CN107667013B - 在衬底的选定区域涂覆薄膜的打印方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了用于将膜涂覆至衬底表面的选定区域的方法和设备。该方法包括以下步骤：a)提供具有成像表面的连续移动的转印部件,b)将由热塑性聚合物形成的或涂覆有热塑性聚合物的单个颗粒涂覆至转印部件的成像表面,c)基本上除去不与所述成像表面直接接触的所有所述颗粒，从而在所述成像表面上留下均匀的单层颗粒涂层,d)将涂覆的所述成像表面的选定区域曝光于足够能量的辐射下，以使在选择的区域中的所述颗粒内发黏,e)在照射过程中或照射后使已涂覆的所述成像表面和衬底表面之间互相挤压，从而仅使已经发粘的所述颗粒涂层区域转印到所述衬底表面，所述发黏区域形成薄膜，以及f)重复步骤b)和c)以将新的所述颗粒单层涂层涂敷至先前涂敷有已在步骤e)中被转印至衬底表面上的单层涂层的所述选定区域，以使所述成像表面再次均匀地涂覆有单层的所述颗粒。

Description

在衬底的选定区域涂覆薄膜的打印方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在衬底的表面的选定区域涂覆薄膜或热塑性材料的打印方法和设备。
背景技术
已知使用携带有聚合物墨膜的带的打字机。该带相当于传统打字机中使用的色带，呈打印字符的形状的墨水不是通过冲击，而是通过打印头从带转印到衬底上(通常为纸张)，其中，所述打印头仅加热其墨水将要从其转印到纸张的所述带的区域转印。打印完一个字符后，打字机托架前进，打印下一个字符，带也向前移动。
这样的打字机实现高质量的打印，但却是浪费的，因此其运行成本高，这是因为当需要丢弃带时，其大部分表面仍然涂覆有尚未被转印到打印衬底上的油墨。
发明内容
本发明的目的是提供一种打印设备和方法，其工作原理与将热塑性膜转印到打印衬底的原理相同，但是浪费少，能够打印高质量的图像而不限于打印文本。
根据本公开的一个方面，在此提出了一种将膜打印到衬底的表面的选定区域上的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有成像表面的连续移动的转印部件,
b)将由热塑性聚合物形成的或涂覆有热塑性聚合物的单个颗粒涂覆至转印部件的成像表面,
c)基本上除去不与成像表面直接接触的所有颗粒，从而在成像表面上留下均匀的单层颗粒涂层,
d)将涂覆的成像表面的选定区域曝光于足够能量的辐射下，以使在选定区域中的颗粒内发黏,
e)在照射过程中或照射后使已涂覆的成像表面和衬底表面之间互相挤压，从而仅使已经发粘的颗粒涂层区域转印到衬底表面，所述发黏区域形成薄膜，以及
f)重复步骤b)和c)以将新的颗粒单层涂层涂敷至先前涂敷的单层涂层已在步骤e)中被转印至衬底表面上的选定区域，以使成像表面再次均匀地涂覆有单层的颗粒。
在不同的实施例中，步骤b)和c)可以包括
·将载有颗粒的气体喷射流引导至成像表面,
·通过使用布，刷子或敷料辊将颗粒擦拭到成像表面上,
·用疏水材料制得成像表面和颗粒，并将包含所述颗粒的液体喷射流引导到成像表面上，以不润湿成像表面来选择所述喷射流的液体,或者
·将包含颗粒的气体喷射流或液体喷射流引导到中间敷料器,所述敷料器能够容纳颗粒并将其转印至成像表面。
根据本公开的第二方面，提供了一种打印设备，用于将由热塑性材料制成的膜打印到衬底的表面的选定区域上，所述设备包括:
a)具有成像表面的可连续移动的循环转印构件,
