DE10353112B4 - Druckkopf und dessen Verwendung - Google Patents

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Abstract

Druckkopf für eine Drucksubstanz (2), die durch Erwärmung verflüssigt und nach dem Aufbringen auf ein Trägermaterial dort abkühlt und dabei wieder fest wird, umfassend:
– einen mit Heiz- und Überdruckerzeugungsmitteln (5) ausgerüsteten Vorratstank (1), in welchem die Drucksubstanz durch Erwärmen verflüssigt und mit einem Überdruck beaufschlagt vorgehalten ist;
– eine Düsenplatte (3) aus einem thermisch gut leitenden und gut mikrostrukturierbaren Material mit mindestens einer Düse (4), welche sich an den Vorratstank (1) anschließt, wobei zwischen dem Vorratstank (1) und der Düsenplatte (3) eine thermische Isolationsschicht (6) vorgesehen ist und das Temperaturniveau der Düsenplatte (3) auf einem Nivau unterhalb der Schmelztemperatur der Drucksubstanz (2) gehalten ist;
– ein Heizelement (5), welches auf der dem Vorratstank (1) abgewandten Seite der Düsenplatte (3) im Bereich der Düse (4) angeordnet ist, welches bei Aktivierung Wärmeenergie an die Düsenplatte (3) im Bereich der Düsen (4) abgibt, um die darin verfestigte Drucksubstanz...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf mit einem Vorratstank für eine Drucksubstanz, die durch Erwärmung verflüssigt und nach dem Aufbringen auf ein Trägermaterial dort abgekühlt und dabei wieder fest wird, und mit mindestens einer Düse, durch welche die verflüssigte Drucksubstanz in Richtung zum Trägermaterial abgegeben wird. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Druckkopfes in einem Braille-Zeichen-Drucker und in einer Vorrichtung zur Durchführung von Rapid-Prototyping-Verfahren.
  • Die Verwendung von Flüssigkeiten oder zumindest zeitweise verflüssigten Substanzen zum Drucken von Grafiken oder Texten ist beispielsweise von den sogenannten Tintenstrahldruckern bekannt. Diese arbeiten nach dem sogenannten „drop on demand" Prinzip, bei welchem mikroskopisch kleine Tröpfchen in einer Druckkammer erzeugt werden und zur Erzeugung des Druckbildes gezielt auf das Trägermaterial, beispielsweise Papier, geschleudert werden. Zur Erzeugung der Tröpfchen werden entweder piezoelektrische Pumpelemente eingesetzt oder das „bubble-jet" Prinzip wird genutzt, bei welchem es durch schockartige Erhitzung der Drucksubstanz zu einer begrenzten Verdampfung kommt, die eine ein Tintentröpfchen herausschleudernde Druckwelle verursacht.
  • Die JP 56 113 472 A beschreibt einen Druckkopf für heißschmelzende Tinten. Die Tinte wird hier im Druckkopf geschmolzen und verfestigt. Die Düsen des Druckkopfes sind durch Peltier-Elemente einzeln steuerbar. Die im Druckprozess verflüssigte Tinte wird durch Oszillation aus den Düsen herausgeschleudert.
  • Diese bekannten Prinzipien können jedoch nicht erfolgreich eingesetzt werden, wenn Substanzen mit einem Schmelzpunkt zwischen etwa 80° Celsius und 140° Celsius, insbesondere Wachse gedruckt werden sollen. Ein erheblicher Bedarf zum Drucken mit solchen Drucksubstanzen besteht, wenn auf dem Trägermaterial erhabene Druckbilder erzeugt werden sollen.
  • Ein konkretes Anwendungsgebiet für solche Druckbilder, die sich merklich vom Trägermaterial abheben, ist beim Druck von Braille-Zeichen gegeben, um für Blinde lesbare Texte drucken zu können. Es sind aber auch andere Anwendungsgebiete denkbar, beispielsweise wenn grafischen Oberflächen auch spezielle haptische Eigenschaften gegeben werden sollen.
