इंकजेट मुद्रण लागू तरल गतिकी के क्षेत्रों में से एक के रूप में

हाइड्रोडायनामिक्स का स्वर्ण युग

एक विज्ञान के रूप में हाइड्रोडायनामिक्स की उपस्थिति का वर्ष 1628 माना जा सकता है, जब बेनेडेटो कैस्टेलि द्वारा एक छोटा सा काम प्रकाशित किया गया था। इसमें, प्रारंभिक गलत धारणाओं के बावजूद, कुछ समय के लिए उन्होंने नदियों और नहरों में तरल के आंदोलन के दौरान कई घटनाओं को काफी सटीक रूप से समझाया। हालांकि, इससे पहले भी, लियोनार्डो दा विंची और गैलीलियो गैलीली जैसे प्रसिद्ध वैज्ञानिकों द्वारा शरीर के आंदोलन के माध्यम के प्रतिरोध का अध्ययन करने का प्रयास किया गया था। इसके बाद, न्यूटन, यूलर, टोर्रिकेली, बर्नौली, डी 'एलेबर्ट और कई अन्य लोगों ने हाइड्रोडायनामिक्स के विकास में एक महान योगदान दिया।

आधुनिक विज्ञान तेजी से विकसित हो रहा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक क्षेत्र में उपलब्धियां अन्य क्षेत्रों में अनुसंधान के लिए उपयोग किए जाने वाले नवीनतम उपकरण बनाने के लिए सामग्री प्रदान करती हैं। इसलिए, यह कहना उचित होगा कि हाइड्रोडायनामिक्स के लिए एक वास्तविक "स्वर्ण युग" आया है। इसी समय, अनुसंधान का दृष्टिकोण बदल गया है। आजकल, प्रयोगात्मक डेटा प्राप्त करने के तरीकों में काफी सुधार हुआ है। यदि पहले एक सिद्धांत बनाया गया था और फिर प्रयोग द्वारा पुष्टि या खंडन किया गया था, तो आज सिद्धांत उच्च परिशुद्धता माप के एक जटिल पर आधारित है।



लामिनार और अशांत द्रव प्रवाह का अध्ययन करने के लिए, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट अब एक कैमरा का उपयोग करता है जो प्रति सेकंड 1 मिलियन फ्रेम बनाता है। पिछला कैमरा 500 गुना धीमा था और 2000 फ्रेम प्रति सेकंड लिया गया। कैमरों का उपयोग करते हुए अशांत प्रवाह का अध्ययन करते समय, हजारों कणों को ट्रैक किया जा सकता है। उनके प्रक्षेपवक्र और गति को डेटा सरणियों में परिवर्तित किया जाता है, जो तब शक्तिशाली कंप्यूटर प्रौद्योगिकी द्वारा संसाधित होते हैं। यह आपको प्रक्रियाओं के संख्यात्मक मॉडल बनाने और इस तरह की घटनाओं की प्रकृति को समझने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, अशांति।

बादलों में छोटी बूंद बनने की प्रक्रिया का अध्ययन करने से मौसम की भविष्यवाणी की सटीकता में काफी सुधार हो सकता है। इस उद्देश्य के लिए, जर्मन पर्यावरण अनुसंधान स्टेशन की एक प्रयोगशाला माउंट जुगस्पिट्ज़ (2,962 मीटर / 9,718 फीट) पर बनाई गई थी। 7-मीटर रेलवे ट्रैक के साथ, 4 हाई-स्पीड कैमरे लगाए गए हैं। जब बादल उनके पास से गुजरते हैं, तो कैमरे कई मिनट के सेंटीमीटर की मात्रा में होने वाली प्रक्रियाओं का मिनटों में अध्ययन करना संभव बनाते हैं। शोधकर्ता देख रहे हैं कि अशांति के प्रभाव में पानी की धूल कितनी बड़ी बूंदों में मिल जाती है।

दूसरे शब्दों में, वे बारिश की उत्पत्ति का अध्ययन कर रहे हैं। लेकिन वैज्ञानिक मौजूदा क्षमताओं पर ध्यान केंद्रित करने का इरादा नहीं रखते हैं और पहले से ही एक पतंग और एक गुब्बारे के संकर का उपयोग करके बादलों को उच्च गति वाले कैमरों के वितरण को डिजाइन कर रहे हैं।

हाइड्रोडायनामिक्स के अनुप्रयोग के क्षेत्र कितने विविध हैं इसका मुख्य वर्गों द्वारा निर्णय लिया जा सकता है:

