잉크젯 인쇄 기술은 단순히 용지만 인쇄하는 것이 아닙니다.

잉크젯 프린팅 기술은 종이 인쇄뿐만 아니라 DNA 배열, 3D 구조 등을 구축할 수 있어 응용 분야가 광범위하다.마이크로컴퓨터 시스템 (MEMS)이러한 발전은 잉크젯 인쇄 기술을 더욱 정교하고 효율적으로 만들었다.

1980년대 초반 사무실은 금속으로 먹띠를 두드리고 종이에 문자를 남기는 소음으로 가득 찼다.IBM 선택적 타자기가 찰칵 소리를 내고, 국화 바퀴 프린터가 쾅 소리를 내고, 점진 프린터가 귀를 찌르는 찢어지는 소리를 낸다.

이제 이 소음들은 모두 사라졌다.이제 화면에서 읽는 데 더 많은 시간을 할애하고 있지만 인쇄 용지는 히스토리 스테이지에서 종료되지 않습니다.

이런 조용함을 초래한 주요 원인은 무엇입니까?잉크젯 프린터.레이저 프린터는 비즈니스 환경에서 대규모 인쇄 작업을 수행하지만 잉크젯 프린터는 대부분의 사람들이 집과 사무실에서 사용하는 프린터가 되었습니다.

잉크젯 프린터의 프린터 헤드는 특별한 작업을 수행합니다.해상도가 96에 불과해도dpi (인치당 포인트) 의 경우 1980년대 초기 모델에서 흔히 볼 수 있으며 점 중심에서 점 중심까지의 거리도 260마이크로미터에 불과하다.표준 2.5를 채워야 돼요.센티미터 여백의 편지지는 50만 개가 넘는 단독 먹방울을 분사해야 한다.이 작은 잉크 방울을 수송하려면 매우 정확한 제어가 필요하며 가능한 한 빠른 속도로 여러 번 반복됩니다.마이크로컴퓨터 시스템 (MEMS)이 공예에 매우 적합하다. 마이크로컴퓨터 전기 시스템은 미시적인 부품을 이용하는 전자 부품이다.

어떤 물질을 적당한 유체 특성으로 미세한 먹방울로 봉인할 수만 있다면 잉크젯 기술이 이 물질에 적응할 수 있도록 방법을 강구하는 사람이 있을 것이다.

모든 마이크로 기술과 마찬가지로 잉크젯 시스템의 규격도 시간이 지남에 따라 크게 달라졌다.1980년대 중반, 전형적인 잉크젯 프린터 헤드는 12개였다각 노즐에서 초당 최대 1350개의 잉크 방울을 분사할 수 있는 병렬 작동 노즐로 초당 150개의 영숫자 문자를 인쇄할 수 있습니다.오늘날 상업용 인쇄기에 사용되는 하이엔드 잉크젯 프린터 헤드에는 21000이 포함될 수 있습니다.각 노즐은 초당 20000~150000개의 잉크 방울을 분사할 수 있는 개의 노즐입니다.매 먹방울은 1.5피리터에 불과할수도 있다. 피리터는 리터의 1조분의 1이다. 지름은 약 14마이크로메터이다.

잉크젯 프린터가 사용하는 잉크젯 기술은 발명자의 상상을 초월하여 종이에 잉크젯 포인트 외에도 많은 다른 응용을 발견했다.이러한 응용 프로그램에는 게놈학에 사용되는 DNA가 포함됩니다.마이크로 어레이, 인쇄 회로 기판용 회로 흐름 및 3D 인쇄 구조 구축미래의 응용프로그램에는 개인화된 의료와 선진적인 전지개발이 포함될수 있다.

사실, 현재 "잉크젯" 이라는 단어가 포함된 특허를 검색하면 92000개 이상이 반환됩니다.막대 결과.어떤 물질을 적당한 유체 특성으로 미세한 먹방울로 봉인할 수만 있다면 잉크젯 기술이 이 물질에 적응할 수 있도록 방법을 강구하는 사람이 있을 것이다.

MEMS가 잉크젯 인쇄 기술을 변경하는 방법

잉크젯 기술의 역사는 1948 년으로 거슬러 올라갑니다. 당시 스웨덴 발명가 인 Rune Elmqvist매우 가는 유리관을 사용하여 잉크 흐름을 제어하여 움직이는 종이 테이프에 흔적을 남기는 차트 레코더에 대한 특허를 출원했습니다.몇 년 후, 그는 이 장치로 심전도를 기록하는 기구를 전시했다.