  • Um Wachs als Drucksubstanz in einem Tintenstrahldrucker zu verwenden, müsste das Wachs bis oberhalb seines Schmelzpunktes erwärmt werden. Die dabei auftretenden Temperaturen lassen den Einsatz piezoelektrischer Pumpelemente nicht mehr zu, da die Piezoelemente sehr schnell überhitzen könnten. Wenn andererseits das „bubble-jet" Prinzip eingesetzt werden soll, wäre eine kurzzeitige erhebliche Erhitzung des Wachses erforderlich, um die benötigte Druckwelle zu erzeugen. Bei derart hohen Temperaturen wird die Oberflächenspannung der verflüssigten Drucksubstanz jedoch so stark reduziert, dass im Wesentlichen kugelförmige Tröpfchen kaum noch geformt werden können. Dies führt dann zu einer schlechten Druckqualität. Außerdem entstehen weitere Probleme auf Grund der hohen Betriebstemperaturen, die bei Anwendung des „bubble-jet" Prinzips und Wachs als Drucksubstanz erforderlich wären.
  • Braille-Drucker wurden auf Grund dieser bestehenden Probleme bislang üblicherweise unter Anwendung mechanischer Techniken zur Ausprägung von Braille-Zeichen realisiert. Ein Beispiel für einen derartigen Drucker ist in der EP 0 956 199 B1 gezeigt.
  • Aus der JP 09 039 370 A ist ein Druckkopf für Blindenschrift bekannt. Als Drucksubstanz wird Carnouba-Wachs verwendet. Exakt geformte Braille-Punkte sollen dadurch erreicht werden, dass eine Hohlnadel zunächst auf der gewünschten Druckstelle aufgesetzt wird und anschließend das im Vorratstank in fester Form vorliegende Wachs durch Einschalten eines Heizelementes verflüssigt wird und dadurch durch die Hohlnadel auf die zu bedruckende Oberfläche fließt. Ein Härtemittel kann nachträglich auf die so gedruckten Braille-Zeichen aufgesprüht werden. Der Druckprozess ist aufgrund des gesamten im Druckkopf vorhanden zu schmelzenden Wachses langsam und energieintensiv. Verstopfungen der Hohlnadel aufgrund unterschiedlich starker Erwärmung des Wachses sind zu erwarten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen neuartigen Druckkopf bereit zu stellen, welcher Drucksubstanzen mit einem Schmelzpunkt zwischen 80°C und 200°C verarbeiten kann, unter gleichzeitiger Vermeidung der oben genannten Probleme der bisher bekannten Tintenstrahldrucktechniken. Weiterhin besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, unter Verwendung eines solchen Druckkopfes einen verbesserten Drucker zum Drucken von Braille-Zeichen zu schaffen sowie eine Vorrichtung zur Ausführung von Rapid-Prototyping mit einem solchen Druckkopf bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Druckkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Anwendungsfälle sind in den Ansprüchen 12 und 13 genannt.
  • Erfindungsgemäß wird die Drucksubstanz im Vorratstank des Druckkopfes mit einem Überdruck beaufschlagt, wobei der Vorratstank an eine Düsenplatte angeschlossen ist, in welcher die Düse angeordnet ist. Diese Düsenplatte wird während des Betriebs zumindest im Bereich der Düse auf einem Temperaturniveau deutlich unterhalb des Schmelzpunktes der Drucksubstanz gehalten. Die Drucksubstanz wird demzufolge in der Düse fest, so dass die „eingefrorene" Substanz die Düse verschließt. Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Druckkopf dadurch aus, dass auf der nicht zum Vorratstank gerichteten Seite der Düsenplatte zumindest im Bereich der Düse wenigstens ein Heizelement angeordnet ist, mit welchem in kurzer Zeit ausreichende Wärmeenergie an die Düse abgegeben werden kann, um die darin verfestigte Drucksubstanz zu verflüssigen und deren Austreten aus der Düse zu ermöglichen.
