Brevet FR3048200A1 — publié le 20170901

PROCEDE ET DISPOSITIF D'AJOUT DE SOLVANT PAR PETITES QUANTITES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des imprimantes à jet d'encre continu (CIJ). Elle concerne également l'architecture (l'agencement du Circuit d'encre) des imprimantes CIJ d'entrée de gamme afin de minimiser leur coût. Elle concerne également un moyen d'étendre le domaine fonctionnel d'une pompe à membrane en fonction de la température. Les imprimantes à jet d'encre continu (CIJ) sont bien connues dans le domaine du codage et du marquage industrielle de produits divers, par exemple pour marquer des codes barre ou la date de péremption sur des produits alimentaires directement sur la chaine de production et à grande cadence. Ce type d'imprimante se trouve également dans certains domaines de la décoration où les possibilités d'impression graphique de la technologie sont exploitées. Ces imprimantes possèdent plusieurs sous-ensembles type comme le montre la figure 1. Tout d'abord, une tête d'impression 1, généralement déportée par rapport au corps de l'imprimante 3, est reliée à celui-ci par un ombilic 2 souple rassemblant les liaisons hydrauliques et électriques nécessaires au fonctionnement de la tête en lui donnant une souplesse qui facilite l'intégration sur la ligne de production. Le corps de l'imprimante 3 (encore appelé pupitre ou cabinet) contient habituellement trois sous-ensembles : - un circuit d'encre 4 dans la partie basse du pupitre (zone 4'), qui permet d'une part, de fournir de l'encre à la tête à une pression stable et d'une qualité adéquate, et d'autre part de prendre en charge l'encre des jets non utilisée pour l'impression, 3048200 2 - un contrôleur 5 situé dans le haut du pupitre (zone 5'), capable de gérer les séquencements d'actions et de réaliser les traitements permettant l'activation des différentes fonctions du circuit d'encre et de la tête. - un interface 6 qui donne à l'opérateur le moyen de mettre 5 l'imprimante en oeuvre et d'être informé sur son fonctionnement. Autrement dit, le cabinet comporte 2 sous-ensembles : en partie haute, l'électronique, alimentation électrique et interface opérateur, et en partie basse un circuit d'encre fournissant l'encre, de qualité nominale, sous pression à la tête et la dépression de récupération de l'encre non utilisée par la tête. 10 La figure 2 représente schématiquement une tête 1 d'impression d'une imprimante CIJ. Elle comporte un générateur de gouttes 60 alimenté en encre électriquement conductrice mise sous pression par le circuit d'encre 4. Ce générateur est capable d'émettre au moins un jet continu au travers d'un orifice de petite dimension appelé buse. Le jet est transformé en une succession 15 régulière de gouttes de taille identique sous l'action d'un système de stimulation périodique (non représenté) situé en amont de la sortie de la buse. Lorsque les gouttes 7 ne sont pas destinées à l'impression, elles se dirigent vers une gouttière 62 qui les récupère afin de recycler l'encre non utilisée au travers du circuit d'encre 4. Des dispositifs 61 placés le long du jet (électrodes de charges et de déflexion) permettent, sur 20 commande, de charger électriquement les gouttes et de les défléchir dans un champ électrique Ed. Celles-ci sont alors déviées de leur trajectoire naturelle d'éjection du générateur de gouttes. Les gouttes 9 destinées à l'impression échappent à la gouttière et vont se déposer sur le support à imprimer 8. Cette description peut s'appliquer aux imprimantes jets continus (CIJ) 25 dites binaires ou jet continu multi-défléchi. Les imprimantes CIJ binaires sont équipées d'une tête dont le générateur de gouttes possède une multitude de jets, chaque goutte d'un jet ne peut être orientée que vers 2 trajectoires : impression ou récupération. Dans les imprimantes à jet continu multi-défléchi, chaque goutte d'un jet unique (ou de quelques jets espacés) peut être défléchie sur diverses trajectoires correspondant à des commandes de charge différentes d'une goutte à l'autre, réalisant ainsi un balayage de la 3048200 3 zone à imprimer suivant une direction qui est la direction de déflexion, l'autre direction de balayage de la zone à imprimer est couverte par déplacement relatif de la tête d'impression et du support à imprimer 8. Généralement les éléments sont agencés de telle sorte que ces 2 directions soient sensiblement perpendiculaires. 