DE102012205990A1

DE102012205990A1 - Printhead, aerosol printer and aerosol printing process

Info

Publication number: DE102012205990A1
Application number: DE201210205990
Authority: DE
Inventors: Sebastian Binder; Katja Krüger; Aleksander Filipovic; Matthias Hörteis; Sebastian Hörteis
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013153158A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf (1) mit zumindest einer Aerosolkammer (10), zumindest einem Aerosolröhrchen (11) mit einem ersten Ende (111) und einem zweiten Ende (112) und zumindest einer Druckdüse (12), wobei im Betrieb des Druckkopfes (1) der Druckdüse (12) ein Aerosol aus der Aerosolkammer (10) über das Aerosolröhrchen (11) zuführbar ist und das Aerosol von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) mittels einer laminaren Strömung transportierbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Aerosol-Druckverfahren, enthaltend die folgenden Schritte: Erzeugen eines Aerosols, Einbringen des Aerosols in zumindest eine Aerosolkammer (10), Einbringen einer laminaren Strömung eines Hüllgases in die Aerosolkammer (10) und Transportieren des Aerosols von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) durch ein Aerosolröhrchen (11) mittels der laminaren Strömung.The invention relates to a printhead (1) comprising at least one aerosol chamber (10), at least one aerosol tube (11) having a first end (111) and a second end (112) and at least one pressure nozzle (12), wherein during operation of the printhead ( 1) of the pressure nozzle (12), an aerosol from the aerosol chamber (10) via the aerosol tube (11) can be supplied and the aerosol from the aerosol chamber (10) to the pressure nozzle (12) by means of a laminar flow is transportable. Furthermore, the invention relates to an aerosol printing method, comprising the following steps: generating an aerosol, introducing the aerosol into at least one aerosol chamber (10), introducing a laminar flow of an enveloping gas into the aerosol chamber (10) and transporting the aerosol from the aerosol chamber (10 ) to the pressure nozzle (12) through an aerosol tube (11) by means of the laminar flow.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf mit zumindest einer Aerosolkammer, zumindest einem Aerosolröhrchen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und zumindest einer Druckdüse, wobei im Betrieb des Druckkopfes der Druckdüse ein Aerosol aus der Aerosolkammer über das Aerosolröhrchen zuführbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen mit diesem Druckkopf ausgestatteten Aerosol-Drucker sowie ein Aerosol-Druckverfahren, bei welchem ein Aerosol erzeugt und in eine Aerosolkammer eingebracht wird, um es über ein Aerosolröhrchen zu einer Druckdüse zu transportieren. The invention relates to a printhead having at least one aerosol chamber, at least one aerosol tube having a first end and a second end and at least one pressure nozzle, wherein an aerosol from the aerosol chamber via the aerosol tube can be supplied during operation of the printhead of the pressure nozzle. Furthermore, the invention relates to an equipped with this printhead aerosol printer and an aerosol printing method in which an aerosol is generated and introduced into an aerosol chamber to transport it via an aerosol tube to a pressure nozzle.

Ein Druckkopf, ein Drucker und ein Verfahren der eingangs genannten Art können beispielsweise dazu verwendet werden, mittels silberhaltiger Tinten elektrische Leiterbahnen auf Halbleiterbauelemente zu drucken. A printhead, a printer and a method of the type mentioned above can be used, for example, to print electrical conductors on semiconductor components by means of silver-containing inks.

Aus der WO 2010/089081 A1 ist ein solcher Aerosol-Drucker bekannt. Bei diesem bekannten Drucker fällt das Aerosol durch die Schwerkraft zum Boden der Aerosolkammer, wo die Aerosolröhrchen, welche das Aerosol zur Druckdüse transportieren, mit einem Überstand ansetzen. Da nur ein geringer Anteil des Aerosols geradlinig in den Querschnitt der Aerosolröhrchen fällt, sammelt sich der größere Anteil am Boden der Aerosolkammer. Von dort muss das Aerosol abgeführt und als Verlust entsorgt werden. Somit gelangt nur ein Bruchteil der zerstäubten Tinte an ihren gewünschten Einsatzort. From the WO 2010/089081 A1 Such an aerosol printer is known. In this known printer, the aerosol falls by gravity to the bottom of the aerosol chamber, where the aerosol tubes, which transport the aerosol to the pressure nozzle, set with a supernatant. Since only a small proportion of the aerosol falls in a straight line in the cross-section of the aerosol tube, the greater part collects at the bottom of the aerosol chamber. From there, the aerosol must be removed and disposed of as a loss. Thus, only a fraction of the atomized ink reaches its desired location.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf, ein Aerosol-Druckverfahren und einen Aerosol-Drucker anzugeben, welche geringere Verluste des Verbrauchsmaterials ermöglichen. Based on this prior art, the present invention seeks to provide a printhead, an aerosol printing method and an aerosol printer, which allow lower losses of the consumable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckkopf gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie einen Aerosol-Drucker nach Anspruch 13 gelöst. The object is achieved by a printhead according to claim 1, a method according to claim 10 and an aerosol printer according to claim 13.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Druckkopf mit zumindest einer Aerosolkammer, zumindest einem Aerosolröhrchen mit einem ersten und einem zweiten Ende und zumindest einer Druckdüse auszustatten. Im Betrieb des Druckkopfes wird der Aerosolkammer ein Aerosol der Drucktinte zugeführt. Unter einem Aerosol wird dabei eine Dispersion aus flüssigen Schwebeteilchen und einem Gas verstanden. Das Aerosol kann durch Zerstäuben in einem Gasstrom oder durch einen Ultraschallzerstäuber erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosol in einem Impactor verdichtet werden, d.h. der Anteil der Schwebeteilchen am Gesamtvolumen wird vergrößert. According to the invention, it is proposed to provide a printhead with at least one aerosol chamber, at least one aerosol tube with a first and a second end and at least one pressure nozzle. During operation of the printhead, the aerosol chamber is supplied with an aerosol of the printing ink. An aerosol is understood to mean a dispersion of liquid suspended particles and a gas. The aerosol can be generated by sputtering in a gas stream or by an ultrasonic atomizer. In some embodiments of the invention, the aerosol may be compressed in an impactor, i. the proportion of suspended particles in the total volume is increased.