b)涂覆站，在该涂覆站中将由热塑性聚合物制成或涂覆有热塑性聚合物的颗粒涂敷到成像表面，并且在该涂覆站中将不与成像表面直接接触的颗粒将会从成像表面上去除或不粘附到成像表面上，从而在成像表面上形成均匀的单层颗粒涂层,
c)成像站，在该成像站中，已涂覆的成像表面的选定区域曝光于足以使在所选择的区域内的颗粒发黏的辐射，以及
d)压印站，在该压印站中，在辐射期间或之后，将已涂覆的成像表面和衬底的表面彼此压在一起，使成像表面选定区域中因单层颗粒涂层曝光于辐射而形成的发黏膜转印至衬底的表面,
其中，在已经通过成像站和压印站后，在成像表面返回到涂覆台时，在运行期间将新的颗粒涂敷到成像表面颗粒已被清空的区域，使得成像表面的颗粒涂层再次形成为均匀的单层。
在本发明中，上述设备也可以互换地被称为打印设备或打印系统。成像表面也可被称为及视作为供体表面(donor surface)。
本文所使用的术语“发黏”以及“足够发黏”意在指，在被压在压印站18中，颗粒涂层不一定是接触时的发黏，而是充分软化以能够粘附在衬底的表面。发黏颗粒或发黏的颗粒区域被认为形成单独的膜或连续的膜，随着所述膜转印至打印衬底，可以选择性地产生更薄的膜，这是成像表面与衬底接触时施加了压力和/或转印膜的任选进一步处理(例如干燥、固化等)所引起的。
在一些实施例中，在涂覆站中，可以通过喷射，例如通过使用一个或多个喷头，将颗粒直接涂敷到成像表面。在替代实施例中，可以将颗粒涂敷到中间敷料器并从那里涂敷到成像表面。后一种涂敷被认为是间接的，颗粒直接和间接地涂敷于成像表面都包含在本发明中。应当理解，将颗粒的直接或间接地涂敷于成像表面可以用于具有单个颗粒的单层的成像表面的初始涂层，或者可以用于在(例如先前通过转印而清空的)选定区域重新装填单层，或用于这两种情况。
成像表面的颗粒涂层可以在每次压印后被恢复的原因是颗粒被选择为，相比于彼此，它们对成像表面的粘附更强。这导致所涂敷的层基本上是单个颗粒的单层，也就是说，涂层在表面的大部分面积上只有一个颗粒深度，并且大部分(如果不是全部的话)的颗粒至少部分地与成像表面直接接触。
例如，使薄片状颗粒在其大部分平面上接触成像表面(例如，与表面大致平行)，所产生的单层厚度(在与表面垂直的方向上)将大致对应于颗粒的厚度。如果颗粒具有球形，那么单层的厚度将与球体的直径相当。因此，成像表面涂覆时形成的单层的平均厚度可以根据颗粒形状近似为形成单层的单个颗粒的平均厚度或等效直径。
然而，由于相邻颗粒之间可能存在部分重叠，单层的厚度可能达到所构成颗粒尺寸的低倍数，这取决于重叠的类型，例如颗粒彼此之间和/或与成像表面之间形成的相对角度、和/或重叠程度、和/或堆积程度等。因此，单层可能只在部分区域中具有对应于所涉及颗粒的所特有的最薄尺寸的约一倍、或约两倍、或约三倍或任何中间值的最大厚度(T)(例如，高至薄片状颗粒的颗粒厚度的三倍，高至近球形颗粒的颗粒等效直径的两倍)。
颗粒的基本单层镶嵌的形成的原因与胶带在用来从表面拾取颗粒时将只能拾取一层粉末颗粒的原因一样。当胶带仍是清洁的，粉末会粘在胶黏剂上直到覆盖整个胶带表面。然而，一旦胶黏剂已经被粉末所覆盖，胶带就无法再用来拾取更多粉末了，因为粉末颗粒不会彼此牢固地粘在一起，并且它们可以从胶带上轻易地被刷掉或吹走。类似地，本文的单层由与成像表面充分接触的颗粒形成并且因此通常具有单个颗粒的厚度。当接触允许颗粒在涂层装置的出口处仍维持附着于成像表面时，例如将在以下详细说明的过剩抽取、干燥等步骤之后，这样的接触被认为是充分的。
