Nghiên cứu khắc phục hiện tượng tắc mực ở máy in phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Formatted: Width: 21 cm, Height: 29,7 cm

NGUYỄN THỊ NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG TẮC MỰC
Ở MÁY IN PHUN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. HOÀNG THỊ KIỀU NGUYÊN

HÀ NỘI - 2011

1

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around


Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

I.1.1. Phương pháp in phun liên tục: ........................................................... 8

Formatted

...

I.1.2. Phương pháp in phun từng giọt. ......................................................... 9

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

II.1.1. Mực chuyển pha. ............................................................................ 27

...

Formatted

...

II.1.2. Mực gốc dầu.................................................................................. 30

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………………………….5
PHẦN I – GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………………………………. 7
21T

T

1
2

CHƯƠNG I – CÔNG NGHỆ IN PHUN ............................................................ 7
21T

21T

I.1. Quá trình hình thành và phát triển của công nghệ in phun. ....................... 7
21T

T
1
2

21T

21T

21T

21T

I.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị in phun. .............................................. 10
21T

T
1
2

I.2.1. Nguyên lý in phun liên tục (CIJ). ..................................................... 10
21T

21T

I.2.1.1. Nguyên lý hút lệch tia mực (Binary Deflection). ....................... 10
21T

T
1
2

I.2.1.2. Nguyên lý hút lệch giọt mực (Multi Deflection). ....................... 11
21T

T
1
2

I.2.2. Nguyên lý in phun từng giọt. ........................................................... 12
21T

21T

I.2.2.1. Nguyên lý phun nhiệt: ............................................................... 12
21T

21T

I.2.2.2. Nguyên lý phun bằng hiệu ứng điện áp ngược. .......................... 14

21T

T
1
2

I.3. Cấu tạo của đầu phun và hệ thống vi lỗ trong máy in phun. .................... 17
21T

T
1
2

CHƯƠNG II. MỰC IN PHUN......................................................................... 27
21T

21T

II.1. Các loại mực in phun. ........................................................................... 27
21T

21T

21T

21T

21T

21T

II.1.3. Mực in phun UV. ........................................................................... 30
21T

21T

II.1.4. Mực gốc nước. ............................................................................... 31
21T

21T

II.2. Mực in phun gốc nước. ......................................................................... 32
21T

21T

II.2.1. Thành phần chung của mực in phun gốc nước. ............................... 32
21T

T
1
2

II.2.1.1. Chất màu.................................................................................. 32
21T

21T

Formatted

...

II.2.1.3. Chất phụ gia. ............................................................................ 34

Formatted

...

Formatted

...

II.2. 2. Phân loại mực in phun gốc nước theo thành phần chất màu. .......... 36

Formatted

...

Formatted

...

II.2.1.2. Chất liên kết. ............................................................................ 34
21T

21T

21T

21T

21T

T
1
2

II.2.2.1. Mực in phun gốc nước sử dụng chất màu là thuốc nhuộm. ....... 36
21T

T
1
2

2

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...


Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

II.2.4.4. Tình hình nghiên cứu và lựa chọn của đề tài. ........................... 44

Formatted

...

PHẦN II. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................ 47

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

mực ở trong khoang chứa. ..................................................................... 61

...

Formatted

...

III.3.2.5. Kiểm tra thời gian khô của lớp mực trên giấy. ........................ 63

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

II.2.2.1. Mực in phun gốc nước sử dụng chất màu là các hạt pigment. ... 38
21T

T
1
2

II.2.3. Đặc điểm của mực nước trong in phun. .......................................... 38
21T

T
1
2

II.2.4 Hiện tượng tắc mực tại đầu phun của hệ thống in. ........................... 40
21T

T
1
2

II.2.4.1. Hiện tượng tắc đầu phun là gì? ................................................. 40
21T

T
1
2

II.2.4.2. Các ngun nhân chính. ........................................................... 41
21T

21T

II.2.4.3. Phân tích, giải thích nguyên nhân do tính chất mực. ................. 43
21T

T

1
2

21T

T
1
2

21T

21T

CHƯƠNG III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .................................................... 47
21T

21T

III.1. Đặt vấn đề. .......................................................................................... 47
21T

21T

III.2. Mục đích nghiên cứu: .......................................................................... 49
21T

