BR112012001777B1 - método para serigrafia de alta resolução e método para serigrafia de imagens em relevo e/ou áreas sólidas usando tela de impressão 3d - Google Patents
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Abstract
Um método para serigrafia, usando uma tela, de preferência uma tela de metal feita por eletroformação, tendo um padrão de aberturas separadas por pontes e pontos de passagem, e tendo uma superfície plana no lado do rodo, onde, no lado de impressão da tela, a tela tem uma estrutura 3D, compreendendo picos (P) e vales (V) formados por uma diferença de espessura entre as pontes e os pontos de passagem. O uso do método na produção de etiquetas RFID, painéis solares, placas de impressão eletrônica. Uma tela de impressão 3D, com um estêncil anexado com ou sem o negativo de uma imagem a ser impressa. Uma impressora compreendendo: uma ou mais telas de impressão 3D, juntamente com um ou mais reservatórios de tinta e/ou em combinação com um rolo ou rodo.
Description
Esta invenção se refere à serigrafia. Mais especificamente, trata-se de serigrafia com um novo tipo de tela, permitindo a impressão com uma maior quantidade de tinta e/ou serigrafia de alta resolução, permitindo a impressão de linhas abaixo de 100 micrômetros de largura.
A serigrafia é uma técnica de impressão que geralmente usa uma tela feita de malha de tecido para suportar um estêncil que bloqueia o escoamento da tinta. O estêncil anexado forma áreas abertas de malha que transfere a tinta como uma imagem pontiaguda em um substrato. Um rolo ou rodo é movido pela tela com um estêncil de bloqueio de tinta, forçando ou bombeando a tinta por entre os fios da malha de tecido nas áreas abertas. A serigrafia gráfica é muito utilizada hoje em dia para criar vários desenhos gráficos produzidos em grandes lotes ou em massa, assim como cartazes ou expositores. As impressões em cores podem ser criadas a partir da impressão em CMYK (ciano, magenta, amarelo e preto). A serigrafia é muitas vezes preferível em relação a outros processos, como sublimação de tinta ou impressão a jato de tinta devido a seu baixo custo e capacidade de imprimir em muitos tipos de mídia.
Uma característica significativa da serigrafia é que pode ser aplicada uma espessura de tinta no substrato maior do que é possível em outras técnicas de impressão. A serigrafia é, portanto, também preferível quando são necessários depósitos de tinta com a espessura de cerca de 5 a 20 micrômetros ou maiores, que não podem ser (facilmente) conseguidos com outras técnicas de impressão. Isso faz com que a serigrafia seja útil para a impressão de células solares, eletroeletrônicos etc. (A definição de tinta nesta aplicação inclui não só solventes e as fórmulas a base de água [pigmentadas], mas também inclui vernizes [incolores], adesivos, tinta metálica, tinta condutiva e similares)
Geralmente, uma tela é feita de um pedaço de tecido poroso, finamente tecido, chamado de malha, esticada sobre uma moldura de aluminio ou madeira, por exemplo. Atualmente a maioria das malhas é feitas de materiais sintéticos, como o aço. Como mencionado acima, as áreas da tela são bloqueadas com um material não-permeável para formar o estêncil, que é um negativo da imagem a ser impressa, ou seja, os espaços abertos são áreas onde a tinta vai aparecer.
No processo de impressão, a tela com um estêncil de frente para o substrato é colocada em cima de um substrato, tal como papel ou tecido. Em serigrafia convencional de mesa, a tinta é colocada na parte superior da tela, e uma barra de preenchimento (também conhecida como barra de inundação) é usada para preencher as aberturas de malha com tinta. O operador começa com a barra de preenchimento na parte traseira da tela e por trás de um reservatório de tinta. O operador levanta a tela para evitar o contato com o substrato e, em seguida, usando uma pequena quantidade de força para baixo, puxa a barra de preenchimento para frente da tela. Isso preenche de forma eficaz as aberturas da malha com tinta e move o reservatório de tinta para frente da tela. O operador, então, usa um rodo (rolo de borracha) para mover a malha até o substrato e empurra o rodo para a parte traseira da tela. A tinta que está na abertura da malha é bombeada ou espremida por ação capilar para o substrato em uma quantidade controlada e prescrita. 0 depósito de tinta molhada teórico está estimado para ser igual à espessura da malha e/ou do estêncil, como será discutido adiante. Conforme o rodo se move em direção à parte traseira da tela, a tensão da malha puxa a malha para longe do substrato (chamado de interrupção repentina), deixando a tinta sobre a superficie do substrato. Em serigrafia rotativa, a tinta é normalmente forçada de dentro da tela cilíndrica. Hoje em dia, este processo é automatizado por máquinas.