5 Un circuit d'encre d'une imprimantes à jet d'encre continu permet d'abord de fournir de l'encre sous pression régulée, et éventuellement du solvant, au générateur de gouttes de la tête 1 et de créer une dépression pour récupérer les fluides non-utilisés pour l'impression en retour de la tête. Il permet également la gestion des consommables (distribution d'encre 10 et de solvant à partir d'une réserve) et le contrôle et le maintien de la qualité de l'encre (viscosité/concentration). Enfin, d'autres fonctions sont liées au confort de l'utilisateur et à la prise en charge automatique de certaines opérations de maintenance afin de garantir un fonctionnement identique quelles que soient les conditions d'utilisation. Parmi ces 15 fonctions on trouve le rinçage en solvant de la tête (générateur de gouttes, buse, gouttière), l'aide à la maintenance préventive comme le remplacement de composants à durée de vie limité (filtres, pompes). Ces différentes fonctions ont des finalités et des exigences techniques très différentes. Elles sont activées et séquencées par le contrôleur 5 de l'imprimante qui 20 sera d'autant plus complexe que le nombre et la sophistication des fonctions seront grands. Certaines imprimantes actuelles sont conçues de manière modulaire afin de faciliter à l'extrême la maintenance de la machine qui s'opère par l'échange rapide et sans outils spéciaux de certains modules. Ceux-ci peuvent constituer des sous- 25 ensembles fonctionnels plus ou moins complexes dont un ou plusieurs éléments sont des composants à durée de vie limitée (ex. composants d'usure) ou des composants dont les performances se dégradent avec le temps d'utilisation (ex. encrassement de filtres). Cette solution, en général, ajoute des coûts supplémentaires à la stricte réalisation de la fonction remplie par le module car il faut prévoir une structure autonome pour le 30 module, des connecteurs électriques, des organes de connexion hydraulique 3048200 4 éventuellement auto-obturables pour éviter l'écoulement de fluides pendant le remplacement du module, et divers autres composants qui ne serait pas nécessaires si la notion de module n'était pas présente. Un exemple de dispositif modulaire est donné en figure 1 du document 5 W02012066356. Le circuit hydraulique qui y est représenté met en oeuvre des modules échangeables (références 50, 60 sur cette figure 1). Ce circuit est très complexe, utilise un nombre élevé de composants ; en particulier, il utilise de nombreux connecteurs auto-obturants (73) permettant d'isoler les modules (50 et 60) du corps du circuit d'encre au moment de la déconnexion et d'éviter ainsi les écoulements de fluides. 10 Autrement dit, la présence de modules complexes échangeables en bloc génère une forte complexité technique et donc des coûts supplémentaires incompatibles. Actuellement, faciliter la maintenance conduit à une augmentation des coûts de la machine. Le positionnement relatif des composants retenant des fluides et interconnectés entre eux, amène des contraintes liées à l'écoulement gravitaire des 15 fluides. Plus généralement, pour fournir à l'utilisateur un confort d'utilisation de plus en plus élevé, des performances de plus en plus pointues permettant d'adresser des applications de plus en plus difficiles à satisfaire, les imprimantes actuelles voient leur complexité augmenter en termes de sophistication et de quantité de composants. 20 Un autre exemple est donné dans la demande W02009049135. Selon un autre aspect des machines connues, la circulation forcée des fluides et le contrôle de leur flux (fermeture/ouverture de conduits, aiguillage) sont des fonctions qui sont coûteuses à réaliser, en particulier pour des questions de fiabilité de fonctionnement. Elles mettent en oeuvre, en général, des pompes ainsi que des 25 électrovannes ou des clapets, notamment pour assurer la mise en pression d'encre et éventuellement de solvant vers la tête, la création d'une dépression pour la récupération et la purge venant de la tête, ou le transfert d'encre ou de solvant d'un endroit à un autre dans le circuit d'encre. Selon encore un autre aspect des machines connues, la grande majorité 30 d'entre elles utilise une technologie de pompe à engrenages pour la mise en pression de 3048200 5 l'encre et, dans certains cas, pour la création de la dépression de récupération. Ces pompes de haute performance et de haute capacité conviennent très bien du point de vue technique. En particulier, elles peuvent traiter des encres difficiles et elles ont une durée de vie élevée. Mais, elles sont très coûteuses. 