21T

III.3. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................... 50
21T

21T

III.3.1. Cơ sở lý thuyết lựa chọn phụ gia thích hợp.................................... 50
21T

T
1
2

III.3.2. Qui trình nghiên cứu thực nghiệm ................................................. 53
21T

T
1
2

III.3.2.1. Lựa chọn chất hoạt động bề mặt. ............................................ 55
21T

T
1
2

III.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất hdbm đến độ nhớt của mực. ...... 56
21T

T
1
2

III.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của chất hdbm đến độ nhớt của mực. ...... 59
21T

T
1
2

III.3.2.4. Kiểm tra khả năng ngăn cản quá trình bay hơi làm khơ mực khi
21T

21T

21T

T
1
2

III.3.2.6. Kiểm tra tắc đầu phun. ............................................................ 65
21T

21T

III.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu thực ngiệm. ............................................ 66
21T

T
1
2

III.4.1. Khả năng làm giảm sức căng bề mặt của phụ gia trong dung dịch
21T

nước. ........................................................................................................ 66
21T

III.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất hdbm đến độ nhớt của mực.............. 67
21T

T
1
2

Formatted

...

ở trong khoang chứa. ................................................................................ 68

Formatted

...

Formatted

...

III.4.4. Kiểm tra thời gian khô của lớp mực trên giấy. .............................. 68

Formatted

...

Formatted

...

III.4.3. Kiểm tra khả năng ngăn cản quá trình bay hơi làm khô mực khi mực
21T

21T

21T

T
1
2

III.4.5. Kiểm tra tắc đầu phun. .................................................................. 69
21T

21T

3

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...

Formatted

...


KẾT LUẬN…………………………………………………………………………………………….68
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………….69

Formatted: Font: Not Bold
Formatted: Left
Formatted: Font: Not Bold
Formatted: Font: Not Bold

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

4

Formatted: Left

MỞ ĐẦU
Cũng giống như nhiều ngành công nghiệp khác, công nghiệp in ngày càng

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

phát triển mạnh mẽ, trong đó cơng nghệ in phun ngày càng trở nên phổ biến trên thế
giới và ở Việt Nam. Bên cạnh những lợi thế như thiết bị in nhỏ gọn, sử dụng đơn
giản, giá thành thấp…thì một nhược điểm cịn tồn tại khá phổ biến ở cơng nghệ in
phun đó là hiện tượng tắc đầu phun, hiện tượng này đã gây nhiều phiền phức cho
người sử dụng. Người sử dụng thường phải tốn rất nhiều thời gian cho việc rửa đầu
phun trước mỗi lần in, nghiêm trọng hơn việc rửa đầu phun nhiều khi không đạt kết
quả như mong muốn, tình trạng tắc đầu phun khơng khắc phục được dẫn đến việc
phải thay thế một hệ thống phun mực khác gây thiệt hại lớn về thời gian và kinh tế.
Do vậy, với mong muốn góp phần nâng cao sự hiểu biết về ảnh hưởng của mực đến

5

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around


hiện tượng tắc đầu phun và tìm ra giải pháp khắc phục hiện tượng này, chúng tôi lựa
chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu khắc phục hiện tượng tắc mực ở máy in phun”.
Hiện tượng tắc mực trong máy in phun (tắc đầu phun) xảy ra chủ yếu do
sự mất ổn định phân tán của mực dẫn đến sự tăng kích thước hạt và do q trình
khơ của màng mực trong các đầu phun để lại nhựa và hạt màu làm tắc mực. Trong
khi nguyên nhân thứ nhất đã được khảo sát và xem xét khá nhiều thì nguyên nhân

thứ hai dường như chưa được khắc phuc. Chính vì vậy mục đích nghiên cứu của
luận văn là xác định chất phụ gia và hàm lượng phù hợp bổ sung vào mực in
pigment gốc nước nhằm giảm hiện tượng tắc đầu phun ở hệ thống máy in phun.
Với mục tiêu trên luận văn đi sâu tìm hiểu:
-- Tìm hiểu hiện tượng tắc mực trong máy in phun.