Há três tipos de prensas para serigrafia. A 'plana' (provavelmente a mais usada) , a de 'tambor' e a 'rotativa' . As prensas planas e de tambor são similares uma vez que ambas utilizam uma tela plana e um processo de três passos alternativos para executar a operação de impressão. A tela é primeiramente movida para a posição sobre o substrato, o rodo é então pressionado contra a tela e desenhado sobre a área da imagem, e então a tela é levantada para fora do substrato para concluir o processo. Com uma pensa plana, o substrato a ser impresso normalmente é posicionado sobre uma mesa de impressão horizontal que é paralela à tela. Com uma prensa de tambor, o substrato é montado em um cilindro. A estabilidade da imagem pode ser um problema devido ao movimento dos fios de metal de uma tela de tecido. Por outro lado, as prensas rotativas tela são projetadas para uma impressão em tecido continua, de alta velocidade. As telas usadas em impressoras de serigrafia rotativa, por exemplo, são cilindros de metal fino sem costura. Os cilindros abertos são limitados em ambas as extremidades e montados em blocos no lado da impressão. Durante a impressão, a tinta é bombeada para uma das extremidades do cilindro de modo que uma nova oferta é constantemente mantida. O rodo, por exemplo, é uma barra de aço livre flutuante dentro do cilindro e a pressão do rodo é mantida e ajustada, por exemplo, por magnetos montados debaixo da mesa de impressão. As prensas rotativas são mais frequentemente utilizadas para impressão de têxteis, papel de parede e outros produtos que exijam padrões continuos ininterruptos.
A serigrafia é mais versátil do que as técnicas tradicionais de impressão. A superficie não tem de ser impressa sob pressão, ao contrário de gravura ou litografia, e não tem que ser plana. As tintas para serigrafia podem ser usadas para se trabalhar com uma variedade de substratos, tais como têxteis, cerâmica, madeira, papel, vidro, metal e plástico. Dessa forma, a serigrafia é usada em muitas indústrias diferentes.
Uma das áreas interessantes para a serigrafia é em tintas que podem ser usadas para a criação de imagens em relevo, áreas sólidas brilhantes e macias, ou padrões de linhas finas que apelam tanto para o sentido tátil quanto o visual. A melhoria em relação à qualidade de tais impressões seria bastante desejável.
Especificamente para impressões de qualidade como, aliás, é o caso para a impressão em Braille, o processo requer um revestimento relativamente espesso e extremamente uniforme de tinta, sem fantasmas ou listras. Por isso, seria muito interessante ser possivel melhorar a deposição uniforme das quantidades excessivas de tinta em substratos, especialmente para os detalhes mais finos. Isto seria de interesse para a serigrafia plana e de tambor e também para a rotativa.