  • Ein wesentlicher Vorteil dieses Druckkopfes besteht darin, dass die verwendete Drucksubstanz, beispielsweise Wachs, während des gesamten Druckvorgangs nur wenig über ihren Schmelzpunkt erwärmt werden muss. Außerdem werden keine empfindlichen Pumpelemente im Düsenbereich benötigt, so dass die Betriebssicherheit gewährleistet ist. Durch die Düsenplatte, deren Temperaturniveau unterhalb des Schmelzpunktes liegt, wird sichergestellt, dass die Drucksubstanz in den Düsen „einfriert" und diese automatisch verschließt. Durch kurzzeitiges Einbringen zusätzlicher Wärmeenergie im Düsenbereich wird die Drucksubstanz verflüssigt, so dass sie im flüssigen Zustand auf das Trägermaterial aufgebracht werden kann.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Düsenplatte aus einem thermisch gut leitenden Material besteht, welches gleichzeitig gut mikrostrukturierbar ist. Insbesondere eignet sich einkristallines Silizium als Ausgangsmaterial für die Düsen platte. Durch Mikrostrukturierungsvorgänge können zahlreiche Düsen in der Düsenplatte eingebracht werden. Außerdem bereitet es keine Schwierigkeiten, elektrische Heizelemente im Düsenbereich anzuordnen.
  • Erfindungsgemäß wird zwischen dem Vorratstank, welcher die erwärmte und verflüssigte Drucksubstanz enthält, und der Düsenplatte eine thermisch trennende Isolationsschicht angeordnet. Der Wärmeeintrag von der verflüssigten Drucksubstanz in die Düsenplatte wird auf diese Weise stark reduziert, so dass das niedrigere Temperaturniveau der Düsenplatte aufrecht erhalten werden kann.
  • Wenn beispielsweise auf Grund geringer Baugrößen eine ausreichende thermische Entkopplung zwischen Vorratstank und Düsenplatte nicht möglich ist und/oder eine passive Kühlung der Düsenplatte zur Aufrechterhaltung des niedrigen Temperaturniveaus nicht ausreicht, wird die Düsenplatte vorzugsweise mit einem Kühlelement ausgerüstet, welches der Düsenplatte Wärmeenergie entzieht. Das Kühlelement kann beispielsweise als mikrostrukturiertes Kanalsystem aufgebaut sein, welches unmittelbar in die Düsenplatte integriert ist. In dem Kanalsystem wird ein Wärmeträgermedium zur Abfuhr der Wärme geführt. Bei abgewandelten Ausführungsformen können Peltierelemente oder auch passive Kühlkörper zur Wärmeabfuhr eingesetzt werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die in der Düsenplatte angeordneten Düsen durch einfache Öffnungen gebildet sind. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn Durchgangslöcher mit elliptischem Querschnitt zum Einsatz kommen, da auf diese Weise die Zeit bis zu einer vollständigen Verfestigung der Drucksubstanz im Querschnitt der Düse reduziert werden kann.
  • Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Druckkopfes kann ein Drucker zum Drucken von Braille-Zeichen ohne Weiteres aufgebaut werden. Die Braille-Zeichen werden durch Wachspunkte gebildet, die jeweils aus einer Vielzahl von aus dem Druckkopf geschleuderten Wachströpfchen zusammengesetzt werden.
  • Weiterhin kann der beschriebene Druckkopf vorteilhaft beim so genannten Rapid-Prototyping eingesetzt werden. Dabei werden dreidimensionale Formen erzeugt, indem einzelne Schichten aus Polymeren oder anderen geeigneten Materialien nacheinander aufgebracht werden, wodurch die Form schichtweise „wächst". Mit dem erfindungsgemäßen Druckkopf kann man solche Schichten drucken.
  • Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
  • 1 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Druckkopfes in einer seitlichen Schnittansicht;
  • 2 eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform des Druckkopfes in einer prinzipiellen seitlichen Schnittansicht;
  • 3 eine Detaildarstellung einer abgewandelten Düsenplatte des Druckkopfes in einer Längsschnittansicht;
  • 4 zwei mögliche Querschnittsformen von Düsen mit darin eingezeichnetem Verfestigungszustand einer Drucksubstanz nach unterschiedlichen Kühlzeiten.
  • In 1 ist eine prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckkopfes in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt. Neben den üblichen Bestandteilen eines Druckkopfes, wie mechanischen und elektrischen Anschlusselementen, Gehäuse usw. umfasst der erfindungsgemäße Druckkopf einen Vorratstank 1, in welchem eine Drucksubstanz 2 aufbewahrt wird. Mit geeigneten Heizmitteln (nicht dargestellt) wird die Drucksubstanz 2 im Vorratstank soweit erwärmt, dass sie in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.
