CN100415516C - 可以打印和通过低功率激光源切割纸张的外围设备 - Google Patents

可以打印和通过低功率激光源切割纸张的外围设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外围装置，包括打印纸张的装置，切割所述纸张的装置和接收指令的装置。所述打印装置包括一个喷射墨水的用于在纸张(3)上根据接收的指令打印文本和图象的第一打印头(4)，一个用于根据接收的指令喷射称作吸收墨水的墨水的第二喷射打印头(1)，所述的吸收墨水能够渗入到纸张的深度中，沉积在待切割的地方，这些切割装置包括发射激光束的低功率的激光器(2)，该激光束的波长被着有吸收墨水(7)的地方吸收，激光器的功率足够用来在着墨的地方切割纸张和/或者切除纸张的一部分。本发明还涉及一种信息系统，包括所述的的装置和建立文件的方法或者使用所述的信息系统的纸张。

Description

可以打印和通过低功率激光源切割纸张的外围设备
技术领域
本发明涉及一种可以同时打印和通过低成本激光源切割纸张的装置。
背景技术
计算机是一种构思实际物品的强大的工具，但是它需要使用外围设备，以便将构思转变为实际的物品。
存在有多种能够实施由计算机限定的物品的装置，例如数字控制工具，快速成形机器和光刻机。然而所述的外围设备涉及了成本较高的技术，该成本没有低到可以用作普通大众的外围设备。另外，还涉及到昂贵的材料。
所述的限定成本的并且使用纸的低成本和广泛的原材料的打印或者印刷外围设备，实际上是商业中广泛使用的唯一的外围设备。然而，用这些打印外围设备实现的物品几何特征从开始就被标准格式的纸载体，标签载体，预切割卡片等的几何形状完全固定。通过使用具有作出标记的折痕的载体，有时还可以将二维物品转变为纸盒或者轻质的纸盒，更加复杂的几何物体或者三维目标。但是这需要昂贵的特别的载体，对于目标的最终几何形状来说，需要带有折痕标记的预切割的、预涂胶的特别的纸。
另外，存在有多种切割纸的技术。
首先，存在通过刀片切割的技术，但是这种技术仅仅适于直线切割。
使用环刀的切割(dye cutting)仅仅适于实现预定的物品，该物品与环刀的切割形状相应。
在工业方法中通过激光器切割纸是公知的。特别是，已经谈到了将纸的激光切割应用于文件的结束(见本说明书最后的文件书目中的文件(1))，以及用于建立三维物品(文件(2))。在所有情况中，激光切割用于在专业设备上实现大系列并且一般是对叠放的纸张实施。另外，所应用的几十瓦的激光器是成本较高的。事实上，通常使用的CO2激光器发射出10.6微米的波长，该激光器体积较大，成本高，并且需要供应高电压，从而导致了昂贵的成本。另外，这些激光器需要维护并且提出了安全问题。对于任何原因来说，作为切割装置的激光器并不适合于在大发行量的个人外围设备中使用。
为了能够利用激光器作为用于普通公众的打印外围设备中的纸切割装置，需要使用低成本并且没有安全问题的激光器。
半导体激光二极管是在成本方面吸引人的固态激光器，通常它允许去掉流体冷却系统。应该知道，人们越是提高激光二极管的功率，冷却系统的问题就越大并且装置的成本增加的就越多，因此选择连续功率为1-2瓦的激光二极管。发射出射线的所述激光二极管的有源区域的大小为100微米×1微米。
然而，尽管激光二极管是吸引人的，但是切割纸的几瓦功率的激光二极管的应用遇到了多种困难。
需要解决的第一个问题是这些二极管的功率小于用于切割纸的常规功率。可以考虑通过保持由增强的聚焦导致的高功率密度来解决这个问题：来自激光二极管的光线被光纤收集并且通过透镜或者合适的镜子被聚焦。但是如果这些二极管的发散明显(30度左右)，则将限制能量的聚焦，不仅是由光学系统的特征造成还是因为期望的场的深度造成。
另外，当选择一种适于切割纸的激光器时，必须考虑所述激光器的波长。事实上人们知道切割效率是与待切割材料吸收激光器的波长相联系的。在这里，因为期望用低功率激光二极管(1-2瓦)工作，因此必须使用发射红外线附近光线的二极管。然而，标准的办公室用纸吸收的红外线附近的光非常弱。事实上这与该纸在整个可见光谱上是白色的(不吸收光线)有关，并且因为纸的白色导致的这种特性只是逐渐地随着波长而变化。对质量为80g/m2的标准办公室用纸的测量表明在800nm-1000nm范围内，75％的光线被反射并且仅有23％的光线被传递。因此具有小于5％的光强度被吸收。这与使用CO2激光器时遇到的情况非常不同，在CO2激光器中接近全部的发射光线被吸收。因此当使用发射靠近红外线的光线的激光器代替CO2激光器时，实际可用于切割标准办公室用纸的功率至少减少了因数20。使用低功率的切割纸的激光二极管的另外一个不利的特征在于以下事实：成本方面最可接受的低功率二极管发射600nm-1300nm的波长，而纸几乎不吸收在该范围内的光。
