Способ нанесения изображений Советский патент 1993 года по МПК B41J2/04 

Изобретение относится к злектро- каплеструйной технологии и может найти применение при печати, маркировке, мик- родозировании, получении топологического рисунка в радиоэлектронной промышленности и др.

В качестве прототипа выбран способ электрокаплеструйной печати (маркировки) 1, который включает эмиссию струи монодисперсных капель из жидкости, представляющей суспензию (например, нитрокраска), под действием управляемого капиллярного эффекта (эмиссия капель под действием высокого постоянного давления с ультразвуковой синхронизацией дробления струи на капли). Далее капли суспензии выборочно заряжаются и в отклоняющем электрическом поле летят, или прямолинейной, или по смещенной траектории. Тем са- мым обеспечивается покапельное синтезирование отпечатков на подложке (символы, линии, топология и др.).

Однако данный способ имеет следующие недостатки; В процессе каплеструйно- го нанесения изображений происходит наволакивание твердой фазы распыляемой суспензии на стенки фильеры генератора капель, что в конечном счете приводит к забиванию фильеры .и потере работоспособности каплеструйного устройства. Применяемая в качестве рабочего тела суспензия имеет ограниченное время жизни, так как с течением времени взвешенные в жидкости коллоидные частицы выпадают в осадок, что приводит к разделению твердой и жидкой фазы . Это также приводит к неработоспособности каплеструйного устройства, требуя замены суспензии через определенные промежутки времени, промывки трубопроводов и емкостей для размещения и транспортировки суспензии. Для обеспечения седиментационной и коа- гуляционной устойчивости рабочей жидкости приходится в систему добавлять различные поверхностно-активные вещества (ПАВ), вводить в устройстве диспергирующие блоки и др. Наличие твердых частиц в жидкости при дроблении струи, ухудшает каплеобразование и качестве печати. Указанные недостатки ограничивают область применения каплеструйного устройства, так как не всегда требуемые по технологии компоненты рабочего вещества соответствуют необходимым параметрам каплеструйного устройства.

Целью изобретения является повышение удобства пользования, качества печати и надежности работы каплеструйных устройств.

Это достигается тем, что в способе каплеструйного нанесения изображений, включающем эмиссию монодисперсных капель жидкости и их последовательное осаждение

на поверхность, перед осаждением капли пропускаются через область псевдоожи- женного мелкодисперсного порошка. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый

способ отличается тем, что осуществляется эмиссия только монодисперсных капель жидкости, а смешение ее с твердой фазой происходит на последующем этапе - перед нанесением на рабочую поверхность.

5 Получение струи монодисперсных капель может быть реализовано различными путями: под действием сильного электрического поля (электродиспергирование), под действием высокого постоянного давления

-0 с ультразвуковой синхронизацией (капиллярное монодиспергирование) или под действием импульсного давления (капля по требованию).

Общим во всех случаях является внесе5 ние в капли твердой фазы в виде порошка при пролете капель через псевдоохижен- ную область. Псевдоожижение, как известно, можно реализовать разными путями (вибрационное, ультразвуковое, электроди0 намическое). При электродинамическом псевдоожижении можно взвешивать мелкодисперсные порошки различных материалов, в том числе металлов (медь, молибден, вольфрам и др.) с размерами от долей мик5 рометра до сотен микрометров.

.Внесение в капли (в жидкую фазу) твердой фазы за счет псевдоожижения избавляет каплеструйный способ от ряда недостатков. Снижаются требования к

0 фильтрации и устойчивости рабочей жидкости. Появляется возможность использовать сопла малого диаметра (единицы и десятки микрометров), что повышает разрешающую способность, твердая фаза перестает вли5 ять на качество каплеобразования и свойства жидкости, например вязкость. Все это повышает качество печати, надежность работы устройства и расширяет области применения способа.

