Cabezal de impresión o cabezal de dosificación de múltiples canales.

Cabezal de impresión, particularmente adecuado para fluidos viscosos o llenos de partículas,

con múltiples canales, estando un canal caracterizado por

- un microcircuito electroneumático (2) que contiene entre un primer y un segundo nivel de presión un circuito en serie de una primera microválvula (18) y un estrangulador neumático (23) o una segunda microválvula, para generar una presión de control pc en un nodo neumático común (5) entre la primera microválvula y el estrangulador o la segunda válvula,

- al menos un eyector de fluido de goteo por demanda (4) con un actuador neumático controlado por la presión de control pc, controlando el eyector de fluido (4) una descarga de fluido a través de al menos una salida de fluido (6).

Cabezal de impresión o cabezal de dosificación de múltiples canales

[1] La invención se refiere a un cabezal de impresión o cabezal de dosificación según el preámbulo de la reivindicación 1, para imprimir, dispensar o dosificar líquidos en superficies o estructuras tridimensionales, en adelante se hace referencia a ello de manera abreviada como imprimir o impresión. En particular, relaciona la impresión con un cabezal de impresión, cabezal de dosificación, dispensador u otros dispositivos comparables, en adelante se hace referencia a ellos como cabezal de impresión, con una pluralidad de salidas de fluido 6, que se disponen según un patrón regular geométrico, preferentemente en filas. La invención también se refiere a imprimir o dispensar volúmenes de fluido en el rango de los nanolitros a mililitros por disparo, fluidos de viscosidad media (hasta 1 Pas), que también pueden incluir partículas (tamaño: hasta ,3 mm de tamaño de partícula) en concentraciones de hasta un 9%, con tasas de un rango hasta de kHz y un pitch de mucho menos de un milímetro. La invención se refiere en particular a impresión con un dispositivo móvil, que deberá ser liviano y trabajar de manera segura sin derrames en condición de aceleración.

[2] Los actuales cabezales de impresión a chorro de tinta son adecuados con respecto a la frecuencia de descarga y trabajan predominantemente de acuerdo con el principio de desplazamiento de fluido. Su uso se limita a fluidos con una viscosidad por debajo de 25 mPas. Los cabezales de impresión para líquidos de viscosidad más alta que trabajen según el principio de desplazamiento de fluido también se pueden realizar utilizando poderosos actuadores piezoeléctricos tipo pila. No obstante, no se puede realizar un cabezal de impresión de múltiples canales con un pitch inferior a 4 mm, de peso liviano, adecuado para procesar líquidos de viscosidad media con una velocidad de goteo en el rango de los kHz.

[3] Los cabezales de impresión en base a tecnología de válvulas como los descritos en U. S. 5.119.11 o en U. S. 5.356.34 también son adecuados con respecto a la frecuencia de operación. En contraste con los cabezales de impresión que trabajan de acuerdo con el principio de desplazamiento de fluido, presentan la ventaja de que las altas energías requeridas para la descarga de fluidos viscosos son provistas por una fuente de presión. No obstante, debido a las mayores viscosidades de fluido también se requieren mayores energías de conmutación para conmutar el flujo del fluido, como se puede lograr con los conocidos cabezales de impresión electromagnéticos (U. S. 5.356.34) o piezoeléctricos (U. S. 29/115816) del tipo de tecnología de válvulas, en orden de cumplir los requisitos de acuerdo con la invención en lo que respecta a propiedades del fluido, pitch, frecuencia de goteo y peso de gotas. El documento US 4.723.131 da a conocer un cabezal de impresión del tipo válvula que comprende válvulas de diafragma accionadas neumáticamente. El control neumático es proporcionado por válvulas solenoides de aire a través de tubos conectados a las válvulas de diafragma. Los tiempos de reacción lentos resultan de la combinación de válvulas solenoides de aire con la tubería requerida, lo que restringe a los cabezales de impresión a frecuencias de disparo en el rango por debajo de los 1 Hz. Los pequeños tiempos de reacción además requieren que la presión de alimentación sea inferior a 1 bar, a fin de lograr volúmenes de gotas lo suficientemente pequeños. El tamaño y peso de las válvulas solenoides de aire y tuberías también los hacen inadecuados para el uso en dispositivos de impresión móviles. Por lo tanto, se requieren nuevos conceptos para lograr altas frecuencias de goteo en el rango de los kHz, permitir presiones de alimentación como mínimo de 5 bar y, al mismo tiempo, reducir de manera significativa el peso y tamaño.