通常用于切割纸的密度为500kW/cm2，正如文件(3)指出的那样。在这个文件中，CO2激光器作为脉冲模式使用，从而以限定的中等功率和相当于高峰值的功率的良好切割质量进行工作。对于250瓦的激光器来说相应的切割速度为150m/min，(见文件(4))。然而在1瓦的聚焦在100微米×50微米的面积上的激光二极管中，可以看到接近所能达到的最好情况，入射功率的密度为20kW/cm2，或者为至少在常规使用的值下面的值。例如吸收了小于功率密度的5％，所使用的功率密度为1kW/cm2，或者比通常使用的功率密度小500倍。
最后，甚至在用远低于通常使用的功率密度的功率密度工作时，一直存在有使纸烧毁的危险，只要以显著的方式减少切割速度。事实上，纸的给定区域保持被激光光点辐照的时间越长其被加热越多。然而，所携带的一部分热量在一个特征距离上散射(该特征距离为热量散射率与被照射的区域产生燃烧所需的时间的乘积的平方根)。如果这个特征长度超过十几个微米，将在切割边缘上出现黑色区域，从而影响切割的美观。如果这个区域较宽，则将存在危险，因为纸甚至在被辐照的区域外面被点燃并且被烧毁。
已知为了实施用低功率切割，可以使用脉冲激光器，通过短的和具有合适的能量的脉冲工作。因此获得了瞬间的大功率。YAG激光器广泛用于脉冲范围的切割或者切除，但是其中，具有低成本的激光二极管对于实施非常高和短的脉冲来说没有非常好的表现。
已经研究过在覆盖有墨水或者墨迹的纸上使用脉冲激光器(见文件(5)和(6))。但是在两种情况中，涉及了清洁和去除吸收激光波长的墨水或者污点，而不损坏该纸。具有高峰值功率的激光器的使用，即高于十几瓦的激光器的使用可以去掉吸收激光波长的墨水而不会损坏该纸。
同样，预切割结构的使用或者包括了易于借助于个人打印机打印的折痕的预切割结构的使用同样在文件(7)中论述。然而，在计算机或者打印机的最终用户使用之前，先进行预切割或者标记纸的折痕，仅仅确保了通过应用预切割和预上胶纸张进行的装饰和标记的功能。用于建立三维打印结构的软件，特别是用于包装的软件是已知的。然而这些软件用于与包装的连续生产工业装置接口，不用于对其进行一体生产(折纸手工软件(logiciel ORIGAMI))。
最后，存在一些可以切割纸的打印机，例如输出交通票的打印机，其能够切割(在打印之前)通过空白连续的纸辊建立的票。然而，用于这方面(刀的通过)的技术方案不能推导出可以实施复杂形状的切割。
书目表
(1)美国专利US5557311，1996年9月17日出版。
(2)美国专利US5760369，1998年6月2日出版。
(3)美国专利US5556826，1996年9月17日出版。
(4)“Laser Machining，Theory and Practice(激光加工，理论和实践)”，Georges Chryssolouris，Springer，1981，P261.
(5)“Laser interaction with coated collagen and cellulosefibre composites：fundamentals of laser cleaning of ancienparchment manuscript and paper(与涂装的胶原质和纤维素纤维的激光相互作用：激光清洁古老的牛皮纸手稿和纸的基础)”，作者Kautek W.，Pentzien S.，Rudolph P.，Kruge J.，Konig E.，Appliedsurface Science，129：746-754，1998年5月。
(6)“Multipass laserablation of three coloured ink froma paper substrate(来自纸基体的3色墨水多路激光烧蚀)”作者Steward R.，Li L.Thomas D.，Journal of Materials ProcessingTechnology 114(2)：161-167，2001年7月20日。
(7)美国专利US6117061，2000年9月12日出版。
发明内容
到目前为止，可以用低成本同时几乎不需要维护并且安全可靠的装置打印和切割标准纸张。通过本发明，借助包括纸张打印装置、所述纸张切割装置和接收指令的装置的外围装置可以解决现有技术的问题，其特征在于，所述的打印装置包括喷墨第一打印头，以便在纸张上根据接收的指令打印文本和图画；第二喷墨打印头，由能够渗入到纸张深度中的墨的墨盒供墨，以便根据接收的指令在待切割的地方喷墨；和切割装置，包括低功率激光器，该激光器根据接收的指令发射可被着有吸收墨的地方吸收的波长的光束，该激光器的功率足够实现在着墨的地方切割该纸张和/或者部分切除该纸张。
另外，除了黑白和/或者彩色打印以外，本发明的打印装置还能够通过吸收激光器的工作波长的墨水对部分的或者整个的切割图案进行打印，该激光器然后扫过吸收之前的给定的纸的区域从而确保切割纸。为了使纸在切割线的特别的位置吸收和吸收所使用的激光器的波长，因此要通过小功率、尤其是低成本的激光器切割标准办公室用纸。
注意到所述的打印是通过喷墨或者任何其它的通过从打印头喷射墨水的技术进行的。
本发明的装置包括两种墨水：用于打印纸张的墨水和切割纸张所需的墨水。后者具有特别的性质。