Formatted: Bullets and Numbering

-- Lựa chọn phụ gia thích hợp và khảo sát ảnh hưởng của phụ gia đến khả
năng khô của màng mực.
-- Thử nghiệm trên máy in phun và đánh giá hiệu quả.
Trong khuôn khổ của luận văn chúng tôi đã đạt được một số kết quả nhất
định. Tuy nhiên đây chưa hẳn là một giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề. Hơn
nữa do kiến thức của bản thân và thời gian cịn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

6


Formatted: Font: 10 pt

PHẦN I – GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG I – CƠNG NGHỆ IN PHUN

I.1. Q trình hình thành và phát triển của công nghệ in phun.

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, Not
Italic

Formatted: Font: (Default) Times New Roman
Formatted: Heading 3, Left

Công nghệ in phun thuộc công nghệ in kỹ thuật số không sử dụng bản in, tuy

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

ra đời sau nhưng in phun đã phát triển rất nhanh và được ứng dụng rộng rãi trong cả
lĩnh vực in cơng nghiệp và in văn phịng.
Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

7


In phun là công nghệ in không tiếp xúc, không có áp lực in. Q trình in các
giọt nhỏ mực được phun thành tia trực tiếp từ một khe nhỏ tới một vị trí đã được
định rõ trên vật liệu để tạo nên hình ảnh. Cơ chế hoạt động dựa rên sự phân đoạn
dòng chảy của chất lỏng thành từng giọt. Cơ chế này được giới thiệu vài năm 1878
bởi Lord Rayleigh.
Năm 1951 Emlqvist, một kỹ sư của tập đoàn Seimen được cấp bằng sáng chế
bộ phận phân giọt tia mực dựa trên nguyên lý của Rayleigh, phát minh này mở đầu
cho việc máy Mongograph, một trong những máy ghi biểu đồ bằng phương pháp in
phun sử dụng tín hiệu điện tương tự.
Đầu những năm 1960, tiến sĩ Sweet thuộc trường đại học Standford chứng

minh rằng bằng cách tạo một áp suất dạng sóng tới một lỗ thì dịng mực có thể được
phun ra một cách gián đoạn tạo thành những giọt mực có kích thước và khoảng
cách khơng thay đổi.
Cơng nghệ in phun có thể được chia thành hai kiểu chính đó là: phương pháp
in phun liên tục và phương pháp in phun từng giọt.

I.1.1. Phương pháp in phun liên tục:

Formatted: Font: 13 pt

Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên tắc: khi giọt mực được tích điện
bay qua vùng điện trường chúng sẽ bị đổi hướng bay. Tùy theo nguyên lý hút lệch

Formatted: Heading 4, Left
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

tia mực hay hút lệch giọt mực, mực sẽ được bay tới bề mặt vật liệu in tạo thành hình
ảnh cần in hoặc bay tới máng chặn để trở về máng chứa mực. Cuối những năm 1960
phát minh của Sweet mở đầu cho sự ra đời của máy in AB Videojet, Mead Dij IT.
Năm 1970 IBM đăng ký bản quyền cơng nghệ và xúc tiến việc viết chương
trình điều khiển phù hợp với lý thuyết phun mực liên tục (CIJ) cho những máy in
được điều khiển bởi máy tính.
Năm 1976 máy IBM 4640 được giới thiệu trên thị trường, được ứng dụng là
thiết bị ngoại vi cho ra các bản in từ một văn bản. Cũng trong thời điểm này, giáo
sư Hertz ở Viện nghiên cứu công nghệ Lund – Thụy Điển cùng cộng sự của mình

8

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

đã phát triển vài công nghệ dựa trên nguyên lý phun liên tục. Một trong những kết
quả của Hertz là khả năng kiểm soát số lượng giọt mực lên mỗi một vị trí. Bằng
cách thay đổi số lượng giọt mực thì lượng mực trên mỗi vùng sẽ được kiểm sốt, do
đó mật độ màu có thể được điều chỉnh để tạo ra các tơng màu có tầng thứ như mong
muốn. Công nghệ này được cấp phép độc quyền cho công ty Iris Graphics và Stork
để từ đó tạo ra các hình ảnh màu chất lượng cao.
I.1.2. Phương pháp in phun từng giọt.