5 D'une manière générale, le circuit d'encre des machines connues reste un élément coûteux, du fait des nombreux composants hydrauliques à mettre en oeuvre. Il se pose donc le problème de réaliser tout ou partie des fonctions d'un circuit d'encre, dans une imprimante de type CIJ, à moindre coût et avec un nombre de composants réduit, tout en garantissant un minimum de fiabilité. On cherche donc à 10 mettre en oeuvre le moins de composants possibles, notamment pour des fonctions telles que la gestion des consommables et/ou le contrôle et le maintien de la qualité de l'encre et/ou le rinçage en solvant de la tête. En particulier, un problème est de réduire le nombre de composants hydrauliques et de simplifier l'interconnexion de ces composants. Malgré cela, la 15 satisfaction de l'utilisateur doit être assurée ce qui fait que l'effort sur cette réduction du nombre de composants n'affecte pas les performances ou la fiabilité. Un autre problème, lié à la complexité des machines actuellement connues, est le besoin d'opérateurs hautement qualifiés. Par exemple, les séquencements de maintenance peuvent être très complexes. 20 Il y a donc un besoin d'une imprimante adaptée à la manipulation par des opérateurs de faible formation. Selon un autre aspect, le circuit d'encre comporte un nombre important de composants hydrauliques, hydro-électriques, de capteurs etc. En effet, les imprimantes modernes disposent de nombreuses fonctions de plus en plus sophistiquées 25 et précises. Les composants hydrauliques (pompes, électrovannes, connexions auto- obturantes, filtres, capteurs divers) sont présents ou sont dimensionnés pour satisfaire un niveau de qualité, de fiabilité, de performance et de service à l'utilisateur. Et les fonctions de maintenance sont consommatrices de composants car elles sont souvent automatisées. 3048200 6 Dans une telle imprimante, une régulation de la viscosité de l'encre peut être effectuée par ajout de solvant dans l'encre. Mais les ajouts de solvant se font en général dans un réservoir de mélange à partir duquel un mélange encre-solvant est ensuite envoyé vers la tête d'impression. Un tel système est complexe. Il se pose donc le 5 problème de trouver un nouveau procédé et un nouveau dispositif pour effectuer une injection de solvant dans un flux d'encre, en vue de son envoi vers une tête d'impression. De préférence, un tel nouveau procédé et dispositif permettraient de minimiser le nombre de composants d'une imprimante à jet d'encre et/ou permettraient d'utiliser des composants moins couteux que ceux actuellement utilisés, tout en 10 garantissant un bon niveau de performance et de fiabilité. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne d'abord un procédé d'impression à l'aide d'une imprimante à jet d'encre, ou un procédé d'alimentation en encre et en solvant de la tête d'impression d'une imprimante à jet d'encre, ou un procédé de contrôle de la qualité, en 15 particulier de la viscosité, de l'encre d'une imprimante à jet d'encre, ladite imprimante comportant au moins un réservoir d'encre (ou premier réservoir) et un réservoir de solvant (ou deuxième réservoir), ces 2 réservoirs étant différents l'un de l'autre, une tête d'impression et un circuit d'alimentation pour envoyer de l'encre et/ou du solvant vers la tête d'impression, procédé dans lequel : 2 0 - on estime une quantité, ou volume de correction, de solvant, à ajouter à l'encre pour compenser une variation de viscosité, par exemple par rapport à une viscosité cible (ou nominale ou de référence), - on envoie vers la tête d'impression une pluralité de quantités élémentaires de solvant (pur), ou d'encre diluée (provenant du 2' réservoir), séparées 25 par de l'encre (provenant du 1' réservoir), chaque quantité élémentaire ayant un volume par exemple compris entre 0,1 cm3 et 5 cm3, ou entre 0,1 cm3 et 1 cm3., la somme des quantités élémentaires de solvant étant sensiblement égale au volume de correction à ajouter. 3048200 7 Les micro-ajouts successifs permettent de retrouver la viscosité nominale (ou de référence) de l'encre dans la tête d'impression. Envoyer des quantités élémentaires de solvant, ou d'encre diluée, séparées par de l'encre, permet de bénéficier d'un effet de mélange, dans le circuit 5 d'alimentation, avec l'encre, pour perturber le moins possible le jet produit par la tête d'impression. Le solvant, ou l'encre diluée, ajouté(e) n'a pas été préalablement mélangé à l'encre, dans le ler réservoir. Chaque quantité élémentaire peut, ou non, être envoyée simultanément à de l'encre, mais deux quantités élémentaires de solvant ou d'encre 10 diluée successives sont séparées par de l'encre ou par de l'encre non diluée. Dans le cas où 2 quantités élémentaires sont envoyées sans envoi simultané d'encre, on pourra parler d'envois alternés avec de l'encre. Une quantité élémentaire de solvant (ou d'encre diluée) peut être définie plus précisément en fonction de la configuration du circuit d'alimentation, et donc 15 du volume d'encre dans lequel chaque quantité élémentaire est injectée, mais