Der Piezo-Druckkopf - Funktionsweise

Es gibt verschiedene Piezo-Druckkopf-Betriebsarten: Bend-Modus, Shear Modus  und Chevron. Die Betriebsarten Shear Modus und Chevron wurden von Xaar patentiert. 

Bend-modus

Bei einem Druckkopf mit Bend-Modus ist ein Stück piezoelektrisches Material auf die Decke einer Kammer aufgeklebt. Wenn ein elektrisches Feld in der gleichen Richtung angelegt wird, in der der Werkstoff gepolt ist, wird das Material entweder länger oder kürzer. Wenn eine Seite des Materials oben auf die Tintenkammer angeklebt ist, verursacht die Ausdehnung ein Durchbiegen der Decke. Das erzeugt eine Druckänderung, durch die ein Tintentropfen  verdrängt und aus der Düse ausgestoßen wird.

 

Shear-Modus-Druckköpfe

Shear Modus-Druckköpfe verwenden einen einzigen, gepolten PZT-Baustein als Aktuator. Die Beaufschlagung  mit Strom erfolgt lotrecht zur Polung des Materials. Die Verformung verursacht eine Shear-Bewegung (Trapezverformung) - siehe die nachfolgende Animation. Die Animation zeigt das Ausscheren der Wände des Kanals von einer Seite zur anderen (d.h. die Bewegung).

 

 

chevronartig-modus-Druckköpfe 

Alle Xaar 1003 Druckköpfe haben einen Aktuator, der aus zwei miteinander verbundenen (verschmolzenen), entgegengesetzt gepolten Materialstücken besteht. Wenn das elektrische Feld angelegt wird, werden die beiden Abschnitte der Kanalwände an der Verbindungsstelle ausgelenkt, d.h. verformen sich „chevronartig“. Dieser Vorgang wiederholt sich im Druckkopf mit hoher Frequenz. Die Animation zeigt den Vorgang verlangsamt, damit man die chevronartige Verfomung der drei nebeneinander liegenden Kanalwände sehen kann.

Die von Xaar verwendete Chevron-Ausführung ist sehr energieeffizient, so dass die für den Antrieb erforderliche Stromspannung und damit der Stromverbrauch verringert wird. Sie bietet außerdem:

  • Einheitlichere Leistung als einteiliges, gepoltes Materialstück
  • Bessere einheitliche Tropfenform
  • Platzierung des Tropfens mit erhöhter Genauigkeit
  • Höhere Qualität des Drucks
  • Reduzierte mechanische Beanspruchung, so dass der Aktuator länger hält..
Akustische welle

Werden die Kanalwände bei hoher Frequenz im Chevron-Modus durchgebogen (betätigt), entsteht eine Schalldruckwelle. Diese Druckwelle drückt die Tintentröpfchen aus den Düsen. Die Animation zeigt, wie sich Schalldruckwellen im Kanal auf und ab bewegen. Diese Methode des Tropfen-Ausstoßes ist sehr effizient. Die Wände schwingen mit ca. 150 kHz.

Shared-wall

Das „Shared-Wall“-Konzept von Xaar ist eine Technik zur Erhöhung der nativen Auflösung bzw.der Kanaldichte. Jeder Kanal hat zwei Wände aus piezoelektrischem Material. Diese Wände werden daher von benachbarten Kanälen gemeinsam genutzt, können diese aber unabhängig voneinander takten. Diese Struktur stellt eine effiziente Nutzung des piezoelektrischen Materials dar und trägt zu kostengünstigen Druckköpfen mit hoher Düsendichte bei.