Форсунка Tefzel с длинной конической передней камерой для жидкости поглощала нежелательные гармоники и позволяла выбрасывать каплю только выбросу гидравлической жидкости от отдельного импульса пьезопривода. Один импульс возбуждения равнялся одной капле на всех частотах вплоть до жидкостного резонанса для длины трубки. Передний фронт прямоугольного импульса запускал звуковую волну в жидкости, которая отражалась от хвостового конца сопловой трубы и усиливалась, когда запаздывающий фронт управляющего импульса проходил под центром пьезоэлектрического элемента, чтобы повысить давление жидкости в достаточной степени, чтобы вытеснить одна капля. Скорость звука для каждой из двух красок (восковой и термопластичной) различается, что приводит к двум максимальным резонансным частотам для одной и той же конструкции сопла струйной печати. Таким образом, одна конструкция печатающей головки Howtek работает с двумя разными типами чернил. Сопло для струйной печати Howtek уникально во многих отношениях.Конструкция требует строгой последовательности сборки и производственного процесса.

Один 3D-принтер, используемый в 2021 году (Solidscape), все еще имеет сопло в стиле Howtek, поскольку оно было изготовлено в 1986 году. Первоначально он имел шестигранную металлическую конструкцию на конце сопла со смещенным соплом, которое позволяло каплям струи быть ), направленный к цели для правильного выравнивания для наилучшего качества печати, когда он был ранее установлен в Howtek Pixelmaster. Более 1500 струйных принтеров в стиле Howtek были приобретены ранней компанией Sanders Prototype, Inc, когда производство Modelmaker 6 Pro было впервые начато в 1994 году. Modelmaker 6 pro использует два струйных устройства на одну машину. Струи устанавливаются в специальной печатающей головке, которая направляет капли прямо вниз для 3D-печати. Оригинальный прототип 3D-принтера Sculptor от Visual Impact Corporation с использованием сопел Howtek, напечатанный горизонтально в 1989 году.Pixelmaster также проецировал капли по горизонтали с вращающейся печатающей головки на 121 об / мин для печати двухмерных символов или изображений на бумаге. Символьный принтер Брайля был представлен компанией Howtek, и в 1990–1991 годах было продано всего несколько машин с рельефным шрифтом, напечатанным на обычной бумаге с использованием струйных принтеров Howtek. Для этого требовалось четыре слоя капель для каждого символа Брайля. Это был ранний пример того, как началась трехмерная (чернильная) печать материалов (не называемая 3D-печатью в 1984 году), и в настоящее время аддитивное производство (AM) не ссылается на историческую струйную обработку свойств термоклея, используемых в 3D. печать. 3D-печать (печать красками с рельефной поверхностью) была струйной печатью в 1960–1980-х годах с использованием воска, жидкого металла и термопластичных жидкостей-расплавов.Символьный принтер Брайля был представлен компанией Howtek, и в 1990–1991 годах было продано всего несколько машин с рельефным шрифтом, напечатанным на простой бумаге с использованием струйных принтеров Howtek. Для этого требовалось четыре слоя капель для каждого символа Брайля. Это был ранний пример того, как началась трехмерная (чернильная) печать материалов (не называемая 3D-печатью в 1984 году), и в настоящее время аддитивное производство (AM) не ссылается на историческую струйную печать свойств термоклея, используемых в 3D. печать. 3D-печать (печать красками с рельефной поверхностью) была струйной печатью в 1960–1980-х годах с использованием воска, жидкого металла и термопластичных жидкостей-расплавов.Символьный принтер Брайля был представлен компанией Howtek, и в 1990–1991 годах было продано всего несколько машин с рельефным шрифтом, напечатанным на обычной бумаге с использованием струйных принтеров Howtek. Для этого требовалось четыре слоя капель для каждого символа Брайля. Это был ранний пример того, как началась трехмерная (чернильная) печать материалов (не называемая 3D-печатью в 1984 году), и в настоящее время аддитивное производство (AM) не ссылается на историческую струйную обработку свойств термоклея, используемых в 3D. печать. 3D-печать (печать красками с рельефной поверхностью) была струйной печатью в 1960–1980-х годах с использованием воска, жидкого металла и термопластичных жидкостей-расплавов.Это был ранний пример того, как началась трехмерная (чернильная) печать материалов (не называемая 3D-печатью в 1984 году), и в настоящее время аддитивное производство (AM) не ссылается на историческую струйную обработку свойств термоклея, используемых в 3D. печать. 3D-печать (печать красками с рельефной поверхностью) была струйной печатью в 1960–1980-х годах с использованием воска, жидкого металла и термопластичных жидкостей-расплавов.Это был ранний пример того, как началась трехмерная (чернильная) печать материалов (не называемая 3D-печатью в 1984 году), и в настоящее время аддитивное производство (AM) не ссылается на историческую струйную обработку свойств термоклея, используемых в 3D. печать. 3D-печать (печать красками с рельефной поверхностью) была струйной печатью в 1960–1980-х годах с использованием воска, жидкого металла и термопластичных жидкостей-расплавов.[ необходима цитата ]