[4] La invención resuelve los problemas de innovación mencionados utilizando un cabezal de impresión de acuerdo con la reivindicación 1.

[5] Además, la invención da a conocer un método para imprimir, dosificar o dispensar fluidos con un cabezal de impresión 1 con múltiples canales eléctricamente direccionables, cada canal convierte una señal eléctrica de control en una presión de control neumática pc de mayor energía usando un microcircuito electroneumático, la presión de control acciona un diafragma de un eyector de fluido de modo que, como consecuencia del resultante desplazamiento de fluido o de la resultante liberación de una abertura de válvula, se efectúa una descarga de fluido.

[6] La invención da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar emulsiones, dispersiones o fluidos de una o varias fases, con o sin contenido de sólidos, con una viscosidad de hasta un rango de 1 Pas, por medio de un cabezal de impresión 1 de tamaño pequeño y bajo peso, con distancia de boquilla de fluido en el orden desde las décimas de milímetros a milímetros, con una velocidad de goteo de hasta un rango de kHz, con tamaños de gotas variables en el rango desde el picolitro hasta el microlitro.

[7] La invención da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión con una pluralidad de canales, que contienen un microcircuito electroneumático, que se utiliza para controlar uno o varios eyectores de fluido accionados neumáticamente.

[8] La invención da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión 1 con una pluralidad de canales, que contienen un microcircuito electroneumático con medios para convertir una señal eléctrica de control de baja energía en una señal neumática de control de mayor energía.

[9] La invención además da a conocer dispositivos y métodos para convertir una señal eléctrica de control en una señal neumática de control, utilizando transductores electroneumáticos, preferentemente usando válvulas neumáticas piezoeléctricas o magnéticas, de mayor preferencia utilizando microválvulas 18, y utilizando otros elementos neumáticos que brinden restricción de fluido.

[1] La invención además da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión 1 con una pluralidad de canales, que incluyen un eyector de fluido 4, que opera según el principio de desplazamiento o según el principio de válvula.

[11] La invención además da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión 1 que contiene estructuras con características del mismo tipo de los eyectores de múltiples

canales.

[12] La invención además da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión 1 que contiene estructuras con características de los circuitos electroneumáticos de múltiples

canales.

[13] La invención también da a conocer dispositivos y métodos para imprimir, dispensar o dosificar por medio de un cabezal de impresión 1 con un diafragma 8, que se extiende por uno o varios canales, transmite la energía neumática hacia los correspondientes eyectores, empuja y presiona hacia una abertura para evitar que el fluido pase a través de la abertura o se desplace el fluido, como resultado emite al fluido a través de una o más salidas de fluido correspondientes o se desplaza el fluido emitiéndolo a través de una salida de fluido hasta que el diafragma 8 está en contacto con la salida de fluido asociada, la cierra y, con esto, interrumpe abruptamente el flujo de fluido, separando al fluido que ya está siendo descargado.

[14] La invención también da a conocer dispositivos y métodos para cambiar rápidamente una parte que transporta fluido por otra nueva o configurada de manera diferente.

[15] La invención también da a conocer dispositivos y métodos para integrar la electrónica de control como la que se usa para accionar los transductores electroneumáticos en particular, de modo que la electrónica de control sea purgada por aire, descargando así calor de la electrónica de control.