Além de telas feitas com base em uma malha tecida com base em fios de metal, tais como em US 3759799, as telas foram desenvolvidas a partir de uma folha de metal sólido, com uma grade de furos. Nos documentos US 4383896 ou US 4496434, por exemplo, e em patentes subsequentes feitas pelo requerente atual, uma tela de metal é descrita compreendendo costelas e aberturas. Esta tela é preparada por um processo incluindo a formação eletrolitica de uma tela de metal, formando, em um primeiro banho eletrolitico, um esqueleto de tela em cima de uma matriz fornecida por um agente em separado, retirando o esqueleto de tela formado a partir da matriz e sujeitando o esqueleto de tela a uma eletrólise em um segundo banho eletrolitico para depósito de metal no referido esqueleto. Esta técnica tem sido usada para preparar telas de metal para serigrafia com vários tamanhos de malha (por exemplo, de 75 até mais de 350) , espessura (de cerca de 50 até mais de 300 micrômetros) e diâmetros de furos (de 25 micrometres ou mais) e, portanto, várias quantidades de área aberta (a partir de cerca de 10 a cerca de 55%), depósitos de tinta molhada (de cerca de 5 a mais de 350 micrômetros de espessura) e resolução (de cerca de 90-350 micrômetros). Na verdade, essas telas possuem um desempenho melhor do que as telas de tecido em termos de vida útil, robustez e estabilidade, resistência ao enrugamento praticamente sem quebras ou danos durante o setup ou impressão. Ainda assim, seria interessante melhorar as referidas telas que não são feitas de tecido em relação a maior deposição de tinta e imagens mais nitidas. Assim, este é um dos objetivos da presente invenção.
Além disso, como mencionado antes, a serigrafia é ideal para preparar células solares fotovoltaicas de pelicula fina baseadas em wafer.A preparação de tais células compreende imprimir 'fingers'e barramentos de prata na parte da frente; e barras de prata impressas no verso. Os barramentos e os fingerssão necessários para transportar a carga elétrica. Por outro lado, os barramentos e os fingersprecisam tomar a menor superfície possivel de células solares fotovoltaicas, e, portanto, tendem a ser relativamente grossos. A serigrafia é ideal como um dos parâmetros que podem ser muito diversificados e podem ser controlados ajustando a espessura da impressão.
Os wafersdas células solares estão se tornando mais finos e maiores. Desse modo, torna-se necessária uma impressão muito cuidadosa para manter uma taxa de quebra baixa. Por outro lado, uma alta taxa de transferência na fase de impressão melhora o rendimento de toda a linha de produção de células.
A serigrafia rotativa é tipicamente uma tecnologia de rolo a rolo, o que permite alto volume de produção continua e de alta velocidade. Outros beneficios incluem a redução de tinta e de residues quimicos, depósitos maiores de tinta, a grande flexibilidade de produção (diversos tamanhos repetidos e larguras de malha), com excelente qualidade, resultados reprodutíveis e um desempenho confiável.
A aplicação de produtos eletrônicos em substratos comuns, tais como papel, filme e têxtil usando a serigrafia rotativa é relativamente nova. A tecnologia de tela rotativa permite uma produção de baixo custo de produção de eletrônicos impressos, tais como etiquetas de identificação por radio frequência (etiquetas RFID).
Por exemplo, a Stork Prints desenvolveu várias linhas de serigrafia rotativa de impressão especialmente para aplicações de eletrônica impressa. Suas peças para máquina são desenvolvidas especificamente para impressão de alta precisão em substratos sensíveis (ao calor). Por exemplo, o projeto de linha de serigrafia rotativa PD-RSI 600/900 (brochura 101510907 da Stork Prints) permite a produção de uma etiqueta RFID em uma única vez, a uma velocidade de mais de 50.000 unidades por hora.
No entanto, as demandas que são colocadas nas formas de serigrafia para gráficos e especialmente aplicativos de eletrônicos de impressão estão aumentando à medida em que os componentes se tornam menores e a demanda por processos de fabricação de alta produtividade se intensifica.
Larguras de linhas impressas de menos de 80 micrometres, combinadas com a alta transferência de tinta, formas de impressão duráveis e repetitividade excelente estão se tornando cada vez mais comuns. Apesar dos muitos beneficios da serigrafia com as telas de não-tecido e, em particular, com a serigrafia rotativa, para a impressão de alta resolução, os materiais para serigrafia plana ainda oferecem resolução e nitidez superiores. De fato, mesmo o uso de telas com área (muito) aberta, e com pontes menores compondo a malha, estampas com larguras de linhas impressas menores do que 100 micrômetros feitas com serigrafia rotativa podem ser menos acentuadas e resultar em menor transferência de tinta do que impressões feitas usando a melhor tela de metal de serigrafia plana. Assim, seria de grande interesse encontrar uma tela melhorada que tenha todas as propriedades de força e durabilidade das telas de não-tecido, tais como as desenvolvidas pela Stork Prints, mas com recursos melhores de nitidez e de transferência de tinta na preparação de impressões de alta resolução. Além disso, seria de grande interesse encontrar uma tela de não-tecido que pudesse ser aplicada em serigrafia rotativa, onde telas de metal tecido não podem ser usadas.