Подходы к изготовлению [ править ]

Печатный материал редко представляет собой только один этап процесса, который может включать в себя прямое нанесение материала с последующим механическим валком или этап фрезерования контролируемой поверхности. Это может быть нанесение прекурсора с последующим нанесением катализатора , спекание , фотонное отверждение , химическое нанесение покрытия и т. Д., Чтобы дать окончательный результат. См. Раздел « Производство баллистических частиц» (BPM), в котором используется одиночное сопло для твердых чернил , нагретое до 125 ° C, и 5-осевая печать, не требующая другого процесса для изготовления.

  • Прямое осаждение - это распыляемый материал, непосредственно наносимый на подложку или поверхность.
  • Маска для печати
  • Травление
  • Обратная печать
  • Порошковая кровать

Аддитивное струйное производство [ править ]

  • Нанесение любого напыляемого материала, имеющего достаточные трехмерные свойства для достижения размера оси Z при многократной печати. Он может включать другие этапы изготовления, перечисленные выше в разделе «Подходы к изготовлению».

Субтрактивное струйное производство [ править ]

  • Использование шага фрезерования после наплавки. Струйные 3D-принтеры Solidscape используют эту технику в процессе создания моделей. Толщина слоя 0,0005 дюймов требует, чтобы были напечатаны капли размером 4 мил и материал растекся, но этап фрезерования уменьшает размер Z до 0,0005 перед нанесением следующего слоя. На этих тонких слоях удаляется более 50% материала, но отличное качество детали достигается за счет небольшого шага по наклонным поверхностям модели.

Жидкие материалы для струйных принтеров [ править ]

Чернила должны быть жидкими, но могут также содержать мелкие твердые частицы, если они не вызывают засорения. Твердые частицы должны быть меньше 1/10 диаметра сопла, чтобы избежать засорения, и меньше 2 микрон, чтобы уменьшить разбрызгивание сателлитов. Для струйной печати с мелкими деталями материал фильтруется с помощью 1-микронных фильтров для предотвращения разбрызгивания и линий жидкости, защищенных 15-микронными фильтрами для предотвращения засорения.

Образование капель определяется двумя основными физическими свойствами: поверхностным натяжением и вязкостью . Поверхностное натяжение образует выброшенные капли в сферы в соответствии с неустойчивостью Плато – Рэлея.. Вязкость можно оптимизировать во время струи, используя соответствующую температуру печатающей головки. Объем капли регулируется длительностью импульса возбуждения и амплитудой напряжения возбуждения. Каждая струйная установка будет иметь небольшие различия в размере капель, и для оптимальной работы необходимо поддерживать все параметры материала и струи. Формирование и объем капель зависят от частоты капель и положения мениска сопла. Жидкость попадает в отверстие форсунки под действием силы тяжести (резервуар для жидкости должен быть немного ниже по высоте относительно форсунки). Поверхностное натяжение жидкости также удерживает жидкость на краю отверстия (отверстия) сопла. Выталкивание капли изменяет это естественное состояние устойчивого положения жидкости. Это состояние обычно называют мениском.жидкости. Мениск действует как барьер, и его нужно преодолеть, чтобы выпустить каплю. Мениск также оказывает сильное воздействие при растяжении. Чем меньше высота резервуара для хранения, тем выше сила, необходимая для выталкивания капли. Время действия пружины мениска изменяет размер капли, скорость капли и напряжение возбуждения при образовании капель. Более частое срабатывание капель означает, что характеристики капли постоянно меняются из-за положения мениска. Каждый струйный материал имеет разные физические свойства и требует разных параметров принтера и настроек высоты резервуара. Материалы нельзя просто поменять. Для поддержания поверхностного натяжения и вязкости в системе DOD необходимо более тщательно контролировать температуру струи, чем в системе CIJ.