  • Vorzugsweise wird Wachs oder dergleichen als Drucksubstanz verwendet. Es können aber auch andere geeignete Materialien, wie z.B. Polymere eingesetzt werden, welche sich durch Erwärmung verflüssigen lassen und bei Umgebungstemperatur schnell wieder abkühlen und verhärten. Die Drucksubstanz sollte eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 80°C und 200°C besitzen, vorzugsweise nicht oberhalb von 140°C. Die erforderlichen Heizmittel sind unter Berücksichtigung der ausgewählten Drucksubstanz und des Volumens des Vorratstanks 1 zu dimensionieren.
  • Der Druckkopf umfasst weiterhin eine Düsenplatte 3, welche den Vorratstank zur Druckseite hin abschließt bzw. in einer Weise an diesen angekoppelt ist, dass die verflüssigte Drucksubstanz zur Düsenplatte geleitet werden kann. In der Düsenplatte 3 sind mehrere Düsen 4 angeordnet, über welche verflüssigte Drucksubstanz austreten kann. In an sich bekannter Weise müssen die Düsen 4 in der Nähe eines Trägermaterials (nicht gezeigt) positioniert werden, um die Drucksubstanz auf die gewünschten Stellen des Trägermaterials aufzubringen. Da die Positionierungsmechanik und die erforderliche Steuerung dem Fachmann bekannt sind, wird an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
  • Die Düsenplatte 3 muss zur Realisierung der vorliegenden Erfindung auf geeignete Weise auf einem Temperaturniveau gehalten werden, welches zumindest im Bereich der einzelnen Düsen 4 unterhalb der Schmelztemperatur der Drucksubstanz liegt. Die Drucksubstanz, die vom Vorratstank 1 in die Düsen 4 eindringt, wird dadurch innerhalb der Düse abgekühlt und verfestigt sich beginnend von der Düsenwand bis die verfestigte Drucksubstanz die Düse 4 vollständig verschließt. Dies ist natürlich nur möglich, wenn der Querschnitt der Düsen 4 und die Dicke der Düsenplatte 3 so aufeinander abgestimmt sind, dass der in die Düsen eintretenden flüssigen Drucksubstanz ausreichend Wärme entzogen werden kann, um zumindest am Düsenausgang einen vollständigen Verschluss der Düse durch verfestigte Drucksubstanz zu erzielen. Abweichend von herkömmlichen Flüssigkeitsdruckern wird also eine bewusste „Verstopfung" der einzelnen Druckdüsen angestrebt.
  • Um zu einem gewünschten Zeitpunkt eine vorbestimmte Menge an flüssiger Drucksubstanz aus der Düse 4 austreten zu lassen, sind an der Düsenplatte in unmittelbarer Nähe der einzelnen Düsen 4 Heizelemente 5 angeordnet, bei deren Aktivierung Wärmeenergie in die Düse bzw. in die darin verfestigte Drucksubstanz eingeleitet wird. Die Heizelemente 5 können auf der Oberfläche der dem Vorratstank abgewandten Seite der Düsenplatte 3 angeordnet sein oder gegebenenfalls in die entsprechenden Oberflächenschichten integriert werden. Es eignen sich insbesondere elektrische Heizelemente, beispielsweise Dünnschichtwiderstände, die auf der Oberfläche der Düsenplatte 3 ausgebildet sind. Um die von den Heizelementen 5 bereitgestellte Wärmeenergie mit einer möglichst geringen Zeitverzögerung an die in der jeweiligen Düse 4 enthaltene Drucksubstanz weiterzuleiten, muss die Düsenplatte 3 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen. Da die Abstände zwischen den einzelnen Düsen 4 normalerweise sehr klein gehalten werden müssen, bieten sich zur Herstellung der Düsenplatte 3 wiederum Mikrostrukturierungsverfahren an. Das Material der Düsenplatte sollte somit auch gut mikrostrukturierbar sein. Diese beiden erforderlichen Eigenschaften werden beispielsweise von einkristallinem Silizium bereitgestellt.