首先，该墨水必须能够吸收激光器发射的波长。它还可以包括矿物颜料或者有机颜料。所述的矿物颜料可选择地包括非常细的颗粒，其直径小于100nm。正是这些颜料确保吸收特别的波长。
另外与在打印中通常使用的墨水不同，所述墨水还配方成显著渗入到纸的深度中，尤其是穿过所述的纸。因此还可以使用一种包括非常好地渗入到纸中的溶剂的墨水，例如用于永久标记的墨水。最好，该溶剂是有机的并且容易蒸发。正是该溶剂确保了上墨操作和在纸张厚度中传递时运送颜料。
概括地说，本发明的吸收墨水包括矿物颜料或者有机颜料和溶剂。
最好，该墨水是已知的以便使着有吸收墨水的地方吸收至少50％的具有工作波长的光束。最好，这些着墨的地方能够吸收80％或者更多的光束。
另外，在200℃的温度，最好在250℃的温度，所述的吸收墨水必须保留对激光波长的良好的吸收性能。事实上，已经证明可以达到270℃，所述纸变成黑色并且可以吸收红外线(对800nm吸收80％，对于1000nm吸收35％)。因此吸收墨水不必在超过270℃保留其吸收性能。相反，在250℃的短的热处理表明标准办公室用纸的红外线性能随着该温度变化很小。因此吸收墨水必须完成其吸收功能，直到接近250℃的温度。
通过增加放热特征，可以决定将吸收墨水的燃烧放大，也就是说，在墨水中加入具有强放热能力的组分，该组分的点燃在预定的温度下进行。根据本发明的一个特别的实施例，所述吸收墨水包括一种在达到临界温度时产生放热燃烧的组分，该临界温度为150℃-400℃。
另外，被切割的纸或者最终的三维物品必须具有整齐的美学特征，还要求允许切割的吸收墨水仅仅略微影响或者不影响纸制物品的最终的美学特征。墨水被纸吸收这一事实根据纸的品质导致在切割线外面墨水的轻微的墨迹。用于保留切割纸的最终的美学品质的技术方案是使用一种同时吸收靠近红外线的光线而且还可以透过可见光或者在可见光内是白色的墨水。
根据第一实施例，吸收墨水在可见光范围内是无色的。
根据第二实施例，吸收墨水在可见光范国内是白色的。
图3示出了根据波长，标准办公室用纸的吸收率14，和在上墨之后所述纸的吸收率15，该墨水吸收激光波长并且没有或者几乎没有可见光损失，以及在着有一种吸收激光波长的墨水之后所述纸的吸收率16，该墨水影响上墨的纸的可见特性。
所述第二打印头(含有吸收墨水)喷射墨水，以便打印线型、短划线或者点状图案，该图案的宽度不超过500微米。特别是，用吸收墨水打印的图案主要是宽度在10微米-500微米的线(连续的，短划线或者虚线)。这些尺寸可以通过喷墨、墨泡等的打印机的一般的分辨率实现，注意到600dpi分辨率相当于40微米的直径的点。最好线的宽度为50微米和200微米之间。
注意到在用这种墨水实现的线上的良好的分辨率是非常重要的，从而避免了墨水燃烧不会扩展到整个纸并且因此避免了火灾的危险。
为了通过在纸上喷射的吸收墨水的足够的品质，获得在线条上的良好的分辨率，所述含有吸收墨水的喷墨第二打印头最好喷射每毫米切割线0.5-5nl的墨水量。
最好将吸收墨水沉积在与进行切割的表面相对的纸的表面上。
如果该装置具有翻转纸张的系统，可以选择使纸张的两面着墨。
对于存在于本发明的装置中的激光器，拥有聚焦和特别的扫描特性。
首先，所述激光器发射650-1600nm的波长的光束。最好，该激光器的发射波长在800-1100nm范围内。
最好，该激光器的平均光功率在0.5-10瓦之间，但是最好在1-4瓦。
该激光器可选择连续工作或者脉冲模式工作，但是如果该激光器以脉冲模式工作时，在所有情况中，具有不超过平均功率100倍的峰值功率。最好该峰值功率不超过该功率的10倍。
根据本发明的特别的模式，该激光器包括一个或者多个半导体激光二极管。
最好，该激光器可以包括激光光束聚焦装置，从而该聚焦装置在至少80微米的范围内的深度处提供一个光斑或者光点，其尺寸为10微米-400微米。
最好，该聚焦光斑的面积为2×10-3-4×10-2mm2。注意到该光斑在完全低于现有技术推荐的功率密度范围的常用功率密度范围中存在，现有技术推荐的功率密度范围为对应于200kW/cm2功率的密度的是2×10-3mm2上4W，对应于2.5kW/cm2的功率密度的是4×10-2mm2上1W。
如果使用10瓦的激光二极管的话，光束的移动速度最好在30cm/min-10m/min之间，和30cm/min到小于2m/min之间，以便用于使用2瓦的激光二极管的优选情况。
获得在激光器和待切割物品之间的相对移动的方式是本领域普通技术人员已知的。另外，所述在外围打印设备中的纸的握持和行进装置是公知的。最好，打印装置和所述的纸张切割装置位于共同的侧向移动滑架上：在纸的共同的驱动装置上定位打印功能和激光切割，从而允许在墨水线条的定位和激光切割之间协调，特别是如果激光发射区域是由与打印头相同的横向移动滑架承载。
然而，对于用多个喷管能够瞬时打印一定长度的区域并且控制纸一步前进几毫米的不同的打印头，该激光器一般需要纸控制装置的规则运动，其速度由待绘的图案决定。在切割纵向线条期间，期望纸的前进机构以均匀速度控制纸，该速度被切割速度固定。在实施侧向线条期间，相反，只有激光的侧向移动滑架运动，而纸不前进。
