CN102470665A

CN102470665A - 丝网印刷

Info

Publication number: CN102470665A
Application number: CN2010800345312A
Authority: CN
Inventors: P·B·斯波尔; M·C·P·德凯尔斯; M·J·斯莫尔伦根斯
Original assignee: Stork Screens BV
Current assignee: Stork Screens BV
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: EP2448758A1; KR20120095839A; BR112012001777A2; AU2010307433A1; HK1166762A1; CA2767958A1; AU2010307433B2; ZA201200240B; TWI440566B; CA2767958C; NL2003627C2; JP2013507267A; BR112012001777B1; BR112012001777B8; CN102470665B; RU2552902C2; TW201119880A; WO2011046432A1; UA109637C2; RU2012101811A

Abstract

一种利用丝网来进行丝网印刷的方法，优选地是利用通过电铸制成的金属丝网，该丝网具有被桥部和交叉点分隔的多个开口的图案，并且该丝网在刮板一侧上具有扁平表面，其中在所述丝网的印刷一侧上，该丝网具有3-D结构，该3-D结构包括由所述桥部和多个交叉点之间的厚度差形成的多个峰顶部和多个凹谷部。所述方法用在RFID标签、太阳能面板、电子印刷版的生产当中。一种3-D印刷丝网，其中联接的印版带有或者不带有待被印刷的图像底片。一种印刷机，其包括一个或多个3-D印刷丝网，并结合了一个或多个油墨储罐并且/或者结合了辊子或刮板。

Description

丝网印刷

技术领域

本发明涉及丝网印刷。更加具体而言，本发明涉及利用新型丝网来进行的丝网印刷，其允许了利用更大量的油墨和/或高分辨率的丝网印刷的印刷术，也允许了低于100微米宽度的线的印刷术。

背景技术

丝网印刷是一种典型地利用由编织网目制成的丝网以支撑油墨粘连印版(ink-blocking)的印刷术。联接的印版形成了网目的开口区域，该开口区域将油墨作为锐利边缘的图像传送到基板上。利用油墨粘连印版来使得辊子或者刮板移动越过丝网，迫使或者泵送油墨穿过开口区域中的编织网目的丝线。图形丝网印刷在当今广泛使用，以创建很多大规模或者大批量的已制造的图形，例如海报或者陈列架。通过用CMYK(青色、品红色、黄色和黑色(‘key’))能够创建全色印刷。丝网印刷由于其低成本和能够在很多类型的介质上进行印刷的能力而通常优于诸如燃料升华或者喷墨式印刷的其它技术。

丝网印刷的显著特性是：能够在基板上施加比其他印刷技术可行的更厚的油墨。因此，当需要从大约5到20微米或者更大厚度的油墨沉积物的时候(通过其他印刷术无法(轻易)达到)，丝网印刷也是优选的。这可以使得丝网印刷可以用于印刷太阳能电池、电子设备等等。(本申请中，油墨的定义不仅包括溶剂和基于水的(着色的)油墨配方，还包括[无色的]清漆、粘合剂、金属油墨、导电油墨等等)。

一般来说，丝网由一片多孔的被称为网目的精细编织织物制成，该织物跨过铝或者木材制成的框架。当前，大多数的网目由诸如钢的人造材料制成。如上所述，丝网区域被非渗透性材料阻隔，从而形成了印版，该印版是将要被印刷的图像底片；亦即，开口空间是油墨将会显现的区域。

在印刷过程中，具有面向基板的印版的丝网放置到诸如纸或者织物的基板顶部。在常规的平板丝网印刷当中，油墨放置到丝网顶部，并且使用填充棒(也称为灌注棒)来用油墨填充网目开口。操作者在丝网的后部并且在油墨储罐后方开始使用填充棒。操作者将丝网抬高以防止与基板相接触，接着利用小量的向下的力而将填充棒拉动到丝网前方。这有效地利用油墨填充了网目开口，并且将油墨储罐移动到丝网前方。接着，操作者利用刮板(橡胶叶片)来使得网目向下移动到基板并且将刮板推动到丝网后部。通过毛细管作用而将位于网目开口内的油墨的受控并且预定的量泵送或者挤压到基板上。理论的湿油墨沉积物估算等于网目和或者印版的厚度，这将在以下讨论。当刮板朝着丝网后部移动的时候，网目的张力将网目向上拉动离开基板(被称为离网)，而留下油墨在基板表面上。在轮转型丝网印刷中，典型地，油墨从圆筒形丝网内部被压迫。如今，这种工艺通过机器而被自动化。

