打印材料液位感测的制作方法

打印材料液位感测


背景技术：

1.打印装置喷射打印材料以形成图像或结构。打印材料可以储存在容器中，打印装置从容器中抽取打印材料以供喷射。随着时间的推移，容器中的打印材料的液位降低。打印材料液位传感器用于确定打印材料的当前液位。
附图说明
2.现在将借助于非限制性示例、参考附图来描述示例，在附图中：
3.图1示出了示例性打印材料液位传感器；
4.图2示出了打印材料液位感测装置的示例性序列；
5.图3示出了油墨液位感测的测量结果；
6.图4a和图4b示出了已经停止加热之后的示例性信号衰减；
7.图5示出了示例性查找表；
8.图6示出了示例性打印材料液位感测；
9.图7示出了打印材料液位感测的另一个示例；
10.图8a、图8b和图8c示出了控制电路的示例；
11.图9示出了示例性控制电路；
12.图10a示出了示例性打印材料容器；
13.图10b示出了示例性打印材料液位传感器和示例性电连接焊盘；
14.图11a至图11c示出了打印材料液位感测装置的示例性序列。
具体实施方式
15.图1示出了示例性打印材料液位传感器1。示例性打印材料液位传感器1包括打印材料液位感测装置序列2和控制电路3。打印材料液位感测装置序列2从节点10接收电力。节点10从电源接收电力。
16.图2示出了打印材料液位感测装置序列2的部分的示例。在图2的示例中，一对加热器4和传感器5形成打印材料液位感测装置6。通过这种方式，打印材料液位感测装置序列间隔设置以检测容积7内的相继深度区域处的打印材料的存在。容积7被示出为部分地填充有打印材料8。容积的其余部分可以填充有气体，比如空气9。当打印装置在打印中使用打印材料时，打印材料填充容积的程度将会随时间变化。如果补充容积中的打印材料，则填充容积的程度也会改变。示例性打印材料可以包括以下中的任一项：油墨(例如基于染料的油墨或基于颜料的油墨)、定影剂(例如，用于粘合油墨)、底漆(例如，用于底层涂料)、面漆(例如，用于涂层)、助熔剂(例如，用于三维打印)、以及细化剂(例如，用于三维打印)。而且，合适的打印材料可以例如包括可以被滴定以用于生命科学应用的材料。
17.打印材料液位感测装置6的加热器4在其深度区域处发出热量，并且传感器5在深度区域处感测热量以基于所感测的热量而输出信号。传感器5足够靠近加热器4以在加热器正在发出热量时感测热量。接线11使得能够从节点10向序列2中的加热器4供应电力。
18.控制电路3使得能够在第一深度区域的感测期间将第一深度区域处的第一打印材料液位感测装置的加热器打开第一持续时间，以及在第二深度区域的感测期间将第二深度区域处的第二打印材料液位感测装置的加热器打开第二持续时间，第二深度区域比第一深度区域更远离电源节点，第二持续时间比第一持续时间长。在一个示例中，第二打印材料液位感测装置可以与第一打印材料液位感测装置相邻。在图2的示例中，示出为更远离节点10的加热器(即，在图2的示例中，被描绘为处于打印材料8中的加热器)打开的持续时间比示出为更靠近节点10的加热器(即，在图2的示例中，被描绘处于打印材料8上方的加热器)长。
19.在一个示例中，控制电路3可以在第三深度区域的感测期间将第三深度区域处的第三打印材料液位感测装置的加热器打开第三持续时间，第三深度区域比第二深度区域更远离电源节点，第三持续时间比第二持续时间长。
20.通过在更远离节点10的加热器的深度区域的感测期间使该加热器加热的持续时间比在更靠近节点10的加热器的深度区域的感测期间使该加热器加热的持续时间长，可以一致地执行测量以确定在每个深度区域处是否存在打印材料，这与深度区域是更靠近还是更远离电源节点无关，并且因此感测为加热器供电的电源。
21.这将参考图3进行进一步解释。图3示出了来自打印材料液位感测装置序列的传感器0至传感器120的测量结果。与上述描述相反，图3的数据是通过将每个加热器加热相同的预定时间量而获得。传感器是从顶部位置处的传感器0至底部位置处的传感器120沿着x轴绘制的。在这种布置中，传感器0及其相关联的加热器(加热器0)最靠近为加热器供电的电源。传感器120及其相关联的加热器(加热器120)最远离为加热器供电的电源。y轴示出由每个传感器输出的信号的测量值。在图3的示例中，通过将传感器的相关联的加热器打开预定时间量、关闭加热器、等待固定延迟量到期、然后测量信号，来从传感器获得测量值。