因此，如果吸收墨和激光切割配合进行，纸的前进和滑架的前进的问题是不同的。
在第一实施例中，仅仅安装了纸的控制系统：该纸张首先在第一行进时被染墨，该第一行进并不使纸页自由，然后该纸页移动到最初位置，以便进行激光切割。
在第二实施例中，本发明的外围装置包括两个纸页控制区域，一个控制区域保留用于着墨，另一个用于切割。这两个控制区域已知能够在纸上使用相同的标记(特别是因为对齐操作)。根据第二实施例，切割装置在纸的路径中打印装置的下游。
这样的系统的优点主要是打印和切割的实施速度。
根据第三实施例，纸的操纵装置控制着纸同时在正面和反面上通过。在这个情况下，如果希望实现用于折痕标记的部分切割，该折痕标记将在与折痕相对的表面上实施。
当然，在任何情况下，还可以构思使该激光器固定并且将激光器与光纤相连，该切割头包括光纤端部和聚焦系统，激光光线从该光纤端部发射出。在这个情况中，将是切割头移动。
另外，期望采取特别的措施以避免纸页在被切割时点燃。在非专业使用中尤其如此，插在本发明装置中的载体不仅可以是合适的纸页，还可以是一种或多或少易点燃的品质差的纸载体，可选择的是用酒精或者其它任何易燃烧制品弄脏的纸。
为了避免纸燃烧的危险，甚至通过非常易燃的载体，最好在被激光器辐照的区域附近的至少纸页的一个表面与一种热散射率为至少1.5×10-6m2/s，即比纸的热散射率大10倍的材料接触，最好是高于1×10-5m2/s。事实上，高散射率的材料涉及了一种吸热设备，并且因此可以避免使燃烧延续。该材料能够包括良导热材料(例如铜)。为了实现该吸热设备，可以在具有热特性的控制辊上设置纸。另外，与靠近被激光器辐照的区域的纸页接触的材料可以为激光切割头形式，其包括：
-与至少0.5cm2的表面积的纸页接触的区域；
-在该接触区域中穿孔的部分，允许了激光束穿过并且在该区域与纸接触的地方具有等于或者大于1mm2的部分；
-纯净空气入口和排放燃烧烟的管道，允许了排出一般由切割操作导致的烟和碎屑。
切割头可能实施的切割包括一个与切割轮廓外围接触的区域，该切割示出在图6中。在这个实施例中，该切割头包括一个强导热材料构成的零件17，所述的导热件17被穿孔以便接收聚焦激光束19的光学装置18，并且穿有允许了纸的燃烧所需的空气入口20的孔和允许燃烧气体和颗粒排放的出口21。注意到在图6中，所述元件20和21为导管形式。
在上面看到吸收墨和激光切割是配合工作的。因此需要使光束与吸收墨盒对齐，以及打印功能与切割功能对齐。在具有吸收墨的标记线条(或者孔或者部分切割)和激光束扫描之间需要具有良好的对应，甚至操作者可以改变标记墨盒，可以要求一种使墨盒和激光器对齐的方法。这样的方法在所述喷墨打印机上是传统的，特别是在每次墨盒改变之后，其中需要限定可能的在墨盒的有效位置和标准位置之间的偏差。一般来说，这些残留偏差小于500微米。
通过游标原理实现常规的对齐。两个待对齐的打印头打印彼此连续设置的线条对，这些线条具有小的偏差。监视者向打印机或者控制打印机的计算机指示良好对齐的划线的间隙为多少，从而允许获知残留的偏差并且解决它(例如通过软件)。在本发明中，涉及了使吸收墨盒和激光光点配合。因为吸收红外线的墨水最好在可见光范围内几乎不或者完全不可见，因此可以理解应该寻找一种新方法来使激光光束与吸收墨盒对齐。
相对于传统的墨盒来说，激光光束的对齐方法，例如能够按照下述实现。首先，第一系列的平行标记通过所述第一打印头的墨盒实施在纸页上(黑色或者彩色墨水)。这些标记间隔一个预定的空间或者距离(称为第一预定间隔)。然后，在第一系列标记的对面通过所述的第二打印头的墨盒(吸收墨水)实现第二系列的平行标记。这些标记的着墨宽度足够弥补在吸收墨盒与激光器之间可能的不对齐，并且间隔一预定距离，该预定距离不同于第一预定间隔，使得用黑色墨水或者彩色墨水实施的标记分隔。(部分或者全部)激光切割是通过激光器实施在用吸收墨水着墨的系列标记上。对切割的监视允许操作者指示打印机或者操作打印机的计算机用哪一种标记(用常规墨水打印，也就是说黑色或者彩色)，所述标记与切割一致，并且因此取得了良好的对齐状态。
还期望确保吸收墨盒与激光束之间的对齐。在第一种情况中，可以在纸页上借助于第二打印头的吸收墨盒实施平行的标记区域，每个标记具有的宽度不超过激光光点的宽度，并且每个标记间隔第一预定间距或者空间。然后，使用激光束在预先实施的标记区域中实施光点线，所述的光点线平行于先前的标记并且间隔一预定间距，该预定间距不同于使标记间隔的第一间距。最后，通过监视标记，可以指示打印机或者控制计算机对哪一种标记进行切割。
