如何优化波形-喷墨研究院

如何优化波形

在我们关于喷墨波形的介绍性文章中，我们描述了什么是波形，以及如何将其应用于打印头的过程。现在我们考虑如何使用适用于许多打印头的通用墨滴观测方法来优化该波形以获得更好的喷射效果。在本文中，我们将逐步地使用Dimatix Samba打印头来提供示例图像和数据。

让我们首先简要回顾一下我们在其他打印头和波形文章中讨论的内容。在下面的示意图中，我们展示了电压脉冲如何导致压电陶瓷变形，在喷嘴室中产生压力并喷出墨滴。优化脉冲大小、形状和间隔，以确保喷射符合我们的目标要求。

了解你的目标

任何尝试开发波形的第一步都是明确定义目标。通常，最重要的识别目标是所需的墨滴尺寸、速度和喷射频率。如果你已经知明确了目标规范，那么就可以直接开始。如果没有，就需要做一些调查。

如果您是一家油墨公司并且有特定的机器要开发，请与您的客户确认油墨的使用条件。如果您的客户是设备制造商，他们应该告诉您需要知道的所有信息。如果直接销售给用户，那么这些信息可能就不容易获得了，你必须更加努力地找出有效合理的信息。您可以从打印速度和打印分辨率了解工作频率，请记住，如果是多遍打印，这可能与最终分辨率不同。

起点

波形优化的第一步是为我们的喷射建立一个合理的基线，以便我们用dropwatcher进行查看。如果可能的话，一个简单的方法是从打印头制造商推荐的或默认的单脉冲波形开始。除了典型的脉冲定时，通常还会有某种校准电压(有时称为“标签”电压)。使用这个开始是因为它应该产生合理的喷射。对于我们的Dimatix Samba示例，我们将从打印头用户手册中的波形开始:脉冲宽度2.18us、振幅脉冲26V(包括40V/us上升时间)。

下一步是让墨滴在观墨仪器的视野中可见。如果可能的话，你能看到喷头面板是很重要的；如果你失败了，这些也对找到失败的原因有很大帮助。下图给出了Dimatix Samba打印头的理想视图。

如果只用注射器填充进行初步测试，那么在测试中应最大限度地减少墨水消耗。以8kHz的中等频率选择喷头的同一行大约10-20个喷嘴进行喷射，可以在不需要补充液体的情况下测试一段时间。

快速测量下降速度以确保其合理，也许是5-6米/秒。即使最终目标更高，此设置通常也可以在没有太多卫星的情况下轻松测量。如果发现速度太慢，需要稍微增加脉冲电压，反之亦然。如果速度可以接受，则无需对波形进行修改，因此26V是一个合适的设置。

第一步:优化脉冲宽度

优化波形的第一步是获得基本的脉冲形状，以匹配头部和流体组合的声学特性。在波形术语中，我们将从确定合适的脉冲宽度开始。

因为喷嘴的尺寸和流体性质都是固定的，所以我们确定保持喷嘴室膨胀的时间，以使墨水在其中以良好的节奏来回移动。

一般来说，脉冲宽度与液滴体积和速度之间存在近似二次方关系。最佳脉冲宽度将产生最高的液滴体积和速度，因此找到峰值是我们的第一个目标。确定起始波形的当前脉冲宽度，并计划将脉冲宽度从低于建议设置的50%调整到高于建议设置的50%。在每个脉冲宽度下，测量距离打印头一致距离处的液滴体积和速度。选择一个合适的间隔，给出几个数据点，这样就可以建立一条曲线。

对于我们的Samba打印头，我们将自动以0.1微秒的增量扫描从1.1微秒到3.3微秒的脉冲宽度。通过在每个值（使用双脉冲）捕获图像，我们能够快速判断下落的速度，并在需要时补充测量值。下图是使用XSweep和Stitch的组合生成的。 XSweep and 缝线.