22.在图3中，上面的结果线是在从顶部的传感器0至底部的传感器120的所有传感器周围都存在空气时的结果。换言之，容器是空的并且不存在打印材料。下面的结果线是当从底部传感器120一直到传感器50周围存在打印材料(在该示例中为油墨)时的结果。在传感器50周围的上方(即，从那里一直到传感器0)，存在空气。下面的结果线的阶跃变化示出了从打印材料到空气的过渡。因此，其示出了容器中存在的打印材料的液位，因此示出了打印材料量。
23.从图3可以进一步看出，上面的结果线具有从曲线图左手侧的传感器0位置至曲线图右手侧的传感器120位置的斜率。对于传感器0，测量到超过180的测量计数值，而对于传感器120，测量到超过100的测量计数值。因此，测量值随着传感器位置变得距顶部越来越远并且越来越靠近底部而减小。
24.下面的结果线在存在空气的区域中和在存在打印材料的区域中两者表现出类似斜率。虚线示出了直到传感器0位置始终都存在打印材料的情况下存在打印材料的区域中的斜率将如何继续。可以看出，根据传感器0位置处存在空气和打印材料中的哪一种的测量值的差值显著高于取决于传感器120位置处存在空气和打印材料中的哪一种的测量值的差值。因此可以确定存在空气和打印材料的灵敏度在传感器0位置处高于在传感器120位置处。
25.发明人已经确定，测量值的降低是由于打印材料液位感测装置的加热器随着距电源的距离的增加而遭受的寄生电压降。打印材料液位感测装置序列可以设置在其上的窄载
体以及从节点向打印材料液位感测装置传输电力的窄接线带来了寄生电压降。由于寄生电压降，在给定的时间量内，更远离电源的加热器比更靠近节点并因此更靠近电源的加热器接收更少的电力。接线中的寄生电压降的原因是接线的窄度和接线可以制造的厚度。换句话说，接线的宽度远小于其长度。对于更远离电源的加热器，接线的长度大于更靠近电源的加热器的接线的长度，并且因此寄生电压降更大。接线可以例如是将电力从电源传输到加热器的金属迹线的形式，比如薄膜金属迹线。金属迹线可以通过硅cmos制造工艺形成在载体上。金属迹线可以例如包括铝。作为示例，金属迹线可以具有不大于100μm的宽度和至少10,000μm的长度。
26.与图3中所示的测量结果相反，以上所描述的其中更远离节点的加热器被供应电力的持续时间比更靠近节点的加热器长的示例性布置能够确保测量可以在每个打印材料液位感测装置处从相同或类似起始温度开始执行，而与打印材料液位感测装置所位于的深度区域无关。由此对于每个打印材料液位感测装置可以实现相同或类似的灵敏度，并且可以避免不期望的信噪比(snr)降低，从而使得能够更准确地确定打印材料的剩余量。在其中最顶部传感器最靠近节点并因此最靠近电源并且最底部传感器最远离节点的示例性布置中，可以在容器接近空状态时准确地确定打印材料的剩余量。
27.图4a和图4b示出了在执行测量之前在深度区域处将加热器加热以获得更高的起始温度的效果。例如，如果在从停止加热时起已经达到固定延迟时间之后进行测量，则对于更高的起始温度，所感测的信号在延迟时间期间可能发生更大的衰减。这与从较低起始温度起衰减的深度区域相比提供了更高辨别度。因此，电路具有更大的动态工作范围。从起始温度起的衰减速率将根据传感器周围存在的材料的热容而变化，由此可以确定存在打印材料和空气中的哪一种。
28.再次转向图1和图2，在一个示例中，控制电路3可以将在比第一深度区域距电源节点更近的深度区域处的一组打印材料液位感测装置中的每个打印材料液位感测装置6的加热器4打开相同持续时间。在一个示例中，以从最靠近电源节点的打印材料液位感测装置到这组中最远离电源节点的打印材料液位感测装置的顺序对这组中的每个打印材料液位感测装置6执行感测。通过这种方式，避免为这组中的打印材料液位感测装置的每个加热器设置或获得不同的持续时间。对于靠近电源节点的一组感测装置，这种避免是可行的，因为寄生电压降的效果对于这样的组将是有限的。例如，如果有超过一百个感测装置，则这组可以包括最靠近电源节点的二十个感测装置。