Formatted: Font: 13 pt

Phương pháp này gần như loại bỏ bộ phận tích điện cho giọt mực và bộ phận
thay đổi hướng bay của giọt mực cũng như khả năng hồi tiếp mực như trong nguyên

Formatted: Heading 4
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

lý in phun liên tục.
Zoltan, Kyer & Sear là những nhà tiên phong trong việc phát minh ra nguyên
lý về các hệ thống in phun từng giọt. Phát minh này đã được ứng dụng trong dòng
máy in ký tự PT-80 của hãng Seimen (1977) và những máy in của hãng Silonics.
Máy in này dùng tác dụng đẩy của dòng điện để đẩy mực, giọt mực được bắn ra
dưới sự thay đổi áp suất theo chu kỳ. Nhiều máy in có hệ thống phun hoạt động dựa
theo nguyên lý này được chế tạo vào những năm 1970, 1980.
Tính đơn giản của hệ thống in phun từng giọt đã làm tăng sự tin cậy đối với
công nghệ này. Tuy nhiên sau đó cũng xuất hiện một số nhược điểm như nghẹt
mực, khơng ổn dịnh về chất lượng của hình ảnh…
Năm 1979, hai kỹ sư Endo và Hara của công ty Canon dã phát minh ra
nguyên lý phun sử dụng bong bóng khí đẩy mực ra ngồi vịi phun. Canon gọi đó là

cơng nghệ phun bóng khí “Bubble Jet” và công nghệ này được áp dụng trong hầu
hết các máy in phun của hãng Canon.
Cũng trong thời gian này, Hewlett-Packard (HP) cũng độc lập tìm ra nguyên
lý trên. Vì bong bóng khí được hình thành do sự bay hơi của nước khi nhiệt độ bên
trong vòi phun tăng lên nên HP gọi đó là cơng nghệ in phun nhiệt (Thermal Inkjet).

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

9


I.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị in phun.

Formatted: Font: (Default) Times New Roman
Formatted: Heading 3

I.2.1. Nguyên lý in phun liên tục (CIJ).

Formatted: Font: 13 pt

Trong kỹ thuật này, giọt mực tạo ra từ tia mực được phun liên tục trong suốt
quá trình in. Chỉ những vùng cần in trên bề mặt vật liệu mới có mực bay đến và

Formatted: Heading 4
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

bám vào còn những chỗ không in mực không bay đến được do bị chặn lại.
I.2.1.1. Nguyên lý hút lệch tia mực (Binary Deflection).

Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Heading 5

- Sơ đồ nguyên lý:

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

Hình 1.1. Hệ thống hút lệch tia mực
- Mực được phun ra có hai trạng thái: tích điện và khơng tích điện. Mực được

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

phun thành tia nhờ một máy bơm nhỏ, cùng lúc đó chất điện mơi có cấu trúc tinh
thể dao động dưới tần số 1MHz và truyền dao động đó cho khối mực lỏng trong
lịng vịi phun dưới dạng sóng dọc.
- Khi ra khỏi vịi phun nó khơng bị giới hạn bởi thành vịi phun nên nó sẽ
làm biến dạng mực tạo nên những nút thắt giữa mặt cắt ngang của tia mực. Lúc này
giọt mực được hình thành, giọt mực tiếp tục bay qua giữa hai điện cực. Tại đây mực
sẽ được tích điện hoặc khơng tích điện và tiếp tục bay ngang qua hai tấm bảng kim
loại được nối với điện thế cao.

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

10


Những giọt mực được tích điện sẽ bị lệch hướng bay dưới tác dụng của điện
trường để đi tới máng chặn mực và theo lịng máng trở về bình chứa mực.
Những giọt mực khơng được tích điện sẽ khơng bị tác dụng của điện trường

nên bay thẳng tới bề mặt giấy.

I.2.1.2. Nguyên lý hút lệch giọt mực (Multi Deflection).
- Sơ đồ nguyên lý.

Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Heading 5, Left, Line spacing: single
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

Hình 1.2. Hệ thống hút lệch giọt mực
- Mực phun ra cũng có hai trạng thái: tích điện hoặc khơng tích điện. Q

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

trình hình thành giọt mực cũng tương tự như nguyên lý Binary Deflection nhưng
khi giọt mực bay qua hai điện cực những giọt mực được tích điện sẽ mang những
mức năng lượng khác nhau
- Khi chúng tiếp tục bay qua điện trường hướng bay của chúng sẽ bị thay đổi
dưới những góc lệch khác nhau. Những giọt mực khơng được tích điện sẽ bay theo
đường thẳng tới máng chặn mực và chảy trở lại bình chứa.
Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

11


- Khoảng cách của các giọt mực trên bề mặt giấy phụ thuộc vào tốc độ di
chuyển của gấy so với đầu phun. Chiều cao của dòng chữ được in ra phụ thuộc vào
khoảng cách giữa đầu phun và bề mặt giấy in.