Curiosamente, ambos os problemas de melhor deposição de tinta e nitidez na impressão foram resolvidos por meio da aplicação de um novo tipo de tela.
Assim, a invenção reivindica um método para serigrafia usando uma tela, de preferência uma tela de metal feita por eletroformação, tendo um padrão de aberturas separadas por pontes e pontos de passagem e uma superficie plana no lado do rodo, onde, no lado de impressão da tela, a tela tem uma estrutura 3D compreendendo picos e vales formados por uma diferença de espessura entre as pontes e pontos de passagem. Além disso, a invenção reivindica uma serigrafia que compreende a estrutura 3D, com um estêncil anexado com ou sem o negativo de uma imagem a ser impressa. Além disso, a invenção reivindica uma impressora compreendendo uma ou mais telas de impressão de acordo com a invenção atual, em combinação com um ou mais reservatórios de tinta e/ou em combinação com um rolo ou rodo.
Mais especificamente, a tela é um material de tela de metal com um número de malha de 150-1000, de preferência de 190 a 800, com um lado liso, compreendendo uma rede de pontes que são conectadas entre si por pontos de passagem, cujas pontes delimitam as aberturas, a espessura dos pontos de passagem não é igual à espessura das pontes do lado de impressão do material da tela em frente ao lado do rodo. De preferência, a diferença de espessura entre as pontes e os pontos de passagem é de 5 a 100 micrômetros.
A primeira figura é uma representação esquemática do principio da serigrafia rotativa. A é a tela. B é o rodo. C é o rolo de impressão. D é o substrato.
Na segunda figura, podem ser encontradas representações esquemáticas das telas, de acordo com uma modalidade preferida de invenção fabricada por eletroformação. Elas são, portanto, telas de não-tecido. Mostra uma estrutura hexagonal da abertura da tela (formação de furos "favo de mel"), com as chamadas pontes que ligam pontos de passagem. A eletroformação também pode ser utilizada na fabricação de telas com outras estruturas, por exemplo, que são retangulares. Aqui é mostrado (da parte esquerda superior para a parte direita inferior, rotulado de a) g) ) a indicação de a) Malha / polegada linear; b) Espessura, c) Área aberta; d) Diâmetro do furo; e) Depósito de tinta molhada teórica; f) Tamanho máximo de particula e g) Resolução. A polegada linear/malha é o número de aberturas por polegada linear de uma tela. A espessura é a espessura da tela. A área aberta é a percentagem de todas as aberturas em relação à área total da tela. O diâmetro do furo é a menor distância entre as duas paredes opostas da abertura. O depósito de tinta molhada teórico é estimado utilizando o volume de tinta teórico que é o volume de tinta em aberturas de malha por unidade de área do substrato, calculado como: % da área aberta vezes a espessura do tecido. Ele é geralmente expresso em micrômetros, ou como equivalente em cm3 / m2. O tamanho máximo da particula máximo é de 1/3 do diâmetro do furo para a melhor passagem de tinta.
A terceira figura é uma representação esquemática de uma foto feita por meio de um microscópio ótico, mostrando a visão de cima do lado da impressão do material de tela retangular de acordo com a invenção com uma estrutura 3D, em que o diâmetro do orificio tem cerca de 40 micrômetros. Esta tela (S) tem formação de buraco retangular (H) . Também é mostrado em close-up.As partes ovais indicam os vales (V) formados pelas pontes. Os circulos indicam os picos (P) , formados por pontos de passagem.
Modo (s) para a realização da Invenção
Um método de eletroformação para transformar produtos de metal com um padrão de aberturas separadas por pontes usando um mandril em um banho de galvanização é conhecido em, por exemplo, WO 9740213.