速度曲线的顶部是脉冲定时为墨水、喷头和电子设备的组合提供最有效的墨滴喷射的位置。有时需要使用比峰值稍高一点的脉冲宽度，因为它可以减少卫星。获得一些经验会帮助你做出这个决定。一旦你选择了你的脉冲宽度，将该值编程到你的波形中，然后继续下一步。

根据我们的图像，可以看到2.1-2.2微秒的脉冲宽度似乎产生了最高的液滴速度。我们可以分辨，因为图像的每一片都是在同一时刻拍摄的，并且墨滴在这些片中离打印头最远。如果你还记得，2.18us是我们在Dimatix Samba手册中的起始脉冲宽度，事实上它似乎是最佳的。干得好Dimatix ！

节省时间

就像喷墨打印中的大多数设置一样，用户可以自行决定处理过程的精确度。在波形优化的情况下，选择较小的间隔来测试每个参数将能够给你更精确的结果。然而，当手动进行这种分析时，较小的间隔意味着进行这种测试所需的时间增加。为了加快进程，ImageXpert有一个名为XSweep的工具，它会自动调整波形设置并为您执行测量。

第二步:优化电压

现在我们确定了正确的时间，可以探索电压和下降体积和速度之间的联系。通常，电压与液滴体积和速度之间存在线性关系，直至达到限度。增加的电压也会产生增加的韧带，所以目标是获得尽可能高的速度，产生一个漂亮的干净的水滴，而没有拖尾打断卫星。

正如我们之前确定脉冲宽度的方法一样，让我们尝试一系列电压，并测量每个电压下的液滴速度。关注墨滴体积和卫星形成也很重要，因为这会影响我们的决策。在这一点上，目标是确定电压设置，在没有太多卫星的情况下，为我们提供目标体积和速度。借助Samba，我们将自动以0.5V的增量扫描21V-31V的电压。输出如下所示。

结果似乎再次与理论相符。液滴速度随电压线性增加，直至引入卫星点。因此选择一个比产生卫星的电压低一点的电压进行测量。

我们现在知道使用这些设置的波形将产生的液滴体积和速度，可以将其与我们的目标进行比较。但我们的工作还没有完成。

第三步:增加打印频率

现在你已经改善了脉冲并得到了预期的速度，此时调高频率打印。这将测试我们到目前为止构建的波形在目标频率下是否表现良好，以及是否有任何特定的点需要避免。如果你已经知道关键目标频率是多少，那么你可以通过在那里看喷射来节省一些时间，但是不要忘记也包括次谐波。这确保了如果在渲染和打印图像的过程中调整了墨滴间距，您的波形仍然会表现良好。

我们认为通常最好尽可能了解整个频率空间。您已经设置好了系统，并且您永远不知道客户何时会要求以另一种频率使用该墨水。除了XSweep之外，Imagexpert还提供频率扫描附加组件，以帮助加快过程。这将自动

扫描一系列频率并收集数据，这对于较高频率的打印头尤其有用。下图是我们以1千赫的步长以1–30千赫喷射的Samba波形。

幸运的是，我们的打印效果在这个范围内看起来相当不错。这里是另一个例子，讲述了一个不同的故事。

注意喷射是如何以恒定的速度进行的，直到大约19千赫，然后速度激增？除了速度增加，我们还看到韧带长度和卫星点形成增加。如果你回忆一下我们之前的波形文章，这就是共振在起作用。在19–24千赫时，在这个打印频率下，即脉冲被之前脉冲在喷嘴中的滞留动量放大。有了这些知识，您可以修改系统的设计，以避免该频率，或者为该范围使用不同的波形。

如果结果不好怎么办？

如果您创建的波形在目标频率下表现不佳，请选择较低的电压，然后重试。这是一个反复的过程，你可能需要对脉冲宽度和电压进行微小的改变，然后重复进行，以获得你想要的结果。这就是自动化派上用场的地方。如果你似乎不能让你的液滴体积或速度足够高，多脉冲可能会有所帮助。

第四步:引入多重脉冲

当波形中使用多个脉冲来产生液滴时，我们称之为多重脉冲。这个不要和灰度混淆；我们仍然只产生一种液滴尺寸，只是使用多个波形脉冲来实现。如果单个脉冲不能喷射足够的墨水，则多次脉冲对于增加喷射墨滴的体积是有用的。