I.2.2. Nguyên lý in phun từng giọt.

Formatted: Font: 13 pt

Mực được tạo ra từ các vòi phun độc lập, chỉ có vùng cần in mực mới được
phun ra, cịn ở những vùng khơng in mực hồn tồn khơng được phun ra.
I.2.2.1. Nguyên lý phun nhiệt:

Formatted: Heading 4
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

Formatted: Font: Not Italic

Mực được bắn ra ngồi vịi phun do sự căng phồng của bong bóng hơi nước.
Điện trở trong vịi phun khi nhận được tín hiệu hình ảnh cần in bắt đầu nóng lên đến

Formatted: Heading 5
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

300oC và làm cho lượng nước trong mực bay hơi tạo thành bong bóng khí trong
P

P

lịng vịi phun.
Bong bóng khí này lớn dần lên rất nhanh chiếm gần hết chỗ trong lòng vòi
phun và đẩy khối mực lỏng gần đầu vòi phun bay ra ngồi, mực lúc này chưa hình
thành giọt. Ngay lúc đó nhiệt độ hạ xuống đột ngột bong bóng khí xẹp xuống để lại
khoảng trống làm cho áp xuất trong vòi phun nhỏ hơn mơi trường bên ngồi.
Do sự chênh lếch áp suất khơng khí bên ngồi tràn vào bên trong làm tách

rời liên kết của khối mực tạo thành một giọt mực hồn chỉnh. Mực bay ra khỏi vịi
phun hồn toàn và bay đến bề mặt vật liệu in đồng thời lượng mực mới được hút
vào.
Điện trở sử dụng trong nguyên lý phun bằng nhiệt được đặt ở hai vị trí:
vng góc với hướng phun mực, thẳng góc với hướng phun mực.
Sơ đồ nguyên lý:

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

12


Formatted: Centered

Hình 1.3. Điện trở đặt thẳng góc với hướng phun mực

Hình 1.4. Điện trở đặt thẳng góc với hướng phun mực

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

13


Hình 1.5. Quá trình phun nhiệt
- Giai đoạn 1: Điện trở được đốt nóng, làm cho hơi nước trong mực bắt đầu

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

bay hơi. Thể tích giọt mực 23 pl, đường kính giọt mực 30 micromet, đường kính
giọt mực trên giấy 60 micromet (giá trị này phụ thuộc đường kính vịi phun, độ nhớt
và sức căng bề mặt của mực in).
- Giai đoạn 2: Bong bóng hơi nước hình thành và đẩy mực trồi ra ngồi.
- Giai đoạn 3: Bong bóng hơi nước xẹp xuống, mực bị tách ra.
I.2.2.2. Nguyên lý phun bằng hiệu ứng điện áp ngược.
Theo nguyên lý này, sử dụng chất điện môi là những chất có khả năng phân
cực mạnh khi được đặt trong điện trường hoặc khi cho dòng điện chạy qua. Chất

Formatted: Font: Not Italic
Formatted: Heading 5
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

14


điện môi tiêu biểu: polymer, nước, gốm… Chất điện môi được biết đến nhiều nhất
trong tự nhiên là thạch anh (SiO 2 ), Barium Titan (BaTiO 3 ).
R

R

R

R

Một số chất diện mơi thơng dụng: Chất điện mơi có cấu trúc tinh thể và chất

điện mơi có cấu trúc xốp.
Đặc tính của chất điện mơi: Thứ nhất tạo ra dịng điện khi bị nén (hiệu ứng
áp điện). Thứ hai bị biến dạng khi cho dòng điện chạy qua hoặc đặt trong điện
trường (hiệu ứng áp điện ngược).
Khi tín hiệu hình ảnh được truyền tới chất điện mơi có cấu trúc xốp nó sẽ dao
động và tạo ra lực đẩy đủ để đẩy mực bay khỏi vịi phun. Giữa chất điện mơi và
mực in có một lớp màng trung gian ngăn cách giữa chúng. Lớp màng này thực hiện
việc truyền dao động từ chất điện môi tới mực và ngăn không cho mực thấm vào bề
mặt của chất điện môi. Chất điện mơi có thể thay đổi kích thước theo ba dạng:
-

- Thay đổi độ dày và chiều dài.

