CN104085191B - 一种在塑料上喷墨激光打印的方法及应用该方法的喷墨激光打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在塑料上喷墨激光打印的方法及应用该方法的喷墨激光打印装置，包括打印控制电路，以及沿着X轴线方向设有墨盒移动机构，沿着Y轴线方向设有打印介质移动机构，所述打印控制电路分别与墨盒移动机构上的第一驱动部份和第一打印部份相电连接，打印控制电路还与打印介质移动机构的第二驱动部分相电连接，所述墨盒移动机构上还设有激光器，有益效果是：通过激光器把水性墨滴快速升温固化并熔入塑料表层，使水性墨水可应用于塑料介质上进行喷印，解决以往喷印塑料需要采用油性墨水的限制，减少了因使用油性墨水对环境空气造成的污染。

Description

一种在塑料上喷墨激光打印的方法及应用该方法的喷墨激光打印装置

技术领域

本发明涉及一种打印机技术领域，尤其是涉及一种在塑料上喷墨激光打印的方法及应用该方法的喷墨激光打印装置。

背景技术

喷墨打印一般是通过墨水附着在打印介质表面来实现的，因此对介质表面有一定限制。水性墨水以水作为溶剂，水性墨水需要打印介质表面具有渗透性，可以喷印在如纸、木头、波纹纸板等渗透性介质的表面。如果采用油性墨水，则可以在非渗透性介质表面喷印（如塑料、玻璃、塑料薄膜等）。但油性墨水常用有机溶剂作为溶剂（如油性墨水的溶剂常用丁酮、丙酮、乙醇、甲醇、已二醇、甲苯、二甲苯等）。

使用油性墨水会使空气中有机物的含量增高,这些材料对人体健康有很大的害处，其中油性墨水中溶剂的挥发还会造成大气污染。另一方面，如果使用水性墨水，只能用于表面具有渗透性的介质。两种墨水存在不足之处。

本打印机行业希望能使用水性墨水，减少对人体和环境的危害。另一方面，如果水性墨水能应用于塑料的喷印上，解决以往喷印塑料需要采用油性墨水的限制，减少了因使用油性墨水对环境空气造成的污染。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种快速固化墨滴并将墨滴热熔入塑料表层的在塑料喷墨激光打印方法。

本发明的一个目的在于提出一种减少油性墨水对环境空气的污染和可在塑料介质上进行喷印的应用该打印方法的塑料喷墨激光打印装置。

本发明的一种塑料喷墨激光打印方法，其方法是：上位计算机将打印指令传送给微控制器MCU；微控制器MCU控制打印介质移动机构将打印介质沿Y轴线方向移动到打印区域；微控制器MCU再控制墨盒移动机构将墨盒移动到指定位置，墨盒开始向打印介质喷射墨滴，随后激光器对墨滴进行激光束照射，使喷印到打印介质表面上的墨滴温度迅速上升并固化，固化后的墨滴温度达到塑料熔点时，墨滴被熔入塑料表层与塑料结合为一体。

本方法的具体进一步，墨水是水性颜料墨水，所述打印介质是塑料材质；固化后的墨滴可耐受酸碱溶液或一种或多种有机溶液浸泡（如乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯等）。

应用上述打印方法的塑料喷墨激光打印装置，其特征在于：包括打印控制电路，以及沿着X轴线方向设有墨盒移动机构，沿着Y轴线方向设有打印介质移动机构，所述打印控制电路分别与墨盒移动机构上的第一驱动部份和第一打印部份相电连接，打印控制电路还与打印介质移动机构的第二驱动部分相电连接，所述墨盒移动机构上还设有激光器。

另外，根据本发明的应用该打印方法的塑料喷墨激光打印装置还具有如下附加技术特征：根据本发明的一些实施例，具体进一步，它还包括一底座，所述墨盒移动机构通过所设有支架固定于底座上，所述打印介质移动机构位于墨盒移动机构下方并固定在底座上。

具体进一步，它还包括上位计算机，所述打印控制电路包括微控制器MCU、以及与微控制器分别电连接的喷嘴驱动模块、激光驱动模块和电机驱动模块，所述上位计算机与微控制器MCU相电连接。