尽管认为，单层基本上是由与成像表面直接接触的颗粒形成的，但不排除由相邻颗粒紧密堆积的一些颗粒可能在涂覆设备出口侧时仍然存在于单层的一部分，尽管这些颗粒不与成像表面直接接触并可能轻微地突出于所述层。可以想象，这种少数非表面接触颗粒的一部分可以不同地吸收辐射，并且由于他们与相邻颗粒的内聚力而最终可能转印到打印衬底，所述相邻颗粒将在更大程度地曝露于预期的“能量剂量”或所接收的辐射效应。在一些实施方案中，在任何视野中，与该成像表面接触的颗粒数量中与成像表面没有直接接触的颗粒的百分比为15％或更少，或者少于10％，或者甚至低于5％。
在一些实施方式中，成像表面上的单个颗粒单层形成足够连续的颗粒层。如果在成像站曝光于辐射下相邻的颗粒可以融合形成可转印的膜，则单层是足够连续的。在这种情况下并且取决于形成单层的颗粒的大小和形状，至少大约40％，并且至多大约50％，或者至多大约60％，或者甚至至多大约70％的面积覆盖率即可。对于较小的颗粒或在辐射下径向延伸能力较弱的颗粒，曝光成像表面上的颗粒单层可能需要形成基本上连续的层。“基本连续”是指至少70％的面积被颗粒覆盖，或者至少80％，或者至少90％，或者甚至至少95％被覆盖。
为了说明，设定颗粒是直径为2μm的理想球体，这样的颗粒因此将具有约4.19μm3的初始体积和约3.14μm2的平面投影。现在假定辐射照射下这样的颗粒熔化形成厚度约0.5μm的相同体积的圆盘，那么这种液化颗粒圆盘的直径约为3.3μm，覆盖的面积约为8.38μm2。
为了清楚起见，根据以下等式，薄膜的实际厚度将受融合的液化颗粒相对于空气的表面张力性质、该液体相对于成像表面的润湿性质的控制：
t＝(2γla(1-cosθ)/gρ)1/2 (等式1)
其中t是由此产生的膜厚度，γla是液化颗粒和空气之间的表面张力，θ是融合的液化颗粒相对于成像表面的润湿角，g是引力常数而ρ该液体的密度.应当理解，表面张力和润湿角都取决于所述液体的温度。
回到说明性的例子，现在为了简单起见，取面积为100μm2的方形表面，将需要约12个这样的熔化颗粒(假设基本均匀分布)以在这样的表面形成约0.5μm厚的连续膜。在接受辐射之前，这12个颗粒以其原始形状只能覆盖方形的约38％。提供这些值和计算是为了简化说明，并且成膜聚合物领域的技术人员可以容易地理解可能影响操作情况的因素。
显然，需要最终形成可转印膜(可能是连续的膜)的最初面积覆盖率，除其他因素外，取决于颗粒的尺寸分布，颗粒所用的特定材料，诸如温度依赖性表面张力、粘度和时间流体行为(temporal fluid behavior)等的特定的流变学参数，以及其他取决于颗粒本身的化学和/或物理性质的因素等。成像表面的属性也可能有助于此过程(例如，促进或妨碍足够的接触和/或波及连续性)。另外，诸如涂覆站的运行条件、成像表面的颗粒分布(基本上均匀的是有利的)、颗粒和或/成像表面在成像站所吸收的辐射的能量密度、在压印站转印时的压力等这些具体的工艺参数也可以影响最终结果(例如，促进被照射的颗粒的铺展和/或融合以便形成所需厚度的薄膜)，从而修改先决条件。
可以通过多种本领域技术人员已知的方法来评估特定目标表面中被颗粒覆盖的面积百分比(％覆盖率)，包括通过可能结合建立已知覆盖点校准曲线的光密度确定、通过对透射光的测量(若颗粒或衬底之一足够透明)、或相反通过对反射光线的测量(例如若颗粒是反射光的，包括由热塑性聚合物涂覆的反光材料)。