0 Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое

5 изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому способу соответствие критерию существенные отличия.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ: на фиг.2 электродов зоны электродинамиче- ого псевдоожижения твердой фазы; на ir.3 - схема питателя ,

Устройство содержит генератор 1 моно- 1сперсных капель 2 жидкости, пару элект- эдов 3, питатель ч мелкодисперсного ектропроводящего порошка, зону 5 элек- одинамического псевдоожижения твер- 1й фазы, запечатываемую поверхность 6, стицы готовой суспензии 7, блок 8 управ- :ния, Электроды 3 содержат канал 9 под- и твердой фазы, зону А псевдоожижения кольцевые запирающие зоны В области эоднородного поля,позицией 10 - обозна- на емкость, 11 - порошок, 12, 13 - элект- (ды, 14 - срез канала, 15 - пробка, 16 - эласть псевдоожижения питателя, 17 - ди- ектрический корпус.

Блоком 8 управления воздействуют на итатель 4. который через канал 9 подает в ну 5 пары электродов 3 мелкодисперсный ектропроводящий порошок наносимой спензии, Размер частиц порошка в одном вариантов составлял 10-15 мкм, а объем- я концентрация порошка в зоне 5 поряд- 1%.

На пары электродов 3 системы подают ротивоположные потенциалы напряжения акой величины, чтобы создать в зоне А севдоожижения электростатическое элекрическое поле напряженностью 4- к В/см.

Частицы твердой фазы, попадая через знал 9 на нижний электрод 3 электродной истемы, приобретают в силу своей элект- опроводности электрический заряд q.

Если сила взаимодействия такого мик- озаряда и электрического поля значитель- ю. превышает вес частицы и силы адгезии к лектроду, то микрозаряд начнет движение электроду противоположной полярности - iBepx.

В результате соударения с электродом фотивоположной полярности знак микро- аряда меняется на обратный, и меняется вправление силы его взаимодействия с лектрическим полем. Следовательно, мик- юзаряд начинает движение вновь к нижнеу электроду и т.д. Иными словами, озникает автоколебательный режим дви- ения микрозаряда в электростатическом оле межэлектродной области, известный ак электродинамическое псевдоожижение вердой фазы. Капля при пролете псевдо- жиженного слоя захватывает частицы. За- яд ее при этом практически не меняется з-за равновесности процесса.

Для решения задачи пространственной

табилизации осцилляции частиц в зоне А

ежэлектродного зазора пары электродов 3

создают замкнутую кольцевую зону В неоднородного поля путем сближения концов пар электродов в отличие от зоны А, в которой участки пары электродов 3 плоско- 5 параллельны. В результате наличия сближающихся участков зоны В в последней образуется поле с повышенной напряженностью по сравнению с равномерным полем в зоне А. В результате частицы мел0 кодисперсного псевдоожиженного электропроводящего порошка выталкиваются в зону А и не покидают межэлектродного зазора.

Генератор 1 эмитгирует монодисперс5 ные капли (заряженные или незаряженные) одним из вышеперечисленных путей. Используется сднокомпонентная жидкость или молекулярных раствор. Размер капель управляется от 1 мкм до 1 мм. В устройство

0 можно вести заряжающую и отклоняющую системы (до псевдоожижения или после).

При своем перемещении через зону 5 ортогонально осцилляциям частиц электропроводящего порошка капли жидкой фазы

5 захватывают частицы твердой фазы, и образовавшиеся капли суспензии 7 при своем дальнейшем полете запечатываются на поверхность 6.

Таким образом, процесс каплеструйной

0 печати совмещается с процессом образования суспензии после выброса жидкости из сопла. Количество псевдоожиженных частиц в зоне А статически устойчиво и зависит от напряженности поля в зоне А и от радиу5 са RO данной зоны.