具体进一步，所述墨盒移动机构包括X轴主动轮、X轴被动轮、X轴直线导轨、第一驱动部份和第一打印部份，X轴主动轮和X轴被动轮之间设有X轴皮带，X轴皮带连接有X轴滑块，X轴滑块沿着X轴直线导轨表面滑行，X轴滑块固定有第一打印部份，X轴主动轮上连接于第一驱动部份；第一驱动部份包括墨盒驱动电机和X轴光栅盘传感器；第一打印部份包括所述激光器和墨盒，激光器和墨盒固定在X轴滑块上并分别与激光驱动模块和喷嘴驱动模块相电连接，喷嘴驱动模块设置于墨盒上并控制墨盒的工作状态，激光驱动模块控制激光器的工作状态。

具体进一步，所述墨盒驱动电机和X轴光栅盘传感器分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。

具体进一步，所述打印介质移动机构包括Y轴主动轮和Y轴被动轮，Y轴主动轮和Y轴被动轮之间连接有Y轴皮带，Y轴皮带连接有一打印介质固定平台，Y轴主动轮上还连接有第二驱动部份，第二驱动部份包括Y轴电机和Y轴光栅盘传感器组成。

具体进一步，所述Y轴电机和Y轴光栅盘传感器分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。

具体进一步，所述打印介质固定平台底面设有Y轴滑块，与Y轴滑块相配套设有Y轴导轨，Y轴导轨固定于底座上。

本发明的有益效果是：1、通过激光器把水性墨水墨滴实现快速固化后热熔入塑料表层，并应用于塑料介质上进行喷印上，解决以往喷印塑料需要采用油性墨水的限制，减少了因使用油性墨水对环境空气造成的污染；2、利用墨盒移动机构和打印介质移动机构有实现精确运送介质，有助实现精确打印。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1是根据本发明的实施例的结构示意图。

图2是图1的俯视的结构示意图。

图3是打印控制电路的示意图。

图4是塑料喷墨激光打印出的样板示意图。

图5是图4所述样板的50倍放大图。

以下是附图标记说明。

墨盒驱动电机1、X轴光栅盘传感器2、X轴主动轮3、X轴直线导轨4、激光器5、X轴滑块6、墨盒7、X轴皮带8、X轴被动轮9、打印介质10、打印介质固定平台11、Y轴被动轮12、Y轴皮带13、Y轴滑块14、Y轴导轨15、支架16、底座17、Y轴电机18、Y轴光栅盘传感器19、Y轴主动轮20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图3描述根据本发明实施例的一种在塑料上喷墨激光打印的方法及应用该方法的喷墨激光打印装置。

本发明的一种塑料喷墨激光打印装置的打印方法，其方法是：上位计算机将打印指令传送给微控制器MCU；微控制器MCU控制打印介质10移动机构将打印介质10沿Y轴线方向移动到打印区域；微控制器MCU再控制墨盒移动机构将墨盒7移动到指定位置，墨盒7开始向打印介质10喷墨滴，随后激光器对墨滴进行激光束照射，使喷印到打印介质10表面上的墨滴温度迅速上升并固化；固化后的墨滴温度达到塑料熔点时，墨滴被熔入塑料表层与塑料结合为一体。

其中打印介质10通过Y轴皮带13，带动打印介质固定平台11沿着Y轴导轨15表面移动，Y轴皮带13的输送依靠Y轴电机18带动Y轴主动轮20实现。输送过程中的平稳依靠Y轴导轨15和Y轴电机18精确调速。

其中，打印介质10输送到指定位置时，墨盒移动机构开始工作，通过墨盒驱动电机1驱动X轴主动轮3工作，令X轴滑块6沿着X轴直线导轨4滑行，移动到指定位置，微控制器MCU同时控制激光驱动模块和喷嘴驱动模块进行工作，墨盒7在打印介质10上打印图形或字符，墨盒喷出的每一滴墨滴，会被激光束覆盖，确保所有墨滴都被激光束照射。

其中打印过程中，X轴光栅盘传感器2和Y轴光栅盘传感器19不断输送角度信息给微控制器MCU，从而调节打印介质移动机构和墨盒移动机构相互配合，从而提升整个精度，确保墨盒7喷印精度和激光器5照射精度。

本方法的具体进一步，所述打印介质10可以是不同的塑料材质（如PVC、PP、PE、PET、POM等塑料材质）；固化后的墨滴可耐受酸碱溶液或一种或多种有机溶液浸泡（如乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯等）。其中，油性墨水由于使用了有机溶剂，可以使油性墨滴较好地附着在塑料表面。