如在本说明书中的用法，优选测定目标表面被颗粒覆盖的面积百分比的方法如下所示。将具有1cm边长的正方形样品从所研究的表面切下(例如从成像表面或从打印衬底)。该样品通过显微镜(激光共焦显微镜(奥林巴斯,LEXT OLS30ISU)或光学显微镜(奥林巴斯BX61U-LH100-3))分析，放大倍率高达x100(至少产生约128.9μm x 128.6μm的视野)。对于具有不透明衬底(如纸张)的每个样品，至少三个典型图像在反射模式下被捕捉。通过使用Image J,一种由美国国家卫生研究所(National Institute of Health,NIH)开发的公共域Java图像处理程序，来分析所捕捉的图像。在8-比特灰度下显示图像，通过在软件中设定反射比阈值来区分反光颗粒(浅色像素)和可能存在于邻近或相邻颗粒之间的间隙(这样的空隙显示为深色像素)。受训的操作人员，如需要，可以调整设定的阈值，但通常不会改变。图像分析程序随后对代表颗粒的像素的数量和代表未覆盖区域颗粒间的间隙的像素的数量进行测量,基于此可以容易地对覆盖面积的百分比进行计算。对同一样品的不同图像部分的测量进行平均。当样品位于透明衬底上时(例如印刷在半透明塑料薄膜时),类似的分析可以在透射模式下进行,在该模式下颗粒显示为深色像素而间隙显示为浅色像素。由这种方法或任何本领域技术人员已知的基本上类似的分析技术所得的结果都可以指光学表面覆盖率，该覆盖率可以表示为百分比或比率。
在某些实施例中，由曝光于辐射的颗粒单层而转化产生的聚合物膜具有2μm以下的厚度，或具有1μm以下，或甚至是750nm以下的厚度。在其他的实施例中，聚合物膜的厚度在100nm以上，或200nm以上，或甚至300nm以上。聚合物膜的厚度可以在30mm-1000nm的厚度范围内，或500nm-1500nm的范围内，或600nm-800nm的范围内，或甚至是700nm-1000nm的范围内。
热塑性颗粒具有小于10μm，或小于5μm，或小于1μm，或在100nm到4μm范围内，或在300nm到1μm范围内，或500nm到1.5μm范围内的颗粒大小。
为了有助于从成像表面将颗粒的发黏膜转印至衬底，成像表面可以是疏水性的。
有利地,成像表面可以与成像站间断产生的辐射相容以曝光所需选定的区域。相容指的是例如成像表面对于辐射相对耐受和/或不与辐射反应，和/或可以吸收或反射辐射，和/或可以传导或隔绝由辐射产生的热量。
在一些实施例中，热塑性颗粒本身可以是疏水性的。
涂覆站可以适当地包括：
·用于直接或间接在成像表面涂敷其中有热塑性颗粒的流体流的至少一个喷头，
·包围所述(多个)喷头并定义用于限定流体流的内气室的外壳，该外壳具有与成像表面相邻接的边缘，将该边缘构成为可以防止颗粒从限定在外壳边缘和待涂覆表面之间的密封缝隙处逸出,以及
·与外壳相连并用于从气室中抽出喷出流体和喷出流体中悬浮的颗粒的抽吸源，运行该抽吸源以抽吸出基本上全部的不与表面直接接触的颗粒,从而使在离开该设备中的成像表面仅留下与之粘附的单层颗粒层。
涂覆站可选地进一步包括温度控制机构，以理想地调整成像表面的温度。
在一个实施例中，成像表面的温度可以被升高至高于环境温度，这样的升温可以通过加热器实现。在一些实施例中，加热器置于涂覆站的出口侧或下游。在这样的实施例中，成像表面的外表面的温度可以高于30℃,或高于40℃或甚至高于50℃,但该温度通常低于80℃,或甚至不大于70℃。
在一些实施例中，可以降低成像表面的温度，温度降低可以通过诸如冷器鼓风机的冷却器实现。可以将该冷却器置于涂覆站的进口侧或上游。在这样的实施例中，成像表面的外表面的温度可以低于40℃，或低于30℃，或甚至低于20℃，但该温度通常高于0℃，或甚至高于10℃。
在一些实施例中，成像表面在到达涂覆站之前被冷却并且在离开涂覆站后被加热。
在本公开中,术语“悬浮”和其变体不是指相同或不同相的任何特别类型的材料混合，而应更通常理解成“携带”等术语。
