編者按：本文為SÜSS MicroTec 公司Luca Gautero撰寫的加成法系列連載，點(diǎn)擊回顧 SüSS MicroTec：加成法，控制液滴的技術(shù)。

為了買到最合適的產(chǎn)品，我們需要從一家商店逛到另一家商店，網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物時(shí)代的到來，使我們擺脫了這種麻煩，提高了我們的生活質(zhì)量。盡管如此，還是要付出代價(jià)的：處理幾乎完美的定性對(duì)比。這樣的對(duì)比可能是客觀和最終的，因此第一次就做對(duì)應(yīng)該很容易。然而，我們?nèi)匀恍枰袛嗍裁词亲銐蚝玫?、什么是比足夠好更好的?/p>

如果想在電子商務(wù)網(wǎng)站上找到噴墨工具，除了設(shè)定尺寸和質(zhì)量外，還要確定“工業(yè)和科學(xué)”類以及“增材制造產(chǎn)品”等選項(xiàng)，以及可指定噴射特性的多個(gè)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)；這些技術(shù)指標(biāo)基本上可詳細(xì)說明系統(tǒng)中的打印頭。做出正確選擇所需的知識(shí)是如何將這些技術(shù)指標(biāo)與所需的應(yīng)用（例如阻焊）相關(guān)聯(lián)。

我認(rèn)為打印頭最重要的特性如下：

· 原始分辨率，既每英寸的噴嘴個(gè)數(shù)（nozzle per inch，簡(jiǎn)稱NPI）

· 最大頻率和驅(qū)動(dòng)電壓

· 最小液滴體積（假設(shè)多液滴能力）

· 噴嘴陣列、數(shù)量和定位補(bǔ)償機(jī)制的設(shè)計(jì)

· 加熱和油墨循環(huán)系統(tǒng)

下文將說明和討論每個(gè)特性。每英寸點(diǎn)數(shù)（dot per inch，簡(jiǎn)稱DPI）單位的簡(jiǎn)短說明，這是常用的打印分辨率單位。作為二維目標(biāo)圖像需要兩種分辨率。兩個(gè)維度通常具有相同的分辨率，因此實(shí)際只存在一個(gè)維度。噴墨打印以不同的方式識(shí)別和實(shí)現(xiàn)兩種分辨率（即使數(shù)值相等時(shí)）：交叉掃描分辨率是NPI和小步移動(dòng)的組合。它的正交等效物——掃描分辨率，形成了速度和噴射頻率之間的關(guān)系。圖1為分辨率的解釋。

圖1：各類分辨率解釋（來源SüSS MicroTec）

阻焊打印得益于幾十微米的打印分辨率。2550DPI的分辨率可提供略低于10µm的像素。NPI為50的打印頭需要50個(gè)小移動(dòng)（10µm）才能實(shí)現(xiàn)這種交叉掃描分辨率。在每一小步中，打印頭都會(huì)在整個(gè)長(zhǎng)度基板上覆蓋部分圖形。盡管打印速度很高，但低NPI的補(bǔ)償是以寶貴的時(shí)間為代價(jià)的。另一種可能是堆疊和對(duì)準(zhǔn)多個(gè)打印頭，以創(chuàng)建具有更高NPI的虛擬打印頭，盡管機(jī)械公差很小。從上一個(gè)例子來看，它的公差小于5µm。如果說死亡和稅收是生命中為數(shù)不多的確定因素，“交換打印頭”就很接近確定因素了。因此，售后服務(wù)工程師需要技能、工具和時(shí)間來匹配這些公差。換句話說，低風(fēng)險(xiǎn)路徑是具有高NPI的打印頭。

打印頭的電子產(chǎn)品部分是數(shù)字輸入和噴射輸出之間的接口。這些接口驅(qū)動(dòng)噴嘴的機(jī)械執(zhí)行器。噴射頻率除以掃描內(nèi)分辨率時(shí)與打印速度成正比。對(duì)于快速打印，較高的最大頻率是必要的。當(dāng)然，對(duì)于材料鑒定，來料測(cè)試之一是其阻尼特性，以允許整個(gè)可用頻率范圍。獲得最大工作頻率的另一項(xiàng)檢查是波形周期的倒數(shù)。波形是一系列電壓脈沖，執(zhí)行器將其轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，向液體提供動(dòng)能，隨后從噴嘴口噴射液滴。簡(jiǎn)言之，快速電壓上升（轉(zhuǎn)換速率）或高電壓的能力擴(kuò)大了合適波形的研究空間。一個(gè)好的波形可提供快速移動(dòng)到基板的液滴?？焖僖旱蔚娘w行時(shí)間較短，這對(duì)于較高的液滴放置精度是必要的。

圖形行業(yè)一直在推動(dòng)打印頭制造商增加灰度；影響在每個(gè)位置打印的液滴體積的可能性。灰度是一種將“刻度級(jí)別”指定給定義波形的方法。由于多個(gè)序列脈沖和調(diào)諧脈沖幅度的組合，波形在液滴體積上會(huì)有所不同。高階用戶能夠在可用工作頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)刻度和輸送量之間的任何關(guān)系。現(xiàn)在許多打印頭都支持這種配置。盡管如此，最小液滴仍然是表征打印頭最常用的參數(shù)，因?yàn)樗f明了噴嘴的幾何形狀?；叶瓤梢暂p松地將低液滴量、高精度的打印頭轉(zhuǎn)換為精密的工作臺(tái)，以獲得極佳的材料輸出，從而加快涂覆速度。

