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喷墨打印断墨分析与对策(一)
发表时间:2016-11-17

喷墨打印断墨分析与对策(一)

供墨系统部分

作者:程瑜明  工程师

杭州科百特过滤器材有限公司 化工事业部数码喷印组

 

前言

喷墨打印设备断墨是最频繁发生的事件,此问题一出,其它均不用去考虑了。在实际应用中很多人遇到断墨事件就是简单地更换部件、调节参数,往往这些行动并不会见效,主要就是没有找到问题发生的根源。为此,我把断墨的主要原因通过机械、电子、化学这三个方面知识和经验来分析探讨,并提出一些处理对策供大家分享。

 

供墨系统分析及对策

1、流量。这是指每一个喷头的流量,在设计时要对一色几头的墨路中总流量了解,这对于墨路中各部件的压损控制是至关重要的。当墨路中的压损值过大,也就无法提及时供给墨头一定的墨水量,故断墨也是难以避免了。

 

喷头流量(ml/min)=实际用孔数*墨滴量(选最大pl值)*点火频率(KHZ)*60秒*10^-6

 

在上述流量计算公式中有二个参数是变量,这样在实际应用中也就充满了很多变数。当点火频率不同时,喷头的墨滴量也会随之变化,这时总流量也就发生了变化。针对目前常用的一个喷头作为案例来说明,它的测试结果在表1中所示。在不同的点火频率时,喷头需求的流量与理论值之间的变化还是很大的。

 

表1 某喷头在不同点火频率时墨滴变化及最大流量需求

 

打印状态

点火频率(KHz)

墨滴(pl )

流量(ml/min)

备注

1

理论计算

30

24

44

用于基本核算

2

实际高速

28

31

53

适合高速打印

3

实际中速

20

35

43

需大墨滴时选用

4

实际低速

10

23

14

用于墨水基本打印测试

 

 

2、压损。通常一个供墨系统中可分为有压和微负压二部分,有压系统因有泵在供墨,故墨路中墨水流动时约有几十KPa的压力存在,在这样的压力条件下,各部件的压损值所占比重较小。但对于二级墨盒到喷头前这部分的供墨系统,它的压力为一个较小的负压,通常只有负几KPa(由喷头工作时产生),这时各部件的压损值所占比重就显得大了,通常断墨原因就是这一部分的压损过大,超出喷头本身所能产生的吸墨能力而造成的。

 

压损值(Pa)=8*粘度(Pa.S)*管长(m)*流量(m^3/S)∕π* 管半径(m)^4

 

在上述压损值计算公式中,粘度和流量都是一个变量,粘度主要受温度及不同喷头要求的影响。在实际应用中天气一凉,粘度发生较大变化从而就易造成断墨。其次墨路中的总压损值接近临界状态,当条件发生变化时还以最大流量打印深色图案时墨水就会供应不上,也会造成断墨。

通常我们建议在设计供墨系统时要先用上述公式核算一下墨路的各相关参数求出总的理论压损值,然后再模拟搭建一路实际墨路(部件和接法均与实际墨路一样)作一次测定,若二者的误差在10%以内基本就可确认,否则要找原因解决。

通常头前过滤器的压损在这一墨路中影响是最大的,故正确选择一个头前过滤器是降低头前压损一个关键点。同时选择这个过滤器不能仅以面积大作为降低压损为依据,因这一段的工况是整体流和扩散流二种液体流动方式并存,这个过滤器要考虑的是以何种工艺方式才能以最大面积接触墨水,故用紧密折叠工艺做成的过滤器不宜放在这儿,需用特别工艺做成的低压差,大流量的过滤器。

在选择时也要考虑到流量、粘度、压损这三者之间的关系,如下以一个流量为100ml/min@压损值50mmAq/粘度10CP的过滤器为例,用于不同喷头为例说明:

要求压损25mmAq,粘度10CP,这时流量减为50ml/min来计

墨水为低粘度(5CP),压损25mmAq,这时流量还为100ml/min来计。

图1所示是设计师设计好供墨系统后,对二级墨盒到喷头间的墨路在不同温度变化时改变各部件参数时对流量、压损、半月弯值等进行测试的实况。

   图1 压损值测试(客户做测试实况)

 

3、兼容性很多墨路中的部件,对于不同墨水的溶胀或溶解能力是不一样的。通常在设计供墨系统时对墨路中这些部件的材料均要做相应的兼容性测试。实际应用中大多是用重量变化作为兼容性测试方法,通常会有五种结果供选择。

A、墨管。表2中所示了二种常用墨管对墨水中不同溶剂兼容性情况。

对于同类材料的管子,因原料厂家不同它的兼容性也是有所差异。

墨水对一些金属、橡胶、胶水也是要做兼容性测试。有时结果也是很让人吃惊的,所以对墨路中与墨水相接触的材料均要做兼容性测试。很多喷头堵头原因也是没有做过兼容性测试所致,故一定要引起重视。

B、清洗液、填充液等助剂的相容性测试。与墨水可能有接触的清洗液、填充液等助剂,与墨水都需要做相容性测试,确定没有可能对喷头造成堵塞的反应发生。

C、材料的屏障性能测试。对于墨水可能长期保留在其中的管路及容器材料,应测量墨水透过管壁或容器壁挥发的速率,以判断墨水静止存放在管路中的安全时间。

 

表2二种墨管的化学兼容性测试

A、良好。腐蚀轻或无,二周浸泡后重量变化小于1%;

B、可用。但有明显腐蚀,二周浸泡后重量变化小于3%:

C、不适用。腐蚀严重,二周浸泡后重量变化大于3%以上:

D、选择性用。同类材料配方等不同,耐蚀性有差异,选用时要慎重;

E、可能产生应力腐蚀破裂。用这类墨水时壳体材料要专门选择。

 

4、抗扰动主要考良所设计的墨路对于压力、流量突变时的应对能力。在设计时要考虑用什么措施来应对这二个变量对现有墨路的扰动。

 

表3  压力与流量变化对打印影响

 

  • 变量
  • 过低
  • 过高
  • 变化过大
  • 对策
  • 评判
  • 1
  • 压力
  • 图案浅
  • 严重时断墨
  • 喷嘴挂墨
  • 严重时断墨
  • 深浅道
  • 弹性墨囊
  • 加大负压容量
  • 解决压力突变
  • 2
  • 流量
  • 喷印断墨
  • 严重时断墨
  • /
  • 深浅道
  • 加缓冲瓶
  • 加大管径
  • 解决流量突变

 

 

A、压力突变产生拖链移动时墨管中墨水质点的势能和动能均会发生变化。特别是电机转向时的加速度使墨水获得更大动能,这些均受到贝努利方程约束。

B、压力突变处理。主墨瓶到喷头间若是直联供墨方式时,需加入压力吸收器(墨囊)。虹吸供墨到喷头间方式时,拖链移动所产生的压力波动大多被二级墨盒所吸收,若压力波动还是过大,也需加入缓冲吸收器。

对于二级墨盒到喷头间管子不能过分摆动,不然也易产生压力波动。墨囊的工作原理类似电路中的电感器。

当采用负压方式所产生半月弯,则要加大负压容量、精度来对抗压力波动。

C、流量突变产生。由浅色突变成深色图案且持有一定时间,后续墨水一时无法供上时所发生断墨现象

D、流量突变处理。二级墨盒到喷头间压损过大时,可在近喷头处加入缓冲器(管径加大,且存有少量墨水)解决。缓冲器工作原理类似电路中的电容器。