本方法解决了原水性墨水不能在塑料材质上喷印的缺点。本方法具有可以应用不同的塑料材质进行喷印（如PVC、PP、PE、PET、POM等塑料材质）的优点。

如图1至图3所示，根据本发明的应用该打印方法的塑料喷墨激光打印装置，包括打印控制电路，以及沿着X轴线方向设有墨盒移动机构，沿着Y轴线方向设有打印介质移动机构，所述打印控制电路分别与墨盒移动机构上的第一驱动部份和第一打印部份相电连接，打印控制电路还与打印介质移动机构的第二驱动部分相电连接，所述墨盒移动机构上还设有激光器5。墨盒移动机构和打印介质移动机构有实现精确运送介质，有助实现精确打印；另外，采用激光器5有效快速固化墨滴并将其热熔入塑料表面，使得喷印到塑料表面的字符或图案具有理想的耐久性。

另外，根据应用该打印方法的塑料喷墨激光打印装置还具有如下附加技术特征：根据本发明的一些实施例，具体进一步，它还包括一底座17，所述墨盒移动机构通过所设有支架16固定于底座17上，所述打印介质移动机构位于墨盒移动机构下方并固定在底座17上。适用于食品包装和医疗标识等领域，可有广阔的应用前景。

具体进一步，它还包括上位计算机，其中上位计算机是指人可以直接发出操控命令的计算机。所述打印控制电路包括微控制器MCU、以及与微控制器分别电连接的喷嘴驱动模块、激光驱动模块和电机驱动模块，所述上位计算机与微控制器MCU相电连接。微控制器MCU实现精细化打印，喷嘴驱动模块可将墨盒识别信息及墨量信息保存，并控制喷墨量，将墨量信息反馈到微控制器MCU上。其中激光驱动模块是恒流电源电路，而电机驱动模块是可控式开关电路。喷嘴驱动模块、激光驱动模块和电机驱动模块分别控制墨盒7、激光器5、墨盒驱动电机1和Y轴电机18的工作状态。

具体进一步，所述墨盒移动机构包括X轴主动轮3、X轴被动轮9、X轴直线导轨4、第一驱动部份和第一打印部份，X轴主动轮3和X轴被动轮9之间设有X轴皮带8，X轴皮带8连接有X轴滑块6，X轴滑块6沿着X轴直线导轨4表面滑行，X轴滑块6固定有第一打印部份，X轴主动轮3上连接于第一驱动部份；利用X轴直线导轨4提升X轴滑块6移动稳定性，提升激光器5的精准度，确保将在打印介质10上的所有墨滴进行固化并热熔入打印介质的表层。

第一驱动部份包括墨盒驱动电机1和X轴光栅盘传感器2；X轴滑块6依靠墨盒驱动电机1驱动，X轴光栅盘传感器2上的传感器将角度信息反馈到微控制器MCU，从而调节墨盒驱动电机1的转速，提升整个打印精确度，目的使提升激光器5沿着打印介质10表面已形成的图形或文字进行精确固化和热熔处理。

第一打印部份包括所述激光器5和墨盒7，激光器5和墨盒7固定在X轴滑块6上并分别与激光驱动模块和喷嘴驱动模块相电连接，喷嘴驱动模块设置于墨盒7上并控制墨盒7的工作状态，激光驱动模块控制激光器5的工作状态。利用激光驱动模块和喷嘴驱动模块调节激光器5和墨盒7的工作状态。最主要提升同步率。

具体进一步，所述墨盒驱动电机1和X轴光栅盘传感器2分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。通过微控制器MCU调节墨盒驱动电机1的转速。提升整个打印过程稳定性。

具体进一步，所述打印介质移动机构包括Y轴主动轮20和Y轴被动轮12，Y轴主动轮20和Y轴被动轮12之间连接有Y轴皮带13，Y轴皮带13连接有一打印介质固定平台11，Y轴主动轮20上还连接有第二驱动部份，第二驱动部份包括Y轴电机18和Y轴光栅盘传感器19组成。

具体进一步，所述Y轴电机18和Y轴光栅盘传感器19分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。同样，通过微控制器MCU控制打印介质移动机构工作状态，把打印介质10送到指定区域。

具体进一步，所述打印介质固定平台11底面设有Y轴滑块14，与Y轴滑块14相配套设有Y轴导轨15，Y轴导轨15固定于底座17上。Y轴导轨15作用在于提升输送平稳性。减少Y轴电机18的切换转速对打印的影响。整个输送过程平稳的来回。