No pedido de patente WO 2004043659 um material de tela de metal com uma estrutura de superficie 3D é especificamente proposto para utilização como um estêncil perfurante em filmes plásticos perfurantes, etc. similar ao método e dispositivo conhecido, por exemplo, da patente US6024553. A estrutura de superficie 3D é formada em apenas um lado da tela pela diferença de espessura entre as pontes e os pontos de passagem. Nenhum ensinamento é fornecido em WO 2004043659 sobre o uso do material da tela reclamado para serigrafia.
Foi descoberto recentemente que para a impressão de áreas sólidas e imagens em relevo as novas telas 3D fornecem mais deposição de tinta e uma deposição mais nitida.
Além disso, foi descoberto recentemente que para a tela de alta resolução de impressão as novas telas 3D, com uma série de malha de 150-1000, de preferência de malha 190-800, tendo um lado do rodo liso, e uma rede de picos e os vales do lado de impressão do material da tela são as ideais. Estas telas permitem a impressão de linhas muito mais finas, quando comparado a um material de tela sem tal estrutura de superficie 3D.
A qualidade de impressão obtida é surpreendentemente melhor do que a obtida com uma tela com uma área aberta muito maior e pontes menores. Presume-se que a estrutura da superficie 3D, com picos e vales do lado de impressão, aprimora a transferência de tinta através da tela e permite a deposição de uma maior quantidade de tinta sobre o substrato, devido aos "picos", enquanto que os vales permitem a deposição acentuada da tinta. Isto é uma vantagem tanto no momento do depósito de tinta para produzir sólidos com uma impressão regular sobre o substrato e/ou imagens em relevo, mas também na produção continua de linhas finas com bordas afiadas. Além disso, essas vantagens são alcançadas sem grande perda de força, estabilidade e durabilidade da tela.
O método para fazer o material da tela não faz parte dessa invenção. De fato, os métodos conhecidos dos documentos US 4383896 ou US 4496434 podem ser usados para preparar uma tela plana, enquanto que, por meio de condições de fluxo forçado, pode ser criada uma estrutura 3D sobre o lado de impressão do material de tela, semelhante ao método divulgado no referido documento WO 2004043659. Além disso, um material de tela de metal com uma estrutura de superficie 3D pode ser feito com técnicas diferentes e com diferentes materiais. Assim, a estrutura 3D também pode ser feita por gravação a laser, de gravura ou ECM (usinagem eletroquimica). Também, no âmbito da invenção, inclui-se a preparação da referida tela por gravação em alto relevo em urn polimero, ou urn revestimento de malha por CVD (deposição quimica a vapor), PVD (deposição a vapor fisico), pulverização de plasma ou outras técnicas de revestimento. A estrutura de superficie 3D também pode ser produzida com uma camada separada de laca em uma tela.
A nova tela 3D pode ser usada em serigrafia plana ou de tambor, e em serigrafia rotativa.
Para a impressão de áreas sólidas e imagens em relevo, uma tela com uma grande quantidade de deposição de tinta molhada (superior a 6 microns, de preferência superior a 10 microns) é a preferida. Aqui a quantidade de deposição de tinta molhada é expressa em termos de deposição de tinta molhada teórica, tal como definido anteriormente na presente especificação. As telas adequadas têm uma malha de 35 a 500, preferivelmente 75-450. A espessura pode variar de 35-200 micrômetros, de preferência 60-150 micrometres. O diâmetro do orificio pode variar entre 10-650 micrômetros, de preferência 15-400 micrômetros.
Para produzir impressões de alta resolução, com uma resolução inferior a 100 micrômetros, uma tela com um número de malha entre 150-1000, de preferência malha de 190 a 800, é a preferida. A espessura pode variar de 20 a 200 micrômetros, de preferência de 35 a 160 micrômetros. 0 diâmetro do orificio pode variar de 5 a 130 micrômetros, de preferência entre 15 e 105 micrômetros.
De preferência, a tela deve ser uma tela rotativa.