Das Aerosol kann in die Aerosolkammer durch eine Seitenwand eingeführt werden, so dass der eintretende Aerosolstrom nicht in der Sichtachse der Aerosolröhrchen liegt. Dadurch kann vermieden werden, dass große Tröpfchen an die erste Seite des Aerosolröhrchens gelangen und dieses verstopfen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosol in die Aerosolkammer von oben eingebracht werden. Durch Diffusion kann sich das Aerosol in der Aerosolkammer ausbreiten und das gesamte Volumen ausfüllen. The aerosol may be introduced into the aerosol chamber through a sidewall so that the entering aerosol stream is not in the visual axis of the aerosol tubes. This can avoid that large droplets reach the first side of the aerosol tube and clog it. In other embodiments of the invention, the aerosol may be introduced into the aerosol chamber from above. By diffusion, the aerosol can spread in the aerosol chamber and fill the entire volume.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Aerosolröhrchen geradlinig ausgebildet sein. Diese können einen Innendurchmesser von 0,1 mm bis 2 mm haben. Diese Geometrie erlaubt es, das Aerosol ohne Wandkontakt durch das Aerosolröhrchen zu führen, so dass das Aerosol nicht zu großen Tropfen kondensiert. In some embodiments of the invention, the aerosol tubes may be rectilinear. These can have an inside diameter of 0.1 mm to 2 mm. This geometry allows the aerosol to be passed through the aerosol tube without wall contact, so that the aerosol does not condense into large drops.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, das Aerosol nicht durch Diffusion bzw. Schwerkraft zu den Aerosolröhrchen zu leiten, sondern in der Aerosolkammer eine laminare Strömung eines Hüllgases auszubilden, welches die Kammer durch die Aerosolröhrchen verlässt. Dabei werden die flüssigen Schwebeteilchen des Aerosols mit dem laminaren Hüllgasstrom transportiert und verlassen die Aerosolkammer ebenfalls über die Aerosolröhrchen. Da somit keine oder nur wenige Schwebeteilchen ohne die Zwangsführung durch den laminaren Hüllgasstrom zu Boden sinken, lagern sich diese auch nicht neben den Aerosolröhrchen am Boden der Aerosolkammer ab. Damit steigt die Ausbeute der eingesetzten Tinte, d.h. der Anteil der auf den Ort der letzten Verwendung gelangenden Tinte zur insgesamt eingesetzten Tinte kann auf über 70%, über 80 %, über 90 % oder über 95 % ansteigen. According to the invention it is now proposed not to direct the aerosol by diffusion or gravity to the aerosol tube, but to form a laminar flow of an enveloping gas in the aerosol chamber, which leaves the chamber through the aerosol tube. The liquid suspended particles of the aerosol are transported with the laminar envelope gas flow and also leave the aerosol chamber via the aerosol tubes. Thus, since no or only a few suspended particles sink to the ground without the positive guidance by the laminar Hüllgasstrom, these also do not store next to the aerosol tube at the bottom of the aerosol chamber. Thus, the yield of the ink used, i. the proportion of ink applied to the last use site to the total ink used may increase to over 70%, over 80%, over 90%, or over 95%.