Как правило, более низкая вязкость способствует лучшему образованию капель [30], и на практике можно печатать только жидкости с вязкостью 2-50 мПа с. [17] Точнее, жидкости, у которых число Онезорге больше 0,1 и меньше 1, являются струйными. [31] [32] [33]

  • Металлы:
    • Индий , олово , свинец , цинк . [34] [35]
    • Золото , серебро и медь [36] могут быть напечатаны, если их превратить в чернила с наночастицами , которые имеют более низкие температуры спекания, чем объемные, и, следовательно, могут использоваться с более широким диапазоном термочувствительных подложек.
    • Для проводящих следов можно использовать аскорбиновую кислоту с последующим нанесением нитрата серебра. [37] [38]
  • Керамика:
    • Цирконат титанат свинца (PZT) [39] [40] [41]
    • Титанит бария, стронция [42] [43] [44]
    • Оксид церия [45]
    • Глинозем (Al 2 O 3 ) [46]
    • Нитрид кремния (Si 3 N 4 ) [13]
    • Титания (TiO 2 ) [41]
  • Полимеры:
    • ПЕДОТ
    • PSS
    • ПЕДОТ: PSS
  • Биологические материалы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е Kenyon, RW (1996). Химия и технология систем печати и обработки изображений . Глазго, Великобритания: Blackie Academic & Professional, Chapman & Hall. п. 113. ISBN 0 7514 0238 9.
  2. ^ a b Барнатт, Кристофер, 1967- (2013). 3D-печать: следующая промышленная революция . [Ноттингем, Англия?]: ExplainingTheFuture.com. С. 97–124. ISBN 978-1-4841-8176-8. OCLC  854672031 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  3. ^ a b c d e Вебстер, Эдвард. (2000). Печать без оков: пятьдесят лет цифровой печати, 1950–2000 и последующие годы: сага об изобретениях и предприимчивости . West Dover, VT: DRA of Vermont, Inc., стр. 49, 85, 113, 116, 133, 177. ISBN 0-9702617-0-5. OCLC  46611664 .
  4. ^ a b c Говард, Роберт, 1923- (2009). Соединяя точки: моя жизнь и изобретения, от рентгеновских лучей до лучей смерти . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Добро пожаловать, дождь. С. 151, 197, 202. ISBN 978-1-56649-957-6. OCLC  455879561 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  5. ^ Loffredo, F .; Burrasca, G .; Quercia, L .; Сала, Д. Делла (2007). «Газовые сенсорные устройства, полученные струйной печатью полианилиновых суспензий». Макромолекулярные симпозиумы . 247 (1): 357–363. DOI : 10.1002 / masy.200750141 . ISSN 1022-1360 . 
  6. ^ Ando, ​​B .; Баглио, С. (декабрь 2013 г.). "Датчики деформации для струйной печати". Журнал датчиков IEEE . 13 (12): 4874–4879. DOI : 10.1109 / JSEN.2013.2276271 . ISSN 1530-437X . 
  7. ^ Коррейя, V; Caparros, C; Casellas, C; Francesch, L; Rocha, JG; Лансерос-Мендес, S (2013). «Разработка тензодатчиков для струйной печати». Умные материалы и конструкции . 22 (10): 105028. Bibcode : 2013SMaS ... 22j5028C . DOI : 10.1088 / 0964-1726 / 22/10/105028 . ISSN 0964-1726 . 
  8. ^ Ryu, D .; Мейерс, ФН; Ло, KJ (2014). «Тонкопленочные тензодатчики для струйной печати, гибкие и светочувствительные тонкопленочные датчики». Журнал интеллектуальных материальных систем и структур . 26 (13): 1699–1710. DOI : 10.1177 / 1045389X14546653 . ISSN 1045-389X . 
