[發明專利]一種噴印液滴的多目標噴射頻率控制方法及設備

有效

• 申請號: 201811600534.2
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109823049B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 陳建魁;王一新;尹周平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/07
• 分類號: B41J2/07
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于噴墨打印相關技術領域，并公開了一種噴印液滴的多目標噴射頻率控制方法，包括：在試打印過程中對液滴的噴射體積、速度和衛星液滴數量三個參數進行實時測量，并構建相應的模型進行控制，得到該工藝窗口下的最優噴印頻率；通過對正式打印過程中的實時打印頻率和噴嘴高度監測，實現液滴噴射頻率前饋?反饋在線控制，對電壓波形進行修正，使噴印頻率誤差在要求范圍內，從而實現噴嘴穩定噴印。本發明還公開了相應的噴印設備。通過本發明，在保證噴印圖案質量的同時使打印頻率最大化，實現高效的生產，同時避免了由于噴嘴與基板之間距離變化、噴嘴濕潤性改變等因素所導致的噴印頻率改變問題，進一步提高了打印圖案質量的穩定性。

技術領域

本發明屬于噴墨打印相關技術領域，更具體地，涉及一種噴印液滴的多目標噴射頻率控制方法及設備。

背景技術

噴墨打印技術作為一種新興的柔性電子制造工藝，以其大尺度、低成本和適合批量化的特點得到了國內外研究機構及相關廠商的廣泛關注。例如，采用噴墨打印技術的柔性電子噴印制造裝備可以直接采用常規圖形數據格式的數據，在特定基底上的指定位置打印出所需墨水體積的相應圖案，實現了非接觸式生產過程，目前廣泛應用于有機發光顯示器件、薄膜太陽能電池等研究領域，但還尚未在工業級生產設備中得到大規模應用。

而阻礙噴墨打印技術工業級應用的重要原因之一，就是高打印頻率與良好液滴形貌之間的矛盾。對于噴墨打印技術而言，生產效率和噴印設備單位時間內噴射墨水總體積直接相關，而沉積墨水總體積由單個液滴體積和打印頻率決定。但由于單個液滴體積受打印分辨率限制，因此現有提高生產效率的一種重要方法就是提高噴嘴打印頻率。但過高的打印頻率會影響噴射液滴形貌的穩定性，從而增加液滴之間體積、速度誤差。同時隨著打印過程的進行，噴嘴與基板之間距離、噴嘴濕潤性等因數的變化都會影響打印頻率的穩定性。然而噴印頻率和多個噴印因素之間存在互相耦合作用，因此很難通過解析建模的方法對其進行直接控制。現有專利中已經有部分針對液滴體積控制的相關方案，例如CN103862863A等早期專利。

然而，進一步研究表明，現有專利中涉及的技術仍存在以下不足：一方面，它們大多是通過在紙帶等介質上打印墨滴，然后對墨滴落點位置及形成圖案形貌進行測量從而得到打印頻率和打印質量并進行控制，然而這種方法是一種離線控制方法，無法在正式打印過程中在線監測與控制；另一方面，目前想要得到合適的噴印頻率需要通過反復實驗得到，而更換墨水材料或噴頭型號后又需要重新進行實驗測量，缺少一種精確便捷的噴射頻率控制方法。相應地，本領域亟需提出更為妥善的解決方式，以滿足目前日益提高的工藝要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種噴印液滴的多目標噴射頻率控制方法及設備，其中通過選取液滴噴射體積、速度與衛星液滴數量等檢測參數來構建噴射液滴狀態評價模型，同時對液滴噴射頻率過程進行優化處理，相應不僅可獲得與工藝窗口對應的更佳噴印頻率，而且可實現液滴噴射頻率前饋-反饋的在線控制，實現噴嘴的穩定工作，因而尤其適用于對打印精度和生產效率兩方面均有著極高要求的柔性電子工業生產應用場合。

相應地，按照本發明的一個方面，提供了一種噴印液滴的多目標噴射頻率控制方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)打印前的初始工作參數設定和輸入

根據打印工藝條件要求，預設噴印設備的初始噴射頻率，并輸入相應的噴印電壓控制指令；

(b)試打印階段的噴射頻率優化處理

使用噴印設備進行試打印，并觀測記錄在此過程中的主液滴實際體積M_p、主液滴實際初速度V_d和衛星液滴實際數量n_d，同時采用如下的噴射液滴狀態評價模型求出評價結果；接著將該評價結果與預設的評價目標值進行比較，并將比較得到的噴射狀態誤差值F_e作為控制量，相應得到該工藝條件下的最大噴射頻率f_max：