CN107000266A - 具有聚合物层的凸压印模具 - Google Patents

Abstract

提供了一种制造凸压印模具(12，14)的方法。该方法包括：将鼓或板安装在支架(36)上；提供关于凸压印模具的形状的信息；基于所提供的信息利用喷墨打印头(30)将形成光敏聚合物层的大量光敏聚合物滴剂打印在鼓或板上；以及例如利用UV光源(32)固化被打印的光敏聚合物层。可以在凸压印装置(28)中内联地执行该方法。

Description

具有聚合物层的凸压印模具

背景技术

通常，凸压印过程基于实施凸压印形状的凸压印模具的使用，其中，利用特定水平的压力相对于凸压印模具来挤压基材，以便于在基材中产生与凸压印形状相对应的永久凸起或凹陷的区域。

贯穿说明书和权利要求使用的术语“凸压印”涉及根据特定设计在基材中产生凸起和凹陷区域的过程。

附图说明

在以下具体实施方式中参考附图描述了特定示例，附图中：

图1a和图1b示出了凸压印装置的示意图；

图2a和图2b示出了又一装置的示意图；

图3示出了凸压印鼓制造装置的示意图；

图4示出了凸压印板制造装置的示意图；并且

图5示出了凸压印模具制造过程的流程图。

具体实施方式

图1a和图1b示出了两个凸压印装置10、10’的示意图。每个凸压印装置10、10’具有第一模具12、12’和第二模具14、14’。就此而言，贯穿说明书和权利要求使用的术语“模具”指可以用于凸压印或凹压印基材的部分的任何结构，即，具有当利用特定水平的压力相对于模具挤压基材时，在基材中产生永久凸起或凹陷的区域的三维表面的任何物体。

根据图1a和图1b可见，第一模具12、12’中的每一个具有第一主体16、16’，由粘附至第一主体16、16’的表面的第一聚合物层18在第一主体16、16’上形成凸压印形状。在图1a和图1b的特定示例中，由第一聚合物层18形成的凸压印形状包括尺寸相等的两个凸压印部分。

同样地，第二模具14、14’中的每一个具有第二主体20、20’，由粘附至第二主体20、20’的表面的第二聚合物层22在第二主体20、20’上形成背景。由第二聚合物层22形成的背景与由第一聚合物层18形成的凸压印形状相对应，即，形成凸压印形状的第一聚合物层18的凸压印部分适配至形成背景的第二聚合物层22的凹压印部分中。

在示例中，当第一聚合物层18的凸压印部分伸入第二聚合物层22的凹压印部分中时，在凸压印部分的外围边缘与围绕凸压印部分的凹压印部分的边缘之间保持一间隙，因此为夹在凸压印部分与凹压印部分之间的基材给出了空间。因此，表述“适配至……中”旨在包括其中凸压印部分并未完全填满对应的凹压印部分的情形。

第一聚合物层18和第二聚合物层22可以是具有凸压印或凹压印部分的连续层。然而，第一聚合物层18和第二聚合物层22也可以由分布在第一主体16、16’或第二主体20、20’的表面之上的分立部分形成，其中凸压印部分通过存在第一聚合物层18或第二聚合物层22而形成，而凹压印部分通过在第一主体16、16’或第二主体20、20’的表面上缺失第一聚合物层18或第二聚合物层22而形成。在这点上，术语“凹压印部分”旨在包括缺乏聚合物层，即，旨在包括第一聚合物层18或第二聚合物层22中的开口区域。

此外，第一聚合物层18或第二聚合物层22的凸压印或凹压印部分可以具有相同的高度或深度，但是也可以具有不同的高度和深度。例如，第一凹压印部分可以由第一聚合物层18或第二聚合物层22中的开口区域形成，而具有较小深度的第二凹压印部分可以由第一聚合物层18或第二聚合物层22的较薄部分形成。

另外，尽管图1a和图1b示出了采用用于旋转凸压印的鼓和用于板式凸压印的板的形式的第一主体16和第二主体20，但清楚的是，主体16、16’、20、20’可以采取任何形式，所示的旋转模具12、14以及板式模具12’、14’是特定示例。

每个装置10、10’具有在第一模具12、12’与第二模具14、14’之间引导基材26(例如，要被凸压印的纸或其他材料的片或卷)的送料器24。在这点上，送料器24可以包括片导轨或卷导轨，即，引导片或卷沿着预定义的路径从基材仓经过第一模具12、12’和第二模具14、14’至输出终端的元件。

当送料器24在第一模具12、12’与第二模具14、14’之间引导基材26时，由第一聚合物层18形成的凸压印形状的两个凸起部分将基材26按压至背景22的对应的凹陷部分中，由此在基材26中产生导致基材26的永久凸起和凹陷的区域的尖锐弯曲。

