¿Cómo Funciona un Cabezal inkjet de gota variable?

En Primer lugar vamos a distinguir las 2 tecnologías que más se utilizan en impresión Inkjet:

– Cabezales de impresión termales

– Cabezales de impresión piezoeléctricos.

1º.- Cabezales de impresión térmica. Tecnología Bubble Jet.

Esta tecnología se utiliza principalmente en impresoras domésticas, se utiliza el calor generado por una resistencia eléctrica para que el cabezal vaya expulsando gotas de tinta hacia el soporte. El cabezal tiene una cámara con tinta, cuando el calentador aumenta la temperatura de la tinta esta se expande generando burbujas que empujan la tinta al exterior por el inyector.

2º.- Cabezales de impresión piezoeléctrica.

Este sistema utiliza cristales piezoeléctricos que tienen una propiedad única y singular. Si se aplica una fuerza física en ellos, pueden generar una carga eléctrica. El proceso también funciona a la inversa: si se aplica una carga eléctrica al cristal, este se moverá y por tanto  generamos una fuerza mecánica.

Figura 2. Cabezales de impresión piezoeléctrica.

Cuando se necesita expulsar una gota de tinta se le aplica una corriente eléctrica al elemento piezoeléctrio y este presiona la cámara de tinta. Esa presión mecánica sobre la cámara hace que la gota de tinta salga al exterior por el inyector.

Los cabezales de impresión contienen, habitualmente, cientos de boquillas (nozzles) separadas, alimentadas a partir de un depósito de tinta único. Estas boquillas se pueden dirigir de forma individual mediante impulsos eléctricos. La distancia entre las boquillas en el cabezal define la resolución ‘nativa’ que se logrará en una única pasada de impresión, aunque esto puede incrementarse usando más de un cabezal, montados en paralelo. La resolución del proceso de impresión se establece por regla general en “puntos por pulgada (dpi)” (donde 1 dpi equivale a una gota impresa por cada 25.4 mm). 

El cabezal de impresión expulsa un pequeño volumen de líquido que sale en forma de chorro corto. Una vez el chorro abandona la boquilla, las fuerzas de tensión superficiales hacen que se forme una gota principal seguida de un ligamento fluido que puede colapsar, formando una o más gotas satélites de menor tamaño. Estos satélites pueden combinarse con la gota principal o permanecer separados, tal y como se muestra en el ejemplo de la figura 5. En un sistema ideal, la tinta habrá formado una gota única en el punto en el que impacta sobre el sustrato, generalmente a una distancia de 1-1,5 mm. Por regla general, una mayor distancia dará más tiempo para que se forme la gota esférica, pero a expensas de una velocidad de gota más baja y con menos precisión en la posición exacta en la que impacta sobre la superficie, obteniendo peor calidad.

El diámetro de la gota, que es lo que en última instancia limita la resolución del proceso de impresión, es similar al de la boquilla, se utiliza el Picolitro como unidad de medida 1 pL equivale aproximadamente a 10 micras, de diámetro es decir a 0,010 mm de diámetro

Gota Variable Escala de Grises

En los Cabezales Piezoeléctricos más modernos, utilizando impulsos eléctricos con ondas complejas (Waveform) podemos producir una corriente de sub gotas que se fusionan formando una gota única con un tamaño controlable antes de que impacte sobre el sustrato. La figura muestra la diferencia entre el denominado cabezal “binario” (a) en el que se emite un tamaño único de gota en respuesta a la señal impulsora, y el cabezal de “escala de grises” en el que se generan una o más sub gotas al aplicar una señal impulsora adecuada: luego, estas se fusionan y dan como resultado una gota final única con un tamaño controlable (b-d). En este tipo de cabezal, el tamaño de cada gota de cada boquilla puede controlarse de forma individual durante la impresión, que, en comparación con un cabezal binario, permite obtener una calidad de imagen superior para el mismo orificio de inyector nativo (Knight 2009). 

Las velocidades de gota en la impresión por son generalmente de entre 5 y 10 m/s. El proceso de expulsión del chorro y la formación de gota incluye las fases de expulsión de fluido diferenciadas y secuenciales, y el reabastecimiento del alveolo, y la frecuencia máxima operativa se rige por la escala de tiempo de estos eventos. Esto da como resultado un espaciado mínimo de las gotas a lo largo del chorro expulsado desde una boquilla única que es más o menos de 10 a 20 veces el diámetro de la gota.