成像系统可以包含用于在成像表面相对于该装置在基准X方向移动时将单独可控的激光束投影至成像表面的装置，该装置包括多个半导体芯片，这些芯片以这样的方法安装在支架上，即当它们被连续地激活时，所发射的激光会在成像表面穿过而勾画出一系列平行的线，这些线在X方向上延伸并在Y方向上大致均匀地间隔。
在一些实施例中，每个成像装置的半导体芯片包括多个以M行和N列的二维阵列配置的激光束发射元件，在每一行上的多个所述元件具有均匀间距Ar，并且每一列上的多个所述元件具有均匀的间距ac，成像装置进一步包括用于将发射的激光束聚焦到涂覆在成像表面颗粒的透镜系统。该透镜系统可以具有多个透镜元件，每个透镜都与一个相对应的芯片相关，并且在一些实施例中，该透镜系统还可以包括渐变折射率(gradient-index，GRIN)柱。
在本文中以GRIN柱为例的成像装置的透镜元件，可以作为整体使用，即激光从激光源到成像表面的光路上穿过单个元件。或者，每个光路可以包括两个以上的串联设置的透镜元件,单独的元件诸如通过镜子或棱镜等彼此组合在一起，以产生与单独透镜元件相同的效果。多透镜元件的使用使得光路被折叠以便简化封装为此，单独的元件通常不会彼此排成一条直线。换句话说，无论是通过完整的透镜元件(例如单个“笔直的”GRIN柱)还是通过一系列透镜(如两个以上的GRIN柱，通过相关的棱镜将光从其中一个引导至下一个)来传递，从芯片上的同一元件发射出的激光束可以对准成像表面相似的位置。
附图说明
成像装置的一些实施例参考下列附图进行说明。通过非限制性实例，说明书连同附图对相关领域的普通技术人员是显而易见的可以使教导他们如何实践本公开。在基于对本公开的基本理解上，附图仅以说明性讨论为目的，并不尝试披露比具体实施例更详细的结构细节。为了清楚和方便的呈现，附图纸描绘的一些对象不一定按比例显示。
附图中:
图1示例性地描绘了打印系统的第一实施例；
图2示例性地描绘了打印系统的第二实施例；
图3示出了包括安装在支架上的一套VCSEL芯片的成像装置的一部分；
图4是两个VCSEL芯片的激光发射元件以及它们在相对移动的成像表面上描绘的线的示意图；以及
图5是示出在一对行中VCSEL芯片与用作透镜的GRIN柱之间的对准的示意图，以将发射的激光束聚焦到成像表面。
具体实施方式
打印系统的总体介绍
图1示出了鼓10，其具有用作为成像表面的外表面12。随着该鼓以箭头所表示的顺时针旋转时，鼓经过涂覆站14的下方，鼓在该涂覆站获得细颗粒的单层涂层。在退出涂覆站14之后，成像表面12经过本公开的成像装置16的下方，在成像装置的下方成像表面12的选定区域被曝光于激光辐射，使在表面12的选定区域上的颗粒涂层发黏。接下来，该表面穿过具有以箭头表示的夹持部的压印站18，在该压印站处将衬底20挤压在鼓10和压印筒22之间。这使得通过在相应被称为成像站中的成像装置16曝光于激光辐射而发黏的成像表面12上的涂层选定区域从成像表面12转印到衬底20。通过颗粒的转印而清空(depleted)被转印到衬底的、对应于选定发黏区域的成像表面12上的区域因此被曝露。然后成像表面可以通过返回到涂覆站14完成其循环，在涂覆站14新鲜的单层颗粒涂层只涂敷到曝露区域上，之前所涂敷的颗粒已经在压印站18从该曝露区域转印到衬底20。衬底，如下所述又被称为打印衬底，可以由各种材料制得(例如纸张、硬纸板、塑料、织物等)，根据期望的性质可选地具有或不具有涂层，可以以不同的形式供给到压印站(例如作为片状或连续的筒状)。