Além disso, a invenção reivindica uma tela de impressão compreendendo a estrutura 3D, com um estêncil anexado com ou sem o negativo de uma imagem a ser impressa. Esta combinação de tela 3D e estêncil é nova e possui as vantagens inerentes da impressão avançada, tal como definido acima.
Além disso, a invenção reivindica uma impressora compreendendo uma ou mais telas 3D de impressão de acordo com a presente invenção, juntamente com um ou mais reservatórios de tinta e/ou em juntamente com um rolo ou rodo.
Claims (16)
1. Método para serigrafia de alta resolução de imagem em um substrato (D), usando uma tela (A; S) com um padrão (H) de aberturas separadas por pontes e pontos de passagem, e tendo uma superfície plana no lado do rodo, onde, no lado de impressão da tela, a tela (A; S) tem uma estrutura 3D compreendendo picos (P) e vales (V) formados por uma diferença de espessura entre as pontes e pontos de passagem e um estêncil voltado para o substrato (D), cujo estêncil é um negativo da imagem a ser impressa, o método caracterizado pelo fato de quecompreende depositar tinta no substrato (D), formando assim uma imagem com uma resolução abaixo de 100 micrômetros.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de queusa uma tela de metal feita por eletroformação.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de queos pontos de passagem formam os picos (P), com uma maior espessura do que as pontes que formam os vales (V).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de quea diferença de espessura entre as pontes e os pontos de passagem é de 5 a 100 micrômetros.
5. Método, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de queuma tela plana, de tambor ou rotativa (A) é utilizada, preferencialmente uma tela rotativa sem emendas.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de quea tela (A; S) é um material de tela de metal de número de malha de 150-1000, preferencialmente uma malha 190-800, mais preferencialmente uma tela de metal rotativa de malha 300-650.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de quea tela (A; S) tem uma espessura entre 20 e 200 micrômetros, de preferência de 35 a 160 micrômetros e/ou um diâmetro da abertura de 5 a 130 micrômetros, de preferência de 15 a 105 micrômetros.
8. Método para serigrafia de imagens em relevo e/ou áreas sólidas em um substrato (D), usando uma tela (A; S) com um padrão (H) de aberturas separadas por pontes e pontos de passagem, e tendo uma superfície plana no lado do rodo, onde, no lado de impressão da tela, a tela (A; S) tem uma estrutura 3D compreendendo picos (P) e vales (V) formados por uma diferença de espessura entre as pontes e pontos de passagem e um estêncil voltado para o substrato (D), cujo estêncil é um negativo da imagem a ser impressa, o método caracterizado pelo fato de quecompreende depositar tinta no substrato (D) com uma quantidade de deposição de tinta molhada, expressa como depósito de tinta molhada teórica, que é superior a 6 micrômetros.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de quea quantidade de deposição de tinta molhada, expressa como depósito de tinta molhada teórica, que é superior a 10 micrômetros.
10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de quea tela (A; S) tem uma malha de 35 a 500, de preferência de 75 a 450, e/ou espessura de 35 a 200 micrômetros, de preferência de 60 a 150 micrômetros, e/ou a menor distância entre as duas paredes opostas da abertura (diâmetro da abertura) de 10 a 650 micrômetros, de preferência de 15 a 400 micrômetros.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 10, caracterizado pelo fato de queusa uma tela de metal feita por eletroformação.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 11, caracterizado pelo fato de queos pontos de passagem formam os picos (P), com uma maior espessura do que as pontes que formam os vales (V).
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 12, caracterizado pelo fato de quea diferença de espessura entre as pontes e os pontos de passagem é de 5 a 100 micrômetros.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que produz etiquetas RFID, painéis solares e placas de impressão eletrônica.
15. Tela (A; S) de impressão 3D, caracterizada pelo fato de quepossui um padrão (H) de aberturas separadas por pontes e pontos de passagem, e possui uma superfície plana no lado do rodo, em que a tela compreende picos (P) e vales (V) formados por uma diferença de espessura entre as pontes e pontos de passagem no lado de impressão da tela, com um estêncil anexado, com ou sem o negativo de uma imagem a ser impressa.
16. Tela de impressão 3D, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de queé feita por eletroformação.
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