具有冲压纳米陶瓷层的流体喷射管芯的制作方法

具有冲压纳米陶瓷层的流体喷射管芯


背景技术：

1.打印装置，包括独立打印机以及将打印功能与诸如扫描和复印的其他功能相结合的一体化（aio）打印装置，可以使用各种不同的打印技术。一种类型的打印技术是喷墨打印技术，其更一般地是一种类型的流体喷射技术。流体喷射装置具有流体喷射管芯，其能够选择性地喷射流体，如墨、粘合剂、生物样品、试剂、反应物等。
附图说明
2.图1a和1b是具有冲压纳米陶瓷层的示例性流体喷射管芯盒的剖视图。
3.图2是具有冲压纳米陶瓷层的示例性流体喷射管芯盒的一部分的详细剖视图。
4.图3是示意图，示出了流体喷射管芯盒的流体喷射管芯上的纳米陶瓷层的示例性冲压。
5.图4是组装具有冲压纳米陶瓷层的流体喷射管芯盒的示例性方法的流程图。
6.图5是具有冲压纳米陶瓷层的示例性流体喷射管芯盒的框图。
7.图6是包括具有冲压纳米陶瓷层的流体喷射管芯盒的示例性流体喷射装置的框图。
具体实施方式
8.诸如喷墨打印装置的流体喷射装置可包括流体喷射管芯，其选择性地喷射流体，例如墨、粘合剂、生物样品、试剂、反应物等。流体喷射管芯可以是流体喷射管芯盒的一部分，该流体喷射管芯盒还包括盒主体，管芯流体地附接到盒主体。例如，该盒能够可替换地插入到流体喷射装置中。该盒可以包括贮存器和/或流体连接器，贮存器用于容纳所述管芯将要喷射的流体，流体连接器用于将所述盒流体地连接到所述盒外部的流体供应源。
9.流体特别地通过流体喷射管芯的暴露的喷嘴板的喷嘴来喷射。喷嘴板也可称为孔板。喷嘴板可由相对软的材料制成，例如su-8环氧负性光刻胶。因此，喷嘴板可能易于受到机械损坏，例如在使用期间的刮擦。这种机械损坏可能由于在介质（例如纸）上喷射流体期间与介质接触而发生以及当在服务站处管芯在流体喷射装置内经受清洁或擦拭时发生。
10.由于su-8环氧负性光刻胶的高表面能，流体喷射管芯的喷嘴板还容易发生流体搅混（puddling）和粘附。在使用乳胶墨的情况下尤其如此，乳胶墨可以以非与乳胶涂料不同的方式在喷嘴板上干燥。因此，管芯可能必须经受频繁的维护以移除干燥的流体。此外，如果喷嘴甚至在积极的维护之后仍然堵塞，则管芯可能遭受性能降低，导致管芯寿命的降低。
11.本文所述的技术提供了在流体喷射管芯盒的流体喷射管芯的暴露的流体喷射喷嘴板上的冲压纳米陶瓷层。纳米陶瓷层是相对硬的层，并且为喷嘴板提供改进的抗刮擦性，如果不是防刮擦性质，从而抑制机械损伤。纳米陶瓷层是疏水性的，从而抑制流体搅混。纳米陶瓷层是相对滑溜的，从而为喷嘴板提供改进的抗粘附性，如果不是防粘附性质，并因此抑制流体粘附。
12.与在管芯制造期间沉积这种纳米陶瓷层相反，将纳米陶瓷层冲压在流体喷射管芯
的暴露的流体喷射喷嘴板上会是有益的。在流体喷射盒已经组装之后，例如在制造好的管芯已经附接到盒的主体之后，可以将纳米陶瓷层冲压在管芯的喷嘴板上。在盒具有内部流体贮存器的情况下，冲压可以恰好在盒的流体填充之前发生。
13.在组装管芯盒之后将纳米陶瓷层冲压在管芯的喷嘴板上可以比在管芯的制造期间沉积纳米陶瓷层更具成本效益。不必改变用于管芯制造的现有制造工艺，从而避免了可能是相对昂贵的提议。相反，只需要在盒组装之后增加纳米陶瓷层冲压的附加步骤或动作。因此，这种纳米陶瓷层冲压可以更容易地与现有的盒制造工艺集成。
14.图1a和1b示出了流体喷射管芯盒100的不同示例。管芯盒100能够可替换地插入流体喷射管芯装置中。例如，盒100可以是用于喷墨打印装置的喷墨打印盒。盒100包括盒主体102，诸如喷墨管芯的流体喷射管芯104流体地附接到盒主体102。盒100包括在暴露的管芯104上的冲压纳米陶瓷层。盒100也可包括其它部件，例如柔性电路等。