以限定出叶片(见图7)的图案形式实施的标记是令人感兴趣的，从而通过简单地使手指按压在该叶片上能够确保所述切割的完成的或者未完成的状态，从而监视该叶片是否打开。对不同的检测叶片作标记，使使用者能够向系统指示哪一个有效地对应于补偿残留的间隙，所述标记是通过常规的打印功能完成的。因此，对切割的监视允许指示打印机或者控制计算机打印标记，所述打印标记与所述切割相应。例如在图7中在着有吸收墨水的纸载体3上打印的图案，该图案包括一些用常规的墨水打印的指示24(黑色或者彩色，也就是说常规的打印墨水)。所述图案用于激光器和吸收墨水的喷墨头的对齐过程。包括多个着有吸收墨水的细带22，所述多个细带仅仅允许在着墨的线条和具有期望的对齐精度的激光器之间存在吻合时切割纸，还包括一些宽的着墨的带，垂直于上述的细带，所述宽带23允许对纸的完全的切割，甚至考虑到了对齐的误差。
最后，可以设计第三调整，所述第三调整包括确定使切割完成的合适的速度。事实上对激光功率，以及偏差，纸的或厚或薄的性质和对吸收墨水的或好或坏的吸收幅度等等的片面了解，而所有这些参数都可以导致进行完整切割所需的激光器的扫描速度的变化。为了实现所述调整，可以在纸页上借助于第二打印头的墨盒(吸收墨水)作标记(最好为叶片形式)，并且在所述纸页上以不同的速度使激光光点通过。通过操作者对获得完整切割的状态的观察和作标记可以让操作者在外围设备上或者在控制外围设备的计算机上标识相应标记。打印功能导致可以在纸上清楚地记录不同标记的参照，这一事实使得容易实现所述标识。
另外，令人感兴趣的是具有一种信息系统，该信息系统一方面包括一个计算机和一个软件。另一方面包括一个本发明的外围装置。所述计算机和软件可以限定待切割的图案，所述切割是与在纸页上实施的打印图案相配合的，它们向外围设备提供了一些指令，所述指令允许外围设备实现打印和切割操作。
在本发明中，最好采用沿一个方向行进并且沿垂直方向进行激光束扫描，正如在打印机中通常进行的那样。
为了便于由本发明的外围设备控制纸并且避免一些切割的纸屑影响控制机构的功能，计算机和软件还提供给外围设备指令是吸引人的，从而可以使相对于要切割图案该外围装置在纸的切割中进行中断。计算机和软件确定了一些区域，在这些区域中，所述装置的激光器用于使纸易于断裂而不是将其完全切割，留给操作者稍后将边角料从有用区域撕下。因此允许了纸页成单一张的方式从所述装置中输出并且避免了堵塞。计算机和软件能够负责将舌片以合理的方式根据纸的机械特性和人体工程学原理移动。
最好，所述信息系统能够通过帮助标记待分割和抛弃的部分，通过使外围设备在所述的部分或者最终物品的掩盖部分上实施可识别图案或者指令，而易于完成使用者的工作，从而使用者可以容易地标记哪一个进行撕扯或者哪一个可能抛弃。另外，通过用第一打印头实施合适的标识使信息系统区分待除去的纸的被切割区域。
根据本发明，通过使用诸如前面限定的信息系统，还进行了文件建立或者纸件的建立。
另外，如果本发明给出的某些可能实施例是一些纸件，其不需要粘结，本发明提供的另一个可能是例如实施粘结组装的纸件。然而，为了获得良好品质的结果并且为了实际中的原因，吸引人的是能够通过与用于打印和切割的装置相同的装置上胶不同的纸件。因此，通过遵守下述步骤实施了一种粘合结构，通过纸页借助于本发明的信息系统实施文件。所述文件包括至少一个待上胶的部分，该部分标记有上胶图案。然后向外围装置提供多层，该多层包括连续的硅树脂载体25，粘合薄膜26和打印表面膜片27。所述构成多层的元件具有一些特性：
-粘合薄膜比硅树脂更好地粘合到膜片上，而且比表面膜片好地粘合到第一步骤中实施的文件上(也就是说，可以上胶的文件)。
在硅树脂载体上粘合剂的粘合必须不如在表面膜片上的好，从而操作者能够容易地撕下包括粘合薄膜和可打印的表面膜片的组件。
-该膜片和粘合薄膜可吸收激光器的工作波长。
粘合剂与表面膜片的吸收特性足够获得一种通过具有良好效率的激光器进行的切割。硅树脂载体本身被选择成其热特性和吸收特性可以几乎不或者完全不受激光器的影响，还包括所述激光器的行进速度。然后在多层上实施上胶图案29(书写的指示或者图象标记)，对应于在文件上实施的上胶图案，借助于外围装置的第一打印头进行表面膜片的打印。所述的图案和/或者标识件的打印将有利于粘合剂与被切割的表面膜片在文件的可能上胶的位置定位。然后在多层上通过激光器实施切割28，从而在所述多层的两个上层(上膜片和粘合薄膜)中限定一个包含上胶图案的区域，该区域的尺寸对应于文件的上胶部分。将所述的区域与硅树脂载体分开，通过所述文件的上胶图案与表面膜片对应，使所述靠近粘合薄膜区域设置在文件上，并且从所述区域中扯下所述表面膜片。应该注意到在文件上的粘合薄膜的粘合(标准办公室用纸)比其在所述表面膜片上的粘合好，一旦包括粘合剂和表面膜片的切割件被压在文件的合适区域上，可以将表面膜片撕下，而粘合薄膜并不从纸件上撕下。一旦所述表面膜片被扯下，操作者可以对存在所述粘合剂的文件或者其它文件的一部分进行上胶。事实上，可选择地在同一文件上另一个区域或者给定的另一个纸件的另一个区域上胶，或者可以实施将具有粘合剂的纸件转移到一个载体上。
选择的粘合薄膜是一种压粘合的粘合剂薄膜。所述粘合剂可以具有两个相同的表面或者包括一个良好粘结在纸上的表面以及另一个作为可重新定位的粘胶基础的表面(支撑打印膜片)。