基材26的凸起和凹陷区域的表面的高度和深度分别取决于凸压印形状的凸起(凸压印)部分的高度以及对应的背景的凹陷(凹压印)部分的深度。例如，由第一聚合物层18形成的凸压印形状的凸起部分的高度可以大于25微米或大于50微米。即，由第一聚合物层18的凸起部分形成的凸压印形状与第一聚合物层18的不形成与凸压印形状相对应的设计的部分的表面之间的高度差可以大于25微米或大于50微米。类似地，由第二聚合物层22形成的背景的凹陷部分的深度可以大于25微米或大于50微米。即，第二聚合物层22的凹陷部分与第二聚合物层22的不形成要被凸压印的设计的部分的表面之间的高度差可以大于25微米或大于50微米。

在示例中，第一聚合物层18和第二聚合物层22是被打印至第一主体16、16’和第二主体20、20’上的光敏聚合物层，而第一主体16、16’和第二主体20、20’安装在凸压印装置10、10’中。

例如，如图2a和图2b中所示的，与图1a和图1b中所示的装置10、10’相对应的装置28、28’包括喷墨打印头30，喷墨打印头30分别将第一聚合物层18和第二聚合物层22直接打印至第一主体16、16’和第二主体20、20’的表面上。可替代地，第一主体16、16’和第二主体20、20’的表面可以提供有聚合物、塑料或纸层、或者适用于预先(即在打印第一光敏聚合物层18和第二光敏聚合物层22之前)在其上打印光敏聚合物滴剂的任何其他材料。

尽管图2a和图2b示出了两个喷墨打印头30，但在装置28、28’中可以分别存在一个喷墨打印头30或者例如堆叠在一行中的大量喷墨打印头30，以节省成本和加速打印过程。例如，单个喷墨打印头30可以安装在轴承上，轴承允许将喷墨打印头30旋转至不同方向或者将喷墨打印头30移动至不同位置，以使得喷墨打印头30能将第一聚合物层18和第二聚合物层22连续地直接打印到第一主体16、16’和第二主体20、20’的表面上。

如果聚合物层18、22是光敏聚合物层，如在图2a和图2b的示例中的那样，则装置28、28’可以包括紫外UV光源32，诸如将UV光发射至第一模具12、12’和第二模具14、14’上以固化在第一主体16、16’和第二主体20、20’的表面上打印的光敏聚合物的水银蒸汽灯或发光二极管LED。UV光可以例如是具有380nm和100nm之间的波长的光。根据此，第一聚合物层18和第二聚合物层22可以是UV油墨层，例如基于自由基或基于阳离子的UV油墨层。

如图2a中所示的，第一主体16和第二主体20可以按照箭头所指示的进行旋转，并且喷墨打印头30可以向第一主体16和第二主体20的表面提供光敏聚合物滴剂(微滴)。取决于凸压印形状的期望高度和背景的期望深度，可以将打印期间主体16、20的旋转速度与主体16、20的总旋转圈数中的至少一个控制在合适范围内，以允许喷墨打印头30将所需数目的光敏聚合物滴剂沉积在第一主体16和第二主体20的表面的每个部分中，该数目如由凸压印形状和背景定义。在被沉积在第一主体16和第二主体20的表面上之后，旋转主体16、20的表面可以将光敏聚合物滴剂暴露于从UV光源32发射的光束以进行固化。在固化之后，可以将另外的光敏聚合物滴剂打印在已固化的光敏聚合物滴剂上，以构建期望的凸压印形状和背景。

在另一示例中，如图2b中所示的，第一主体16’和第二主体20’可以保持在特定位置，并且喷墨打印头30可以沿着与第一主体16’和第二主体20’的表面平行的特定路径移动，并且向第一主体16’和第二主体20’的表面提供光敏聚合物滴剂。取决于凸压印形状的期望高度和背景的期望深度，可以控制喷墨打印头30的线性移动速度与喷墨打印头30经过第一主体16’和第二主体20’表面的总经过次数中的至少一个，以允许喷墨打印头30将所需数目的光敏聚合物滴剂沉积在第一主体16’和第二主体20’的表面的每个部分中，该数目由凸压印形状和背景定义。

在被沉积于第一主体16’和第二主体20’的表面上之后，跟随或联接至喷墨打印头30的UV光源32可以向被打印的光敏聚合物滴剂上发射光束并固化它们。在被固化之后，光敏聚合物滴剂形成具有适用于凸压印特定基材的特定刚度的聚合物层18、22。为了控制固化后的光敏聚合物的刚度，光敏聚合物可以包括环氧树脂添加剂。

