CN101715395A - 热转印 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从热再转印片材向物品热转印图像的设备，包括加热装置和摆动叶片装置，所述加热装置适于提供加热气体流以产生染料转印，所述摆动叶片装置用于沿横向于流动方向的方向引导加热气体，以在染料转印期间在物品上散布加热气体。本发明还公开了一种印制图像的方法以及所形成的印制物品。

Description

热转印

技术领域

本发明涉及热转印，涉及用于从再转印(retransfer)中间片材向物品上热转印图像的设备，印制的方法以及带有印制图像的物品。

背景技术

热再转印包括利用一种或多种可热转印的染料在再转印中间片材上(反转地)形成图像。然后，通过使图像与物品表面接触并施加热和可能的压力，将图像热转印到物品表面。热转印特别适用于印制在不容易直接印制的物品上、特别是三维(3D)物体上。例如在WO 98/02315和WO02/096661中公开了利用升华染料通过染料扩散热转印而进行热再转印。通过使用数字印制技术在再转印中间片材上形成图像，可以甚至在短期内较方便和经济地在3D物品上印制高质量的、可能地具有照片质量的图像。事实上这些物体可以经济地个性化。

利用合适的再转印中间片材，可以在3D物品上形成质量好的图像，该3D物品可能具有包括带复合弯曲部的弯曲形状(凹入或凸出)的复杂形状。当在3D物品上印制时，在施加物品前，通常将片材预热到例如80至170℃的温度，以使片材软化并使片材可变形。这样，片材处于可容易地施加到并顺应物品外形轮廓的状态。这通常通过施加真空以使软化的片材模塑在物品上而方便地实现。当例如通过保持真空而使片材保持与物品接触时，将片材还有物品加热到用于染料转印的合适的温度，该温度通常在140至200℃的范围内，合适的加热时间通常在15至150秒。在染料转印后，允许或使物品冷却，然后取下再转印中间片材。例如在WO 01/96123和WO 2004/022354中公开了用于执行再转印印制步骤的合适的设备。

通常通过暴露于热空气流而实现对片材和物品的加热，所述热空气流由包括风扇和电热器元件的加热装置产生。在已知的设备中，空气进入一罩盖，并被引导过位于所述设备的空腔中的物品。在一些目前的系统中，空气流过包括静止导引件的排列的扩散器。通过导引件的仔细布置，可以实现在物品及相关片材上均匀并优化的空气散布，只要物品具有相对平坦的轮廓并且物品位于空腔的中央。但是，对于具有向上突出部的物品，空气散布得不到优化，因为物品的侧部或下表面会比上表面冷，对于靠近空腔边缘的物品，空气散布也得不到优化，因为远离空腔中央的表面会被较差地加热。这产生对物品和片材不均匀的加热，从而产生变化的染料转印，其中在物品的较冷的区域可能会出现差的染料转印。这导致差的整体印制质量。

发明内容

一方面，本发明提供了用于从热再转印片材向物品热转印图像的设备，其中，该设备包括加热装置和摆动叶片装置，所述加热装置适于提供用于进行染料转印的加热气体流，所述摆动叶片装置用于沿横向于流动方向的方向引导加热气体，以在染料转印过程中在物品上散布加热气体。

通过提供摆动叶片装置，加热气体横向散布，并且可以在物品及相关的片材——包括具有向上突起部的物品、具有倾斜的例如竖直侧壁的物品、以及不位于设备中央的物品——上更均匀地散布。加热气体的横向散布意味着，物品和片材上任何可能的冷点都被均衡化，从而产生更均匀的染料转印和更好的印制质量。摆动叶片装置还具有不会显著减小气体容积流量的好处，因为叶片沿气流方向的横截面面积较小。

已发现摆动叶片装置可良好地工作并优于其它用于克服不均匀加热问题的方法。例如，利用更强劲的扩散器将气流引导到所述设备的侧部会产生减少的气流，并在设备其它位置产生冷点。利用可操纵的喷嘴的其它方法在机械上是复杂的，并且也限制空气流动。

摆动叶片装置包括一个或多个叶片，通常包括例如联动布置以一起运动的多个叶片，这些叶片安装用于沿横向于加热气流的方向的方向进行摆动运动，其中，通常在相邻叶片之间流过叶片的气体根据摆动循环中叶片的位置被引导到所述设备的不同部分。叶片合适地是细长的、总体平坦的构件。