Am zweiten Ende des Aerosolröhrchens setzt eine Druckdüse an. Das vom laminaren Hüllgasstrom transportierte Aerosol gelangt am Ende des Aerosolröhrchens an den Eingang der Druckdüse. Der Querschnitt der Druckdüse kann sich entlang ihrer Längserstreckung verringern, so dass das Druckbild feiner wird. Beispielsweise kann der Durchmesser der Druckdüse am Ausgang zwischen 50 µm und 500 µm, oder zwischen 100 µm und 250 µm betragen. In die Druckdüse kann ein Fokussiergas eingebracht werden, welches verhindert, dass das Aerosol mit der Wandung der Druckdüse in Kontakt gerät und welches einen kontrollierten Transport des Aerosols nach dem Verlassen der Druckdüse sicherstellt. Auch das Fokussiergas kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung laminar durch die Druckdüse strömen. At the second end of the aerosol tube sets a pressure nozzle. The aerosol transported by the laminar envelope gas flow arrives at the end of the aerosol tube at the inlet of the pressure nozzle. The cross-section of the printing nozzle can decrease along its longitudinal extent, so that the printed image is finer. For example, the diameter of the pressure nozzle at the outlet between 50 microns and 500 microns, or be between 100 microns and 250 microns. A focusing gas can be introduced into the pressure nozzle, which prevents the aerosol from coming into contact with the wall of the pressure nozzle and ensuring a controlled transport of the aerosol after leaving the pressure nozzle. Also, the focusing gas may in some embodiments of the invention flow laminar through the pressure nozzle.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Aerosolröhrchen in die Druckdüse eintauchen, so dass zwischen der Außenseite des Aerosolröhrchens und der Innenwand der Druckdüse das Fokussiergas eingebracht werden kann, ohne den Aerosolfluss im Aerosolröhrchen zu stören. In some embodiments of the invention, the aerosol tube may dip into the pressure nozzle such that between the outside of the Aerosol tube and the inner wall of the pressure nozzle, the focusing gas can be introduced without disturbing the aerosol flow in the aerosol tube.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Transport des Aerosols in der Aerosolkammer durch einen laminaren Gasstrom verhindert unkontrollierte Verluste der eingesetzten Tinte zu einem großen Teil. Hierdurch kann das vorgeschlagene Aerosol-Druckverfahren wirtschaftlicher durchgeführt werden. The inventively proposed transport of the aerosol in the aerosol chamber by a laminar gas flow prevents uncontrolled losses of the ink used to a large extent. As a result, the proposed aerosol printing process can be carried out more economically.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zur Erzeugung des Aerosols ein Ultraschallvernebler eingesetzt werden, so dass ein Aerosol großer Dichte erzeugt werden kann. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zur Erzeugung des Aerosols ein pneumatischer Zerstäuber eingesetzt werden, welcher universell für eine Vielzahl von Tinten einsetzbar ist. In some embodiments of the invention, an ultrasonic nebulizer may be used to generate the aerosol so that a high density aerosol may be generated. In some embodiments of the invention, a pneumatic atomizer universally applicable to a variety of inks may be used to generate the aerosol.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Begrenzungswand der Aerosolkammer konisch auf das erste Ende des Aerosolröhrchens zulaufen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können zwei gegenüberliegende Begrenzungswände der Aerosolkammer konisch auf das erste Ende des Aerosolröhrchens zulaufen. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Aerosolkammer die Form eines Kegels bzw. eines Kegelstumpfes annehmen, wobei an der Spitze zumindest ein Aerosolröhrchen mit seinem ersten Ende ansetzt. Durch die vorgeschlagene Form wird die laminare Strömung, welche sich im Betrieb des Druckkopfes in der Aerosolkammer ausbildet, zum Boden der Aerosolkammer geführt, wobei der Durchmesser bzw. die Breite der Aerosolkammer kontinuierlich abnimmt und am Ansatz des Aerosolröhrchens in etwa denselben Querschnitt aufweist wie das Aerosolröhrchen. Auf diese Weise kann die laminare Strömung beim Eintritt in das Aerosolröhrchen aufrechterhalten werden. Turbulenzen bzw. Wirbel, welche zur unerwünschten Abscheidung des Aerosols in der Aerosolkammer führen würden, können so vermieden werden. In some embodiments of the invention, at least one boundary wall of the aerosol chamber may taper toward the first end of the aerosol tube. In another embodiment of the invention, two opposing boundary walls of the aerosol chamber may taper toward the first end of the aerosol tube. In yet another embodiment of the invention, the aerosol chamber may take the form of a cone or a truncated cone, at the tip of which at least one aerosol tube attaches at its first end. The proposed shape, the laminar flow, which forms in the operation of the printhead in the aerosol chamber, led to the bottom of the aerosol chamber, wherein the diameter or the width of the aerosol chamber decreases continuously and at the base of the aerosol tube in about the same cross-section as the aerosol tube , In this way, the laminar flow can be maintained as it enters the aerosol tube. Turbulences or vortices, which would lead to the unwanted separation of the aerosol in the aerosol chamber, can thus be avoided.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann am Übergang vom Boden der Aerosolkammer zum ersten Ende des Aerosolröhrchens eine Fase ausgebildet sein. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass durch das Vermeiden scharfer Kanten das Auftreten von Turbulenzen in der laminaren Strömung vermieden wird, so dass sich keine Tropfen des Aerosols an der Wandung des Aerosolröhrchens abscheiden. In some embodiments of the invention, a chamfer may be formed at the transition from the bottom of the aerosol chamber to the first end of the aerosol tube. This feature has the effect of avoiding the occurrence of turbulence in the laminar flow by avoiding sharp edges, so that no drops of the aerosol deposit on the wall of the aerosol tube.