Lịch sử hình thành công nghệ in phun nhiệt
Một nhà nghiên cứu của công ty Sperry Rand đã phát minh ra kỹ thuật in phun nhiệt trong những năm 1960[12]. Làm sôi mực ở nhiệt độ thích hợp các giọt mực được tạo ra, tiềm năng của thiết kế này vẫn chưa được phát hiện ngay lúc đó cho nên công ty vẫn chưa xây dựng ý tưởng thành sản phẩm thực tế. Mãi đến những năm 1970 khi đó Canon và Hp đã phát triển công nghệ này.
Năm 1979 Endo và Hara của Canon đã phát minh lại đầu in phun nhiệt theo kỹ thuật in theo nhu cầu, mực được đốt nóng lên tạo thành các bọt khí hay còn gọi la bubblejet, máy in đầu tiên được ra mắt vào 1981. Trong cùng thời điểm Hp cũng phát triển công nghệ in phun nhiệt dẫn tới thành công 1984 với máy in phun giá rẻ. Phát minh của in phun nhiệt cơ bản thay đổi những nghiên cứu của in phun. Bằng cách thay thế miếng tinh thể piezo bởi miếng chuyển đổi nhiệt. In phun nhiệt được sản xuất với số lượng lớn, điều này làm giá thành của nó so với sử dụng miếng piezo rẻ hơn nhiều. Hơn nữa Hp đã phát triển đầu in sử dụng một lần sau đó.
Hiện nay máy in phun nhiệt của Hp, Canon, Lexmark, và Olivetti sử dụng công nghệ đầu in phun mực từ trên xuống (roof-shooter). Còn với công nghệ đầu in phun mực một bên (side shooter) của Canon và Xerox chiếm ưu thế thị trường phục vụ trong nhà và văn phòng.
Hình 10 Phân loại công thermal ink-jet
Công nghệ in phun nhiệt
Công nghệ của in phun nhiệt là sự tạo thành các bọt khí trong buồng mực sau một thời gian kích thước bọt khí tăng lên và vỡ ra tao áp suất lớn đẩy mực phun ra khỏi nozzle, các bọt khí sau khi vỡ ra áp suất hạ xuống và mực từ trong bình chứa
Drop - on -Demand Thermal ink-jet Roof - Shooter - Hewlett packard - Olivelti - Lexmark Side - Shooter - Canon - Xerox
sự chuyển đổi từ điện sang nhiệt ở điện trở, điện trở nóng lên làm sôi mực trên bề mặt của mực. Thời gian các xung điện tác động từ 3-10µs.
In phun nhiệt được phát minh bởi hai hãng lớn là Canon và Hp. Với Canon thường dùng thuật ngữ “bubble jet” còn Hp dùng “thermal inkjet”. Nguyên lý hoạt động của chúng đều giống nhau, chỉ khác nhau cơ bản là vị trí bắn mực.[13]
Hình 11 Máy in phun nhiệt
Nguyên lý của quá trình in phun nhiệt.
Dựa vào tín hiệu hình ảnh mà đầu dò nhận được, đầu dò sẽ truyền cho điện trở kích thích nhiệt để sinh ra bọt khí (hình thành giọt mực) hoặc không kích thích nhiệt[14]
. Điện trở được đốt nóng có thể lên đến 3000C để sinh nhiệt và làm bay hơi dung môi trong mực, từ đó tạo thành bọt khí ngay trong lòng của đầu in phun. Bọt khí này sẽ tăng kích thước đến giới hạn cho phép (tùy thuộc và sức căng bề mặt và độ nhớt của mực in) và bị vỡ ra tạo thành một áp suất đẩy mực in ra khỏi đầu in.
Hình 12 sẽ mô tả ngắn gọn về cách thức tạo ra giọt mực in trong hệ thống in phun nhiệt.
Hình 12 Nguyên lý tạo giọt mực của phương pháp in phun nhiệt.
Phương pháp in phun nhiệt không phải là phương pháp in phun đầu tiên được sử dụng nhưng đây là phương pháp thành công nhất trong thị trường in Kỹ thuật số hiện nay và có ứng dụng rất nhiều.
Phụ thuộc vào cầu trúc của đầu in mà công nghệ in phun nhiệt có thể dùng các kiểu đầu in khác nhau:
Roof-shooter (đầu phun hình nón): nozzle phun mực nằm trên một cạnh của đầu in và nằm đối diện điện trở sinh nhiệt. Dạng đầu in này được Canon và Xerox sử dụng nhiều[15]
.
Side-shooter: nozzle phun mực nằm ở cuối đầu phun, điện trở sinh nhiệt nằm trên một cạnh của ống dẫn mực. Dạng đầu in này được Hewlett-Packard, Lexmark và Olivetti sử dụng nhiều[16]
.
Hình 14 Đầu phun Side-shooter của công nghệ in phun nhiệt
Thời gian hình thành giọt mực của đầu in phun nhiệt.
Trong thời gian < 5µs thì những bọt khí đầu tiên hình thành, trong giai đoạn này các bọt khí bắt đầu tạo ra nhiều hơn. Khoảng 5µs 10µs thì các bọt khí đã tập hợp lại tạo thành một bọt khí có kích thước lớn và có khả năng đẩy giọt mực ra ngoài. Kích thước bọt khí vượt qua giớ hạn cho phép sẽ vỡ ra tạo áp suất đẩy giọt mực ra khỏi đầu in. Thời gian khoảng 20µs thì giọt mực đã được phun ra ngoài, khi giọt mực phun ra ngoài áp suất giảm xuống sẽ hút mực vào đầu in và trở lại trạng thái ban đầu[17]
.
Thuận lợi của kỹ thuật in phun nhiệt
Cung cấp tính chất ưu việt trong việc tạo ra các giọt mực có kích thước nhỏ, mật độ vòi phun cao, dẫn tới thu nhỏ thiết bị hạ giá thành đầu in và sản phẩm.
Khó khăn của kỹ thuật in phun nhiệt
Hạn chế loại mực sử dụng, chất lỏng sử dụng trong kỹ thuật này phải chịu được nhiệt độ cao và độ bay hơi nhất định. Nếu sử dụng mực không phù hợp thì trong môi trường nhiêt độ cao, một số chất lỏng bay hơi để lại một lớp màng cứng phía trên điện trở gây giảm hiệu suất hoặc điện trở không thể sử dụng được.