叶片通常枢转地安装，并且在简单的布置中由往复运动的推杆驱动。

摆动叶片装置理想地由电机驱动，该电机可以联接到往复运动构件，例如推杆。往复运动构件被驱动，以产生希望的摆动曲线，并且通常由凸轮驱动，该凸轮将电机的旋转运动转换为适当的线性运动。

摆动叶片装置可以根据要印制的物品的3D形状来设计，以产生一摆动曲线，该摆动曲线设计用于产生对要印制的物品表面(及片材的相关区域)的一致、均匀的加热，由此在印制的所有区域上产生平坦和恒定的温度曲线。为此，摆动曲线例如合适地使得加热气体朝物品的竖直侧部以及位于周边的物品引导的时间长于朝物品的水平表面和位于中央的物品引导的时间。

想要的摆动曲线通常通过使用适当形状的凸轮以已知的方式来实现。凸轮可以取下，从而在所述设备中可以使用不同的凸轮，以印制不同形状的物品。

摆动的速度可以根据需要进行调节，例如通过以已知的方式适当地调节相关的电机，所述摆动的速度一般在5至200个行程每分钟的范围内，其中合适的典型速度为约25个行程每分钟。

所述设备可以通过改变一个或多个要素来定制，以适合于特定的物品，所述要素包括叶片的数量、尺寸、位置和构造、摆动曲线(例如通过使用合适的凸轮)、可能的还有摆动速度。

所述设备可包括位于摆动叶片装置上游或下游的可选的扩散器组件，该扩散器组件设置用于沿横向于由摆动叶片装置产生的横向散布的方向、例如与由摆动叶片装置产生的横向散布的方向成直角地散布加热气体。

所述设备可以附加地或可选地包括位于第一摆动叶片装置下游的第二摆动叶片装置，该第二摆动叶片装置横向于第一摆动叶片装置、例如与第一摆动叶片装置成直角，以沿横向于由第一摆动叶片装置产生的横向散布的方向散布加热气体。第二摆动叶片装置在构造和操作上可以与第一摆动叶片装置大体类似。

所述设备也可以具有常规的构造并且可以以常规的方式使用。

因此加热装置通常可包括加热元件和风扇。

加热装置可操作以对片材进行预热(通常预热到80至170℃范围内的温度)，以软化片材，或可用于加热片材(通常加热到120至240℃范围内的温度，通常约160℃)，以进行染料转印。加热装置也可用于可选地对要处理的物品进行预热(通常预热到100至120℃范围内的温度)。

通常，在所有的加热步骤中，每当加热装置启动时，摆动叶片装置都将启动。

加热气体通常是空气。

所述设备包括使片材和物品密切接触以用于染料转印步骤的装置。该装置通常包括真空装置，所述设备由此是真空加压机。所述真空装置通常包括真空泵和相联的排出阀。

所述设备通常包括用于保持一个或多个要印制的物品的支承件，该支承件包括形状制成与要印制的制品互补的可选的嵌套部或模部，以用作该制品的支承件，并防止否则在加热时会变形的例如薄壁塑料物品的制品变形。

所述设备合适地包括在要印制的物品上将热再转印片材保持就位的装置。

理想地设有用于在物品和片材之间产生相对运动的装置，以使片材(处于预热后的软化状态)和物品接触，其中支承件通常包括用于升高和降低支承件的提升装置。

所述设备通常包括一般为风扇的形式的冷却装置，以在印制后将冷却气流引导到物品和片材上，以冷却物品和片材。

所述设备合适地包括计算机控制装置，该装置用于对加热装置、真空装置、冷却装置和提升装置的操作、可能地还有摆动叶片装置的操作尤其是叶片摆动速度进行调节。所述控制装置可包括多个适于印制各种不同的材料的预设程序，也可由使用者编程以适应其它的要求。

所述设备可用于将图像印制在由范围很大的材料制成的物品上，这些材料包括塑料、金属、陶瓷、木头、复合材料等，其中物品是实心的或具有薄壁构造。根据图像要印制在其上的物品的表面特性，合适的是通过施加表面涂层或清漆来对表面进行预处理，以提高所转印染料的附着性。

所述设备尤其用于对3D物品进行印制，该物品可能具有包括带复合弯曲部的弯曲形状(凹入或凸出)的复杂形状。

合适的热再转印片材可购买获得，例如ICI Imagedata的Pictaflex介质(Pictaflex是商标)。

可利用合适的可热转印的染料通过印制、优选地通过喷墨印制而在再转印片材上形成图像。

另一方面，本发明提供了一种从热再转印片材向物品上印制图像的方法，包括使片材和物品接触，通过使片材暴露于加热气体流而加热片材，以产生从片材到物品的染料转印，其中加热气体以横向于流动方向的方向以摆动的方式被引导，以在染料转印期间在物品上散布加热气体。

