什么是波形?

Kyle Pucci, 5月 7, 2018

想进一步了解什么是波形,它们是如何工作的,以及为什么它们是您喷墨开发的必要组成部分?因为它们很重要但通常不太容易理解。在这篇文章中,我们将讨论波形的基本原理,在下一篇文章中,您将找到为您的墨水优化波形的实际步骤。从这里开始,当你准备好继续前进时,在这里学习如何优化。 learn how to optimize one here.

基础

为了帮助解释波形的用途,让我们看看打印头的喷嘴腔内部。下图描述了被称为填充-开火的喷射过程,该过程通常应用于许多不同设计的不同打印头。在这种情况下,一叠压电陶瓷(一种压电陶瓷材料)只要施加电压就会变形,改变墨水室的体积,使墨水在其中移动并最终喷出。向压电陶瓷施加该电压的方法是波形。


在我们的例子中,压电陶瓷只有在施加电压时才会伸长,因此在打印头插入之前不会变形。一旦通电,打印头保持特定的电压,使压电陶瓷延伸并保持在其非喷射位置(左)。如果电压降低,压电陶瓷缩回并在腔室中产生膨胀,将墨水吸入腔室(中心)。为了喷射墨滴,电压恢复到其原始值,墨室收缩,多余的墨被挤出(右)。这个过程每秒重复数千次。

重要的是要注意,打印头可以由正向或负向脉冲驱动,这取决于它们是如何制造的。无论您习惯用哪种方式来看,重要的波形时序是两个倾斜部分和保持时间,即电压在返回起始位置之前保持在该电平(高或低)的时间。当腔室的容积恢复到稳定状态时,该脉冲定时决定了喷嘴处发生的情况,并且是构建波形时要弄清楚的第一步。

脉冲计时基础

如果你在打印时站在打印头旁边,你可能会听到它“唱歌”,这取决于使用的频率。你能听到它的原因是因为致动器产生声波。对于喷射来说,最重要的是在墨水本身中产生的那些,因为它们定义了产生墨滴喷射的压力变化。

由于具有一定机械特性的墨水的存在,以及声波在反弹时会损失能量的事实,腔室内的压力可以被描述为阻尼谐振器。压力的任何变化,如压电陶瓷的变形,都会导致特征压力的变化。如这里所示,当压电陶瓷缩回并且腔室体积增加时,压力变化导致墨水开始在腔室内来回移动。

这种能量本身通常不足以使墨水喷出,它只是把墨水拉回到腔室的另一端,然后弹开。通过在正确的时间使用电压脉冲来增强压力,墨滴喷射变得更加有效,如下所示。当压力超过临界值时,由于优选的时机,墨滴喷出。

脉冲宽度如此关键的原因是,如果它太短或太长,那么压电陶瓷的波、压力和运动将不同步。如果在增加更多压力的时候,油墨没有向正确的方向移动,而不是平稳地增加动量,动量可能会被抵消。类似于推着孩子荡秋千。如果你在正确的时间推动它们,动量增加,它们摆动得更高。如果你在错误的时间推他们,他们会暴力停止。类似地,如果脉冲宽度是错误的,那么反复重复产生的喷射将是低效和不稳定的。

インクは加圧室の長さ方向に往復する必要があるため、プリントヘッドが出せる最大周波数はプリントヘッドの加圧室の大きさに左右されます。加圧室を長く設計したプリントヘッドでは、音波の往復に時間がかかるため、液滴を高頻度で吐出することができません。

由于喷嘴腔的长度是固定的,你可能会认为,对于给定的打印头,正确计时压力波所需的脉冲宽度是恒定的。然而,计时也受到特定墨水的声速的影响。这就是为什么必须针对特定的墨水和打印头组合来调整波形的原因,对于该打印头来说,仅仅有一个通用的波形是不够的。幸运的是,如果油墨性质相似,那么相同的波形可以很好地适用于两者。

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什么是共振?

通常,在一个频率下工作良好的波形在另一个频率下可能工作不佳。这一切都归结于墨水在腔室内来回移动时的脉冲定时。随着印刷频率的增加,由给定脉冲产生的波和运动可以开始与前一个脉冲相互作用。在某些频率下,这将是加强,结果是共振,如在图像的顶部例子。

印刷频率越高,当下一个压降和压力波出现时,压力还没有衰减到零的可能性就越大,因此燃烧不佳的可能性就越大。如果墨水仍在流动,先前的脉冲可能会增加压力(更高的速度、更多的卫星、润湿)或降低压力(更低的速度)。如果您的打印速度灵活,明智的做法是在一定的频率范围内研究墨滴的形成,以确保您的最终打印速度不会落在发生共振的频率范围内。

多重脉冲

如果电子设备允许,那么每个像素可以使用多个脉冲,让你产生更大、更快的墨滴。多重脉冲的波形通常依赖于压力波的第一或第二共振。这意味着当墨水向喷嘴移动时,第一个脉冲将增加墨水的压力。一些墨水会喷出,其余的从喷孔反弹回来,回到对面。一旦墨水再次流向喷嘴,第二个脉冲将增加其动量。脉冲应该仔细调谐;增强可以非常强,过度驱动压力并产生喷嘴润湿。


如果脉冲幅度相同,那么喷出的第二滴将比第一滴更大更快,因为它是建立在前一个脉冲的共振基础上的。它可以在面板上或飞行途中合并,这取决于几个因素,包括头的设计、脉冲到脉冲的时序、使用的电压和墨水的性质。

能够实时看到墨滴的形成有助于理解这些影响。在下面用JetXpert观墨仪拍摄的照片中,您可以看到不同大小的水滴通过共振多脉冲波形在相邻的喷嘴中形成。左边的喷嘴有三个施加到它的波形脉冲,中心喷嘴只有最后两个脉冲,右边的喷嘴只有最后一个脉冲。用于产生墨滴的三个脉冲在时间上是均匀间隔的,每个图像都是在压力波撞击喷嘴开口的时候拍摄的。

请注意脉冲结束后喷嘴弯液面的延伸,这是由压力波引起的。第一种甚至发生在韧带分离之前。发射了两次或更多次的喷嘴上的弯月面凸起更大,这证实由于先前的脉冲已经施加了额外的压力。通过调整脉冲时间和可视化您的进度,您可以更快地改善特定油墨的波形。

额外的脉冲不仅用于喷射更大的墨滴。通常使用“关”数据上的预脉冲来触动喷嘴,这意味着提供足够的力来保持墨在喷嘴内移动,但不喷射墨滴。另一个应用是使用后脉冲来消除弯月面振荡,使您可以增加频率,而不受前一滴的干扰。下面的波形内置了许多这样的功能,并且是根据理光台式打印机专利改编的。

我们对波形的介绍到此结束,接下来我们将学习如何从零开始制作波形或针对特定油墨优化现有波形。 how to make a waveform from scratch or optimize an existing one for a particular ink.

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