可选地曝光于激光辐射以转印到衬底的热塑性聚合物颗粒形成所谓的薄膜，或如下文进一步详细表示的聚合物薄膜。如本文所述，术语“薄膜”表示在成像表面被曝光的颗粒(或很多颗粒)的每个点可能形成材料的薄的层/涂层，至少直到在压印站处被转印至衬底时该薄层/涂层是柔韧的。术语“薄膜”并不一定意味着在成像站处曝光于激光辐射的相邻颗粒的点将作为连续涂层一起转印。相信在成像表面上(即通过一个或多个充分曝光于激光束的相邻颗粒)形成的薄膜在压印时最多可以保持其厚度或变得更薄。因此，根据本教导的打印设备和方法有利地实现了被辐照颗粒的薄层的在衬底上的打印。在一些实施例中，已打印的膜可以具有1微米以下、或者不大于800纳米、或者不大于600纳米、或者不大于400纳米、或者不大于200纳米、或者甚至不大于100纳米的厚度。
涂覆站
涂覆站14可以包括多个沿鼓10的轴线彼此对齐的喷头1401，因此只有一个喷头在图1的部分中可见。喷头的喷雾1402被限制在钟形外壳内，钟形外壳下缘1404形状与成像表面紧密相符，只在钟形外罩1403和鼓10之间留下窄缝。多个喷头1401连接于同一供应轨1405，该供应轨向喷头1401供应加压流体载体(气体或液体)，在所述载体内部悬浮有待用于涂层成像表面12的细颗粒。如果需要，尤其是在它们供应到喷头之前，可以定期地或持续不断地混合所悬挂的颗粒。所述颗粒可以例如在涂层设备中以0.1至10升/分钟的流速范围内，或在0.3至3升/分钟的范围内循环。来自多个喷头1401的被限制在外壳1403内部空间所形成的气室(plenum)1406内的流体和过剩颗粒通过排出管1407抽取，该排出管连接于由箭头表示的合适的抽吸源，并且所述流体和过剩颗粒可被回收到喷头1401。尽管本文称为喷头，但涵盖了沿同一供应管或导管的允许涂敷流体悬浮颗粒的任何其他类型的喷嘴或孔口。
作为将流体及悬浮颗粒直接喷涂到成像表面的替代方案，如图2所示，涂覆站可以包括可旋转的敷料器1420，该敷料器可以将流体和悬浮颗粒擦拭到表面上。敷料器1420可以是例如圆柱体海绵或可以包括从旋转轴径向延伸的多个柔性条带。海绵辊或条带的材料应当是“相对柔性的”，应这样选择以将颗粒擦拭到成像表面12而不会影响成像表面上形成的涂层的完整性，即不会刮擦颗粒层。敷料器或其刷毛或条带的表面可以适当地包含闭孔泡沫(如闭孔聚乙烯，闭孔PVA或闭孔有机硅)；或相对柔软的开孔泡沫(如聚氨酯泡沫)；或诸如棉、丝或超高分子量聚乙烯(high molecular weight polyethylene，UHMWPE)织物等的织物。
包括悬浮颗粒的流体可以以如图2所示的方法从喷嘴1401从外部供应至诸如喷雾或喷射流1420的敷料器1420，所述喷嘴可以仅简单由管壁的开孔构成。可替代地，流体和悬浮颗粒可以从内部供给。在这样的实施例中，流体可以由位于敷料器内的例如在轴1421内或与轴平行的供应管道或喷雾器提供并通过敷料器1420的材料向其外表面扩散。
敷料器可以用来至少部分地去除不与成像表面直接接触的任何颗粒，并可选地至少压平在表面涂覆的颗粒而使之成为单层。
有利地,颗粒单层有助于由成像站激光元件发射的辐射的定向输送。这可以简化成像装置的控制，因为选择性辐照的颗粒存在于单个限定的层上，这可以促进对激光辐射的聚焦以在转移至衬底时形成大致均匀的厚度和/或相对限定轮廓的点。
具有单层的另一个优点是单层可以在颗粒和在其上涂覆有颗粒的成像表面之间提供良好的热耦合。如下所述，成像表面可以是吸热衬底或由合适的吸热材料制成，因此易于从成像表面到聚合物颗粒的能量转移，这样的能量转移会使聚合物变黏。需要指出的是，由于颗粒的极小厚度，绝大部分激光能量将不被它们吸收而穿过。激光辐射不是直接加热颗粒，而是趋向于加热成像表面从而间接加热颗粒。