加热气体优选利用针对物品形状设计的摆动曲线而引导，以在所印制物品的表面产生一致的温度。

所述气体通常通过使用优选由适当形状的凸轮控制的摆动叶片装置而引导，以产生想要的摆动曲线。

摆动速度合适地通常在5至200个行程每分钟的范围内，利用约25个行程每分钟的速度可获得良好的结果。

加热气体可以选择性地也沿第二方向以摆动的方式转向，该第二方向横向于第一方向，例如与第一方向成直角。所述气体可附加地或可选地通过位于摆动装置上游或下游的扩散器。

所述气体通常是空气。

所述方法通常包括通过使片材暴露于加热气体流而对片材进行预热以在使片材和物品接触前软化片材的步骤。通常，在片材预热步骤中也可使加热气体流以摆动的方式转向。

所述方法可包括再次通常通过使物品暴露于以摆动方式转向的加热空气流而对物品预热的可选步骤。

预热的片材和物品通常通过暴露于真空而接触。该真空合适地处于低于大气30至85kPa(例如约50kPa)的范围。

所述方法通常包括最终的冷却步骤。

根据要印制物品的表面材料，通常在100至120℃的温度下对物品预热约30秒。

通常在80至170℃的温度下对片材预热约30秒，其中，对于Pictaflex介质合适的是在约145℃下预热15或20秒，或在130℃下预热30秒。

根据包括染料、片材和物品的因素，通常通过在120至240℃、通常在约160℃的温度下加热15秒至5分钟来实现染料转印。

本发明在其范围内还包括带有通过本发明的设备或方法形成的图像的物品。

附图说明

下面将结合附图描述根据本发明用于从热再转印中间片材向3D物品热转印图像的真空加压机的实施例，其中：

图1和2是真空加压机的透视图；

图3和4是处于不同操作阶段的加压机的内部构件的示意性截面图；

图5a是加压机的凸轮的示意图；以及

图5b是图5a所示凸轮的凸轮转角与叶片转角的图表。

具体实施方式

所示的真空加压机10是设计成与A3再转印片材一起使用的A3格式的桌面单元。加压机通常为立方体形状，其中具有800mm深、600mm高和600mm宽的整体尺寸。加压机包括一壳体，该壳体包括基部单元12和在后面铰接地连接在其上的盖单元14，其中盖单元可在最初的打开位置(如图1所示)和供使用的关闭位置(如图2所示)之间手动地运动。

基部单元包括一凹部16，用于接纳要印制或装饰的3D物品阵列的台架18位于所述凹部中。由多孔铝或纤维制成的嵌套板20靠在台架18上，该嵌套板带有形状制成与要印制的制品23互补的嵌套部或模部22的阵列，以用作所述制品的支承件，并防止否则在加热时会变形的例如薄壁塑料物品的制品出现变形。在嵌套板20的上表面设有周边橡胶密封件24，以在基部单元中进行密封。台架18可以通过提升缸机构(未示出)从最初的降低的位置(如图1和3所示)到升高的位置(如图4所示)在轴杆26上升高和降低。

凹部16的周边由线性薄膜引导件27(在图1中可见)围绕，以使A3再转印片材在凹部中准确地定位在合适的地方，并使片材保持定位成靠在周边橡胶密封件28上。

基部单元12包括具有真空泵和排出阀(未示出)的真空系统，以在穿过台架18的柔性软管30中产生真空，以从紧靠嵌套板20的下方抽出空气。

基部单元还包括具有相联的电机的冷却风扇32。

盖单元14包括一周边由橡胶密封件36围绕的凹部34，该橡胶密封件36与基部单元的密封件28配合，以当盖单元处于关闭位置时，在壳体中在密封件36和密封件28之间固定和密封再转印片材38。磁性锁39(在图1中可见)设置用于将盖单元固定在关闭位置。

盖单元14包括加热装置，该加热装置包括具有相联的马达42的风扇和下游的电加热元件44，以在盖单元中向下游引导热空气流。在盖单元中、在加热元件44下游设有摆动叶片装置46，以便以摆动的方式使热空气转向，以产生对物品更均匀的加热。热空气向上通过通道48，以在壳体中再循环。