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann alternativ oder kumulativ am ersten Ende des Aerosolröhrchens eine Fase ausgebildet sein. Auch diese Fase trägt dazu bei, scharfe Kanten im Strömungspfad zu vermeiden, welche die Ursache für Turbulenzen in der Strömung sein können. In some embodiments of the invention, alternatively or cumulatively, a bevel may be formed at the first end of the aerosol tube. This chamfer also helps to avoid sharp edges in the flow path, which can be the cause of turbulence in the flow.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann am ersten Ende des Aerosolröhrchens ein Auffangvolumen ausgebildet sein. Das Auffangvolumen wird dabei geometrisch so ausgebildet, dass die laminare Strömungsführung von der Aerosolkammer zum Aerosolröhrchen weiter aufrecht erhalten wird. Das Auffangvolumen kann die Wirkung haben, dass Tröpfchen, welche sich in unerwünschter Weise an der Wandung der Aerosolkammer abscheiden und an dieser herablaufen, aufgefangen werden können, ohne die Aerosolröhrchen zu verstopfen. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Druckkopfes weiter erhöht werden. In some embodiments of the invention, a collection volume may be formed at the first end of the aerosol tube. The collection volume is geometrically formed so that the laminar flow guidance is maintained from the aerosol chamber to the aerosol tube on. The collection volume can have the effect of catching droplets which undesirably deposit on and run down the wall of the aerosol chamber without clogging the aerosol tubes. As a result, the reliability of the printhead can be further increased.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Ende des Aerosolröhrchens über den Boden des Auffangvolumens überstehen. Dadurch wird das Eindringen von Flüssigkeit in das Aerosolröhrchen auch in den Fällen vermieden, wo sich bereits Flüssigkeit auf dem Boden des Auffangvolumens abgeschieden hat. Auch dieses Merkmal dient daher der Verbesserung der Betriebssicherheit. In some embodiments of the invention, the first end of the aerosol tube may protrude beyond the bottom of the collection volume. As a result, the penetration of liquid into the aerosol tube is avoided even in cases where liquid has already deposited on the bottom of the collecting volume. This feature also serves to improve the reliability.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung schließen die Wände der Aerosolkammer einen Winkel von weniger als 45° oder weniger als 30° oder weniger als 10° zur Längserstreckung des Aerosolröhrchens ein. Dies erlaubt einen allmählichen und kontinuierlichen Übergang des Querschnittes der Aerosolkammer zum Querschnitt der Aerosolröhrchen, ohne dass durch das Ausbilden von scharfen Kanten die laminare Strömung durch Ausbildung von Turbulenzen gestört wird. Unter der Längserstreckung des Aerosolröhrchens wird bei einem gekrümmten Aerosolröhrchen die Tangente an das erste Ende des Aerosolröhrchens verstanden, d.h. der Bereich, welcher mit der Aerosolkammer in Kontakt steht. In some embodiments of the invention, the walls of the aerosol chamber enclose an angle of less than 45 ° or less than 30 ° or less than 10 ° to the longitudinal extent of the aerosol tube. This allows a gradual and continuous transition of the cross section of the aerosol chamber to the cross section of the aerosol tubes, without the formation of sharp edges, the laminar flow is disturbed by formation of turbulence. By the longitudinal extent of the aerosol tube, a curved aerosol tube means the tangent to the first end of the aerosol tube, i. the area which is in contact with the aerosol chamber.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält der vorgeschlagene Druckkopf weiterhin einen Hüllgaseintritt, mittels welchem der laminare Gasstrom entlang der Wandung der Aerosolkammer ausgebildet werden kann. Hierzu ist der Hüllgaseintritt so geformt, dass die Bildung von Turbulenzen vermieden wird. In some embodiments of the invention, the proposed printhead further includes an envelope gas inlet by means of which the laminar gas flow may be formed along the wall of the aerosol chamber. For this purpose, the Hüllgaseintritt is shaped so that the formation of turbulence is avoided.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Hüllgaseintritt eine Begrenzungswand enthalten, welche in einem Längsabschnitt parallel zur Wand der Aerosolkammer verläuft. Hierdurch wird durch den Hüllgaseintritt eintretendes Gas so in Richtung der Begrenzungswand abgelenkt, dass sich ein laminarer, an der Begrenzungswand entlang streichender Gasstrom ausbildet. In some embodiments of the invention, the sheath gas inlet may include a boundary wall extending in a longitudinal section parallel to the wall of the aerosol chamber. As a result, gas entering through the Hüllgaseintritt is deflected in the direction of the boundary wall, that forms a laminar, along the boundary wall stroking gas stream.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas ein Inertgas sein. Unter einem Inertgas wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein reaktionsträges Gas verstanden, welches während des Betriebes des Druckkopfes nicht oder unwesentlich mit dem Aerosol chemisch reagiert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas Stickstoff und/oder Argon und/oder Xenon und/oder Helium enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Hüllgas und/oder das Fokussiergas ein Gemisch aus mehreren Gasen sein, beispielsweise Druckluft oder synthetische Luft. In some embodiments of the invention, the sheath gas and / or the focusing gas may be Be inert gas. For the purposes of the present invention, an inert gas is understood to mean an inert gas which does not react chemically or negligibly with the aerosol during operation of the print head. In some embodiments of the invention, the sheath gas and / or the focusing gas may contain nitrogen and / or argon and / or xenon and / or helium. In some embodiments of the invention, the sheath gas and / or the focusing gas may be a mixture of a plurality of gases, for example, compressed air or synthetic air.