随着中间敷料器1420(例如辊或刷子)绕着其轴1421旋转，它在与鼓10的成像表面12接触时对其涂敷颗粒。敷料器的外表面不需具有与成像表面相同的线速度，它可以例如具有高达十倍的线速度。它可以与鼓10方向一致地旋转也可以反方向旋转。敷料器可以独立地由电机驱动或通过齿轮、皮带、摩擦等由鼓10驱动。
在一些实施例中,用于去除不与表面直接接触的任何颗粒的过剩抽取系统与敷料器有类似的构造。在这种情况下，从外部或内部供应至用做过量颗粒去除器的类似敷料器元件的流体本身中不具有任何悬浮颗粒。可以作为清洁装置的过剩抽取系统的流体可以与用于敷料装置的悬浮有颗粒的流体一致或不一致。例如，颗粒可以悬浮在水或其它水性介质中而被涂敷，过量的颗粒可以被同样的水性介质或诸如气流的不同的流体去除。
重要的是能够实现外壳1403和成像表面12之间的有效密封，以防止喷涂流体和细颗粒通过在外壳1403和鼓10的成像表面12之间必须绝对保留的窄缝隙逃逸。在附图中示意性地示出了实现这种密封的不同方式。
密封的最简单形式是刷片1408。如果这种密封用在外壳1403的出口侧也就是说多个喷头1401的下游侧，则该密封发生与成像表面的物理接触并且能够刮擦所涂敷涂层。为此，如果使用这种密封，优选将其只置于喷头1401的上游和/或外壳1403的轴向末端。用于本文的术语“上游”和“下游”是指随循环通过不同站时成像图像12上的多个点。
图1和图2还显示了在没有与成像表面12接触的部件的情况下，如何防止内部悬浮有颗粒的流体从外壳1403和鼓10之间密封缝隙流出。在外壳1403的整个圆周上延伸的通道1409由一组在外壳1403的整个边缘上延伸的细通道1410连接，以建立通道1409和密封缝隙之间的流体连通。
在第一实施方式中，通道1409连接于过剩抽取系统的抽吸源，该抽吸源可以与连接于排出1407的抽吸源为同一或不同的抽吸源。在这种情况下，该通道用于在穿过缝隙的流体离开外壳1403之前将其抽取。低压也将未直接接触成像表面12的任何颗粒从鼓10吸走，并且如果所喷涂的流体是液体，则低压还将过剩液体吸走从而在成像表面离开涂覆站14之前至少局部使涂层干燥。过剩液体可替代地并额外地通过位于涂层设备出口侧的(例如具有液体吸收表面的)液体抽取辊去除。如果存在，任何这样的使颗粒涂层干燥的机构(例如鼓风机、加热器、液体抽取器等)可以在涂层装置14的内部(即外壳1403的气室1406之内)，或者可替换地位于涂覆站的下游，只要它保持在需要涂层充分干燥的站的上游。干燥元件，如出现，有利地与颗粒层相容，例如不会对颗粒和/或所形成的颗粒层的整体性造成不利的影响。
在可替代的实施例中，通道1409与气压比气室1406的气压高的气体源连接。取决于喷头1401将流体供应到气室的速率和排出管1407的排出速率，气室1406的气压可能在大气压以上或以下。
如果气室处于低于大气压的压力，则通道1409处于环境压力下就足够了，或者甚至不需要通道1409的存在。在这种情况下，因为密封缝隙内的压力将超过气室1406的压力，所以通过缝隙的气流会朝向外壳内部而不出现流体流出的风险。
如果气室处于大气压之上的压力，则通道1409可以连接于尤其是空气的加压气源。在这种情况下，空气在压力的压迫下通过通道1410进入密封缝隙并分为两股气流。一股气流流向气室1406并将防止其内悬浮有颗粒的流体流出。这股气流也将驱逐和/或夹带未直接接触成像表面的颗粒并且如果载体流为液体时这股气流还有助于对涂层进行的干燥。因为第二股气流仅是干净的空气而不含悬浮颗粒，它将从涂覆站逸出而不存在问题。第二股气体流还可以在成像表面离开涂覆站14之前进一步有助于对成像表面12的颗粒涂层进行干燥。如果需要，可以加热气体流来促进这样的干燥。