  9. ^ Молина-Лопес, Ф .; Briand, D .; де Рой, Н.Ф. (2012). «Все аддитивные датчики влажности с струйной печатью на пластиковой основе». Датчики и исполнительные механизмы B: химические . 166–167: 212–222. DOI : 10.1016 / j.snb.2012.02.042 . ISSN 0925-4005 . 
  10. ^ Веремчук, Ежи; Тарапата, Гжегож; Яхович, Рышард (2012). «Датчик влажности, отпечатанный на текстиле с использованием струйной технологии» . Разработка процедур . 47 : 1366–1369. DOI : 10.1016 / j.proeng.2012.09.410 . ISSN 1877-7058 . 
  11. ^ Courbat, J .; Kim, YB; Briand, D .; де Рой, Н.Ф. (2011). 2011 16-я Международная конференция по твердотельным датчикам, исполнительным элементам и микросистемам . С. 1356–1359. DOI : 10.1109 / TRANSDUCERS.2011.5969506 . ISBN 978-1-4577-0157-3.
  12. ^ Ando, ​​B .; Baglio, S .; Марлетта, В .; Писторио, А. (2014). Труды Международной конференции по приборостроению и измерительным технологиям (I2MTC) 2014 г., IEEE . С. 1638–1642. DOI : 10.1109 / I2MTC.2014.6861023 . ISBN 978-1-4673-6386-0.
  13. ^ a b Каппи, В .; Özkol, E .; Ebert, J .; Телле, Р. (2008). «Прямая струйная печать Si3N4: характеристика чернил, зеленых тел и микроструктуры». Журнал Европейского керамического общества . 28 (13): 2625–2628. DOI : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2008.03.004 . ISSN 0955-2219 . 
  14. ^ Уилсон, Стивен А .; Журден, Рено П.Дж.; Чжан, Ци; Дори, Роберт А .; Боуэн, Крис Р .; Вилландер, Магнус; Вахаб, Камар Ул; Вилландер, Магнус; Аль-Хилли, Сафаа М .; Нур, Омер; Квандт, Экхард; Йоханссон, Кристер; Пагунис, Эммануэль; Коль, Манфред; Матович, Йован; Самель, Бьорн; ван дер Вейнгарт, Воутер; Ягер, Эдвин WH; Карлссон, Даниэль; Джинович, Зоран; Вегенер, Майкл; Молдавка, Кармен; Иосуб, Родика; Абад, Эстефания; Вендландт, Майкл; Русу, Кристина; Перссон, Катрин (2007). «Новые материалы для микромасштабных датчиков и исполнительных механизмов» . Материаловедение и инженерия: R: Отчеты . 56 (1–6): 1–129. DOI : 10.1016 / j.mser.2007.03.001 . ISSN 0927-796X . 
  15. ^ Чен, Чин-Тай; Чиу, Чинг-Лонг; Цзэн, Чжао-Фу; Чуанг, Чун-Дэ (2008). «Динамическое развитие и формирование рефракционных микролинз, самоорганизующихся из капель испаряющегося полиуретана». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 147 (2): 369–377. DOI : 10.1016 / j.sna.2008.06.006 . ISSN 0924-4247 . 
  16. ↑ Le, Hue P. (1998). «Прогресс и тенденции в технологии струйной печати» . Журнал науки и технологий обработки изображений . 42 (1): 49–62. Архивировано из оригинала на 6 ноября 2018 года. Альтернативный URL
  17. ^ a b Хатчингс, Ян М .; Мартин, Грэм Д., ред. (Декабрь 2012 г.). Струйные технологии для цифрового производства . Кембридж: Wiley. ISBN 978-0-470-68198-5.
  18. ^ Тейлор, Г. (1964). «Распад капель воды в электрическом поле». Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 280 (1382): 383–397. Bibcode : 1964RSPSA.280..383T . DOI : 10,1098 / rspa.1964.0151 . ISSN 1364-5021 . 
  19. ^ Cloupeau, Мишель; Прунет-Фош, Бернар (1994). «Режимы работы электрогидродинамического напыления: критический обзор». Журнал аэрозольной науки . 25 (6): 1021–1036. DOI : 10.1016 / 0021-8502 (94) 90199-6 . ISSN 0021-8502 . 