également en vue de limiter les perturbations du jet produit par la tête d'impression. En effet, une quantité trop importante de solvant (ou d'encre diluée) injecté dans le flux d'encre entraîne une variation de vitesse du jet, et donc de la position et de la qualité de la brisure de celui-ci, et/ou des paramètres de charge de gouttes dans la tête. 20 Un flux d'encre de récupération en provenance d'une gouttière de la tête d'impression est envoyé vers le premier réservoir (ou réservoir d'encre). Les 2 réservoirs sont différents l'un de l'autre. Chaque ajout de solvant (ou d'encre diluée) a lieu en aval du réservoir d'encre, lequel recueille, de préférence uniquement (il ne recueille pas de solvant pur ou de solvant par un circuit dédié), l'encre 25 en retour de la tête d'impression. On injecte donc chaque quantité élémentaire de solvant (ou d'encre diluée) dans le circuit d'alimentation ou dans la tête d'impression, en aval des réservoirs. Mais chaque quantité injectée étant faible, on ne perturbe pas la tête d'impression par des ajouts trop importants, qui pourraient entrainer, notamment, une variation de la vitesse du jet. 3048200 8 Les ajouts de quantités élémentaires de solvant (ou d'encre diluée) peuvent être en nombre important, par exemple compris entre 10 et 500, ou même entre 10 et 5000. La variation de viscosité à compenser peut résulter d'une mesure de 5 pression ou de variation de pression. Chaque quantité de solvant (ou d'encre diluée) élémentaire et/ou le nombre et/ou la fréquence des envois de quantité élémentaire de solvant (ou d'encre diluée) peut être calculée et/ou être fonction du coefficient de dilution et/ou du volume d'encre dans lequel le mélange encre - solvant (ou encre-encre diluée) se fait avant de 10 passer dans la tête d'impression ou dans celle-ci. Les quantités élémentaires de solvant (ou d'encre diluée) d'une pluralité de quantités élémentaires peuvent être identiques. En variante, la quantité de solvant d'un ou plusieurs micro-ajouts peut être différente de celle d'un ou plusieurs autres micro-ajouts. Selon une réalisation, la quantité élémentaire du 1' micro-ajout est supérieure à la quantité élémentaire de 15 chacun des micro-ajouts suivants ; en variante, les quantités élémentaires successives vont en décroissant ou en diminuant, la nème ayant un volume plus important que la (n1)"' , et ce jusqu'à la dernière (la p-ième) (pour n = 1,...,p). En variante encore, la diminution de quantités élémentaires successives peut se faire par plateau : les n1 (n1>1) premières quantités élémentaires ont chacune un 20 volume ayant une ière valeur identique, les n2 (n2>1) quantités élémentaires suivantes ont chacune un volume ayant une 2ème valeur identique plus faible que la 1ère valeur ; éventuellement n3 (n3>1) quantités élémentaires suivantes ont chacune un volume ayant une 3ème valeur identique plus faible que la 2ème valeur. On peut ainsi avoir np groupes de quantités élémentaires successives, le volume de chaque quantité élémentaire de chaque 25 groupe nk (1 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la qualité de l'encre d'une imprimante à jet d'encre, en cours d'impression, ladite imprimante comportant au moins un réservoir d'encre (11) et un réservoir de solvant ou d'encre diluée (12), une tête d'impression (50) et un circuit d'alimentation pour envoyer de l'encre et/ou du solvant vers la tête d'impression, procédé dans lequel : - on estime un volume de correction de solvant ou d'encre diluée, à ajouter à l'encre pour compenser une variation de viscosité de cette dernière, - on envoie vers la tête d'impression une pluralité de quantités élémentaires de solvant, ou d'encre diluée, séparées par de l'encre, chacune d'un volume compris entre 0,1 cm3 et 5 cm3, la somme des quantités élémentaires de solvant ou d'encre diluée, étant sensiblement égale au volume de correction à ajouter. 2. Procédé selon la revendication précédente, le volume de correction de solvant, ou d'encre diluée, étant fonction d'une valeur de pression mesurée ou d'une variation de pression mesurée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, une ou plusieurs desdites quantités élémentaires de solvant ou d'encre diluée, et/ou leur nombre et/ou leur fréquence tenant compte de la dilution (Cd) de l'encre par le solvant ou l'encre diluée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 2 envois successifs de solvant ou d'encre diluée étant séparés d'une durée permettant un mélange, dans le circuit, du solvant, ou de l'encre diluée, et de l'encre envoyés. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la durée entre 2 quantités de solvant, ou d'encre diluée, élémentaires étant comprise entre 0,1 s et 1 minute. 