Aplicabilidad industrial

[16] Con el cabezal de impresión de la invención se pueden dosificar o imprimir una variedad de fluidos en una diversidad de aplicaciones. Dentro del alcance de la invención, el fluido es llamado líquido, que fluye libremente o bajo presión, contiene una o varias fases y tiene un perfil de viscosidad que, en su curva característica de viscosidad y esfuerzo cortante comprende al menos en parte valores por debajo de 1 Pas. En particular, son procesables los fluidos con propiedades tixotrópicas o pseudoplásticas. Un fluido multifase puede... [Seguir leyendo]

1. Cabezal de impresión, particularmente adecuado para fluidos viscosos o llenos de partículas, con múltiples canales, estando un canal caracterizado por

- un mlcroclrculto electroneumático (2) que contiene entre un primer y un segundo nivel de presión un circuito en serie de una primera microválvula (18) y un estrangulador neumático (23) o una segunda microválvula, para generar una presión de control pc en un nodo neumático común (5) entre la primera microválvula y el estrangulador o la segunda válvula,

- al menos un eyector de fluido de goteo por demanda (4) con un actuador neumático controlado por la presión de control pc, controlando el eyector de fluido (4) una descarga de fluido a través de al menos una salida de fluido (6).

2. Cabezal de Impresión, según la reivindicación 1, en donde las cavidades que se asocian con el nodo neumático (5) son estructuras mlnlaturizadas configuradas para lograr una constante de tiempo para un cambio de estado de la presión de control pc en el rango de 1 mlcrosegundo a 1 mlllsegundo.

3. Cabezal de Impresión, según la reivindicación 1, caracterizado porque el eyector de fluido de goteo por demanda (4) trabaja de acuerdo con el principio de válvula utilizando una membrana (8) como actuador neumático, que en su primer lado es accionada por la presión de control pc, y que en su segundo lado, conjuntamente con un asiento de válvula (1) y una abertura de válvula (9), actúa como una válvula de fluido, que controla cuando el fluido sale a través de al menos una salida de fluido (6).

4. Cabezal de Impresión, según la reivindicación 1, caracterizado porque el eyector de fluido de goteo por demanda (4) trabaja de acuerdo con el principio de desplazamiento, en donde el actuador neumático, cuando es desviado por la presión de control pc, desplaza fluido en una cavidad de eyector (17) y, de este modo, eyecta fluido a través de al menos una salida de fluido (6).

5. Cabezal de Impresión, según la reivindicación 1, en donde el actuador neumático comprende un diafragma (8), que comprende un elastómero.

6. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, en donde al menos la primera microválvula (18) es una válvula piezoeléctrica, preferentemente con un transductor de flexión piezoeléctrico.

7. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, caracterizado por una parte neumática (24), que contiene microcircuitos electroneumáticos (2) de múltiples canales.

8. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, caracterizado por una parte fluídica (25), que contiene partes controladoras de fluido de múltiples canales.

9. Cabezal de impresión, según las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado por una conexión desprendióle entre la parte neumática (24) y la parte fluídica (25).

1. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido descargado a través de al menos una salida de fluido (6) es atomizado mediante aire de atomización continuo o discontinuo mediante un canal adicional, que controla al aire de atomización.

11. Cabezal de impresión, según la reivindicación 1, caracterizado porque se descarga un fluido con propiedades tixotrópicas o pseudoplásticas, un fluido cargado de partículas, una pintura de dispersión, una emulsión, un barniz, un yeso, un adhesivo, un polímero endurecióle con radiación UV o una pasta espesa a través de al menos un eyector de fluido (4).

12. Un método para descargar fluido con un cabezal de impresión con múltiples canales, en donde en un canal

una señal eléctrica de control se transfiere mediante un microcircuito electroneumático (2) que contiene entre un primer y un segundo nivel de presión un circuito en serie de una primera microválvula (18) y ya sea un estrangulador neumático (23) o una segunda microválvula, genera una presión de control pc en un nodo neumático común (5) entre la primera microválvula y el estrangulador o la segunda válvula,

la presión de control pc se usa para controlar un actuador neumático de al menos un eyector de fluido de goteo por demanda (4), que controla una descarga de fluido a través de al menos una salida de fluido (6).

13. Método para la producción de un cabezal de impresión con múltiples canales, según la reivindicación 1, en donde los asientos de válvula (2) y aberturas de válvula de las respectivas microválvulas (18) de múltiples canales se fabrican a partir de una placa común utilizando métodos de producción del campo de la tecnología de microsistemas.

14. Método para la producción de un cabezal de impresión con múltiples canales, según la reivindicación 1, en donde cada uno de los microcircuitos electroneumáticos contiene un estrangulador neumático, este está fabricado a partir de una placa común utilizando métodos de producción del campo de la tecnología de microsistemas.