  20. ^ Излучатель жидких капель
  21. ^ Камисуки, S .; Hagata, T .; Тэдзука, К .; Нос, Y .; Fujii, M .; Атобе, М. (1998). Труды MEMS 98. IEEE. Одиннадцатый ежегодный международный семинар по микроэлектромеханическим системам. Исследование микроструктур, датчиков, исполнительных механизмов, машин и систем (Кат. № 98CH36176) . С. 63–68. DOI : 10.1109 / MEMSYS.1998.659730 . ISBN 978-0-7803-4412-9.
  22. ^ Форсунка с подвижным выбросом чернил
  23. ^ Импульсная система выброса капель
  24. ^ Способ и устройство для записи с помощью пишущих жидкостей и средства для их выброса капель.
  25. ^ Метод и устройство для записи струйных пузырьков, в которых нагревательный элемент генерирует пузырьки на пути потока жидкости для выброса капель.
  26. ^ Термоструйный принтер
  27. ^ a b c Йейтс, Стивен Дж .; Сюй, Дешэн; Мадек, Мари-Беатрис; Карас-Кинтеро, Долорес; Alamry, Khalid A .; Маландраки, Андромахи; Санчес-Ромагера, Вероника (2014). Струйные технологии для цифрового производства . С. 87–112. DOI : 10.1002 / 9781118452943.ch4 . ISBN 9781118452943.
  28. ^ Shirota, K .; Shioya, M .; Suga, Y .; Эйда, Т. (1996). «Когатион неорганических примесей в чернилах для пузырьковых струй» : 218–219. Cite journal requires |journal= (help)
  29. ^ Олсон, Гарри Ф. (1967). Музыка, физика и инженерия . Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., стр. 4–11, 156, 220.
  30. ^ де Ганс, Б.-Дж .; Duineveld, PC; Шуберт, США (2004). «Струйная печать полимеров: современное состояние и будущие разработки». Современные материалы . 16 (3): 203–213. DOI : 10.1002 / adma.200300385 . ISSN 0935-9648 . 
  31. ^ Дерби, Брайан (2010). «Струйная печать функциональных и конструкционных материалов: требования к свойствам текучей среды, стабильность характеристик и разрешение». Ежегодный обзор исследований материалов . 40 (1): 395–414. Bibcode : 2010AnRMS..40..395D . DOI : 10,1146 / annurev-matsci-070909-104502 . ISSN 1531-7331 . 
  32. ^ МакКинли, Гарет Х .; Ренарди, Майкл (2011). "Вольфганг фон Онезорге" . Физика жидкостей . 23 (12): 127101–127101–6. Bibcode : 2011PhFl ... 23l7101M . DOI : 10.1063 / 1.3663616 . hdl : 1721,1 / 79098 . ISSN 1070-6631 . 
  33. ^ Чан, Дэхван; Ким, Донджо; Луна, Джухо (2009). "Влияние физических свойств жидкости на возможность струйной печати". Ленгмюра . 25 (5): 2629–2635. DOI : 10.1021 / la900059m . ISSN 0743-7463 . PMID 19437746 .  
  34. ^ Ченг, Стюарт Сюй; Ли, Тиганг; Чандра, Санджив (2005). «Производство капель расплавленного металла с помощью пневматического генератора капель по запросу». Журнал технологий обработки материалов . 159 (3): 295–302. DOI : 10.1016 / j.jmatprotec.2004.05.016 . ISSN 0924-0136 . 
  35. ↑ Ли, Тайк-Мин; Кан, Тэ Гу; Ян, Чон-Сун; Джо, Чондай; Ким, Кван-Ён; Чой, Бён-О; Ким, Донг-Су (2008). «Система капельного напыления капель припоя для изготовления микроструктур». IEEE Transactions по производству корпусов электроники . 31 (3): 202–210. DOI : 10.1109 / TEPM.2008.926285 . ISSN 1521-334X . 