29.在示例性打印材料液位传感器中，控制电路3可以在为每个打印材料液位感测装置设置的持续时间内打开该打印材料液位感测装置6的加热器4。所设置的持续时间可以由控制电路存储或从外部存储装置或外部装置获得。例如，所设置的持续时间可以由控制电路从打印机装置获得。在一个示例中，控制电路可以从查找表接收为打印材料液位感测装置设置的持续时间。查找表可以存储每个打印材料液位感测装置的标识符以及每个打印材料液位感测装置的持续时间。图5中示出了示例。
30.在另外的示例中，控制电路3可以在确定为前一打印材料液位感测装置的持续时间加上增量时间量的持续时间内打开后继打印材料液位感测装置6的加热器4，每个打印材料液位感测装置所在的深度区域与前一打印材料液位感测装置相邻并比前一打印材料液位感测装置距电源节点10更远。作为示例，增量时间量可以具有固定值。
31.作为示例，对于每个后继打印材料液位感测装置，增量时间量可以具有相同值。作为另外的示例，增量时间量的值可以根据后继打印材料液位感测装置与前一打印材料液位感测装置之间的距离。通过这种方式，如果例如打印材料液位感测装置不是均匀间隔开的，则与前一(即，更靠近电源节点的)打印材料液位感测装置的加热器相比，可以使增量时间量更好地对应于给定的打印材料液位感测装置的加热器所遭受的寄生电压降。
32.图6示出了执行示例性打印材料液位感测的示例性流程图。在示例中，选择了要测试的区域。可以根据区域选择信号来选择区域。在一个示例中，此信号可以从比如打印机等外部装置接收。在另一个示例中，信号可以由控制电路3产生或以其他方式获得。例如，信号可以由控制电路3的控制器产生。然后可以获得选定区域的热计数。在一个示例中，这个热计数可以由控制电路从存储每个区域的相应热计数的查找表获得。在一个示例中，查找表可以存储在比如打印机等外部装置中。在另一个示例中，查找表可以存储在控制电路的存储器中。热计数指示应将选定区域(即，选定打印材料液位感测装置)的加热器打开的持续时间。控制电路然后可以控制将选定区域的加热器打开由获得的热计数指示的持续时间。在已经将加热器打开所指示的持续时间之后，控制电路关闭加热器。在一个示例中，在加热器关闭之后，控制电路然后可以等待直到已经达到固定延迟量。在已经达到固定延迟量之后，控制电路可以从选定区域中的打印材料液位感测装置的传感器获得信号。作为示例，延迟时间可以是至少10μs。作为另一个示例，延迟时间可以是至少60μs。作为另一个示例，延迟时间可以在60
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80μs的范围内。作为另一个示例，延迟时间可以是至少1000μs。在另一个示例中，可以在能够停止向加热器供应电力时进行测量。在另外的示例中，可以在停止向加热器供电之前进行测量。然后可以确定是否要测试另一个区域。例如，可以继续测试，直到已经测试了所有区域。如果要测试另一个区域，则可以根据区域选择信号来选择区域。
33.图7示出了执行示例性打印材料液位感测的另一个示例性流程图，该流程图类似于图6的流程图。在图7的示例中，选择最靠近电源节点10的区域作为要测试的第一区域。可以使用例如从比如打印机等外部装置接收的或例如由控制电路3产生或以其他方式获得的区域选择信号来选择区域。然后可以获得选定区域的热计数。在图7的示例中，控制电路3可以从比如打印机等外部装置接收热计数。控制电路可以将热计数存储在寄存器中。在图7的示例中，热计数是基本热计数，该基本热计数指示要将选定区域的加热器(即，最靠近电源节点的打印材料液位感测装置的加热器)打开的持续时间。控制电路然后可以控制在与热计数相对应的持续时间内打开最靠近电源节点的打印材料液位感测装置的加热器。在已经将加热器打开所指示的持续时间之后，控制电路关闭加热器。作为示例，在加热器关闭之后，控制电路然后可以等待直到已经达到固定延迟时间。在已经达到固定延迟时间之后，控制电路可以从区域传感器(即，从最靠近电源节点的打印材料液位感测装置的传感器)获得信号。