1965년, 스탠포드 대학교의 Richard G. Sweet잉크 흐름을 균일하게 전기를 띤 잉크 적류로 분해하는 도표 기록기를 개발했다.흐름 양쪽의 흐름 전도 전극은 잉크 방울을 종이에 직접 떨어뜨릴 수도 있고, 흡수 패드나 유도 홈으로 치우쳐 수집하여 재활용할 수도 있다.

이를 연속 잉크젯 인쇄라고 하며, IBM은 1976년까지 이를 상업용 프린터 IBM 6640에 적용했습니다.중.그러나 연속 잉크젯은 재활용을 사용하는 경우에도 잉크가 증발하여 잉크가 낭비되어 흡인력이 제한됩니다.

다른 사람들은 연속 잉크젯의 낭비 문제를 해결하기 위해 필요한 잉크젯 프린터를 개발하는 데 주력하고 있으며, 프린터 헤드의 각 분출구에서 한 번에 한 개의 잉크방울이 분출되어 연속 잉크젯의 낭비를 피할 수 있다.표면 장력은 잉크가 잉크 방울을 분출할 때까지 작은 열린 노즐에 잉크를 고정시킵니다.용지에 부딪히는 모든 잉크 방울은 점을 형성하고 인쇄 헤드를 왔다갔다하면 이미지를 생성합니다.여러 개의 분출구가 있는 플롯 헤드는 여러 잉크 방울을 동시에 분사할 수 있기 때문에 플롯 헤드는 페이지를 지날 때마다 가는 선이 아니라 이미지의 일부를 추가합니다.

1970년대 말 지멘스는 주문형 잉크젯 프린터를 먼저 판매했다.현대 데스크탑 프린터처럼 독립적인 장치가 아니라 지멘스 PT80i(인쇄 터미널 80)잉크젯) 컴퓨터 단말기의 구성 부분.이 프린터는 12개의 잉크 파이프 주위에 있는 압전 드라이버를 사용하여 12개의 노즐에 잉크를 제공하여 잉크 방울을 분사하고 초당 270자를 인쇄합니다.

압전 부품은 세라믹 지르코늄 티타늄 납 (PZT) 과 같은 전압을 가하면 형태가 변하는 일부 재료에 의존합니다.이런 효과는 MEMS에서에서는 명령에 따라 정확한 힘과 동작을 생성하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.PZT를층이 비압전 재료에 접착되어 소위 양압 전기 부품을 형성하면 전압을 가할 때 구부러진다.압전 잉크젯 노즐에서 이중 압전 부품의 굴곡은 잉크를 분출구에서 밀어낸다.

그러나이 새로운 인쇄 기술은 1970에서년대는 아직 성숙된 타격프린터처럼 믿음직하지 못하며 또 프린터에 고장이 나면 전반 지멘스단말기를 사용할수 없어 류행되지 않았다.

이와 동시에 HP와 캐논 연구원들은 잉크가 인두와 같은 열부속품에 접촉할 때 끓어올라 사출된다는것을 알아차리고 이런 사출을 유용한 잉크젯인쇄메커니즘으로 전환시키기로 결정했다.그들은 저항기가 가열 부품으로 사용될 수 있으며 집적 회로와 같은 기술을 사용하여 미세 화할 수 있다는 것을 알고 있습니다.각 잉크 노즐에는 스크래치 대신 저항기가 포함되어 있습니다.펄스 가열 저항기는 잉크의 얇은 층을 빠르게 끓여 빠르게 팽창하는 기포를 형성하여 잉크 방울을 분사구멍으로 밀어낸다.

이 작업으로 인해 서로 경쟁하는 두 가지 핫 잉크젯 기술이 40년 전에 거의 동시에 출시되었다.(같은 해, 1984년, 엡손은 독립적인 압전 잉크젯 프린터를 출시했다.)

HP의 HP ThinkJet개인 컴퓨터에 연결하여 일상적으로 인쇄할 수 있도록 설계된 열 기술 기반 최초의 데스크탑 잉크젯 프린터입니다.최근 개발된 레이저 프린터에 비해 훨씬 저렴하다는 직접적인 이점이 있습니다.HP의 데스크탑 레이저 프린터 판매 가격3500달러 (오늘의 10500달러에 해당);HP의 2225A ThinkJet은 $495 (오늘의 1500 상당)달러) 입니다.잉크젯 프린터의 전력 소비량도 레이저 프린터보다 훨씬 낮고 소음도 적다.잉크젯 프린터의 해상도가 높지 않다는 것은 부인할 수 없다. 초기에는 잉크젯 프린터의 해상도가 96dpi였지만 레이저 프린터의 해상도는300dpi – 속도가 느립니다.