Obgleich die Beschreibung aus Gründen der Übersichtlichkeit meist nur anhand eines Aerosolröhrchens und einer Druckdüse erläutert wird, kann der Druckkopf in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen 10 und 180 Druckdüsen enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Druckkopf zwischen 60 und 100 Druckdüsen enthalten. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit des Druckkopfes verbessert werden und/oder die Druckgeschwindigkeit erhöht werden. Although the description is generally explained by way of clarity only with reference to an aerosol tube and a pressure nozzle, in some embodiments of the invention the printhead may contain between 10 and 180 pressure nozzles. In other embodiments of the invention, the printhead may contain between 60 and 100 printing nozzles. As a result, the performance of the printhead can be improved and / or the printing speed can be increased.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Showing:

1 eine Darstellung eines Druckkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 an illustration of a printhead according to a first embodiment of the invention.

2 zeigt einen Viertelschnitt durch den Druckkopf gemäß 1. 2 shows a quarter section through the printhead according to 1 ,

3 zeigt den Übergang der Aerosolröhrchen zu den Druckdüsen im Detail. 3 shows the transition of the aerosol tubes to the pressure nozzles in detail.

4 zeigt den Übergang der Aerosolkammer in die Aerosolröhrchen im Detail. 4 shows the transition of the aerosol chamber into the aerosol tubes in detail.

5 zeigt eine Explosionszeichnung des Druckkopfes gemäß der vorhergehenden Figuren. 5 shows an exploded view of the printhead according to the preceding figures.

6 zeigt einen Querschnitt durch den Druckkopf gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 6 shows a cross section through the printhead according to the first embodiment of the invention.

7 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 7 shows a cross section through a printhead according to a second embodiment of the invention.

8 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 8th shows a cross section through a printhead according to a third embodiment of the invention.

9 zeigt einen Querschnitt durch einen Druckkopf gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 9 shows a cross section through a printhead according to a fourth embodiment of the invention.

Anhand der 1 bis 5 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der Druckkopf 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse. Entsprechend der Funktion werden die einzelnen Bestandteile dieses Gehäuses von oben nach unten, d.h. von der Aerosolkammer zur Druckdüse erläutert. Based on 1 to 5 a first embodiment of the invention will be explained. The printhead 1 includes a multi-part housing. According to the function, the individual components of this housing are explained from top to bottom, ie from the aerosol chamber to the pressure nozzle.

Die Aerosolkammer 10 ist als Hohlraum in einem Aerosolkammergehäuse 105 ausgebildet. Das Aerosolkammergehäuse 105 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Außenquerschnitt auf. Die Aerosolkammer 10 ist durch zwei gegenüberliegende Seitenwände 102 begrenzt. Die Seitenwände 102 sind um einen Winkel von weniger als 45°, weniger als 30° oder weniger als 10° gegen die Senkrechte geneigt und laufen von oben nach unten gleichförmig konisch zu. Am unteren Ende der Seitenwände 102 grenzt der Boden 103 der Aerosolkammer 10. The aerosol chamber 10 is as a cavity in an aerosol chamber housing 105 educated. The aerosol chamber housing 105 has a substantially rectangular outer cross-section. The aerosol chamber 10 is by two opposite side walls 102 limited. The side walls 102 are inclined at an angle of less than 45 °, less than 30 ° or less than 10 ° to the vertical and taper conically from top to bottom. At the bottom of the side walls 102 borders the ground 103 the aerosol chamber 10 ,

Am oberen Ende ist die Aerosolkammer 10 durch einen Deckel 16 verschlossen. At the upper end is the aerosol chamber 10 through a lid 16 locked.

Im Betrieb des Druckkopfes 1 tritt das Aerosol durch einen Aerosoleintritt in die Aerosolkammer 10 ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Aerosoleintritt 101 gleichzeitig zur Zufuhr des Hüllgases verwendet, welches eine laminare Strömung in der Aerosolkammer 10 ausbildet und die Aerosolkammer durch die Aerosolröhrchen 11 verlässt. Somit entspricht das Hüllgas dem Trägergas, mit welchem das Aerosol vom Aerosolerzeuger zur Aerosolkammer 10 transportiert wird. Andere Ausführungsformen der Erfindung mit einem separaten Hüllgaseintritt 101 werden anhand der 8 und 9 näher erläutert. During operation of the printhead 1 the aerosol enters the aerosol chamber through an aerosol entry 10 one. In the illustrated embodiment, the aerosol entry 101 used simultaneously for the supply of the envelope gas, which is a laminar flow in the aerosol chamber 10 forms and the aerosol chamber through the aerosol tubes 11 leaves. Thus, the sheath gas corresponds to the carrier gas with which the aerosol from the aerosol generator to the aerosol chamber 10 is transported. Other embodiments of the invention with a separate Hüllgaseintritt 101 be based on the 8th and 9 explained in more detail.

Am Boden 103 der Aerosolkammer 10 sind Aerosolröhrchen 11 mit ihrem ersten Ende 111 eingepasst. Wie anhand von 4 ersichtlich ist, stehen die Aerosolröhrchen 11 mit ihrem ersten Ende 111 nicht über die durch den Boden 103 definierte Ebene über. Um Turbulenzen in der laminaren Strömung des Hüllgases zu vermeiden, sind am Übergang der Aerosolkammer 10 in die Aerosolröhrchen 11 optionale Fasen 113 angeordnet. Somit verlässt das Hüllgas die Aerosolkammer 10 durch die Aerosolröhrchen 11 und transportiert dabei das Aerosol durch die Aerosolröhrchen 11 ab. Durch die laminare Strömung des Hüllgases an der Wandung 102 der Aerosolkammer 10 und der Wandung der Aerosolröhrchen 11 wird eine Kondensation des Aerosols an diesen Teilen vermieden, so dass sich keine großen Tropfen im Aerosol ausbilden, welche die nachfolgende Druckdüse verstopfen könnten. On the ground 103 the aerosol chamber 10 are aerosol tubes 11 with her first end 111 fitted. As based on 4 it can be seen standing the aerosol tubes 11 with her first end 111 not over the ground 103 defined level above. To avoid turbulence in the laminar flow of the envelope gas, are at the transition of the aerosol chamber 10 into the aerosol tubes 11 optional bevels 113 arranged. Thus, the sheath gas leaves the aerosol chamber 10 through the aerosol tubes 11 and transports the aerosol through the aerosol tubes 11 from. Due to the laminar flow of the envelope gas on the wall 102 the aerosol chamber 10 and the wall of the aerosol tubes 11 Condensation of the aerosol is avoided at these parts, so that no large drops form in the aerosol, which could clog the subsequent pressure nozzle.