34.然后可以确定是否要测试另一个区域。例如，可以测试另一个区域，直到确定已经测试了所有区域。在图7的示例中，可以选择下一个相邻区域作为要测试的区域。这个区域是最靠近电源节点的第二个区域，并且因此是最靠近电源节点的第二个打印材料液位感测装置。然后热计数以增加量(增量)增加以获得新的热计数。然后使这个区域的打印材料液位感测装置的加热器加热由新的(即，增加后的)热计数指示的持续时间。在已经将加热器打开所指示的持续时间之后，控制电路关闭加热器。作为示例，在加热器关闭之后，控制电
路然后可以等待直到已经达到固定延迟时间。在已经达到固定延迟时间之后，控制电路可以从区域中的正在测试的打印材料液位感测装置的传感器获得信号。可以重复图7的过程直到已经测试了所有打印材料液位感测装置。每当要测试新的打印材料液位感测装置(例如与先前测试的打印材料液位感测装置相邻且更远离电源节点)时，以增量增加热计数以增加打印材料液位感测装置的加热器打开的持续时间。通过这种方式，可以补偿由于接线长度增加而导致的寄生电压降。
35.作为图7的示例性感测的另外的示例性变体，相同的热计数可以用于最靠近电源节点的一组打印材料液位感测装置。例如，在测试最靠近电源节点的区域之后，可以用相同的热计数来测试最靠近电源节点的下一个区域。这可以对形成最靠近电源节点的一组区域的多个相邻区域进行重复。例如，相同的热计数可以用于多达二十个区域(即，打印材料液位感测装置)的组。考虑图7的流程图，在这组区域内，增加热计数的增量为零。当要测试这组外(即，比这组更远离电源节点)的第一打印材料液位感测装置时则，增量可以采取为正的非零值。然后，对于每个要测试的后续区域，热计数可以以增量相继地增加。
36.在图7的示例中，热计数的增加可以由比如打印机等外部装置执行。控制电路可以从外部装置接收增加后的热计数。替代地，控制电路可以自身增加热计数。例如，控制电路可以包括升计数器，用于以增量增加热计数。
37.在图6和图7的示例中，描述了随着在距电源节点10和因此离电源越来越远的距离处测试区域而增加热计数。作为另外的示例，可以首先测试更远离电源节点的加热区域，然后测试更靠近电源节点的加热区域。在这种情况下，随着测试更靠近电源节点的每个区域，热计数可以相继地递减。例如，如果最顶部区域最靠近电源节点，则可以在最底部区域处以基本热计数开始感测。然后可以以增量减少基本热计数以测试紧邻最底部区域的相邻区域。然后，对于更远离最底部区域的每个区域，热计数可以以增量相继地减少。
38.作为控制电路的示例，控制电路可以包括热脉冲发生器12，该热脉冲发生器用于接收热计数并输出热脉冲信号以在与热计数相对应的持续时间内打开选定打印材料液位感测装置的加热器。这例如在图8a中示出。
39.作为另外的示例，控制电路还可以包括寄存器13，该寄存器用于存储如图8b所示的热计数。作为再一示例，控制电路可以包括升计数器14，该升计数器用于以增量热计数量增加热计数。例如，图8c示出了其中寄存器可以最初加载有基本热计数的示例，该基本热计数可以通过升计数器增加地调整以向热脉冲发生器提供增加后的热计数。控制器15可以设置增加调整的增量。例如，控制器可以将增量设置为零以使用最靠近电源节点的打印材料液位感测装置来执行感测测量。控制器然后可以向计数器施加恒定的增量，以相继地增加相继地更远离功率节点的每个后续区域的热计数。作为另一个示例，控制器可以针对最靠近功率节点的一组区域中的每一个将增量设置为零，然后施加恒定的增量以相继地增加相继地更远离功率节点的每个后续区域的热计数。作为示例，控制器可以是微控制器、cpu、处理单元等。控制器可以具有相关联的存储器。
40.在一个示例中，由热脉冲发生器产生的热脉冲信号可以控制开关以打开选定区域中的打印材料液位感测装置的加热器。图9中示出了示例。在此，由热脉冲发生器12产生的热脉冲信号控制开关以通过接线11向选定区域中的打印材料液位感测装置的加热器4提供电力。例如，开关可以是可由热脉冲信号启用的场效应晶体管(fet)。在图9中，为了简单起
见，描绘了单个加热器4和传感器5。应当理解，每个加热器4和传感器5类似地连接至控制电路。