摆动叶片装置46包括具有三个类似的细长平坦的叶片50的三联(triple)叶片组件，各个叶片在中央52处可枢转地安装，并通过推杆54一起联动，以响应推杆54的往复运动而一致地运动。推杆54通过电动叶片马达56在凸轮58(图5a)的控制下以25个行程每分钟的速度被驱动，以将马达的旋转运动转变成推杆54的适当的线性运动，其中推杆终止于凸轮随动件60并延伸穿过偏压弹簧62和直线轴承64。

凸轮58如图5所示，并且形状制成用于产生摆动叶片装置46的摆动曲线，该摆动曲线设计用于产生提供对要印制的物品23的全部表面的均匀加热的热空气流。特别地，重要的是竖直侧23a达到与水平表面23b相同的温度，以实现一致的染料转印。还重要的是，最外部物品被加热至与位于中央的物品相同的程度。为此，凸轮58被设计用于产生一摆动曲线，其中，与当加热空气在上表面23b和叶片运动的中央被引导时的时长相比，加热空气在物品之间的槽沟和叶片运动末端被引导较长的时间。图5b是关于叶片位置与凸轮位置的图表。叶片对称地摆动，其中运动范围为约60°。

在所述设备的使用中，每当加热器风扇40运行时，叶片50就通过推杆来摆动。

所述设备包括计算机控制装置(未示出)和在图1和2中可见的包括位于基部单元前方的显示装置的控制面板66。

在使用时，要印制在3D物品上的图像被(反转地)印制在合适的再转印中间片材38上。在一个实施例中，图像在Epson 4400打印机(Epson是商标)上利用Artainium染料升华墨水(Artainium是商标)通过喷墨印制方法印制在来自ICI Imagedata的Pictaflex A3+卷筒介质(Pictaflex是商标)上、切割成A3片材大小并干燥。

由物品23表示的要印制的制品安放在基部单元12中，各自靠在各嵌套部22上，其中要装饰的表面位于最上方。根据其上要形成图像的物品表面的特性，可通过施加表面涂层或清漆来对表面进行预处理，以改进所转印染料的附着性。

盖单元14手动运动到关闭位置。

加热装置在物品预热步骤启动，其中风扇40使温度约110℃的热空气在壳体中再循环约30秒，其中叶片50以25个行程每分钟的速度摆动。这用于对要装饰的物品进行预热。

然后盖单元14手动运动到打开位置。

所印制的A3Pictaflex薄膜片材38在基部单元12的凹部16的引导件中安放就位，并靠在密封件28上，其中被印制的一侧朝向物品。盖单元手动运动到关闭位置，通过磁性锁保持，片材在密封件28和密封件36之间密封就位，如图3和4所示。

在薄膜预热步骤，加热装置启动，其中风扇和摆动叶片使温度约145℃的热空在所述设备中再循环约20秒。在该温度下，薄膜片材38软化、变得具有粘弹性并具有非常低的屈服应力。

在保持加热时，台架18升起，使得物品23穿过软化薄膜38，如图4所示，其中薄膜开始时松软地悬挂在物品周围。

在真空步骤，在保持加热时，基部单元12中的真空系统操作，从而在薄膜下方产生低于大气15英寸Hg(约50kPa)的真空，该真空经由软管30用于将薄膜吸靠在物品上，如图4所示，其中密封件24和28用于保持真空。软化的薄膜顺应物品23的形状。在染料转印步骤，加热装置的温度升高，以产生温度约160℃的热空气，其中，温度保持在该水平约120秒。在该升高的温度下，染料从薄膜扩散到相邻的物品表面中。叶片50在染料转印步骤中的摆动用于在要印制的表面产生一致的温度曲线，从而导致一致的印制。

台架18在适当的时间后降低，真空释放。在冷却步骤，冷空气通过冷却风扇32向上吹入基部单元12约20秒，以从下方冲击物品23冲击。这用于冷却物品和片材。

盖单元14然后手动运动到打开位置。薄膜片材38被取下并丢弃，物品23被取下。

在计算机控制装置的控制下对加热装置、真空系统和冷却风扇的操作进行控制。所述设备包括适于印制多种不同材料的预设程序，也可由使用者编程以适于其它要求。

已利用包括摆动叶片装置的本发明的设备和布置有用于散布热气体流的具有固定叶片的可比较的设备执行了比较试验。该比较试验显示，利用本发明的设备可获得具有较高质量的更一致的印制。