• आदर्श वातावरण - यह खंड एक आदर्श तरल पदार्थ के व्यवहार का अध्ययन करता है, जिसमें विवरण आंतरिक घर्षण, तापीय चालकता और तनावपूर्ण तनावों की उपेक्षा कर सकता है।
• लामिनार प्रवाह के हाइड्रोडायनामिक्स - बिना स्पंदन और परतों के मिश्रण के बिना समान प्रवाह की गति का अध्ययन करता है।
• टर्बुलेंस मॉडल करने के लिए एक बहुत ही कठिन प्रक्रिया है। टर्बुलेंस कुछ औसत मूल्यों से दबाव, गति, तापमान, घनत्व के तेज विचलन के साथ होता है। उदाहरण के लिए, सर्फ ज़ोन में, एक घटना लहर हवा के साथ मिलकर फोम बनाती है। अक्सर विमान यात्रियों को कंपन महसूस होता है जब एक विमान अशांति क्षेत्र में प्रवेश करता है। हम उबलते पानी में अशांति की घटना का भी निरीक्षण कर सकते हैं। यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण खंड है, जिसके बिना एक भी पाइपलाइन नहीं बनाई जाएगी।
• सुपरसोनिक हाइड्रोडायनामिक्स एक विशिष्ट खंड है जो ध्वनि की गति के करीब या उससे अधिक गति पर प्रवाह के व्यवहार का अध्ययन करता है। इस तरह के प्रवाह के व्यवहार की मुख्य विशेषता सदमे तरंगों की घटना है।
• हीट और मास ट्रांसफर - एक असमान तापमान वितरण के साथ तरल पदार्थों के जटिल व्यवहार का अध्ययन करता है। इस मामले में, माध्यम के गुण, जैसे घनत्व, चिपचिपाहट और तापीय चालकता, स्थानीय रूप से बदल सकते हैं।
• भूभौतिकीय हाइड्रोडायनामिक्स - एक ग्रहों के पैमाने पर प्राकृतिक घटनाओं का अध्ययन करता है। इसमें वायु धाराओं, समुद्र और महासागर धाराओं की गति, तरल कोर में संचलन और बहुत कुछ शामिल है।
• चुंबकीय हाइड्रोडायनामिक्स - एक चुंबकीय क्षेत्र में एक विद्युत प्रवाहकीय तरल पदार्थ की गति का वर्णन करता है। इसके अलावा, यह खंड अंतरिक्ष भौतिकी की घटनाओं का अध्ययन करता है: सूर्य में क्रोमोस्फेरिक फ्लेयर्स, आकाशगंगाओं के चुंबकीय क्षेत्र, सनस्पॉट्स की उत्पत्ति।
• रियोलॉजी - नॉनलाइनर तरल पदार्थों के संचलन का अध्ययन करता है, जिसमें जैल, पेस्ट, स्यूडोप्लास्टिक्स, विस्कोलेस्टिक्स शामिल हैं। सामग्री विज्ञान में और भूभौतिकीय प्रक्रियाओं के अध्ययन में रियोलॉजी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
• एप्लाइड हाइड्रोडायनामिक्स - विशिष्ट वैज्ञानिक और तकनीकी समस्याओं के साथ काम करता है।

इंकजेट प्रिंटिंग का विकास

लागू हाइड्रोडायनामिक्स के क्षेत्रों में से एक इंकजेट प्रिंटिंग है। 15 से अधिक वर्षों के लिए, Océ मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के साथ इस क्षेत्र में सहयोग कर रहा है। प्रोफेसर डेटलेफ लोहसे के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का एक समूह अधिकतम प्रिंट गति निर्धारित करने के लिए इंकजेट प्रिंटिंग के आसपास की प्रक्रियाओं का अध्ययन कर रहा है। यही है, सीमा की परिभाषा जब प्रिंट सिर के नलिका से स्याही का इंजेक्शन और मीडिया पर फिक्सिंग बूंदें अस्थिर हो जाएंगी।

इसी समय, स्थिरता शासन के लिए समर्थन को अधिकतम करने के तरीके विकसित किए जा रहे हैं।
आधुनिक इंकजेट प्रिंटिंग दो स्याही इंजेक्शन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करती है। एक मामले में, पिस्टन की भूमिका, प्रिंट सिर के नोजल से स्याही की एक बूंद को धक्का देकर, पीजो प्लेट द्वारा और दूसरे में, वाष्प बुलबुले द्वारा खेली जाती है। कैनन दोनों प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके इंकजेट उपकरण बनाने के लिए दुनिया में एकमात्र निर्माता है। इसी समय, Océ डिवीजन पीजो-ध्वनिक प्रिंट प्रमुखों के साथ प्रिंटर के उत्पादन में माहिर है।

Océ ने पिछली सदी के शुरुआती 90 के दशक में अपनी खुद की इंकजेट प्रौद्योगिकी के विकास में पहला कदम उठाया। कंपनी ने इंकजेट प्रौद्योगिकी की विशाल क्षमता की सराहना की। अन्य प्रकार के मुद्रण के विपरीत, कम घूर्णन भाग होते हैं। इसका मतलब यह है कि भागों की कमी के साथ, उपकरणों की प्रारंभिक लागत कम हो जाती है और रखरखाव के लिए समय कम हो जाता है। इसलिए, हमारी अपनी अनूठी इंकजेट तकनीक बनाने के लिए, हाइड्रो-गैस-डायनेमिक प्रक्रियाओं को समझना आवश्यक था। यह तब था कि गोटिंगेन (जर्मनी) और यूनिवर्सिटी ऑफ़ ट्वेंटे (नीदरलैंड्स) में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के साथ साझेदारी शुरू हुई।