-

- Thay đổi đường kính và độ dày.

Formatted: No bullets or numbering
Formatted: Bullets and Numbering

-- Thay đổi theo góc giữa hai mặt khối (biến dạng trượt).

Formatted: Indent: First line: 1,27 cm, No bullets or
numbering

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

15

Formatted: Justified, Indent: Left: 0 cm

Hình 1.6. Các kiểu biến dạng của bản vi áp điện.

Formatted: Centered, Indent: Left: 0 cm

Formatted: Indent: Left: 0 cm

Chất điện môi thay đổi độ dày của nó, khi độ dày tăng lên nó sẽ làm cho thể tích

Formatted: Indent: First line: 0,63 cm

bên trong khoang chứa mực giảm đồng thời áp suất trong khoang tăng lên đẩy khối
mực chuyển động ra khỏi vòi phun. Trong khi mực đang chuyển động ra khỏi vòi
phun độ dày của chất điện mơi giảm xuống thể tích của khoang chứa mực tăng lên
như lúc đầu, lúc này áp suất của khoang chứa mực giảm. Do sự chênh lệch áp suất
với mơi trường bên ngồi, khơng khí bên ngồi tràn vào miệng vòi phun với vận tốc
cao, tác động lực ép lên phần cuối của khối mực làm cho khối mực bị cắt đứt hồn
tồn và hình thành nên giọt mực.
Đối với chất điện môi thay đổi chiều dài của nó. Khi tín hiệu hình ảnh truyền tới
chất điện mơi, chiều dài của nó tăng lên ép vào lớp màng chắn với tốc độ cao, phát

16

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around


sinh một lực tác động vào khối mực làm cho mực bay ra ngồi, cơ chế hình thành

giọt mực cũng nhờ sự chênh lệch áp suất như trên.
Đối với loại chất điện mơi thay đổi theo góc giữa hai mặt khối (biến dạng trượt)
thì khi tín hiệu hình ảnh truyền tới chất điện mơi nó sẽ biến dạng trượt nhưng do hai
đầu của nó được giữ cố định nên chất điện môi sẽ lõm xuống làm cho áp suất bên
trong tăng lên, mực bị đẩy ra ngoài. Khi chất điện mơi trở lại trạng thái ban đầu thể
tích bên trong khoang chứa mực tăng lên, áp suất bên trong bị giảm đột ngột khi đó
khơng khí bên ngồi tràn vào và cắt đứt khối mực thành giọt.

Formatted: Centered

Hình 1.7. Kiểu đầu in phun dạng Piezo.
I.3. Cấu tạo của đầu phun và hệ thống vi lỗ trong máy in phun.
Trong một máy in phun thì cấu tạo đầu phun và hệ thống vi lỗ gần như có vai
trị quyết định tần suất phun giọt, giá trị giọt và tốc độ phun giọt, ảnh hưởng lớn đến

Formatted: Font: (Default) Times New Roman
Formatted: Heading 3
Formatted: Indent: First line: 1,27 cm

quá trình thực hiện phun, ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng điểm tạo nên một
hình ảnh được in ra. Nói cách khác đầu phun và hệ thống vi lỗ ảnh hưởng rất lớn

17

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around


đến tốc độ in cũng như chất lượng sản phẩm in. Xu hướng nghiên cứu và phát triển
của công nghệ in phun trong tương lai là tạo tạo ra được những giọt mực có kích

thước nhỏ đến mức tối thiểu có thể nhằm tạo ra hình ảnh có chất lượng cao hơn, tần
suất phun giọt nhanh hơn và trong một đầu phun thì có nhiều vi lỗ phun hơn.
Mỗi dịng máy, loại máy khác nhau thường có những đặc điểm riêng trong
cấu tạo của đầu phun và hệ thống vi lỗ. Hình 1.47 là ảnh chụp kính hiển vi điện tử
của một đầu phun nhiệt của máy HP 800 gồm đầu cấp nhiệt và lớp mực, hệ thống
phun này có 32 đầu phun, có khả năng phun được 6000 giọt trong một giây.