Die Aerosolröhrchen 11 sind in einem Gehäuseteil 135 angeordnet, welcher auch eine Fokussiergaskammer 13 aufnimmt. Die Fokussiergaskammer 13 dient der Zwischenspeicherung und der Verteilung eines Fokussiergases, welches das Aerosol in der Druckdüse 12 bzw. nach dem Austritt aus der Druckdüse 12 einkapselt und bis zum Auftreffen auf das zu bedruckende Substrat führt. The aerosol tubes 11 are in a housing part 135 which also has a focusing gas chamber 13 receives. The focusing gas chamber 13 serves for the intermediate storage and the distribution of a focusing gas, which aerosol in the pressure nozzle 12 or after exiting the pressure nozzle 12 encapsulates and leads to the impact on the substrate to be printed.

Der Übergang der Druckröhrchen 11 in die Druckdüsen 12 wird anhand von 2 und 3 näher erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Ende 112 der Aerosolröhrchen 11 gegenüber und in Verlängerung zum ersten Ende 121 der Druckdüse 12 angeordnet. Somit strömt das Aerosol mit dem Hüllgasstrom vom Aerosolröhrchen 11 in die Druckdüse 12 und wird vom ersten Ende 121 der Druckdüse 12 zum zweiten Ende 122 transportiert. The transition of the pressure tubes 11 in the pressure nozzles 12 is determined by 2 and 3 explained in more detail. In the illustrated embodiment, the second end 112 the aerosol tube 11 opposite and in extension to the first end 121 the pressure nozzle 12 arranged. Thus, the aerosol flows with the Hüllgasstrom from the aerosol tube 11 into the pressure nozzle 12 and will be from the first end 121 the pressure nozzle 12 to the second end 122 transported.

Da das erste Ende 121 der Druckdüse 12 am Boden der Fokussiergaskammer 13 angeordnet ist, strömt auch das Fokussiergas, welches der Fokussiergaskammer 13 über den Fokussiergaseinlass 131 zugeführt wurde, durch die Druckdüsen 12 aus. Because the first end 121 the pressure nozzle 12 at the bottom of the focusing gas chamber 13 is arranged, also flows the focusing gas, which is the Fokussiergaskammer 13 via the focusing gas inlet 131 was fed through the pressure nozzles 12 out.

Die Druckdüsen 12 sind in einer Grundplatte 14 gehaltert und von einem allseits umgebenden Rahmen 15 geschützt, um eine unzulässige mechanische Belastung der Druckdüsen 12 zu vermeiden. The pressure nozzles 12 are in a base plate 14 Held and from a surrounding frame 15 Protected to prevent inadmissible mechanical stress on the pressure nozzles 12 to avoid.

Der Deckel 16, die Gehäuseteile 105, 135, 14 und 15 sind über Passstifte 171 sowie Schraubverbindungen 161, 162 und 163 zusammengefügt, wie anhand von 5 erläutert. Aus 5 ist auch ersichtlich, dass das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung 78 Düsen enthält, welche in einer Reihe angeordnet sind, um die Druckleistung bzw. den Durchsatz zu erhöhen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Düsen größer oder auch geringer sein und beispielsweise zwischen 1 und 180 betragen. Die Düsen können auch mehrreihig in einem Raster angeordnet sein The lid 16 , the housing parts 105 . 135 . 14 and 15 are over dowel pins 171 as well as screw connections 161 . 162 and 163 put together, as based on 5 explained. Out 5 It can also be seen that the first embodiment of the invention 78 Includes nozzles arranged in a row to increase the printing performance and the throughput, respectively. In other embodiments of the invention, the number of nozzles may be larger or smaller and, for example, between 1 and 180. The nozzles can also be arranged in multiple rows in a grid

6 zeigt nochmals einen schematischen Querschnitt durch eine einzelne Druckdüse 12, ein einzelnes Aerosolröhrchen 11 und die Aerosolkammer 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Aus 6 ist ersichtlich, dass die Aerosolkammer mit schrägen Begrenzungswänden 102 ausgestattet ist, welche gegenüber der Längserstreckung des Aerosolröhrchens 11 um einen Winkel α geneigt sind. Der Winkel α beträgt in diesem Fall zwischen etwa 25° bis etwa 30°. 6 again shows a schematic cross section through a single pressure nozzle 12 , a single aerosol tube 11 and the aerosol chamber 10 according to the first embodiment of the invention. Out 6 it can be seen that the aerosol chamber with oblique boundary walls 102 which is opposite to the longitudinal extension of the aerosol tube 11 are inclined by an angle α. The angle α is in this case between about 25 ° to about 30 °.