有三种类型的丝网印刷机。‘平板’(可能是最广泛应用的)型、‘圆筒型’和‘轮转型’。平板型印刷机和圆筒型印刷机相类似之处在于二者都使用了扁平的丝网和三个往复步骤工艺来执行印刷操作。首先将丝网移动到基板上方的位置，接着使得刮板挤压网目并且勾勒出图像区域，接着抬升丝网使其远离基板，从而完成该工艺。利用平板型印刷机，待被印刷的基板典型地位于与丝网平行的水平印刷板上。利用圆筒印刷机，基板被安装在圆筒上。由于编织丝网的金属丝线的移动，图像的稳定性可能是个问题。另一方面，轮转型丝网印刷机被设计成用于连续高速的卷筒印刷。用在轮转丝网机上的丝网例如是无缝的薄的金属圆筒。一端开口的圆筒罩设在两端上并且在印刷机的侧面上装配到机体当中。在印刷期间，油墨被泵送到圆筒的一端内，从而持续地保持了新鲜的供应。例如刮板是在圆筒内部自由漂浮的钢棒，并且刮板压力被保持并且例如通过安装在印刷机板下方的磁体进行调节。轮转丝网印刷机最常见用于印刷纺织品、壁纸和需要非断开的连续图案的其他产品。

丝网印刷比传统的印刷技术更加通用。表面不必在压力下进行印刷，这与蚀刻或平板印刷术并不相同，并且它不必是平面的。丝网印刷的油墨能够用来与多种基板一起进行作业，例如纺织品、陶瓷、木材、玻璃、金属和塑料。因此，丝网印刷用在很多不同工业当中。

丝网印刷的其中一个有趣的领域在于油墨，所述油墨能够用来创建触觉和视觉都很吸引人的浮雕图像、光滑光亮实心区域、或者精细线条图案。关于这种印刷的质量的改进则是十分令人期待。

特别对于盲文印刷的高质量印刷品正是如此，其工艺需要极为均匀的油墨的相对厚度图层，而不具有重像或者条纹。因此，非常有趣的是能够改进增大量的油墨在基板上的均匀的沉积，特别是对于更精细的细节尤是如此。这对于平板和圆筒丝网印刷以及轮转型印刷同样是兴趣所在。

除了在基于金属丝线的编织网目的基础上制成的丝网以外，例如专利US 3759799，已经发展出利用带有孔格的实心金属板而制成的丝网。例如在专利US 4383896或者US 4496434中，并且在当前申请人的随后的专利中描述了金属丝网，其包括肋条和孔。该丝网通过以下工艺来进行制备，该工艺包括：通过在第一电解槽中在具有分离剂的字模上形成丝网骨架从而电解形成金属丝网，将已形成的丝网骨架从字模中剥离出来并使得该丝网骨架在第二电解槽中进行电解，以便将金属沉积在所述骨架上。已经使用该技术来制备用于丝网印刷的具有各种网目尺寸(例如从75到350以上)、各种厚度(从大约50到大于300微米)和各种孔径(从25微米及更大)以及因此导致的各种开口面积数量(从大约10％到大约55％)、各种湿油墨沉积(从大约5到大于350微米厚)和各种分辨率(从大约90到大约350微米)的金属丝网。确实，这些丝网在寿命、坚固性和稳定性、抗缩皱性能(在印刷机装配或者印刷期间几乎没有断裂或损坏)都胜过编织丝网。并且，令人感兴趣的是在更大油墨沉积和更锐利图像的方面上改进这种非编织丝网。因此，这是本发明的目标之一。

并且，如前所述，对于制备基于晶片的太阳能PV电池而言，丝网印刷十分理想。这种电池的制备包括：在前部印刷‘手指’和银质总线；并且将银质总线印刷在背面。总线和手指需要传输电荷。另一方面，总线和手指需要占用太阳能PV电池尽可能少的表面，因此趋向于相对较厚。由于能够广泛变化并且能够适配地控制的其中一个参数是印刷品的厚度，因此丝网印刷十分理想。