शोधकर्ताओं को कई दिलचस्प समस्याओं का सामना करना पड़ा जिनके लिए एक व्यापक समाधान की आवश्यकता थी। स्याही के भौतिक-रासायनिक और ऑप्टिकल गुणों, बूंदों के इंजेक्शन की विधि, सिर को स्याही की डिलीवरी और मुद्रित माध्यम की फ़ीड दर को ध्यान में रखना आवश्यक था। केवल एक विशेषता को बदलना एक समायोजन और बाकी है।



पीज़ोइलेक्ट्रिक और बबल जेट प्रौद्योगिकियों के बीच बाहरी समानता के साथ, उनके स्वयं और क्षमताओं में, दोनों में गंभीर अंतर हैं। बबल तकनीक सॉल्वेंट आधारित या पानी आधारित स्याही का उपयोग करती है। इस तरह के प्रिंटिंग के संचालन का सिद्धांत यह है कि प्रत्येक प्रिंटिंग सेल में एक माइक्रो-हीटिंग तत्व होता है। जब एक विद्युत आवेग लागू किया जाता है, तो तत्व गर्म हो जाता है, और आसन्न स्याही परतें उबल जाती हैं। इस मामले में, एक वाष्प बुलबुला तेजी से बनता है। वह, बदले में, एक प्रकार का "पिस्टन" का कार्य करता है, नोजल से स्याही के एक हिस्से को धकेलता है। यहां, हाइड्रो-गैस गतिशीलता की सभी घटनाएं पूरी तरह से प्रकट होती हैं।

पीज़ोइलेक्ट्रिक तकनीक में, पीज़ोइलेक्ट्रिक प्लेट द्वारा "पुशर" की भूमिका निभाई जाती है। यह विद्युत आवेगों के प्रभाव में अपनी ज्यामिति को बदलता है। इसके कारण, स्याही की एक बूंद को नोजल से इंजेक्ट किया जाता है। पाईज़ोइलेक्ट्रिक प्लेट को दिए गए सिग्नल को संशोधित करके, उच्च सटीकता के साथ ड्रॉप वॉल्यूम सेट करना संभव है। इससे पीजो-ध्वनिक प्रिंटिंग तकनीक के कई लाभ मिलते हैं:

• सटीक खुराक स्याही की खपत का अनुकूलन करता है;
• सभी प्रिंटों पर सटीक रंग प्रजनन प्रदान करता है;
• विलायक मुक्त स्याही (यूवी-स्याही, ठोस) का उपयोग करने की संभावना, जो तुरंत मीडिया पर क्रिस्टलीकृत हो जाती है और सुखाने की आवश्यकता नहीं होती है;
• पिछले पैराग्राफ के परिणामस्वरूप, ऊर्जा की खपत को कम करने और गर्मी के लिए मीडिया पर मुद्रित करने की क्षमता;
• उच्च प्रिंट गति अमिट और पहनने के लिए प्रतिरोधी प्रिंट;
• स्याही के तत्काल क्रिस्टलीकरण के कारण, सस्ती प्रकार के कागज का उपयोग एक वाहक के रूप में किया जा सकता है, क्योंकि ड्रॉप को वाहक में सतह पर तय किया जाता है, जिसमें इसे अवशोषित नहीं किया जाता है।

इंकजेट प्रौद्योगिकियों के हाइड्रोडायनामिक्स के क्षेत्र में अनुसंधान मुद्रण मुद्दों तक सीमित नहीं है। आधुनिक तकनीक आपको विभिन्न मीडिया पर प्रिंट करने और कई मुद्रण रचनाओं का उपयोग करने की अनुमति देती है। तो पहले से ही कांच, लकड़ी, धातु, प्लास्टिक पर मुद्रण में महारत हासिल है। अपेक्षाकृत हाल ही में, वॉल्यूम प्रिंटिंग का अभ्यास शुरू हो गया है, जिससे आप न केवल रंगों को स्थानांतरित कर सकते हैं, बल्कि सतह की वॉल्यूम बनावट भी। इस प्रकार, न केवल सामग्री पर, बल्कि सामग्री पर भी प्रिंट करना संभव हो जाता है। यह मुद्रण चिप्स या टच स्क्रीन कोटिंग्स में आवेदन पा सकता है।

मौलिक और अनुप्रयुक्त अनुसंधान की सीमा पर, नए दृष्टिकोण दिखाई देते हैं कि अब इतने शानदार नहीं लगते हैं। रक्त और स्याही की भौतिक विशेषताओं के बीच महत्वपूर्ण समानताएं हैं। उनके पास समान चिपचिपाहट और तरलता है। ऐसा लगता है, इंकजेट प्रिंटिंग से इसका क्या लेना-देना है? लेकिन शायद ये जीवित ऊतक या पूरे अंगों की छपाई के लिए पहला कदम हैं।