示例1

形成具有一致的中灰背景的测试图像。在Espon 4400喷墨打印机(Epson是商标)中利用Artainium UV+墨水在Pictaflex薄膜片材上打印所述测试图像。如上所述，在加压机中将该图像转印到两个不同的基底(substrate)。叶片的摆动是正弦的，周期为5秒。

基底A)是支承在台架18上的涂覆有聚酯的0.5mm厚的铝片材。

基底B)是1.8mm厚、以US专利7102660中所描述的方式涂覆有再转印清漆的模制的聚碳酸酯壳层。该壳层支承在硅橡胶嵌套部22上，通过在没有部件的情况下运行一个再转印循环而预热。

加压条件如下：

测试编号	1	2	3	4
					基底	A	B	A	B
预热	无	150℃下60秒	无	150℃下60秒

测试编号	1	2	3	4
					薄膜软化	145℃下15秒	145℃下20秒	145℃下15秒	145℃下20秒
图像转印	160℃下80秒	140℃下240秒	160℃下80秒	140℃下240秒
					空气散布	静态扩散器	静态扩散器	运动的叶片	运动的叶片

在覆盖各部件的宽度和高度的网格上测量所转印图像的光密度。

测试编号	1	2	3	4
					最小	0.42	0.34	0.43	0.32
第10百分位	0.47	0.39	0.47	0.37
					第90百分位	0.67	0.56	0.59	0.46
最大	0.69	0.66	0.6	0.53
					80％范围	0.2	0.17	0.12	0.09
全范围	0.27	0.32	0.17	0.21
					标准偏差	0.076	0.070	0.044	0.038

这表示，与静态扩散器相比，运动的叶片提供了所转印图像的较高的一致性。

示例2

利用布置在一致的半英寸栅格测试图中的窄的竖直和水平的黑实线形成测试图像。在Mimaki JV5-130S喷墨打印机(Mimaki是商标)中利用Artainium UV+墨水在Pictaflex薄膜片材上印制所述测试图像。如上所述，在加压机中将该图像转印到0.5mm厚的聚酯覆盖的铝片材上。加压条件如下：

测试编号	1	2	3	4
					预热	无	无	无	无
薄膜软化	145℃下15秒	130℃下20秒	145℃下15秒	130℃下20秒
					图像转印	160℃下80秒	160℃下80秒	160℃下80秒	160℃下80秒
空气散布	静态扩散器	静态扩散器	运动的叶片	运动的叶片

测量所转印图像的宽度和高度的增加的百分比。

测试编号	1	2	3	4
					宽度	0.7	0.2	0.2	0.0
高度	2.8	1.4	1.6	0.2

这表示，与静态扩散器相比，运动的叶片在薄膜软化阶段产生较低的变形。

Claims (15)

1.一种用于从热再转印片材向物品上热转印图像的设备，其中，所述设备包括加热装置和摆动叶片装置，所述加热装置适于提供加热气体流以进行染料转印，所述摆动叶片装置用于沿横向于流动方向的方向引导加热气体，以在染料转印期间在物品上散布加热气体。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，摆动叶片装置包括安装用于进行摆动运动的一个或多个细长的叶片。

3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述或各个叶片固定到往复运动元件。

4.根据权利要求3的设备，其特征在于，往复运动元件由凸轮驱动。

5.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，还包括布置用于沿横向于由摆动叶片装置产生的散布的方向引导加热气体的扩散器组件。

6.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，还包括用于沿横向于由第一摆动叶片装置产生的散布的方向引导加热气体的第二摆动叶片装置。

7.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，加热装置包括加热元件和风扇。

8.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，包括用于在物品和片材之间产生相对运动以使片材和物品接触的装置。

9.一种从热再转印片材向物品印制图像的方法，包括：使片材和物品接触，通过暴露于加热气体流而加热片材，以使染料从片材转印到物品，其中加热气体以摆动的方式沿横向于流动的方向被引导，以在染料转印期间在物品上散布加热气体。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，通过摆动叶片装置引导气体。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于，摆动叶片装置由凸轮控制。

12.根据权利要求9至11中任一项的方法，其特征在于，摆动速度在5至200个行程每分钟的范围内。

13.根据权利要求9至12中任一项的方法，其特征在于，沿横向于第一方向的第二方向以摆动的方式引导加热气体。

14.根据权利要求9至13中任一项的方法，其特征在于，还包括对片材进行预热。

15.一种带有根据权利要求1至8中任一项的设备或根据权利要求9至14中任一项的方法生产的印制图像的物品。

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