本结构解决了传统打印机使用水性墨水不能在塑料材质进行打印的缺点或效果极差。本结构实现可以在不同的塑料材质进行喷印（如PVC、PP、PE、PET、POM等塑料材质）等优点。

本发明所述激光器是半导体激光器或光纤激光器或气体激光器。

举例：打印介质10使用是塑料表面的材质，使用常规水性颜料墨水。由于塑料表面对水性颜料墨水不具有渗透性，喷印到塑料表面的水性墨滴即便是充分干燥后仍然不能牢固地附着在塑料上，用手轻轻擦拭就可将墨滴抹掉。用激光器5发出高能激光束照射墨滴，不但可使墨滴快速干燥（水分子快速蒸发），更可使墨滴干燥后的固体物质（微细的颜料颗粒）由于温度上升并达到塑料的熔点，使其热熔入塑料表层，使墨滴与塑料结合为一体，从而使墨滴具有很好的耐磨（耐擦拭）性能，而水性颜料墨水在充分干燥后可以耐受酸碱以及各种有机溶剂的浸泡，使得本发明在医疗、食品包装等领域可有广阔的应用前景。

本发明其中要点之一：激光束照射使墨滴快速干燥形成固体物质，并使墨滴进一步升温达到塑料的熔点，墨滴被熔入塑料表层后与塑料结合为一体。使墨滴固体物质所形成的字符或图案具有很好的耐磨（耐擦拭）性能。

如图4所示，塑料喷墨激光打印出的样板（其中采用POM塑料材质上进行打印）共有7个数字，样板上前5位数字被激光照射过，经擦拭后仍然清晰。后2位数字没有被激光照射，经擦拭后几乎全被抹掉。

如图5所示，塑料喷墨激光打印后的样板进行放大50倍图像，干燥后的墨滴已被熔入塑料表层，具有良好的耐磨性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.喷墨激光打印装置，其特征在于：包括打印控制电路，以及沿着X轴线方向设有墨盒移动机构，沿着Y轴线方向设有打印介质移动机构，所述打印控制电路分别与墨盒移动机构上的第一驱动部分和第一打印部分相电连接，打印控制电路还与打印介质移动机构的第二驱动部分相电连接，所述墨盒移动机构上还设有激光器。

2.根据权利要求1所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：它还包括一底座，所述墨盒移动机构通过所设有支架固定于底座上，所述打印介质移动机构位于墨盒移动机构下方并固定在底座上。

3.根据权利要求1所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：它还包括上位计算机，所述打印控制电路包括微控制器MCU、以及与微控制器分别电连接的喷嘴驱动模块、激光驱动模块和电机驱动模块，所述上位计算机与微控制器MCU相电连接。

4.根据权利要求1或3所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：所述墨盒移动机构包括X轴主动轮、X轴被动轮、X轴直线导轨、第一驱动部分和第一打印部分，X轴主动轮和X轴被动轮之间设有X轴皮带，X轴皮带连接有X轴滑块，X轴滑块沿着X轴直线导轨表面滑行，X轴滑块固定有第一打印部分，X轴主动轮上连接于第一驱动部分；第一驱动部分包括墨盒驱动电机和X轴光栅盘传感器；第一打印部分包括所述激光器和墨盒，激光器和墨盒固定在X轴滑块上并分别与激光驱动模块和喷嘴驱动模块相电连接，喷嘴驱动模块设置于墨盒上并控制墨盒的工作状态，激光驱动模块控制激光器的工作状态。

5.根据权利要求4所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：所述墨盒驱动电机和X轴光栅盘传感器分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。

6.根据权利要求1或3所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：所述打印介质移动机构包括Y轴主动轮和Y轴被动轮，Y轴主动轮和Y轴被动轮之间连接有Y轴皮带，Y轴皮带连接有一打印介质固定平台，Y轴主动轮上还连接有第二驱动部分，第二驱动部分包括Y轴电机和Y轴光栅盘传感器。

7.根据权利要求6所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：所述Y轴电机和Y轴光栅盘传感器分别与电机驱动模块和微控制器MCU相电连接。

8.根据权利要求6所述的喷墨激光打印装置，其特征在于：所述打印介质固定平台底面设有Y轴滑块，与Y轴滑块相配套设有Y轴导轨，Y轴导轨固定于底座上。