总之，本发明的装置通过下述，解决了出现的主要障碍：
-达到用激光源切割的良好品质所需要产生的限定的能量密度并且以纸几乎不吸收的波长进行发射，
-去除了火灾的危险，而激光器使纸烧断，
-应用纸的控制机构，而切割纸屑不会堵塞。
通过低成本的办公室设备可以实现操作组合，该操作对于实现可能的三维印刷结构是必须的，这种组合打开在娱乐功能和装饰功能以及广告功能上的多种可能性，正如因特网上令人感兴趣的三维物体的恢复结构。还可以构思实现包括窗口、翻书槽，已经穿出的小孔，折痕的文件，这些部分是目前为止用于专业手册的应用。特别是，本发明的装置可以实施多个目标：
-多页的报告，包括翻书槽或者用于例如在合上报告时仅仅出现该报告的题目的窗口，所述翻书槽允许直接进入到在翻书槽上表示的章节，第一页掩盖了第二页的除题目区域以外所有的信息，
-小的备忘录，包括一些简明形式(心)或者有意思的形式，从而使其易于使用(如在折叠前信中的折痕标记)，
-文件的编辑包括一些可撕开的部分的文件(发票，游戏等)，
-游戏用或者广告用小的物品(纸飞机，人或者动物的像)，这些小物品是通过切割与折叠组合以可选择的粘合获得。
附图说明
本发明将借助下面的说明书，根据非限定的实施例以及附图可以被很好地理解并且可以看到其另外的优点与特殊性。附图包括：
-图1是本发明的喷墨和切割装置的简示图；
-图2A-2B具有本发明的喷墨和切割的纸页；
-图3是具有标准办公室标准纸的吸收率的曲线，该纸根据波长被喷墨或者没有喷墨；
-图4和5示出了标准纸页可以使用本发明的装置的实施例；
-图6示出了切割头；
-图7是在纸载体上打印的图案，用于使激光器和吸收墨水的喷墨头的对齐；和
-图8是在粘合结构实施工艺中使用的多层。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的一个特别的实施例的所述外围装置。其包括对纸页3进行握持和行进的滚筒形装置6。滑架5平行于滚筒轴线移动，包括黑色墨水的墨盒4和彩色墨水的墨盒4，允许通过喷射墨水实现打印纸3。所有这些可以用市场上出售的打印机中的不同变形而表示。本发明装置包括含有吸收红外线附近的光线的墨水容器的墨盒1。所述墨水可以是在商标Reynolds的常设的标记毛毡中存在的彩色、黑色或者蓝色的墨水。
吸收墨水的墨盒可以喷射墨水成直线条或者圆线条，连续线或者断续线，其宽度小于80微米。
喷射的墨水的量比用传统的墨盒大很多，并且对于宽度80微米的线条来说每毫米长度为0.5-5毫微升。
墨水量以及其溶剂的性能和颜料的性能导致墨水被普通纸页快速吸收(80g/m2标准办公室用纸)，达到穿过所述纸(或者接近)。
作为激光源2使用了发射850nm能够连续发射2瓦的激光二极管。它安装在与打印头1和4共用的侧向移动滑架5上，并且其射线通过合适的光学装置聚焦。这个光学装置将激光射线以接近100微米的光点尺寸聚焦在纸上，并且在对应于纸厚的100微米区域的深度中。
本发明的外围设备受计算机控制并且受可以限定移动以及打印喷管和激光器工作的合适的软件控制。精确地说，这些软件可以限定待实施的打印，以及切割图和折叠区域。因为纸的行进装置6和激光器的平移装置2的组合，该激光器在喷射吸收墨水的线条上以70cm/min的速度通过，从而形成互补的待切割的线条，并且在仅仅涉及折叠标记时以2.5m/min的速度工作。包括用吸收墨水对纸的打印是在第一次经过时进行的，然后所述纸通过纸的控制系统回到页的开头，并且通过激光器2对第二次经过的纸进行切割。
为了避免纸控制装置的堵塞，所述切割系统留出了允许保持切割纸页的某些部分连接的区域13。这些区域13的位置和特性或者保持舌片是由信息系统决定的，考虑到了期望的切割几何形状和受对纸的操纵导致的应力。例如在图2A上看到了纸3包括着有吸收墨的图案7，一些打印图案8以及一些用于完成切割和折叠的标志9。在激光器2(图2B)经过以后，获得了一些切割线11，一些切割孔12，一些用于折叠的纸的局部破坏线10和一些对应于使纸部分切除的舌片13。这些舌片位于切割线上并且可以避免被切割部分在纸的控制系统中的堵塞。
所述外围设备和本发明的信息系统可以通过标准纸页3实施多个纸件。例如，可以获得一页包括了窗口，穿孔和翻书槽的报告，该穿孔用于将纸页插入到文件夹中(图4)。注意到通过短线(i)示出了所实施的切割。
根据另一个实施例，除了打印和切割之外，可以实现粘结。在这个实施例中，使用的吸收墨水包括溶剂和吸收1100nm波长的颜料。所述打印头可以借助该墨水实现图案，其分辨率最好为40微米。该激光器是一种发射1100nm并且能够连续发射1瓦的激光二极管，具有1微米×100微米的发射面积。所述激光束通过透镜聚焦，从而获得了直径为100微米的光点。这个激光二极管安装在一个黄铜件中，包括了平面基体并且在中心包括直径250微米的孔，通过所述孔发出激光束。激光二极管的焦距位于平面基体之外0-50微米。所述激光二极管安装在其本身的滑架上，该滑架可以实现平行于纸页控制辊的移动。黄铜件的基体设置与纸页，在用打印墨水和吸收墨水着墨的表面的对置表面上接触。达到的第二个优点是在着墨的对置侧面切割：