在上述过程中，由于补充聚合物层18、22简单并且快速，所以凸压印可以高效地应用于非常短的运转。在这点上，应该注意的是，与针对长期或超长期运转对凸压印聚合物层18、22提出的需求相比，当处理短期或超短期运转(即高达1000或高达500次凸压印动作)时，考虑到抗力对凸压印聚合物层18、22提出的需求可以放宽。例如，聚合物层18、22可以具有通常使得它们耐受高达500或高达1000次凸压印动作而没有可观磨损的抗力，但是可以不要求聚合物层18、22的允许5000或更多凸压印动作的抗力。

在这点上，装置28、28’可以包括控制光敏聚合物层18、22的形状的控制设备。在控制设备检测到在光敏聚合物层18、22的形状与目标或原始形状之间的例如由凸压印过程引起的应力而造成的偏差的情形中，控制设备可以使喷墨打印头30修复光敏聚合物层18、22。例如，控制设备可以使喷墨打印头30通过将另外的光敏聚合物滴剂打印到光敏聚合物层18、22上来修复光敏聚合物层18、22。可替代地，控制设备可以使刮除设备刮除磨损的光敏聚合物层18、22，并且可以进一步使喷墨打印头30通过重新打印光敏聚合物层18、22来恢复期望的凸压印形状和背景。

此前所述的控制设备可以包括相机。例如，相机可以接收由光敏聚合物层18、22或凸压印基材反射的光，其中反射的光是由发射结构化光的设备发射的。可替代地，聚合物层18、22可以提供有特定颜色的涂层。在此情况下，可以通过检查光敏聚合物层18、22的颜色尤其是特定颜色分布或均匀性，来控制光敏聚合物层18、22的形状的精确度。例如，光敏聚合物层18、22可以是透明的并且利用具有特定颜色的光敏聚合物涂层来涂覆。可以选择与基材的颜色相对应的颜色，该颜色在凸压印过程中被转变，例如红色光敏聚合物涂层用于红色基材。一旦光敏聚合物层18、22的部分被磨损，则光敏聚合物层18、22的颜色可以从特定的颜色(例如红色)偏移至浅色(例如浅红色)直至透明，由此指示了磨损。控制设备可以随后使喷墨打印头30通过将具有特定颜色的另外的光敏聚合物滴剂打印至透明且浅色的区域直至在整个光敏聚合物层18、22上实现了原始颜色分布或颜色均匀性、或者通过刮除磨损的光敏聚合物层18、22并恢复期望的凸压印形状和背景，来修复光敏聚合物层18、22。

替代于在装置28中制造，旋转凸压印模具12、14可以预先制造并且之后安装至凸压印装置10。在这点上，图3示出了可以在其上制造旋转凸压印模具12、14的凸压印鼓制造装置34的示意图。凸压印鼓制造装置34包括用于在其上安装鼓38(由虚线圆示出)的可旋转支架36、以及将可固化聚合物层直接打印在鼓38上的喷墨打印头30。旋转凸压印模具12、14的制造过程可以类似于参照图2a描述的制造过程。具体地，凸压印鼓制造装置34可以包括UV光源32，并且可固化聚合物层可以是要被直接打印在鼓38上的光敏聚合物层或UV油墨层。

同样地，板式凸压印模具12’、14’可以在装置28’外制造。例如，图4示出了凸压印板制造装置40的示意图。凸压印板制造装置40包括用于在其上安装板44(由虚线矩形所示)的支架42、以及用于将可固化聚合物层打印在板44上的喷墨打印头30。制造过程可以类似于参照图2b描述的制造过程。具体地，凸压印板制造装置40可以包括UV光源32，并且可固化聚合物层可以是要被直接打印在板44上的光敏聚合物层或UV油墨层。

图5是可以在图2a和图2b所示的装置28、28’中、在如图3中所示的凸压印鼓制造装置34中、或者在如图4中所示的凸压印板制造装置40中实施的凸压印模具12、12’、14、14’、38、44的制造过程的流程图。

制造过程包括在46处将鼓12、14、38或者板12’、14’、44安装在支架36、42上。例如，鼓12、14、38或板12’、14’、44可以安装在图2a和图2b中所示的装置28、28’的支架36、42上、图3中所示的凸压印鼓制造装置34的支架36上、或者图4中所示的凸压印板制造装置40的支架42上。

另外，如在48处所指示的，提供了关于凸压印模具12、12’、14、14’、38、44的形状的信息。关于凸压印模具12、12’、14、14’、38、44的形状的信息可以包括涉及凸压印形状的厚度的数据或者关于三维凸压印形状的数据。即，关于凸压印形状的信息指示凸起部分和凹陷部分的聚合物层的厚度。在这点上，应该注意的是，如果并未针对凸压印形状明确地提供凸起部分和凹陷部分的聚合物层的厚度，例如这是因为使用或假定了凸起部分和凹陷部分的聚合物层的默认厚度，则此类涉及凸压印形状的厚度的数据或者关于三维凸压印形状的数据的隐含提供也应该由贯穿说明书和权利要求所使用的表述“提供关于凸压印模具的形状的信息”所包括。