如果我们要使用多个脉冲来产生更大的墨滴，我们必须从了解墨水在打印头中移动的基本时间开始。我们通过产生两个相同的脉冲来实现这一点，并根据它们之间的间隙来观察喷射发生了什么，如下所示。当时机合适时，喷嘴中的墨水动量会因第二个脉冲而增加，一旦喷射出来，我们会看到更快的下降。

让我们复制之前创建的优化脉冲，并调整这两个脉冲之间的间距，分析每一步的喷射。一个好的起点是改变间隔，从最小允许值到每个脉冲宽度的两倍。最好的测量方法是观察第二个流出的液滴的速度(如果有的话)，因为这个液滴的速度对第一个脉冲引起的压力波动非常敏感。在一些头/墨水组合的低脉冲间隙中，液滴很可能在你有机会测量它们之前就已经合并了，而在其他情况下，第二次喷射可能会出现在第一次韧带上的凸起。重要的是找出在什么间隔下你可以测量到的下降速度最快。大多数成功的灰度波形都是在共振周期或共振周期附近工作的，因此在给定输入量的情况下，喷射是最优化的。

当我们复制我们优化的Samba脉冲，并以0.1微秒的步长将脉冲间隔从1.4微秒扫描到3.2微秒时，我们产生了以下图像。很明显，第二次下降的速度是最高的，这是我们的共振期。

既然我们知道了共振周期，就可以建立一个使用它的波形。唯一要记住的是，如果你要像这样一个接一个地叠加脉冲，重要的是要考虑电压幅度，否则你会把最终的喷射速度推得很高。正如我们之前讨论过的，这对喷嘴润湿和卫星点通常是一件坏事。因此，考虑到这一点，您可以从这些开始，以获得您的目标液滴大小。

制作多脉冲灰度

正如我们已经提到的，灰度的主要区别是能够改变打印图像上每个像素的墨滴大小。这意味着您需要为每个灰度级选择要使用的波形脉冲，以获得所需的液滴大小。实现这一点的第一步是将波形分成可由打印控制器选择的段。然后，您必须将正确的线段与灰度关联起来。

就像脉冲形状本身一样，这部分非常依赖于你的系统，尤其是允许你编辑波形“形状”的软件。最简单的可视化方法是用分隔符绘制波形，然后用表格告诉你每一级使用哪一个，这种方法经常在专利中使用。我们在下面画了一个5脉冲的例子。

我们之所以选择3级5脉冲，是因为它很好地展示了可能的高度灵活性，包括脉冲不必相同或振幅呈线性(如我们的第一个例子)。需要记住的一点是，不管你选择的是哪种灰度级别，最大频率都是完成整个波形所需时间的倒数。

通常有一些规则与脉冲之间的距离有关，以便电子板有时间在波形段之间切换。大多数好的波形编辑器会告诉你是否会有问题。

现在，您可以调整单个脉冲宽度、电压和波形段的脉冲间隔，以获得符合目标的液滴体积和速度。将不同大小的水滴并排放置在同一视场中是很有用的，这样您就可以研究变化对所有灰度级的影响。该图像在一个视场中显示了三个不同的灰度级。

高级波形设计

例如，多脉冲方法也可用于控制喷嘴板润湿或影响韧带断裂。如下所示，额外的脉冲可以出现在主喷射脉冲之前或之后。实现更高级波形技巧的技巧很难系统化，但我们想确保您知道这些事情是可能的。

还有一种方法被一些领先制造商用作标准，称为双极脉冲。该术语来自使用正负放大器在两个方向驱动压电陶瓷的喷头。这种系统的优点是可以从较低的总电压获得更有效的液滴喷射，但它也允许在任何方向上对脉冲进行编程，以控制喷射后的压力变化。由于双极能力使电子设备更加复杂，因此可以使用单极电路(仅正极或负极电压)来重建这种效果，该电路使用非零的剩余电压。我们试图用下面的图片来解释这种差异，这张图片取自两家主要喷头制造商最近的几项专利。左边的图像是双极波形，右边的图像是具有非零剩余电压的单极波形。