太阳能晶片正在变得更薄并且更大，因此需要仔细的印刷来保持较低的破裂率。另一方面，在印刷阶段的高生产力提高了整个电池生产线的生产力。

轮转型丝网印刷是典型的滚动-滚动技术，其能够进行连续高体积和高速的生产。进一步的益处包括油墨的减少和化学废物的减少、更高的油墨沉积、更大的生产灵活度(各种重复尺寸和网状宽度)，其具有优异的质量、可重复的结果和可靠的性能。

利用轮转型丝网印刷在电子设备在诸如纸、薄膜和纺织品的普通基板上的应用很新颖。轮转型丝网技术使得能够制造低成本的印刷型电子设备，例如射频识别标签(RFID标签)。

例如，Stork Prints公司已经设计了各种轮转丝网印刷生产线，其专用于印刷型电子设备应用。它们的机器部件被专门研制为用于在(热)感基板上的高精度印刷。例如，PD-RSI 600/900轮转型丝网印刷生产线设计(Stork Prints公司手册101510907)能够使得以每小时超过50,000单元的速度在一次转动中制造整个RFID标签。

然而，因为零件变得越来越小并且对于高生产率制造工艺需求的增强，放置在丝网印刷模板以用于图形并特别用于印刷型电子设备应用的需求日益增长。印刷线条的宽度小于80微米并且结合了大量的油墨传送，耐用型印刷模板和优异的可重复性正在变得日益普遍。尽管非编织丝网的丝网印刷(特别是对于轮转型丝网印刷)具有很多益处，对于高分辨率的印刷而言，平板型编织丝网材料仍然提供了优异的分辨率和锐度。确实，即使使用具有(非常)高开口面积并且具有构成网目的较小桥部的丝网，利用轮转型丝网印刷而制成的具有小于100微米的印刷线的印刷品可能与利用最优的平板编织型金属丝网制成的印刷品相比较而锐度较低并且因此导致较少的油墨传送。因此，很大的兴趣是找到改进的丝网，其具有例如由Stork Prints公司研发的非编织丝网的所有的强度和耐久度性能，但是具有改进的锐度和油墨传送性能，以用于制备高分辨率印刷品。并且，很大的兴趣是找到一种非编织丝网，其能够应用在无法使用编织的金属丝网的轮转型丝网印刷当中。

有趣的是，通过应用新型丝网而解决了提高油墨沉积和更锐利印刷的问题。

发明内容

因此，本发明要求保护一种利用丝网来进行丝网印刷的方法，优选地是利用通过电铸制成的金属丝网，该丝网具有被桥部和交叉点分隔的多个开口的图案，并且该丝网在刮板一侧上具有扁平表面，其中在所述丝网的印刷一侧上，该丝网具有3-D结构，该3-D结构包括由多个所述桥部和多个交叉点之间的厚度差形成的多个峰顶部和多个凹谷部。此外，本发明要求保护一种包括3-D结构的印刷丝网，其中联接的印版带有或者不带有待被印刷的图像底片。此外，本发明要求保护了一种印刷机，其包括一个或多个根据本发明的印刷丝网，并结合了一个或多个油墨储罐并且/或者结合了辊子或刮板。

更加具体而言，所述丝网是金属丝网材料，其中网目数量为150-1000个网目，优选地为190到800个具有扁平侧面的网目，该丝网包括通过交叉点而使得多个桥部互相连接的网络结构，因此所述桥部限定了开口的边界，在丝网材料的与扁平刮板一侧相反的印刷一侧上，交叉点的厚度不等于桥部的厚度。优选地，桥部和交叉点之间的厚度差从5到100微米。