Weiterhin ist aus 6 ersichtlich, dass sich durch die geneigten Begrenzungswände 102 der Querschnitt der Aerosolkammer 10 an deren unterem Ende auf den Querschnitt bzw. den Durchmesser des Aerosolröhrchens 11 reduziert. Hierdurch kann eine laminare Strömung ausgebildet werden, ohne dass am ersten Ende 111 des Aerosolröhrchens 11 Turbulenzen auftreten, welche zu unerwünschten Abscheidungen des Aerosols an den Begrenzungswänden führen würden. Furthermore, it is off 6 seen that through the inclined boundary walls 102 the cross section of the aerosol chamber 10 at its lower end to the cross section or the diameter of the aerosol tube 11 reduced. As a result, a laminar flow can be formed without the first end 111 of the aerosol tube 11 Turbulence would occur, which would lead to undesirable deposits of the aerosol on the boundary walls.

Weiterhin ist aus 6 ersichtlich, wie das Aerosolröhrchen 11 in der Fokussiergaskammer 13 mündet und das Aerosol, das Hüllgas und das Fokussiergas in die Druckdüse 12 eintreten. Das zweite Ende 122 der Druckdüse 12 ist verjüngt, um ein präzises Druckbild bzw. eine Abscheidung des Aerosols auf einen definierten Ort zu ermöglichen. Furthermore, it is off 6 seen as the aerosol tube 11 in the focusing gas chamber 13 opens and the aerosol, the sheath gas and the focusing gas in the pressure nozzle 12 enter. The second end 122 the pressure nozzle 12 is tapered to allow a precise printed image or a deposition of the aerosol to a defined location.

7 zeigt den Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die Unterschiede beschränkt. Gemäß 7 ist am unteren Ende der Aerosolkammer 10 ein Auffangvolumen 18 angeordnet. Das Auffangvolumen 18 ist so ausgebildet, dass Aerosol, welches an den Begrenzungswänden 102 in unerwünschter Weise abgeschieden wird, an den Begrenzungswänden 102 herabläuft und im Auffangvolumen 18 gesammelt wird. Hierdurch kann ein Verstopfen des Aerosolröhrchens 11 durch große Aerosoltropfen vermieden werden. Damit das Aerosol vom Boden 183 des Auffangvolumens 18 nicht in das erste Ende 111 des Aerosolröhrchens 11 eindringen kann, weist das Aerosolröhrchen 11 einen Überstand 115 auf. 7 shows the cross section through a second embodiment of the invention. The same components are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the differences. According to 7 is at the bottom of the aerosol chamber 10 a catchment volume 18 arranged. The collection volume 18 is designed so that aerosol, which at the boundary walls 102 is deposited in an undesirable manner, at the boundary walls 102 run down and in the collection volume 18 is collected. This can cause clogging of the aerosol tube 11 be avoided by large aerosol drops. So that the aerosol from the ground 183 of the collection volume 18 not in the first end 111 of the aerosol tube 11 can penetrate, shows the aerosol tube 11 a supernatant 115 on.

Um eine laminare Strömung sicherzustellen, ist die Breite bzw. der Durchmesser der Aerosolkammer, der Durchmesser des Aerosolröhrchens 11 und der Abstand 118 so bemessen, dass die Hüllgasströmung mit dem Aerosol wirbelfrei in das Aerosolröhrchen 11 eintreten kann. To ensure laminar flow, the width or diameter of the aerosol chamber is the diameter of the aerosol tube 11 and the distance 118 so dimensioned that the envelope gas flow with the aerosol vortex-free into the aerosol tube 11 can occur.

Anhand von 8 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Diese unterscheidet sich von der vorangegangenen Ausführungsform primär darin, dass das Aerosol über einen ersten Einlass 104 in die Aerosolkammer eingeführt wird und das Hüllgas über einen separaten Hüllgaseintritt 101 zugeführt wird. Der Hüllgaseintritt 101 weist eine Begrenzungswand 106 auf, welche den Hüllgasstrom in Richtung der Wandung 102 ablenkt und dadurch die laminare Strömung entlang der Wandung 102 ermöglicht. Based on 8th A third embodiment of the invention will be explained. This differs from the previous embodiment primarily in that the aerosol via a first inlet 104 is introduced into the aerosol chamber and the sheath gas via a separate Hüllgaseinstritt 101 is supplied. The envelope gas entry 101 has a boundary wall 106 on which the Hüllgasstrom in the direction of the wall 102 deflects and thereby the laminar flow along the wall 102 allows.

Der Hüllgaseintritt 101 ist unterhalb des Aerosoleintritts 104 angeordnet, so dass durch den Eintritt des Aerosols entstehende Turbulenzen im oberen Bereich der Aerosolkammer dissipiert werden können. Sodann sinkt das Aerosol durch die Schwerkraft getrieben nach unten, bis es vom Hüllgasstrom erfasst wird. The envelope gas entry 101 is below the aerosol inlet 104 arranged so that turbulence resulting from the entry of the aerosol can be dissipated in the upper region of the aerosol chamber. Then, driven by gravity, the aerosol sinks down until it is detected by the envelope gas flow.