  • Damit die verflüssigte Drucksubstanz bei aktiviertem Heizelement aus der Düse austreten kann, wird im Vorratstank ein Überdruck erzeugt. Dies lässt sich durch geeignete Erhitzung der Drucksubstanz im Vorratstank oder durch den zusätzlichen Einsatz von Überdruckerzeugern realisieren. Beispielsweise kann Druckluft in den Vorratstank eingepresst werden, um die Drucksubstanz mit ausreichendem Druck zu beaufschlagen. Ebenso ist es denkbar, auf mechanische Weise den gewünschten Druck auszuüben, z.B. durch eine belastete Druckplatte, die das für die Drucksubstanz zur Verfügung stehende Volumen permanent minimiert.
  • Sobald ein aktiviertes Heizelement 5 wieder abgeschaltet wird, kühlt die zugeordnete Düse und die darin enthaltene Drucksubstanz wieder ab, so dass die Düse durch die sich verfestigende Drucksubstanz wieder verschlossen wird. Wenn weitere Drucksubstanz aus der selben Düse abgegeben werden soll, muss das Heizelement erneut aktiviert werden.
  • 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Druckkopfes in einer seitlichen Schnittansicht. Die wesentliche Änderung gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass zwischen dem Vorratstank 1 und der Düsenplatte 3 eine Wärmeisolationsschicht 6 angeordnet ist. Die Düsenplatte 3 wird auf diese Weise weitgehend vom Vorratstank und der darin enthaltenen, erwärmten Drucksubstanz thermisch entkoppelt. Die von der erwärmten Drucksubstanz an die Düsenplatte abgegebene Wärme kann dadurch klein gehalten werden, so dass sich die Düsenplatte nicht zu stark erwärmt und das Temperaturniveau auch über einen langen Zeitraum deutlich unterhalb des Schmelzpunktes der Drucksubstanz gehalten werden kann.
  • 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Düsenplatte 3 in einer vereinfachten seitlichen Schnittansicht. Diese Ausführungsform ist zweckmäßig, wenn beispielsweise auf Grund der angestrebten kleinen Bauform keine ausreichende thermische Trennung zwischen dem Vorratstank und der Düsenplatte möglich ist. Zur verbesserten Wärmeabfuhr aus der Düsenplatte 3 ist ein Kühlkanalsystem 7 in die Düsenplatte integriert, in welchem ein Wärmeträgermedium geführt wird. Das Kühlkanalsystem 7 kann die gesamte Düsenplatte 3 im Wesentlichen gleichmäßig durchdringen oder auf die Bereiche in unmittelbarer Nachbarschaft der einzelnen Düsen 4 konzentriert werden. Bei besonders hohen Anforderungen ist es auch denkbar, dass jeder Düse ein eigenständig ansteuerbares Kühlsystem zugeordnet wird, auf welches die Kühlleistung konzentriert wird, sobald das jeweilige Heizelement 5 deaktiviert wurde und ein schneller Verschluss der Düse gewünscht ist. Natürlich kommen bei abgewandelten Ausführungsformen auch andere Kühlelemente in Frage, beispielsweise Peltierelemente oder Kühlkörper, die mit der Düsenplatte 3 verbunden werden.
  • Das in 3 beispielhaft gezeigte Kühlkanalsystem 7 kann bei der Verwendung von Silizium wiederum durch Mikrostrukturierungsschritte erzeugt werden.
  • Um einerseits die erforderlichen Strukturen in die Düsenplatte einzubringen und andererseits keine zu großen Wärmekapazitäten zu erhalten, welche eine unerwünschte Trägheit bei der Ansteuerung der einzelnen Düsen zur Folge hätte, soll die Düsenplatte vorzugsweise eine Dicke zwischen 100 μm und 600 μm aufweisen. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Düsenplatte ist einerseits sichergestellt, dass die von den Heizelementen 5 bereitgestellte Wärme zu einem schnellen Aufschmelzen der Substanz in der ausgewählten Düse führt. Andererseits wird die Wärme allseits gleichmäßig abgeleitet, so dass nicht die Gefahr besteht, dass benachbarte Düsen ebenfalls aufschmelzen.