15.流体喷射管芯104暴露在管芯盒100的盒主体102的外表面处。管芯104能够喷射流体。例如，管芯104可以包括流体喷射元件，例如激发电阻器，其从相应的腔室并且通过相应的暴露的喷嘴喷射流体，腔室分别定位在暴露的喷嘴之间。在不同的实施方式中，管芯104可以包括除激发电阻器之外的流体喷射元件。
16.在图1a的示例中，管芯盒100的盒主体102包括流体贮存器108，其可以容纳的流体（例如乳胶墨）的内部供应源，并且经由流体通道110流体地联接到管芯104。图1a中示出了一个流体通道110，但是可以存在多于一个的通道110。在图1a的示例中，管芯104从贮存器108的内部流体供应源喷射流体。
17.在图1b的示例中，盒100的盒主体102包括流体连接器152，其经由通道110流体地联接到管芯104。示出了一个流体通道110，但是可以存在多于一个的通道110。在图1b中，连接器152能够流体地连接到流体（例如乳胶墨）的外部供应源，然后管芯104喷射该流体。在另一实施方式中，盒主体102可包括图1a的贮存器和图1b的连接器152二者。
18.图2示出了示例性流体喷射管芯盒100（例如图1a或1b的盒100）的一部分。在图2中具体示出了盒100的盒主体102、流体喷射管芯104、冲压纳米陶瓷层106和流体通道110。流体喷射管芯104包括喷嘴板202以及其它层204。其它层204可包括腔室层、包括诸如激发电阻器的激发元件的层、衬底层等。
19.流体喷射管芯104的喷嘴板202暴露在盒主体102的外表面处。喷嘴板202也可以称为喷嘴层或孔板或层。喷嘴板202包括喷嘴206，管芯104通过喷嘴206喷射流体。喷嘴板202可以由su-8环氧负性光刻胶制成。然而，在其它实施方式中，喷嘴板202可由其它材料制成。
20.纳米陶瓷层106被冲压在流体喷射管芯104的暴露的喷嘴板202上。在图2的示例中，冲压纳米陶瓷层106没有在盒主体102上延伸到管芯104的任一侧，但是在另一实施方式中可以这样做。在图2的示例中，冲压纳米陶瓷层106没有延伸到喷嘴板202的喷嘴206上方和内部，但是类似地，在另一实施方式中可以这样做。
21.在一些实施方式中，冲压纳米陶瓷层106可以相对较薄，厚度不超过一微米。冲压纳米陶瓷层106可以包括陶瓷纳米颗粒，其是由陶瓷构成的一种类型的纳米颗粒，陶瓷通常被分类为无机、耐热和非金属的固体，其可以由金属和非金属化合物两者制成。这种陶瓷纳米颗粒的示例包括二氧化硅、碳化硅和氧化钛纳米颗粒。
22.冲压纳米陶瓷层106可以是碳氢化合物和陶瓷成分的防涂鸦材料层。这种防涂鸦
材料的一个示例是由土耳其伊斯坦布尔的artekya有限公司制造的nasiol
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nl272纳米陶瓷交通工具表面保护涂层。这种抗涂鸦材料的另一个示例是也由artekya有限公司制造的nasiol
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zr53纳米陶瓷交通工具表面保护涂层。
23.冲压纳米陶瓷层106可以是疏水聚合物和陶瓷成分的疏水且疏油的防涂鸦材料层。这种疏水且疏油的防涂鸦材料的一个示例是nanosilc
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ns200涂层。该抗涂鸦材料由科罗拉多州greeley的florida circtech制造。