  36. ^ Пак, Бонг Кюн; Ким, Донджо; Чон, Сунхо; Мун, Джухо; Ким, Чан Суб (2007). «Прямое написание медных токопроводящих рисунков струйной печатью». Тонкие твердые пленки . 515 (19): 7706–7711. Bibcode : 2007TSF ... 515.7706P . DOI : 10.1016 / j.tsf.2006.11.142 . ISSN 0040-6090 . 
  37. ^ Бидоки, SM; Нури, Дж; Хейдари, AA (2010). «Компоненты схемы с нанесением струйной печати». Журнал микромеханики и микротехники . 20 (5): 055023. Bibcode : 2010JMiMi..20e5023B . DOI : 10.1088 / 0960-1317 / 20/5/055023 . ISSN 0960-1317 . 
  38. ^ Co, декартово. «Аргентум» . Декартовой Co . Проверено 27 октября 2017 года .
  39. ^ Ван, Тяньминь; Дерби, Брайан (2005). «Струйная печать и спекание ЦТС». Журнал Американского керамического общества . 88 (8): 2053–2058. DOI : 10.1111 / j.1551-2916.2005.00406.x . ISSN 0002-7820 . 
  40. ^ "Струйная печать тонких пленок PZT для приложений MEMS: Ingenta Connect" . Домой . Проверено 27 октября 2017 года .
  41. ^ a b Lejeune, M .; Chartier, T .; Dossou-Yovo, C .; Ногера, Р. (2009). «Струйная печать керамических массивов микростолбиков». Журнал Европейского керамического общества . 29 (5): 905–911. DOI : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2008.07.040 . ISSN 0955-2219 . 
  42. ^ Кайданова, Т .; Miedaner, A .; Перкинс, JD; Curtis, C .; Alleman, JL; Джинли, Д.С. (2007). «Струйная печать с прямой записью для изготовления настраиваемых схем на основе титаната бария-стронция». Тонкие твердые пленки . 515 (7–8): 3820–3824. Bibcode : 2007TSF ... 515.3820K . DOI : 10.1016 / j.tsf.2006.10.009 . ISSN 0040-6090 . 
  43. ^ Keat, Йео Cheow; Шрикантан, Шримала; Хутагалунг, Сабар Дерита; Ахмад, Зайнал Арифин (2007). «Изготовление тонких пленок BaTiO3 путем струйной печати из раствора TiO2 и растворимых солей Ba». Материалы Письма . 61 (23–24): 4536–4539. DOI : 10.1016 / j.matlet.2007.02.046 .
  44. ^ Дин, Сян; Ли, Юнсян; Ван, Донг; Инь, Цинжуй (2004). «Изготовление диэлектрических пленок BaTiO3 методом прямой струйной печати». Керамика Интернэшнл . 30 (7): 1885–1887. DOI : 10.1016 / j.ceramint.2003.12.050 .
  45. ^ Галлаж, Руван; Мацуо, Ацуши; Фудзивара, Такеши; Ватанабэ, Томоаки; Мацусита, Нобухиро; Йошимура, Масахиро (2008). «Изготовление на месте кристаллических пленок оксида церия и рисунков методом струйного напыления при умеренных температурах». Журнал Американского керамического общества . 91 (7): 2083–2087. DOI : 10.1111 / j.1551-2916.2008.02402.x .
  46. ^ Эйнсли, C .; Reis, N .; Дерби, Б. (1 августа 2002 г.). «Изготовление произвольной формы путем контролируемого капельного осаждения расплавов с порошковым наполнителем». Журнал материаловедения . 37 (15): 3155–3161. Bibcode : 2002JMatS..37.3155A . DOI : 10,1023 / A: 1016106311185 . ISSN 0022-2461 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Хатчингс, Ян М .; Мартин, Грэм Д., ред. (Декабрь 2012 г.). Струйные технологии для цифрового производства . Кембридж: Wiley. ISBN 978-0-470-68198-5.
  • де Женн, Пьер-Жиль; Брошар-Вяр, Франсуаза; Кере, Дэвид (2004). Капиллярность и явления смачивания . Springer Нью-Йорк. DOI : 10.1007 / 978-0-387-21656-0 . ISBN 978-1-4419-1833-8.