在明确地或隐含地提供关于凸压印模具12、12’、14、14’、38、44的形状的信息之后，制造过程在50处继续进行，以基于提供的信息将形成光敏聚合物层的大量光敏聚合物滴剂打印在鼓12、14、38或者板12’、14’、44上。在打印形成光敏聚合物层的大量光敏聚合物滴剂之后，过程在52处通过固化被打印的光敏聚合物层来完成。如上参照图2a、图2b、图3和图4所描述的，固化被打印的光敏聚合物层可以包括将UV光发射至被打印的光敏聚合物层上。

另外，为了允许在不同凸压印形状之间的快速改变，制造过程可以进一步包括在50处的打印之前刮除要从鼓12、14、38或板12’、14’、44移除的聚合物层18、22。更具体地，可以从鼓12、14、38或板12’、14’、44刮除之前打印在鼓12、14、38或板12’、14’、44上的固化的光敏聚合物层，以便于重新使用鼓12、14、38或板12’、14’、44，从而使用另一凸压印形状来凸压印基材26。

当在图2a和图2b中所示的具有两个凸压印模具12、12’、14、14’的装置28、28’中实施凸压印模具12、12’、14、14’、38、44的制造过程时，可以制造凹形凸压印模具14、14’和凸形凸压印模具12、12’并且可以在凹形凸压印模具和凸形凸压印模具之间引导基材26，以使得在单个装置28、28’上执行整个方法。

参考标记的列表

10、10’ 凸压印装置

12、12’ 第一模具

14、14’ 第二模具

16、16’ 第一主体

18 第一聚合物层

20、20’ 第二主体

22 第二聚合物层

24 送料器

26 基材

28、28’ 装置

30 喷墨打印头

32 UV光源

34 凸压印鼓制造装置

36 支架

38 鼓

40 凸压印板制造装置

42 支架

44 板

46－52 过程

Claims (15)

1.一种凸压印装置，包括：

具有第一主体的第一模具，由粘附至所述第一主体的表面的第一聚合物层在所述第一主体上形成凸压印形状，

具有第二主体的第二模具，由粘附至所述第二主体的表面的第二聚合物层在所述第二主体上形成背景；以及

送料器，用于在所述第一模具和所述第二模具之间引导基材。

2.根据权利要求1所述的凸压印装置，其中，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层的至少一部分具有大于25微米或大于50微米的厚度。

3.根据权利要求1所述的凸压印装置，其中，所述第一模具和所述第二模具是旋转模具或板式模具。

4.根据权利要求1所述的凸压印装置，其中，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的至少一个是光敏聚合物层。

5.根据权利要求4所述的凸压印装置，进一步包括将光敏聚合物层直接打印在所述第一主体的表面与所述第二主体的表面中的至少一个上的喷墨打印头。

6.根据权利要求5所述的凸压印装置，进一步包括紫外(UV)光源，所述UV光源用于将UV光发射至所述第一模具和所述第二模具中的至少一个上。

7.一种凸压印鼓制造装置，包括：

可旋转支架，用于将鼓安装在所述可旋转支架上；以及

喷墨打印头，用于将可固化的聚合物层直接打印在所述鼓上。

8.根据权利要求7所述的凸压印鼓制造装置，其中：

所述凸压印鼓制造装置包括紫外(UV)光源；并且

所述可固化的聚合物层是要被直接打印在所述鼓上的UV油墨层。

9.一种凸压印板制造装置，包括：

支架，用于将板安装在所述支架上；以及

喷墨打印头，用于将可固化的聚合物层打印在所述板上。

10.根据权利要求9所述的凸压印板制造装置，其中

所述凸压印板制造装置包括紫外(UV)光源；并且

所述可固化的聚合物层是要被直接打印在所述板上的UV油墨层。

11.一种制造凸压印模具的方法，包括：

将鼓或板安装在支架上；

提供关于所述凸压印模具的形状的信息；

基于所提供的信息将形成光敏聚合物层的大量光敏聚合物滴剂打印在所述鼓或所述板上；并且

固化被打印的光敏聚合物层。

12.根据权利要求11所述的方法，其中关于所述凸压印形状的所述信息包括涉及所述凸压印形状的厚度的数据以及关于三维凸压印形状的数据中的至少一个。

13.根据权利要求11所述的方法，其中固化被打印的光敏聚合物层包括：将紫外(UV)光发射至被打印的光敏聚合物层上。

14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：在所述打印之前，刮除要从所述鼓或所述板移除的聚合物层。

15.一种转换基材的方法，所述方法包括：

根据权利要求11所述的方法制造凹形凸压印模具和凸形凸压印模具，并且

在所述凹形凸压印模具和所述凸形凸压印模具之间引导基材，

其中整个所述方法在单个装置上实施。