-一方面可以确保黄铜件在纸页上的接触，而没有使不完全干燥的打印墨水摊开的危险，
-另一方面，如果吸收墨水没有完全渗入到纸中，激光器的加热和点燃动作在纸的整个厚度上更加有效，使得激光器的吸收随着激光射线在纸中的行进而增加，甚至在行进中所述的光线被减弱。
令人感兴趣的是，所述纸的前进系统不同于打印系统，并且位于打印系统的下游。因此，在前面已经处理的纸页被切割期间，所述外围设备可以打印纸和使纸上墨。通过将切割阶段与上墨阶段分开，还可以更加容易地优化热-光学环境。
因此必须具有有效的对齐过程，至少在激光器和吸收墨水之间，从而能够考虑可能存在于纸的控制系统的两个阶段之间的间隙，和因为墨盒或者打印头安装导致的偏差。因此，可以实现着有吸收墨水的标尺图案，该图案包括一些打印标记(见图7)。该激光器切割标尺的框子23，并且对于每个杆22作出一种关于打印阶段和切割阶段的偏差的不同的假设。使用者对杆的观察可以询问该系统关于偏差状态，该杆为一个完全的开口留出位置。
可以选择在该装置中插入一些粘合剂片或者包括了硅橡胶载体(例如硅橡胶纸)，吸收激光波长的粘合剂片和纸膜片的多层，所述膜片可以打印并且可以吸收红外线附近的光线。
通过激光器并且不用预先用可吸收墨水着墨，该系统就可以在两个一体的表面层(粘合剂片和打印膜片)中实现切割，因为在上膜片上打印所以总是要小心的转移所有的标记。因此可以设置可转移的粘胶薄膜，最好该薄膜调整成需要的尺寸并且与物品配合实施。例如可以与图5中示出的纸件的舌片k配合地实施胶水舌片，这个舌片对于将折叠的物品转变为一定的体积是必须的，一旦安装完，该纸件形成了金字塔形，该纸件包括一些切割线i(短线)，一些折痕标记j(点画线)，一些打印的标识9以及用于粘合的舌片k。

Claims (29)

1. 包括纸页打印装置，切割所述纸页的装置和接收指令的装置的外围装置，其特征在于，所述打印装置包括第一喷墨打印头(4)，该打印头(4)由常规的墨盒供应墨水，以便根据接收的指令在纸页(3)上打印文本或者图画；第二喷墨打印头(1)，其由能够渗入到纸的深度中的可吸收墨水的墨盒供应所述墨水，以便根据接收的指令在待切割的地方喷射墨水；和切割装置，包括低功率激光器(2)，该激光器(2)根据接收的指令发射具有可以被用吸收墨水(7)着墨的地方吸收的波长的激光束，所述激光器的功率足够在上墨的地方对纸页进行切割和/或者部分切除纸。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水包括矿物颜料和溶剂或者有机颜料和溶剂。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水设计为用其着墨的地方可以吸收至少50％的具有工作波长的激光束。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水设计为用其着墨的地方可以吸收80％或者更多的具有工作波长的激光束。
5. 根据权利要求3或者4所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水保留了在至少200℃对波长的良好的吸收性能。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水包括一种在达到临界温度时产生放热燃烧的成分，该临界温度为150℃-400℃。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水在可见光范围内是无色的。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收墨水在可见光范围内是白色的。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的第二打印头(1)喷射墨水使得打印线条，短线或者点形式的图案，这些线条、短线或者点的宽度不超过500微米。
10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二打印头(1)喷射的墨水量为每毫米切割短线0.5-5毫微升。
11. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器(2)发射具有650-1600nm的波长的激光束。
12. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述激光器(2)具有的平均光功率为0.5-10瓦。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述激光器(2)具有的平均光功率为1-4瓦。
14. 根据权利要求12或者13所述的装置，其特征在于，如果激光器(2)以脉冲方式工作，所述激光器的平均功率至少比激光器的峰值功率小100倍。