24.冲压纳米陶瓷层106可以是抗刮擦的，如果不是防刮擦的。例如，纳米陶瓷层106可以具有大于铅笔硬度9h的刮擦硬度。铅笔硬度是沿着从表示最大铅笔软度的6b至表示最大铅笔硬度的9h的标度测量的。
25.冲压纳米陶瓷层106可以是抗粘附的，如果不是防粘附的。例如，纳米陶瓷层106可以具有大于105度水接触角和/或大于40度乳胶墨接触角的疏水性，而由su-8环氧负性光刻胶制成的喷嘴板208具有小于90度水接触角和/或小于20度乳胶墨接触角。纳米陶瓷层106可另外或替代地具有通过玻璃纸条带剥离测试来测量的小于0.2牛顿/20毫米的附着力。
26.图3示出了流体喷射管芯盒100的流体喷射管芯104上的纳米陶瓷层106的示例性冲压。图3中所描绘的冲压工艺与在2019年7月30日提交的名称为“uniform print head surface coating”的未决pct专利申请和受让的pct专利申请no. pct/us2019/044178中所描述的冲压工艺一致。图3中具体示出了盒100的盒主体102、流体喷射管芯104和冲压纳米陶瓷层106。
27.组装的流体喷射管芯盒100和膜302相对于彼此定位，使得盒100的管芯104位于设置在膜302上的纳米陶瓷层304的下方。膜302可以是聚乙烯膜。如箭头306所示，对膜302顶侧上的冲压模308施加向下压力，以将纳米陶瓷层304的一部分冲压到管芯104上。纳米陶瓷层304的该部分在管芯104上形成冲压纳米陶瓷层106。
28.图4示出了用于组装具有冲压纳米陶瓷层106的流体喷射管芯盒100的示例性方法400。方法400包括将流体喷射管芯104流体地附接到盒主体102（402），从而形成盒100。在已经分别制造了管芯104和主体102二者之后，将管芯104附接到主体102。在管芯104被附接之前，盒100的其它部件也可以已经被附接到主体102。在将管芯104附接到盒主体102之后，管芯104的流体喷射喷嘴板202保持暴露。
29.方法400包括在管芯104已经流体地附接到盒主体102之后，将纳米陶瓷层106冲压在流体喷射管芯104上（404）。可以以已经参照图3描述的方式冲压纳米陶瓷层106。纳米陶瓷层106特别地被冲压在暴露的喷嘴板202上。一旦纳米陶瓷层106已经被冲压在流体喷射管芯104上，则在管芯104包括如图1a中的贮存器108的情况下，用流体填充管芯104的流体贮存器108。
30.图5示出了示例性流体喷射管芯盒100。管芯盒100包括盒主体102和流体喷射管芯104，流体喷射管芯104流体地附接到盒主体102并且能够喷射流体。盒100包括在管芯104的暴露的流体喷射喷嘴板202上的冲压纳米陶瓷层106。
31.图6示出了示例性流体喷射装置600。流体喷射装置600可以是喷墨打印装置。流体喷射装置600包括马达602和流体喷射管芯盒100。装置600也可以包括其他部件，例如介质托盘、辊、处理硬件、用于与主机计算装置或可移除数据存储介质通信的通信硬件等。
32.流体喷射管芯盒100包括流体喷射管芯104，纳米陶瓷层106已经被冲压在流体喷
射管芯104上。马达602使介质前进经过管芯104，并且管芯104将流体喷射在介质上。例如，管芯104可以选择性地将墨喷射到诸如纸张的介质上以在介质上形成图像。
33.本文已经描述了用于具有冲压纳米陶瓷层的流体喷射管芯的技术。管芯是管芯盒的一部分，管芯盒包括盒主体，管芯可以在制造之后并且在纳米陶瓷层的冲压之前附接到盒主体。纳米陶瓷层降低了管芯易受机械损伤以及流体搅混和粘附影响的特性。纳米陶瓷层因此增加了管芯的耐用性、性能和使用寿命。