41.图10a示出了其中具有打印材料液位传感器1的示例性打印材料容器20。打印材料容器20包括电连接焊盘21，这些电连接焊盘用于连接至打印机的电连接器。电连接焊盘21还连接至设置在容器20内的打印材料液位传感器。图10b中示出了打印材料液位传感器1和电连接焊盘21的示例。在此示例中，设置有四个电连接焊盘，即，接地连接焊盘g、串行时钟连接焊盘c、电源电压连接焊盘v以及串行数据输入/输出焊盘d。可以设置更多或更少的焊盘。电连接焊盘可以形成通信总线协议，例如用于与打印机通信的i2c数据接口。电连接焊盘可以实现打印机与打印材料液位传感器之间的信号和电力的通信。
42.以上所描述的图2示出了打印材料液位感测装置序列的一个示例。图11a至图11c中示出了打印材料液位感测装置序列的其他示例。在图8a的示例中，加热器4和传感器5成对布置，标记为0、1、2、...n。因此，加热器和传感器布置成并排成对的阵列。每一对均是打印材料液位感测装置6。
43.在图11b的示例中，加热器4和传感器5以竖直间隔开的堆叠阵列布置。图11c是图11b的剖视图，其进一步示出了形成打印材料液位感测装置6的成对加热器4和传感器5的堆叠布置。
44.在上述示例中，打印材料液位感测装置的加热器可以包括电阻器。作为示例，加热器可以具有至少10mw的加热功率。作为另外的示例，加热器可以具有小于10w的加热功率。传感器可以包括具有特征温度响应的二极管。例如，在一个示例中，传感器可以包括p
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n结二极管。在其他示例中，可以采用其他二极管或者可以采用其他热传感器。例如，传感器可以包括电阻器，比如金属薄膜电阻器。例如通过在制造堆叠中在加热器上方形成电阻器，电阻器可以例如位于加热器与打印材料之间。
45.在上述示例中，打印材料液位感测装置的传感器足够靠近相关联的加热器以在加热器发出热量时感测热量。例如，传感器距加热器的距离可以不大于500μm。在另外的示例中，传感器距加热器的距离可以不大于20μm。作为一个示例，传感器可以是在制造堆叠中在加热器电阻器层上方不到1μm处形成的金属薄膜电阻器层。在这样的示例中，传感器电阻器层和加热器电阻器层可以由介电层分开。
46.在上述示例中，打印材料液位传感器中可以有至少五个打印材料液位感测装置。作为另外的示例，可以有至少十个打印材料液位感测装置。作为再一示例，可以有至少二十个打印材料液位感测装置。例如，可以有至少一百个打印材料液位感测装置。
47.在上述示例中，加热器和传感器可以支撑在细长条带上。条带22在图1、图2和图10c中示出。条带可以包括硅。条带可以具有至少为20的纵横比，该纵横比为条带的长度/宽度之比。
48.为了将从电源接收的电力供应到每个加热器4，可以设置有接线11。如上所述，接线11可以是将电力从电源传输到加热器的一根或多根金属迹线的形式，比如薄膜金属迹线。金属迹线可以例如通过硅cmos制造工艺形成在条带上。金属迹线可以例如包括铝。作为示例，金属迹线可以具有不大于100μm的宽度。金属迹线的长度可以是其宽度的至少一百倍。作为示例，金属迹线可以具有至少10,000μm的长度。
49.图11a至图11c另外示出了打印材料液位感测装置6的加热器4的脉冲产生以及随
后通过相邻材料散热的示例。在图11a至图11c中，热强度随着更远离热源(即，打印材料液位感测装置6的加热器4)而下降。散热由图11a至图11c中的交叉影线的变化示出。
50.虽然已经参考某些示例描述了设备、方法和相关方面，但是可以进行各种修改、改变、省略和替换，而不脱离本公开的精神。因此，其意图是设备、方法和相关方面仅由所附权利要求及其等同物的范围来限制。应当注意，上文提到的示例展示而非限制本文中描述的内容，并且本领域技术人员将能够设计出许多替代实施方式，而不脱离所附权利要求的范围。
51.词语“包括”并不排除权利要求中列出的那些元件以外的元件的存在，并且“一”或“一个”并不排除复数个。
52.任一从属权利要求的特征可以与任一独立权利要求或其他从属权利要求的特征组合。