3048200 47 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque quantité élémentaire a un volume compris entre 0,1 cm3 et 1 cm3. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 5 chaque quantité élémentaire est envoyée à partir du réservoir, muni d'une vanne (22) de sortie, ouverte pendant une durée comprise entre 0,1 s et 5s. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque quantité élémentaire est pompée à partir du réservoir de solvant ou d'encre 10 diluée (12), à l'aide d'une pompe (24) qui pompe également de l'encre à partir du réservoir d'encre (11). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, chaque quantité élémentaire étant envoyée simultanément à de l'encre. 15 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les quantités élémentaires ayant des volumes décroissants. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 2 0 des quantités élémentaires d'encre diluée sont envoyées dans la tête et un mélange entre cette encre diluée et l'encre ayant lieu dans la tête, mais pas dans le circuit d'alimentation en amont de la tête. 12. Dispositif d'impression à l'aide d'une imprimante à jet d'encre, 25 comportant : - au moins un réservoir d'encre (11) et un réservoir de solvant ou d'encre diluée (12), - une tête d'impression (50), - un circuit d'alimentation (10) pour envoyer de l'encre et/ou du solvant 30 ou de l'encre diluée vers la tête d'impression, 3048200 48 - des moyens (58, 60, 61, 64) pour recueillir dans le premier réservoir (11) un flux d'encre de récupération en provenance d'une gouttière de la tête d'impression, - des moyens (3, 36) pour estimer un volume de correction de solvant, 5 ou d'encre diluée, à ajouter à l'encre pour compenser une variation de viscosité de cette dernière, - et des moyens (3, 21, 22, 24, 24a) pour envoyer vers la tête d'impression une pluralité de quantités élémentaires de solvant, ou d'encre diluée, séparée par de l'encre, chacune d'un volume compris entre 0,1 cm3 et 5 cm3, la somme 10 des quantités élémentaires de solvant, ou d'encre diluée, étant sensiblement égale au volume de correction de solvant, ou d'encre diluée, à ajouter. 13. Dispositif selon la revendication 12, comportant un capteur de pression (36) pour mesurer une variation de pression d'encre et/ou de solvant envoyée 15 vers la tête d'impression et des moyens pour convertir cette variation de pression en volume de correction de solvant à ajouter. 14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, une ou plusieurs desdites quantités élémentaires de solvant ou d'encre diluée et/ou leur nombre 20 et/ou leur fréquence tenant compte, ou étant calculée en fonction, de la dilution de l'encre par le solvant ou l'encre diluée. 15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, lesdits moyens (3, 21, 22, 24, 24a) pour envoyer vers la tête d'impression une pluralité de quantités 25 élémentaires de solvant, ou d'encre diluée, permettant de calculer une durée, entre 2 envois successifs de solvant, ou d'encre diluée, permettant un mélange, dans le circuit (10), du solvant, ou de l'encre diluée, et de l'encre envoyés. 3048200 49 16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, comportant une pompe commune (24) pour pomper de l'encre à partir du réservoir d'encre (11) et/ou du solvant ou de l'encre diluée à partir du réservoir de solvant ou d'encre diluée (12), pour un envoi vers la tête d'impression (50). 5 17. Dispositif selon la revendication 16, comportant des moyens (21, 22, 23) de sélection, pour relier sélectivement une sortie du réservoir d'encre (11) et/ou une sortie du réservoir de solvant ou d'encre diluée (12) à ladite pompe commune (24). 10 18. Dispositif selon l'une des revendications 16 ou 17, comportant en outre un dispositif d'amortissement (26) pour amortir des fluctuations ou des ondulations de pression d'encre et/ou de solvant ou d'encre diluée issu de la pompe commune (24). 19. Dispositif selon la revendication 18, le dispositif d'amortissement 15 comportant des moyens (28, 16, 126a), formant clapet anti-retour, pour empêcher une circulation d'encre et/ou de solvant ou d'encre diluée vers la pompe commune (24). 20. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 19, comportant en outre un troisième réservoir (12a), relié au circuit d'alimentation (10). 21. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 20, comportant des moyens (3, 21, 22, 24, 24a) pour envoyer directement dans la tête d'impression une pluralité de quantités élémentaires d'encre diluée, un mélange entre l'encre et l'encre diluée se faisant dans la tête, mais pas dans le circuit d'alimentation en amont de la tête. 20 25