Minder geluidsoverlast in snelle printkop

Groot Wassink onderzocht bij welk elektrisch signaal de inktkanalen in de printkop optimaal werken. “Printkoppen van inktjetprinters schieten druppeltjes inkt weg zoals je een pijl uit een boog schiet”, legt hij uit. “De actuatoren van inktkanaaltjes zijn gemaakt van piëzomateriaal. Dat materiaal vervormt wanneer er een elektrische spanning op komt te staan. De kanaaltjes zuigen dan inkt aan en plotseling, als een drempelwaarde is bereikt, ontspant de buis. Er ontstaat dan een drukgolf die een druppeltje wegschiet.”

Maar om opnieuw te kunnen schieten, moeten de inktkanalen eerst tot rust komen. Net als een boog trillen de inktkanalen na een schot nog even door. Gedurende deze zogenaamde residuale trilling, die zo’n honderd microseconden duurt, kan de inktkop niet spuiten. Groot Wassink heeft gekeken wat voor signaal de inktkanalen het beste toegediend kunnen krijgen om sneller in rusttoestand terug te keren. Hij promoveerde onlangs op dit werk bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE).

Daarnaast keek hij naar de wijze waarop een stroomstootje in het ene inktkanaal de werking in nabij gelegen kanalen beïnvloedt. Signalen verstoren elkaar, waardoor druppeltjes niet altijd precies even groot worden. Groot Wassink: “Ik heb geprobeerd de geluidsoverlast van de buren in de printkop te verminderen. In inktjettermen ook wel overspraak genoemd.”
Levensloop

Om te begrijpen wat precies in de inktkop gebeurt, filmde hij de levensloop van druppeltjes inkt met een hogesnelheidscamera. Vervolgens maakte hij een algoritme dat de evolutie van de druppel beschrijft, vanaf het moment dat hij slechts een lichte uitstulping is totdat hij een bol is met een lange staart die wegschiet. Met dit algoritme optimaliseerde hij het elektrische signaal.

“De signalen worden nu nog in de fabriek handmatig voorgeprogrammeerd op basis van fysisch inzicht”, vertelt hij. “Men weet dat een elektrische puls van een bepaalde hoogte en lengte nodig is om een grote of juist kleine inktdruppel met een bepaalde snelheid te jetten. Maar men heeft nooit onderzocht of je met een complexere puls niet het natrillen kunt verminderen en overspraak kunt voorkomen.”

Ongelooflijk vindt Groot Wassink het feit dat de inktjetindustrie op zulke primitieve wijze de pulsen vaststelt. Hij heeft een methode uit de systeem- en regeltechniek gebruikt om het signaal te verbeteren. Hiervoor verwerkte hij zijn algoritme in een ILC-regelaar (Iterative Learning Control). Dit apparaat meet de drukgolf die in de printkanalen ontstaat, vergelijkt die met de gewenste drukgolf en past het elektrische signaal stapsgewijs aan totdat de optimale golf ontstaat.

Dat het proefschrift van de opdrachtgever (printerfabrikant Océ) gepubliceerd kon worden, vindt de onderzoeker een wonder. “Het liefst houdt Océ zo veel mogelijk geheim. Het bedrijf wil niet dat een concurrent hetzelfde elektrische signaal gaat gebruiken.”

Groot Wassink kan 2,5 maal sneller jetten dan standaard mogelijk is met de snelste inktjetprinters die nu op de markt zijn. “Maar het kan nog veel beter”, zegt hij. “Een nieuwe promovendus gaat mijn techniek optimaliseren. Ook de stabiliteit van de kanaaltjes kan nog verder worden uitgezocht”, vervolgt hij. “Soms zitten kanaaltjes verstopt met luchtbelletjes.”

Met het regelsysteem kan de printerfabrikant volgens Groot Wassink een enorme slag maken. “Ze kunnen de printkoppen verbeteren zonder dat ze een nieuw ontwerp hoeven te maken. En met de verbeterde printtechniek kun je meer dan alleen tekst en foto’s afdrukken. Het is nog maar een kwestie van enkele jaren voordat de jettechniek nauwkeurig genoeg is om op grote schaal platte beeldschermen met light emitting diodes te printen, door diodes een voor een op een oppervlak te schieten. Deze schermen hebben een veel hogere beeldkwaliteit dan de huidige generatie flatscreens.” Maar de ingenieur ziet nog veel meer mogelijkheden. “De regeltechniek is straks ook handig voor biomedische onderzoeksdoeleinden, voor het nauwkeurig doseren van stoffen voor genetisch onderzoek bijvoorbeeld.”

(Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

Groot Wassink onderzocht bij welk elektrisch signaal de inktkanalen in de printkop optimaal werken. “Printkoppen van inktjetprinters schieten druppeltjes inkt weg zoals je een pijl uit een boog schiet”, legt hij uit. “De actuatoren van inktkanaaltjes zijn gemaakt van piëzomateriaal. Dat materiaal vervormt wanneer er een elektrische spanning op komt te staan. De kanaaltjes zuigen dan inkt aan en plotseling, als een drempelwaarde is bereikt, ontspant de buis. Er ontstaat dan een drukgolf die een druppeltje wegschiet.”

Maar om opnieuw te kunnen schieten, moeten de inktkanalen eerst tot rust komen. Net als een boog trillen de inktkanalen na een schot nog even door. Gedurende deze zogenaamde residuale trilling, die zo’n honderd microseconden duurt, kan de inktkop niet spuiten. Groot Wassink heeft gekeken wat voor signaal de inktkanalen het beste toegediend kunnen krijgen om sneller in rusttoestand terug te keren. Hij promoveerde onlangs op dit werk bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE).

Daarnaast keek hij naar de wijze waarop een stroomstootje in het ene inktkanaal de werking in nabij gelegen kanalen beïnvloedt. Signalen verstoren elkaar, waardoor druppeltjes niet altijd precies even groot worden. Groot Wassink: “Ik heb geprobeerd de geluidsoverlast van de buren in de printkop te verminderen. In inktjettermen ook wel overspraak genoemd.”
Levensloop

Om te begrijpen wat precies in de inktkop gebeurt, filmde hij de levensloop van druppeltjes inkt met een hogesnelheidscamera. Vervolgens maakte hij een algoritme dat de evolutie van de druppel beschrijft, vanaf het moment dat hij slechts een lichte uitstulping is totdat hij een bol is met een lange staart die wegschiet. Met dit algoritme optimaliseerde hij het elektrische signaal.

“De signalen worden nu nog in de fabriek handmatig voorgeprogrammeerd op basis van fysisch inzicht”, vertelt hij. “Men weet dat een elektrische puls van een bepaalde hoogte en lengte nodig is om een grote of juist kleine inktdruppel met een bepaalde snelheid te jetten. Maar men heeft nooit onderzocht of je met een complexere puls niet het natrillen kunt verminderen en overspraak kunt voorkomen.”

Ongelooflijk vindt Groot Wassink het feit dat de inktjetindustrie op zulke primitieve wijze de pulsen vaststelt. Hij heeft een methode uit de systeem- en regeltechniek gebruikt om het signaal te verbeteren. Hiervoor verwerkte hij zijn algoritme in een ILC-regelaar (Iterative Learning Control). Dit apparaat meet de drukgolf die in de printkanalen ontstaat, vergelijkt die met de gewenste drukgolf en past het elektrische signaal stapsgewijs aan totdat de optimale golf ontstaat.

Dat het proefschrift van de opdrachtgever (printerfabrikant Océ) gepubliceerd kon worden, vindt de onderzoeker een wonder. “Het liefst houdt Océ zo veel mogelijk geheim. Het bedrijf wil niet dat een concurrent hetzelfde elektrische signaal gaat gebruiken.”

Groot Wassink kan 2,5 maal sneller jetten dan standaard mogelijk is met de snelste inktjetprinters die nu op de markt zijn. “Maar het kan nog veel beter”, zegt hij. “Een nieuwe promovendus gaat mijn techniek optimaliseren. Ook de stabiliteit van de kanaaltjes kan nog verder worden uitgezocht”, vervolgt hij. “Soms zitten kanaaltjes verstopt met luchtbelletjes.”

Met het regelsysteem kan de printerfabrikant volgens Groot Wassink een enorme slag maken. “Ze kunnen de printkoppen verbeteren zonder dat ze een nieuw ontwerp hoeven te maken. En met de verbeterde printtechniek kun je meer dan alleen tekst en foto’s afdrukken. Het is nog maar een kwestie van enkele jaren voordat de jettechniek nauwkeurig genoeg is om op grote schaal platte beeldschermen met light emitting diodes te printen, door diodes een voor een op een oppervlak te schieten. Deze schermen hebben een veel hogere beeldkwaliteit dan de huidige generatie flatscreens.” Maar de ingenieur ziet nog veel meer mogelijkheden. “De regeltechniek is straks ook handig voor biomedische onderzoeksdoeleinden, voor het nauwkeurig doseren van stoffen voor genetisch onderzoek bijvoorbeeld.”

(Foto: Sam Rentmeester/FMAX)