Hình 1.47. Ảnh chụp SEM một đầu phun của máy HP 850C.

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

18


Hình 1.58. Ảnh chụp kính hiển vi điện tử đầu phun của HP 890

Hình 1.69. Hình dạng cơ bản của một đầu in phun dạng vi áp điện

Formatted: Font: 6 pt

Formatted: Font: 8 pt

Formatted: Justified
Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

19

Những đầu phun của các hãng như Tektronix (32 lỗ phun) và hãng Sharpp

Formatted: Justified, Indent: First line: 1,27 cm

(48 lỗ phun) tất cả cụm phun được làm từ thé không gỉ. Những cụm phun này bao
gồm nhiều lớp mạ được làm từ những bản thép không gỉ được gắn chặt cùng nhau
hoăc được mạ bằng đồng thau ở nhiệt độ cao. Hình 1.810 hiển thị cụm phun được
làm bằng thép không gỉ của hãng Tektronix. Các lớp liên kết kim loại vàng mỏng
vẫn có thể được nhìn thấy giữa các bản mạ đồng thau. Kim loại được ứng dụng
trong đầu phun phải đồng nhất về bề dày để đảm bảo tính thẩm mỹ và độ kín tránh
được sự rị rỉ mực từ phía ngồi hoặc giữa hai kênh mực nằm cạnh nhau. Cụm đầu
phun của hãng Sharp cũng có những đặc điểm liên kết tương tự như vậy.
Formatted: Justified

Hình 1.810. Cụm phun được làm bằng thép không gỉ của hãng Tektronix.

Formatted: Font: 5 pt
Formatted: Justified

Bên cạnh việc sử dụng Au hoặc Ni để liên kết các bản kim loại với nhau,

Formatted: Justified, Indent: First line: 1,27 cm

người ta cũng sử dụng hợp kim để chế tạo các đầu phun. hHình 1.2011 là ảnh chụp
SEM của mặt cắt của một đầu phun ở đó giàn lỗ được mạ Ni theo phương pháp mạ
điện. Xu hướng hiện nay là tăng số lượng lỗ và giảm kích thước vật lý của lỗ phun
Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

20

thành nhiều dịng, vì vậy việc đảm bảo tính bền vững và ổn định giữa các liên kết
của đầu phun ngày càng được quan tâm.

Hình 1.2011. Ảnh chụp SEM của mặt cắt của một đầu phun.

Formatted: Font: 8 pt

Formatted: Justified

Năm 1993, hãng Epson đã giới thiệu máy in phun dạng vi áp điện Stylus 800

Formatted: Justified, Indent: First line: 1,27 cm

để cạnh tranh trực tiếp với công nghệ in phun dạng “Bubble mode” hoặc in phun
dạng nhiệt trong thị trường máy in dùng cho in văn phòng nhỏ và in gia đình. Đây
là dịng máy in phun dạng vi áp điện đầu tiên có giá thành thấp với một đầu phun
vĩnh cửu. Đầu phun này trong máy in phun của hãng Epson dựa trên dạng cơ chế
đẩy với một chồng vi áp điện dạng kích thích. Dựa trên cơng nghệ đầu phun tương
tự, hãng Epson đã giới thiệu Stylus Color vào năm 1994 và Color Stylus II vào năm
1995. Năm 1997, hãng Epson đã cho ra đời sản phẩm máy in phun phiên bản 400,
600 và 800 Color Stylus với một đầu phun vi áp điện, tạo hạt mực theo cơ chế uốn.
Máy in phun phiên bản Color Stylus 800 gồm có hai đầu phun: 128 lỗ phun với cụm
phun màu đen và 192 lỗ phun với cụm phun màu (CMY). Bước đột phá về công
Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

21

nghệ trong dạng đầu phun kiểu mới theo chế độ uốn này được xem là một phương
pháp chế tạo đầu phun độc nhất vơ nhị.