  • In 4 sind zwei mögliche Querschnittsformen der Düse 4 gezeigt. Einerseits ist eine kreisrunde Düse möglich (linke Darstellung). Besondere Vorteile ergeben sich aber bei der Verwendung einer Düse mit elliptischem Querschnitt (rechte Darstellung). In beiden Darstellungen sind durch gestrichelte Linien zwei aufeinanderfolgende Verfestigungszustände der in der Düse liegenden Drucksubstanz angegeben, welche den verfestigten Querschnitt der Drucksubstanz nach Ablauf unter schiedlicher Zeiten t1 und t2 verdeutlichen. Bei einer gezielten Erwärmung der Düse 4 durch das ihr zugeordnete Heizelement wird die Drucksubstanz im gesamten Düsenquerschnitt verflüssigt. Nach Deaktivierung des Heizelements soll die Düse möglichst schnell wieder durch verfestigte Drucksubstanz verschlossen werden. Nach Ablauf einer vorbestimmten Abkühlzeit t1 ist ein vom Düsenrand beginnender Bereich verfestigt, der sich bis zur ersten Verfestigungszustandslinie 8 erstreckt. Bei einem kreisrunden Düsenquerschnitt erfolgt die Verfestigung im Wesentlichen konzentrisch. Bei der dargestellten elliptischen Querschnittsform liegt allerdings ein geringerer Abstand zwischen Längsachse und Düsenwand vor, gegenüber dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Düsenwand bei der kreisrunden Düse. Dies führt bei weiterer Abkühlung dazu, dass nach dem Ablauf der Kühlzeit t2 bei der kreisrunden Düse ein zweiter Verfestigungszustand 9 erreicht ist, der die Düse noch nicht vollständig verschließt. Demgegenüber führt nach der selben Zeit t2 der zweite Verfestigungszustand 9 bereits zu einem vollständigen Verschluss der Düse mit elliptischen Querschnitt.
  • Prinzipiell können die Düsenformen an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Es hat sich gezeigt, dass ein Düsenquerschnitt im Bereich von 2 × 10–9 bis 1 × 10–8 m2 zu guten Resultaten führt. Der Öffnungsdurchmesser der Düsen kann im Bereich zwischen 30 μm und 60 μm liegen.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass der beschriebene Druckkopf besonders vorteilhaft in einem Drucker für die Erzeugung von Braille-Zeichen eingesetzt werden kann. Außerdem ist es denkbar, dass mit diesem Druckkopf neuartige Drucker ausgerüstet werden, die gezielt Darstellungen mit wechselnden Topografien erzeugen können. Auf diese Weise können grafischen Darstel lungen beispielsweise zusätzliche haptische Eigenschaften hinzugefügt werden.
  • Der Druckkopf kann bei einer abgewandelten Ausführungsform. auch mehrere unabhängig voneinander zu betreibende Vorratstanks aufweisen, in denen beispielsweise farblich unterschiedliche Drucksubstanzen bevorratet werden. Für den Fachmann ist es auch ohne Weiteres ersichtlich, dass die Anordnung mehrerer Düsen in der Düsenplatte an den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden kann. Die Düsen können linear aneinander gereiht sein oder matrixförmig positioniert werden, um beispielsweise gleichzeitig mehrere Punkte eines Braille-Zeichens zu erzeugen.
  • 1
    Vorratstank
    2
    Drucksubstanz
    3
    Düsenplatte
    4
    Düse
    5
    Heizelement
    6
    Wärmeisolationsschicht
    7
    Kühlkanalsystem
    8
    erster Verfestigungszustand
    9
    zweiter Verfestigungszustand

Claims (13)

  1. Druckkopf für eine Drucksubstanz (2), die durch Erwärmung verflüssigt und nach dem Aufbringen auf ein Trägermaterial dort abkühlt und dabei wieder fest wird, umfassend: – einen mit Heiz- und Überdruckerzeugungsmitteln (5) ausgerüsteten Vorratstank (1), in welchem die Drucksubstanz durch Erwärmen verflüssigt und mit einem Überdruck beaufschlagt vorgehalten ist; – eine Düsenplatte (3) aus einem thermisch gut leitenden und gut mikrostrukturierbaren Material mit mindestens einer Düse (4), welche sich an den Vorratstank (1) anschließt, wobei zwischen dem Vorratstank (1) und der Düsenplatte (3) eine thermische Isolationsschicht (6) vorgesehen ist und das Temperaturniveau der Düsenplatte (3) auf einem Nivau unterhalb der Schmelztemperatur der Drucksubstanz (2) gehalten ist; – ein Heizelement (5), welches auf der dem Vorratstank (1) abgewandten Seite der Düsenplatte (3) im Bereich der Düse (4) angeordnet ist, welches bei Aktivierung Wärmeenergie an die Düsenplatte (3) im Bereich der Düsen (4) abgibt, um die darin verfestigte Drucksubstanz (2) zu verflüssigen, so dass diese aus der Düse (4) austreten kann; wobei der im Vorratstank (1) erzeugte Überdruck ausreichend hoch ist, um die Drucksubstanz (2) bei erwärmter Düse (4) tröpfchenförmig aus dieser herauszupressen und auf das Trägermaterial zu schleudern.