附图说明

第一幅图是轮转型丝网印刷原理的示意性图示。A是丝网。B是刮板。C是压印辊子。D是基板。

在第二幅图中可以发现自通过电铸而制造成的根据本发明优选实施方式的丝网的示意性图示。因此这些是非编织丝网。所示的是六边形结构的丝网开口(‘蜂巢’孔的形式)，其中所谓的桥部连接了多个交叉点。还可以在具有其他结构的丝网的制造中使用电铸，例如矩形结构。此处所示的(从左上部到右底部，标签为a)-g))分别表示如下：a)网目/线性英寸；b)厚度；c)开口面积；d)孔径；e)理论的湿油墨沉积物；f)最大颗粒尺寸，以及g)分辨率。网目/线性英寸是丝网的每个线性英寸的开口数量。厚度是丝网厚度。开口面积是所有开口相对于总的丝网面积的百分比。孔径是开口的两个相对的壁之间的最小距离。理论的湿油墨沉积物是利用理论的油墨体积估算(该理论的油墨体积是基板的每单位面积的网目开口中的油墨体积)，其计算为开口面积的％×网目厚度。典型地是以微米报告，或者等价于cm³/m²。最大颗粒尺寸是孔径的1/3，以用于最佳的油墨通路。

第三幅图是通过光学显微镜制成的相片的示意性图示，其显示了根据本发明的具有3-D结构的矩形丝网材料的印刷一侧的俯视图，其中孔径大约为40微米。该(多个)丝网具有矩形形式的孔(H)。并且显示了特写。椭圆表示桥部形成的凹谷部(V)。圆形表示交叉点形成的峰顶部(P)。

具体实施方式

从例如文献WO 9740213中已知了利用电解液中的芯棒而用来制造金属制品的电铸法，该金属制品具有由桥部分隔的多个开口的图案。

在专利申请WO 2004043659中，具体提出了具有3-D表面结构的金属丝网材料，以用作穿孔塑料薄膜等等中的穿孔的印版，其类似于例如从文献US6024553中已知的方法和设备。该3-D表面结构通过桥和交叉点之间的厚度差而仅仅形成在丝网的一侧上。在文献WO2004043659中并未提供关于所要求保护的用于丝网印刷的丝网材料的用途的任何教导。

已经发现，对于实心区域和浮雕图像的印刷而言，新型的3-D丝网提供了更大的油墨沉积和更锐利的沉积。

并且，已经发现对于非常高分辨率的丝网印刷来说，以下的新型的3-D丝网是理想之选，其中网目数量是150-1000个网目，优选地是从190到800个具有扁平的刮板一侧的网目，并且在丝网材料的印刷一侧上具有峰顶部和凹谷部网络结构。当与没有这种3-D表面结构的丝网材料相比较的时候，这些丝网能够允许进行更加精细线条的印刷。

所实现的印刷质量令人惊讶地优于利用具有更大开口面积和更小桥部的丝网所获得的印刷质量。假设3-D表面结构(其在印刷一侧上具有峰顶部和凹谷部)增强了油墨穿过丝网的传递，并由于“峰顶部”的存在而使得更大量的油墨沉积在基板上，而凹谷部使得油墨进行了锐利的沉积。在沉积油墨以制造实心体(其中在基板和/或浮雕图像上具有均匀的印刷)的时候这是一个优点，并且在制造具有锐利边缘的连续精细线条的时候也是优点。并且，在没有任何丝网强度、稳定性和耐久性损失的情况下实现了这些优点。

用来制造所述丝网材料的方法并不是本发明的一部分。实际上，从文献US 4383896或US 4496434中已知的方法可以用来制备扁平丝网，而通过强迫流动条件，可以在丝网材料的印刷一侧上创建3-D结构，这与上述的文献WO 2004043659中公开的方法类似。此外，具有3-D表面结构的金属丝网材料可以利用不同的技术和不同的材料制成。因此，所述3-D结构还可以由激光雕刻、蚀刻或者ECM(电化学加工)制成。通过在聚合物上进行浮雕装饰、或者通过CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、等离子喷射或者其他涂覆技术来对网目进行涂覆而制备这种丝网也在本发明的范围内。所述3-D表面结构还可以用在丝网上分离的涂漆层来进行制造。

该新型的3-D丝网可以用在平板型和圆筒型丝网印刷中，以及用在轮转型丝网印刷中。

为了印刷实心区域和浮雕图像，优选的是具有大量湿油墨沉积的丝网(大于6微米，优选地大于10微米)。此处，湿油墨沉积量按照本说明书中之前所限定的理论湿油墨沉积来表述的。适宜的丝网具有35至500个网目，优选地为75到450个网目。厚度可以从35到200微米变化，优选地从60到150微米变化。孔径可以从10到650微米变化，优选地从15到400微米变化。