9 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist der Hüllgaseintritt 101 oberhalb des Aerosoleintritts 104 angeordnet. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass das Aerosol zuverlässig vom Hüllgas transportiert wird, so dass der Druckkopf 1 zumindest in gewissen Grenzen lageunabhängig betrieben werden kann, da ein Absinken des Aerosols mit der Schwerkraft für die Funktionsweise nicht erforderlich ist. 9 shows a fourth embodiment of the present invention. In this case, the sheath gas entry 101 above the aerosol inlet 104 arranged. This feature has the effect of reliably transporting the aerosol from the enveloping gas so that the printhead 1 can be operated independent of location at least within certain limits, since a lowering of the aerosol with gravity is not required for the operation.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Of course, the invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2010/089081 A1 [0003] WO 2010/089081 A1 [0003]

Claims

Druckkopf (1) mit zumindest einer Aerosolkammer (10), zumindest einem Aerosolröhrchen (11) mit einem ersten Ende (111) und einem zweiten Ende (112) und zumindest einer Druckdüse (12), wobei im Betrieb des Druckkopfes (1) der Druckdüse (12) ein Aerosol aus der Aerosolkammer (10) über das Aerosolröhrchen (11) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) mittels einer laminaren Strömung transportierbar ist. Printhead ( 1 ) with at least one aerosol chamber ( 10 ), at least one aerosol tube ( 11 ) with a first end ( 111 ) and a second end ( 112 ) and at least one pressure nozzle ( 12 ), wherein in the operation of the printhead ( 1 ) of the pressure nozzle ( 12 ) an aerosol from the aerosol chamber ( 10 ) via the aerosol tube ( 11 ), characterized in that the aerosol from the aerosol chamber ( 10 ) to the pressure nozzle ( 12 ) is transportable by means of a laminar flow.

Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Begrenzungswand (102) der Aerosolkammer (10) konisch auf das erste Ende (111) des Aerosolröhrchen (11) zuläuft. Printhead according to claim 1, characterized in that at least one boundary wall ( 102 ) of the aerosol chamber ( 10 ) conically on the first end ( 111 ) of the aerosol tube ( 11 ).

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang vom Boden (103) der Aerosolkammer (10) zum ersten Ende (111) des Aerosolröhrchens (11) eine Fase (113) ausgebildet ist. Printhead according to one of claims 1 or 2, characterized in that at the transition from the ground ( 103 ) of the aerosol chamber ( 10 ) to the first end ( 111 ) of the aerosol tube ( 11 ) a chamfer ( 113 ) is trained.

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet, dass am ersten Ende (111) des Aerosolröhrchens (11) ein Auffangvolumen (18) ausgebildet ist. Printhead according to one of claims 1 or 2, characterized in that at the first end ( 111 ) of the aerosol tube ( 11 ) a catchment volume ( 18 ) is trained.

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (111) des Aerosolröhrchens (11) über den Boden (183) des Auffangvolumens (18) übersteht. Printhead according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first end ( 111 ) of the aerosol tube ( 11 ) over the ground ( 183 ) of the collection volume ( 18 ) survives.

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (102) der Aerosolkammer (10) einen Winkel (α) von weniger als 45° oder weniger als 30° zur Längserstreckung des Aerosolröhrchens (11) einschließen. Printhead according to one of claims 1 to 5, characterized in that the walls ( 102 ) of the aerosol chamber ( 10 ) an angle (α) of less than 45 ° or less than 30 ° to the longitudinal extent of the aerosol tube ( 11 ) lock in.

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin enthaltend einen Hüllgaseintritt (101), mittels welchem ein laminarer Gasstrom entlang der Wandung (102) der Aerosolkammer (10) ausbildbar ist. Printhead according to one of claims 1 to 6, further comprising an envelope gas inlet ( 101 ), by means of which a laminar gas flow along the wall ( 102 ) of the aerosol chamber ( 10 ) can be formed.

Druckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllgaseintritt (101) eine Begrenzungswand (106) enthält, welche in einem Längsabschnitt parallel zur Wandung (102) der Aerosolkammer (10) verläuft. Printhead according to claim 7, characterized in that the envelope gas inlet ( 101 ) a boundary wall ( 106 ), which in a longitudinal section parallel to the wall ( 102 ) of the aerosol chamber ( 10 ) runs.

Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Aerosolröhrchen (11) und die Anzahl der Druckdüsen (12) zwischen 10 und 150 oder zwischen 60 und 100 beträgt. Printhead according to one of claims 1 to 6, characterized in that the number of aerosol tubes ( 11 ) and the number of pressure nozzles ( 12 ) is between 10 and 150 or between 60 and 100.

Aerosol-Druckverfahren, enthaltend die folgenden Schritte: – Erzeugen eines Aerosols, – Einbringen des Aerosols in zumindest eine Aerosolkammer (10), – Einbringen einer laminaren Strömung eines Hüllgases in die Aerosolkammer (10), – Transportieren des Aerosols von der Aerosolkammer (10) zur Druckdüse (12) durch ein Aerosolröhrchen (11) mittels der laminaren Strömung. Aerosol printing method, comprising the following steps: - generating an aerosol, - introducing the aerosol into at least one aerosol chamber ( 10 ), Introducing a laminar flow of an enveloping gas into the aerosol chamber ( 10 ), - transporting the aerosol from the aerosol chamber ( 10 ) to the pressure nozzle ( 12 ) through an aerosol tube ( 11 ) by laminar flow.

Verfahren (1) nach Anspruch 10, weiterhin enthaltend den folgenden Schritt: Einbringen eines Fokussiergases in die Druckdüse (12). Procedure ( 1 ) according to claim 10, further comprising the following step: introduction of a focusing gas into the pressure nozzle ( 12 ).

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stickstoff und/oder Argon und/oder Xenon und/oder Helium enthält. Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the nitrogen and / or argon and / or xenon and / or helium.

Aerosol-Drucker mit einen Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9. An aerosol printer with a printhead according to any one of claims 1 to 9.