15. 根据权利要求12或者13所述的装置，其特征在于，如果激光器(2)以脉冲方式工作，所述激光器的平均功率比激光器的峰值功率小至少10倍。
16. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器(2)包括一个或者多个半导体二极管。
17. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器(2)包括激光束的聚焦装置(18)。
18. 根据权利要求17所述的装置，其特征在于，激光束的聚焦装置(18)在至少80微米的景深上提供了一个光点，该光点的尺寸围为10微米-400微米。
19. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该打印装置和纸页切割装置位于共同的侧向移动滑架(5)上。
20. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，被激光器辐照的区域附近的纸页的至少一个表面与一种材料接触，该材料的热散射率至少比纸的热散射率大10倍。
21. 根据权利要求20所述的装置，其特征在于，与被激光器辐照的区域附近的纸页接触的材料(17)为激光切割头的形式，包括：
-与具有至少0.5cm2表面积的纸页接触的区域，
-在接触区域中穿有孔的部分，使得激光束(19)通过，并且在与纸接触的地方具有等于或者大于1mm2的部分，
-纯净空气入口(20)和排出燃烧烟的管道(21)。
22. 使常规的墨盒和根据权利要求1-21中任一项所述的装置的激光束对齐的方法，其特征在于，以如下方式实施该方法：
-在纸页上借助于第一打印头(4)的墨盒实施第一系列的平行标记，这些标记以第一预定间距分开，
-在第一系列的标记对面，借助第二打印头(1)的墨盒实施第二系列的平行标记，所述第二系列的标记的上墨宽度足够弥补可能存在于吸收墨盒和激光器纸件的不对准，并且以不同于第一间隔的第二预定间隔分开，
-借助于激光器(2)在所述的用吸收墨水着墨的系列标记上实施部分的或者全部的激光切割，
-由打印机或者控制打印机的计算机切割和识别用传统墨水打印的标记，该标记与所述切割对应。
23. 使吸收墨水的墨盒和根据权利要求1-21中任一项所述的装置的激光束对齐的方法，其特征在于，以下述的方式实施该方法：
-借助于所述第二打印头的吸收墨水的墨盒在纸页上实施平行的标记区域，每个标记以第一预定间隔分开并且标记的宽度不超过激光光点，
-使用激光束以便在标记区域中实现光点线，所述光点线与上述的标记平行并且以不同于第一间隔的预定间隔分开，
-由打印机或者控制打印机的计算机监视标记和识别已经被切割的标记。
24. 调整根据权利要求1-21中任一项所述的装置的切割速度的方法，其特征在于，通过下述方式实施该方法：
-在纸页上借助第二打印头的墨盒实施标记，
-使激光光点在这些标记上以不同的速度通过，
-监视获得完全的切割的条件。
25. 包括计算机和软件以及根据权利要求1-21中任一项所述的外围装置的信息系统，该计算机和软件可以限定待与打印图案(8)配合地切割的图案(7)，打印图案可以在纸页上实施，并且计算机和软件向外围装置提供一些允许外围装置进行打印和切割的指令。
26. 根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述计算机和软件向外围装置提供指令，允许相对要切割的图案在切割纸中进行中断。
27. 根据权利要求26的系统，其特征在于，该系统使待去除的纸的区域不同，操作者必须通过手借助由第一打印头(4)实施的合适的标记(9)完成去除。
28. 产生文件或者纸件的方法，  其特征在于，使用了根据权利要求15-27中任一项所述的信息系统。
29. 实施粘合结构的方法，包括如下所述步骤：
-用纸页(3)通过根据权利要求25-27中任一项所述的信息系统实施文件，所述文件包括至少一个用上胶图案标记的待上胶部分，
-向外围装置提供多层，该多层连续包括：硅树脂载体(25)，粘合剂薄膜(26)和可打印的表面膜片，所述粘合剂薄膜(26)比载体(25)更好地粘合在膜片(27)上，并且比膜片(27)更好地粘合在第一步骤中实施的文件上，所述膜片(27)和粘合剂薄膜(26)可以吸收激光器工作波长，
-借助所述装置的第一打印头通过打印表面膜片，在多层上实施上胶图案(29)，对应于在文件上实施的上胶图案，
-在多层上通过激光器实施切割(28)，以便在表面膜片(27)和粘合剂薄膜(26)中限定一个区域，该区域包括上胶图案和对应于文件的上胶部分，
-将所述区域与硅树脂载体分开，
-在文件上通过使文件的上胶图案和表面膜片对应，定位粘合剂薄膜附近的所述区域，
-从所述区域中取下表面膜片，
-在设置了所述粘合剂薄膜的文件的一部分上或者另一个文件上进行上胶。
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