为了制造高分辨率的印刷品，其中分辨率低于100微米，是具有150-1000个网目的丝网，优选地是190到800个网目。厚度可以从20到200微米变化，优选地从35到160微米变化。孔径可以从5到130微米变化，优选地从15到105微米变化。

优选地，所述丝网是轮转型丝网。

此外，本发明要求保护一种包括3-D结构的印刷丝网，其中联接的印版带有或者不带有待被印刷的图像底片。这种3-D丝网和印版的结合是新颖的并且具有如上所述的提高了印刷品的内在优点。

此外，本发明要求保护一种包括一个或多个根据当前发明的3-D印刷丝网的印刷机，其结合了一个或多个油墨储罐和/或结合了辊子或刮板。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种利用丝网来进行丝网印刷的方法，所述丝网具有被桥部和交叉点分隔的多个开口的图案，并且该丝网在刮板一侧上具有扁平表面，其中在所述丝网的印刷一侧上，该丝网具有3-D结构，该3-D结构包括由所述桥部和交叉点之间的厚度差形成的多个峰顶部和多个凹谷部。

2.根据权利要求1所述的方法，其利用了通过电铸而制成的金属丝网。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述交叉点形成了所述峰顶部，该交叉点的厚度大于形成了所述凹谷部的桥部的厚度。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述桥部和交叉点之间的厚度差是从5到100微米。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其用于印刷浮雕图像和/或实心区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述丝网与一定量的湿油墨沉积物一同进行使用，该湿油墨沉积物被表示成大于6微米、优选地为大于10微米的理论湿油墨沉积物(使用理论湿油墨体积估算，该理论湿油墨体积为单位基板面积上网目开口中的油墨体积，计算为：单位面积％×网目厚度)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述丝网具有从35到500网目，优选地为从75到450，并且/或者厚度为从35到200微米，优选地为从60到150微米，并且/或者所述开口的两个相对壁之间的最小距离(“所述开口的孔径”)为从10到650微米，优选地为从15到400微米。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其用于高分辨率的丝网印刷，其中分辨率低于100微米。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中使用了平板型、圆筒型或轮转型丝网。

10.根据权利要求9所述的方法，其中使用了轮转型丝网，优选地使用了无缝丝网。

11.根据权利要求9所述的方法，其利用了具有150-1000网目的轮转金属丝网来用于高分辨率的丝网印刷，其中分别率低于100微米。

12.根据权利要求11所述的方法，其利用了具有190-800网目的轮转金属丝网，优选地为具有300-650网目的轮转金属丝网。

13.根据权利要求8至12中任意一项所述的方法，其用于高分辨率的丝网印刷，其中分辨率低于100微米，其中所述丝网的厚度从20到200微米，优选地从35到160微米，并且/或者所述开口的孔径从5到130微米，优选地从15到105微米。

14.一种根据权利要求1至13中任意一项所述的方法的用途，其用在RFID标签、太阳电池板、电子印刷版的制造当中。

15.一种3-D印刷丝网，其具有被桥部和交叉点分隔的多个开口的图案，并且该丝网在刮板一侧上具有扁平表面，其中在所述丝网的印刷一侧上，该丝网在所述桥部和多个交叉点之间具有厚度差，其中联接的印版带有或者不带有待被印刷的图像底片。

16.根据权利要求15所述的3-D印刷丝网，其通过电铸而制成。

17.一种印刷机，包括：一个或多个根据权利要求15或16所述的3-D印刷丝网，结合了一个或多个油墨储罐并且/或者结合了辊子或刮板。

Claims

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述丝网与一定量的湿油墨沉积物一同进行使用，该湿油墨沉积物被表示成大于6微米、优选地为大于10微米的理论湿油墨沉积物。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述丝网具有从35到500网目，优选地为从75到450，并且/或者厚度为从35到200微米，优选地为从60到150微米，并且/或者所述开口的孔径为从10到650微米，优选地为从15到400微米。

16.根据权利要求15所述的3-D印刷丝网，其通过电铸而制成。