  2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (3) aus Silizium besteht und dass das Heizelement (5) durch elektrisch versorgte Dünnschichtwiderstände gebildet ist.
  3. Druckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Düsenplatte (3) ein Kühlelement (7) angekoppelt ist.
  4. Druckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement durch ein in die Düsenplatte (3) integriertes Kanalsystem (7) gebildet ist, in welchem ein Wärmeträgermedium geführt wird.
  5. Druckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement mindestens ein Peltierelement ist.
  6. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) durch ein Durchgangsloch mit elliptischem Querschnitt in der Düsenplatte (3) gebildet ist.
  7. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck im Vorratstank (1) durch Einleitung eines unter Druck stehenden Gases oder durch Verringerung des Volumens des Vorratstanks erzeugt wird.
  8. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Düsen (4) mit jeweils getrennt ansteuerbaren zugeordneten Heizelementen (5) in der Düsenplatte (3) angeordnet sind.
  9. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Vorratstanks (1) mit jeweils zugeordneten Düsen (4) und Heizelementen (5) umfasst.
  10. Druckkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Vorratstanks (1) eine gemeinsame Düsenplatte (3) besitzen.
  11. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Drucksubstanz (2) ein Material mit einer Schmelztemperatur zwischen 80°C und 140°C, insbesondere Wachs verwendet wird.
  12. Braille-Zeichen-Drucker, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11 besitzt.
  13. Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Form nach dem Rapid-Prototyp-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Erzeugung der dreidimensionalen Form einen Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11 einsetzt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007019853A1 (de) * 2007-04-25 2008-10-30 Atlantic Zeiser Gmbh Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler bzw. haptisch wahrnehmbarer Informationen auf einem flächigen Informationsträger und Informationsträger
GB0917936D0 (en) 2009-10-13 2009-11-25 3D Printer Aps Three-dimensional printer
GB2549720A (en) * 2016-04-25 2017-11-01 Jetronica Ltd Industrial printhead

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56113472A (en) * 1980-02-15 1981-09-07 Nec Corp Injecting method for ink fsmall-drop
JPH05338143A (ja) * 1992-06-12 1993-12-21 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd インクジェットヘッド
DE19500391A1 (de) * 1995-01-09 1996-07-11 Frank Prof Dr Giesner Darstellung von Informationen insbesondere für Blinde
JPH0939370A (ja) * 1995-07-27 1997-02-10 Yuji Okuyama 高耐用度点字及び同点字作成用具
DE69425958T2 (de) * 1993-02-12 2001-01-25 Tonejet Corp Pty Ltd Verfahren und vorrichtung zur herstellung von tropfen
DE69033809T2 (de) * 1989-10-30 2002-04-25 Stratasys Inc Gerät und Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler Objekte

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56113472A (en) * 1980-02-15 1981-09-07 Nec Corp Injecting method for ink fsmall-drop
DE69033809T2 (de) * 1989-10-30 2002-04-25 Stratasys Inc Gerät und Verfahren zum Erzeugen dreidimensionaler Objekte
JPH05338143A (ja) * 1992-06-12 1993-12-21 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd インクジェットヘッド
DE69425958T2 (de) * 1993-02-12 2001-01-25 Tonejet Corp Pty Ltd Verfahren und vorrichtung zur herstellung von tropfen
DE19500391A1 (de) * 1995-01-09 1996-07-11 Frank Prof Dr Giesner Darstellung von Informationen insbesondere für Blinde
JPH0939370A (ja) * 1995-07-27 1997-02-10 Yuji Okuyama 高耐用度点字及び同点字作成用具

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