圖2：阻焊應(yīng)用打印噴頭3種常見體積液滴輪廓圖

單獨(dú)的打印頭盡管可與應(yīng)用完美匹配，但無法單獨(dú)滿足制造需要。打印頭中噴嘴的數(shù)量是其生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒的第一個(gè)標(biāo)志。然而，高產(chǎn)量噴墨的關(guān)鍵在于組合多個(gè)打印頭，以進(jìn)一步增加噴嘴數(shù)量，并可能用一系列打印頭覆蓋整個(gè)基板。當(dāng)高NPI可用時(shí)，這種打印頭堆疊更容易且打印頭密集度更低。設(shè)計(jì)良好的制造工具將具有多個(gè)打印頭組合，這些打印頭的設(shè)計(jì)可使維護(hù)簡(jiǎn)單直接。此外，工具的存在允許在所需像素分辨率范圍內(nèi)進(jìn)行良好交互對(duì)準(zhǔn)至關(guān)重要。噴墨打印設(shè)備的供應(yīng)商負(fù)責(zé)采用可靠的方法對(duì)準(zhǔn)打印頭。這種方法可確保更換的打印頭從第一個(gè)液滴起就可以與其他打印頭完美配合。

最后也是最重要的特性是加熱和供墨循環(huán)系統(tǒng)。上一篇關(guān)于材料的專欄文章詳細(xì)介紹了油墨的流動(dòng)性。目前的阻焊油墨需要噴射溫度略高于室溫。這確保了對(duì)油墨黏度的控制（在室溫下噴射可能會(huì)帶來噴射質(zhì)量的季節(jié)性變化）。優(yōu)良的設(shè)計(jì)將考慮打印速度條件下穩(wěn)定液體流溫度所需的功率。所選噴射溫度以外的任何因素都會(huì)導(dǎo)致下落速度不一致，從而導(dǎo)致下落定位不一致。大多數(shù)打印頭都有方便的集成加熱器利于低輸出。有些打印頭沒有這種復(fù)雜性，制造商只需指定黏度范圍。外部加熱器必須始終保持正確的液體溫度。供墨循環(huán)裝置需與外部加熱裝置完美匹配。液體的流量是固定的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通過打印頭的油墨輸出。因此，加熱器可在穩(wěn)定狀態(tài)下工作，確保始終保持良好的噴射溫度。這一優(yōu)勢(shì)盡管相關(guān)，但不應(yīng)成為在系統(tǒng)中集成供墨循環(huán)的唯一原因。無論多么精心地向打印系統(tǒng)輸送油墨，油墨系統(tǒng)中的任何位置都可能出現(xiàn)氣泡，這些氣泡所在的腔體越小，如彎月面壓力不穩(wěn)定到噴嘴堵塞等問題越嚴(yán)重。供墨循環(huán)系統(tǒng)可確保連續(xù)無常見故障。這種裝置的好處是可應(yīng)對(duì)已經(jīng)有問題的制造，盡管需要偶爾清洗。

打印頭的5個(gè)屬性及其上述說明有助您具備公平判斷的基本知識(shí)。本專欄的要點(diǎn)是，良好的打印頭選擇會(huì)帶來可靠的制造工具。此文描述的噴墨工具供應(yīng)商設(shè)計(jì)了精確的元件組合。這項(xiàng)任務(wù)幾乎與元件的可靠性無關(guān)。同時(shí)，不能連續(xù)運(yùn)行的制造工具完全沒有存在的意義。

本專欄文章的主題是打印頭選擇，其中包括液滴體積的重要性。上一段提及“微小意味著精確”，似乎否定了液滴體積的重要性，了解液滴體積重要性最好的方法是了解上一篇專欄文章中描述的接觸角，以及第一篇專欄文章中的液滴定位精度。圖2給出了用于阻焊應(yīng)用打印頭的3種常見液滴輪廓。在每幀動(dòng)畫圖中，與曲面的不同接觸角將生成不同液滴輪廓。此外，虛線、一千滴的標(biāo)準(zhǔn)化總和，或者換句話說，液滴輪廓和定位精度的卷積，顯示了液滴位置和給定放置精度之間的關(guān)系。重復(fù)幾次后，圖片序列顯示液滴定位會(huì)以相同的方式以相同的角度影響所有體積。小角度下，其作用相對(duì)較小。

接觸角從15°移動(dòng)到45°時(shí)，下降直徑迅速減小。設(shè)計(jì)打印工藝時(shí)，要考慮到穩(wěn)健性，應(yīng)避免這種低角度范圍。接觸角超過45°后，直徑以較慢的速度減小，精細(xì)的預(yù)處理只能獲得較低的回報(bào)。在基板表面獲得并保持高且均勻的接觸角是棘手的任務(wù)。此外，存在錯(cuò)誤放置液滴的風(fēng)險(xiǎn)；事實(shí)上，接觸角更大時(shí)，錯(cuò)誤放置液滴的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)相對(duì)更大。這種情況會(huì)很快破壞90°液體壁的微妙平衡，并導(dǎo)致液滴出現(xiàn)錯(cuò)位。45°~60°之間的接觸角為特征保真度提供了合理的工藝窗口。

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