그러나 잉크젯 프린터의 장점은 단점을 넘어섰고 (기술이 개선되면서 장점이 더욱 뚜렷해졌다.) 잉크젯 프린터는 데스크톱과 가정용 프린터 시장을 주도하기 시작했다.이제 20 개 이상잉크젯 프린터를 생산하는 기업은 연간 1000억 달러 이상의 시장 규모를 보유하고 있으며 매년 8% 이상의 속도로 성장하고 있습니다.

잉크젯을 사용한 DNA 마이크로어레이 인쇄

잉크젯 프린터 제조 업무가 성숙되고 성장함에 따라 일부 회사들은 잉크젯 프린터로 어떤 다른 유형의 잉크를 수송할 수 있는지 모색하기 시작했다.그 중 하나가 Agilent입니다.Technologies는 생명 과학 및 화학 분석 기술에 중점을 둔 HP의 분할 회사입니다.Agilent는 네 가지 핵산 염기인 피라진(C), 구아닌으로부터(G), 아데노필린(A), 흉선 피리딘(T)에서 DNA 체인을 인쇄한다.구체적으로, 이 회사는 기존의 DNA 화학 방법과 잉크젯 인쇄 기술을 결합하여 유리 적재 유리 조각에 DNA를 구축한다생물체가 서로 다른 조건에서 어떤 유전자를 표현하는지 측정하는 등 유전체학 작업에 사용되는 마이크로배열.학술 연구자들은 이미 오픈 소스 방법을 공유하여 기존의 잉크젯 프린터를 비즈니스 시스템보다 훨씬 비싼 사양에도 불구하고 자체 마이크로 어레이를 구축하기 위해 개조했다.

잉크젯 인쇄 기술은 단순히 용지만 인쇄하는 것이 아닙니다.

잉크젯 노즐의 정지 상태 [상단] 에서 잉크는 표면 장력을 통해 적당한 위치를 유지한다.핫 잉크젯 노즐 [좌] 에서 가열 저항기에 가해진 전압 펄스로 얇은 잉크가 빠르게 증발하여 팽창하는 증기포 [좌, 중] 를 생성하고 잉크 액체를 구멍 [좌, 하] 에서 밀어낸다.1밀리초도 안되는 시간내에 증기가 다시 응축되고 강실이 냉각되여 다시 잉크가 가득 차서 노즐이 정지상태로 되돌아가게 된다.압전 잉크젯 노즐 [오른쪽] 은 압전 이중 웨이퍼로 구동되며, 전압 [오른쪽, 가운데] 을 가하면 압전 이중 웨이퍼가 구부러져 잉크 방울 [오른쪽, 아래] 를 밀어낸다.

DNA 마이크로어레이는 바탕물 (일반적으로 유리) 로 구성되며, 그 위에는 반점이라고 불리는 작은 영역이 배열되어 있으며, DNA 체인은 이러한 영역에 부착되어 있습니다.Agilent 는 단일 2.5cm x 7.6센티미터의 적재 유리 조각에는 최대 100만 개의 반점이 생산될 수 있다.오픈 소스 시스템은 작은 영역에 최대 10000개를 배치합니다.각 DNA 체인은 염기 C, G, A 및 T의 시퀀스로 구성됩니다.이중 체인DNA에서 체인은 사다리의 가로처럼 연결되는 상호 보완 시퀀스를 가지고 있으며 C는 G와 연결되고 A는 T와 연결됩니다.

DNA 마이크로어레이는 단일 체인을 사용합니다.DNA, 각 스펙트럼에는 공통 시퀀스를 가진 수백만 개의 체인이 있습니다.상호 보완 체인을 포함하는 샘플이 스펙클을 씻을 때 이러한 체인은 스펙클에 앵커 된 체인과 결합됩니다.샘플 체인에는 형광 분자가 표시되어 있으며, 사용자는 어떤 반점이 켜져 있는지 검사함으로써 샘플에 어떤 것이 존재하는지 알 수 있다DNA 서열.

Agilent에서 마이크로 어레이를 만드는 방법에서, 프린터는 여러 번 바탕을 스캔하고, 스캔할 때마다 스펙클의 각 체인에 염기를 추가하고, 다음 스캔을 준비하기 위해 중간 단계를 수행합니다.

잉크젯 인쇄 기술은 단순히 용지만 인쇄하는 것이 아닙니다.

잉크젯 시스템을 사용하여 어레이의 각 지점에 사용자 정의 디자인의 DNA 체인을 구축하여 DNA 마이크로어레이를 만들 수 있습니다.프린터 헤드는 뉴클레오티드 [G, C, A 또는 T]가 함유된 코스메틱 단체의"잉크"[좌] 액체를 각 점으로 수송한다.첫 번째 인쇄 주기에는 화학 처리된 유리 표면에 단량체가 부착됩니다.이후 인쇄 과정에서 하나의 단일 개체는 성장하는 모든 DNA 체인의 끝에 연결됩니다.각 항목에는 다른 항목이 추가되지 않도록 보호용 캡이 포함됩니다.추가 과정 [여기에 설명되지 않음] 뉴클레오티드 잉크를 씻어내고, 단일 결합을 완료하기 위해 촉매를 가하고, 다음 인쇄 단계를 준비하기 위해 보호 캡을 분리합니다.