Hình 1.2311. Ảnh chụp SEM thiết bị màng chắn

Formatted: Font: 6 pt

Formatted: Justified

Một ảnh chụp SEMp của những thiết bị màng chắn/ hoặc PZT được chỉ ra ở

Formatted: Justified, Indent: First line: 1,27 cm

hình 231.11. Cấu trúc của những thiết bị màng chắn hoặc PZT nhỏ hơn 1mils trong
tổng chiều dày. Khác với cấu trúc của những thiết bị màng chắn hoặc PZT trong
một đầu phun dạng uốn của hãng Tektronix thì độ dày của PZT khoảng 6 mils và độ
dày của màng chắn được làm bằng thép không gỉ khoảng 3 mils. Sự giảm đáng kể
về độ dày của những cấu trúc thiết bị cho phép hãng Epson thu nhỏ đầu phun 192 lỗ
về khoảng 18 – 34,8 mm với độ phân giải 180 dpi. Khi so sánh với các loại máy in
phun hoạt động theo cơ chế “push – mode” thì cấu trúc của PZT được thiết kế là
một thanh dài, phiên bản máy in phun đời mới của hãng Epson thì bộ phận PZT
hoạt động theo cơ chế “bend – mode” có cấu trúc phẳng. Quá trình chế tạo phiên
bản mới đơn giản và ít tốn kém hơn. Hơn nữa với cấu trúc của một đầu phun mỏng,

22

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

phẳng và nhỏ với điều kiện thiết bị cấp nhiệt để kiểm tra nhiệt độ của quá trình của
đầu phun thì cấu trúc này được thiết kế khá dễ dàng khơng khó khăn nhiều. Xu
hướng phát triển về cơng nghệ ở đây là tăng số lượng lỗ phun và cải thiện công thức
mực in.
Những công nghệ đầu phun theo cơ chế gián đoạn dạng vi áp điện với 256 lỗ
phun của hãng Topaz và 128 lỗ phun của hãng Nu – Kote là hai công nghệ mới nhất
trên thị trường in phun. Đầu phun của hãng Nu – Koteduwaj trên cơ sở của sự phát
triển theo cơ chế biến dạng kéo của hãng Xaar, các hình ảnh đồ họa dạng nét sử
dụng những đầu phun gồm 128 lỗ trên một màu. Đầu phun có 256 lỗ của hãng
Topaz cũng là một cơng nghệ mới. có sự kết hợp cả hai chế độ phun là biến dạng
uốn và biến dạng kéo để tạo thành giọt mực với một tần suất phun giọt tương đối
cao. Công nghệ này cũng được giới thiệu trong máy in phun khổ lớn Calcom
Crystaljet.
Khơng phụ thuộc hồn toàn vào phương pháp in phun dạng nhiệt hay
phương pháp vi áp điện, cơ chế phun dạng kéo hoặc dạng uốn mà một trong những
bộ phận then chốt nhất trong một thiết kế đầu phun là lỗ phun. Cấu trúc hình học
của lỗ, đường kính lỗ, độ dài lỗ trực tiếp ảnh hưởng đến giá trị giọt mực, tốc độ giọt
mực và góc độ đi của mực. Những sự thay đổi trong q trình sản xuất một giàn lỗ
phun có thể làm giảm đáng kể kết quả chất lượng in. Dải hình ảnh được hình thành
là kết quả của giàn lỗ được định ra và phun ra. Một số dạng cấu trúc hình học của lỗ
phun được thiết kế cho những đầu phun được tổng kết ở hình 241.12.

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

23


Hình 241.12. Một số dạng thiết kế lỗ phun của đầu phun

Có hai phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất miệng lỗ phun

Formatted: Justified, Indent: First line: 1,27 cm

là mạ ni – ken bằng phương pháp kết tủa điện được mơ tả như hình 25 1.13 và bằng
phương pháp Laser ablation on the polyimide được mô tả ở hình 261.14. Một
phương pháp nữa được biết đến để chế tạo lỗ phun là gia công bằng phương pháp
phóng điện được mơ tả ở hình 271.15, phương pháp khoan siêu nhỏ và phương
pháp siêu ép.

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around

24


Hình 251.13. Ảnh chụp SEM miệng lỗ phun được mạ Niken

Hình 261.14. Ảnh chụp SEM hình dạng lỗ phun được tạo thành bằng phương pháp
Laser ablation on the polyimide.

25

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin,
Vertical: 0 cm, Relative to: Paragraph, Wrap Around