Основными элементами питателя 4 служат емкость 10 и система двух электродов 12, 13, на которые подается высокое напряжение, Емкость 10 в нижней своей части

0 имеет конический участок и заканчивается трубкой. Она выполняется из диэлектрика с малым значением относительной диэлектрической проницаемости и высокой электрической прочностью. В эту емкость и

5 засыпают порошок 11, подлежащий дозированной подаче. Электрод 12, через который проходит трубка, выполнен с малой конусностью со стороны межэлектродной области. Угол при вершине конуса - угол

0 аблизок к 180°. Нижний электрод 13 выполнен плоским и имеет канал 9. По соображениям электробезопасности конструкция заключена в диэлектрический корпус 17. Срез трубки отстоит от нижнего элект5 рода 13 на некоторое расстояние h. Величина этого зазора может быть изменена за счет изменения расстояния между электродами или перемещения трубки относительно электрода 12. Сечение трубки подбирается таким образом, чтобы порошок

11 свободно просыпался до поверхности электрода 13. Возникновение на электроде конусной пробки из порошка 11 прекращает его дальнейшее поступление в межэлектродную область.

При подаче на электроды разности потенциалов U частицы порошка 11, лежащие на поверхности конической пробки, приобретут некоторый заряд, и начнется их срыв с этой поверхности силами электрического поля. Сорванные частицы войдут в режим автоколебаний и создадут в межэлектродной области счетную концентрацию твердой фазы, близкую к предельной. Наличие градиентного электрического поля смещает траектории осциллирующих частиц в сторону канала 9, по которому и происходит истечение частиц твердой фазы из межэлек- троднрй области питателя.

Уменьшение счетной концентрации частиц твердой фазы в межэлектродной области непрерывно пополняется за счет срыва частиц с поверхности конуса и поступления в последний порошка 11 из емкости 10.

Производительность питателя можно регулировать, изменяя величину приложенного напряжения и величину зазора h. Данный питатель характеризует высокая стабильность производительности: нестабильность не превышает нескольких процентов.

Блок 8 управления содержит управляемые источники высокого и других напряжений, необходимые для работы устройства, и никаких особенностей не имеет, Блок 8 также управляет работой эмиттера капель и при необходимости процессами зарядки капель и их отклонения.

Параметры одной экспериментально реализованной установки: эмиттер капель с

Формула изобретения

СПОСдБ НАНЕСЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, включающий эмиссию монодисперсных капель жидкости и их

1 последовательное осаждение на поверхность, отличающийся тем, что, с целью повышения удобства в использовании,

капиллярным монодиспергированием этилового спирта; диаметр сопла 50 мкм; скорость полета капель диаметром 100 мкм составила 15 м/с; монодисперсность порядкаа 0,1%; давление в генераторе капель в диапазоне 0,5-1 атм; заряд капель управлялся в диапазоне от 0 до 5 пКл; зола псевдоожижения простиралась на длину от 5 до 50 мм; объемная плотность молибдена диаметром гранул от 1 до 7 мкм составляла «. 1%; напряжение псевдоожижения при межэлектродном расстоянии 10 мм составляло 7-15 кВ; ширина слоя (рисунка) на подложке регулировалась от 0,2 до 0,5 мм. При

экспериментальной проверке засорения сопла не наблюдалось.

Таким образом, данный способ каплест- руйного нанесения изображений обладает

высокой надежностью за счет того, что через фильеру генератора капель проходит только жидкая фаза. Создание суспензии на этапе процесса каллеструйного нанесения изображений и раздельное хранение твердои и жидкой фазы исключает саму проблему времени жизни суспензии. Способ позволяет расширить область применения, поскольку позволяет использовать более широкую гамму твердой и жидкой фазы наносимого вещества. Способ характеризуется высокой экономичностью в расходе рабочего вещества и малой потребляемой мощностью, поскольку мощности, потребляемые при электродинамическом пеевдоожижении, в значительной степени определяются токами утечки по элементам конструкции.

(56) 1. Авторское свидетельство № 1818941, кл. В 41 J 3/04, 19.11.85.

качества печати и надежности в работе, на пути прохождения монодисперсных капель

жидкости электродинамически формируют область псевдоожиженного мелкодисперсного порошка красящего или наносимого вещества, а капли формируют из растворяющей или транспортирующей жидкости.

V

Напрабленне перемещения х мсжодмсперскых 41 капель жидкости

ФипЧ

1

1/

Фиг Я

фип Ъ