염기를 첨가하는 것은 사실상 3단계 과정이다.미세 배열 스펙클 중 성장하는 각 체인 끝에는 더 많은 염기가 무질서하게 첨가되는 것을 막을 수있는 분자 "모"가 있습니다.따라서 첫 번째 단계는 세척 용액을 통해 그 모자를 제거하거나 둔화시키는 것이다.두 번째 단계는 인쇄 페이지와 유사합니다. 마이크로 어레이의 각 스펙트럼에서 잉크젯 프린터에 체인 끝에 추가할 다음 단일 분자 (C, G, A 포함) 를 포함하는 한 방울을 추가합니다.또는 T의 코스메틱 버전) 의 리퀴드입니다.이러한 단일 항목에는 각 체인에 분자를 하나만 추가할 수 있는 새 캡이 포함됩니다.새로 추가된 단일은 이미 체인에 부착되어 있지만 연결이 아직 완전히 안정되지 않았기 때문에 3단계는 산화제 용액을 응용하여 키를 수식하고 새로운 단일체를 완전히 통합한다DNA 구조에서헹구고 반복합니다.

오픈 소스 잉크젯 구축의 공통성을 통해 연구자들은 원하는 시퀀스가 있는 프로토타입 어레이를 신속하게 구축할 수 있습니다.새로운 어레이를 하루 만에 설계, 작성 및 분석에 사용할 수 있습니다.DNA。한 연구자들은 시스템을 사용하면 각 염기의 추가 순환 시간이 10 ~ 20분이거나 약 13 시간에 한 무더기의 어레이를 생산할 수 있으며 각 어레이에는 약 10000 개가 포함된다고 보고했습니다.알칼리 체인 40개를 포함하는 스펙클이에 비해 Agilent의 상업용 마이크로어레이는 일반적으로 60개의 염기 체인을 가지고 있다.

　　Agilent 또한 그 잉크젯 시스템을 사용하여 과뉴클레오티드 문고라고 불리는 또 다른 게놈학 도구를 합성한다.이 프로세스는 마이크로어레이를 제조하는 것과 동일하지만 마지막에 모든 체인을 하단에서 절단하여 건조하고 포장하여 고객이 사용할 수 있도록 합니다.Agilent 잉크젯 인쇄 라이브러리의 체인 길이는 230개의 염기입니다.

두 잉크젯 잉크를 사용하여 3D 인쇄

잉크젯 기술은 2차원 페이지를 인쇄하고 1차원 분자 체인을 구축하는 것 외에도 수년간 3차원 물체를 생산하는 데 사용되어 왔다.한 가지 방법은 분말 침대 3D입니다.원하는 패턴에서 파우더 레이어를 녹이거나 붙여 물체를 구성하는 플롯된 변형입니다.잉크젯 프린터 헤드는 액체 접착제를 분말의 각 층에 떨어뜨려 완제품 3D 물품을 형성할 구역에 넣는다.

HP Multi Jet Fusion(MJF) 시리즈 3D프린터는 두 가지 유형의 잉크를 축적하여 이 방법을 확장합니다. 하나는 접착제 촉진제이고 다른 하나는 도안의 가장자리에 응용하여 촉진제가 주위의 가루에 스며드는 것을 방지합니다.대량의 잉크젯 노즐을 장착한 프린터 헤드는 이 잉크를 분배하고, 그 다음에는 조명 막대가 가루를 빠르게 가열하여 접착제 촉진제가 존재하는 구역에서 녹인다.그런 다음 신선한 파우더 레이어를 상단에 배치하고 구축이 완료될 때까지 과정을 반복합니다.MJF 프린터는 미세한 피쳐와 내부 구조를 가진 객체를 포함하여 복잡한 3D 객체를 빠르게 생성할 수 있습니다.

잉크젯 인쇄 기술의 미래는 희망적이다.연구원들은 잉크젯 프린터를 사용하여 조직 공학에 사용되는 바이오 재료, 전자 장비에 사용되는 전도성 재료 및 배터리에 사용되는 새로운 전극을 포함한 다양한 신소재 및 제품을 제조할 가능성을 모색하고 있습니다.

잉크젯 인쇄의 미래는 종이만이 아니다.이 기술은 이미 인쇄 방식을 완전히 바꾸었고, 또한 우리가 각종 물품을 제조하는 방식을 바꿀 수도 있다.