在可替换的实施方式中，之前所述的通道1409不是以在所有边缘密封气室1406的方式在外壳的整个圆周周围延伸。可以是“局部的”通道或一个或多个(带主动或被动气流的)气刀的结合，所述气刀平行于滚筒轴线的喷头并位于下游或上游和/或在垂直于滚筒轴线的方向上位于喷头的侧边沿上。在一些实施方式中，出口侧的“局部的”通道可以用作额外或可替换地促进干燥颗粒的气体鼓风机(如冷或热空气)，在这种情况下可以调适通道1410以提供充足的流动速率。
在一种实施方式中，独立于携带有涂敷至成像表面12的悬浮颗粒的液体的类型，如图1和图2所示，在涂覆设备14的出口侧并且通常在外部下游处设置可以在成像表面到达成像站16之前将颗粒层和成像表面的温度升高的加热器1424。颗粒和成像表面的温度可以在这种方式下从环境温度升高至高于30℃或40℃或者甚至50℃，以便减少使颗粒发黏所需的激光能量的量。然而，加热不应当本身使颗粒发黏并且不应当升高颗粒温度至高于80℃或可能高于70℃。可以进一步通过使用期望温度下的流体载体来促进这种颗粒和成像表面的加热。
在一些实施例中，如图1和图2所示，可以在涂覆设备14的入口侧，并且通常在所示的外部上游位置处设置可以在颗粒层重新装填至先前曝露区域之前使成像表面12的温度降低的冷却器1422。可确信的是，在少于40℃或少于30℃或甚至少于20℃但通常高于0℃,或者甚至高于10℃的温度下的成像表面可以减少邻近曝露区域的颗粒的温度，以便于到重新装填成像表面时，这种被冷却的颗粒可能不具有或减少了“残余黏性”，也就是说对于后续步骤(如向打印衬底转印)来说局部软化不充分。被冷却的涂层表现得与颗粒新鲜沉淀在成像图像曝露区域上的方式相同。在这种方式下，如本文所公开的，只有被成像装置芯片的激光元件选择性针对的颗粒会变得充分发黏而用于后续转印步骤。可以进一步通过使用在期望温度下的流体载体来促进对颗粒和成像图像的这种冷却。
可以既在涂层设备14的入口侧上提供冷却器1422，也在出口侧上提供加热器1424，冷却器和加热器均如上所述运行。此外，鼓10可以受鼓内部合适的冷却/加热机构的温度控制，如果存在所述机构则以使成像表面的外表面维持在任意期望温度的方式来运行这种温度控制机构。
颗粒
在实践中，涂覆颗粒的形状和成分将取决于待涂敷于衬底20表面的效果的性质。在打印系统中，颗粒可以方便地由着色的热塑性聚合物形成。能够响应于激光束发射元件的辐照波长而加热和软化的聚合物和/或与之相关的色素是合适的。这不必构成限制，因为可替代的是(和额外地)，颗粒可以通过激光元件对颗粒所涂敷到的成像表面进行加热而变黏。
对于高质量的打印，期望颗粒尽可能地细以最小化涂敷于单层涂层的颗粒间的空隙。颗粒大小取决于所需图像分辨率，对于某些涂敷来说10微米(μm)或可能以上的颗粒大小可能证明是足够的。然而，为了改进成像的质量，颗粒大小优选几个微米，更优选小于约1微米。在一些实施例中，适宜的颗粒具有的平均直径在100纳米到4微米之间、或300纳米到1微米之间，尤其是在500纳米到1.5微米之间。考虑到这种颗粒的生产方式，它们可以是基本上球形的，但这不是必须的，它们还可能是薄片状的。
因此，颗粒的选择和理想尺寸的确定取决于颗粒的预期用途、所寻求的效果(例如在打印情况下的视觉效果)以及相关涂层和成像站的运行条件。参数的优化可以凭本领域普通技术人员的经验通过常规实验进行。
根据它们的形状，颗粒可以通过，它们的长度、宽度、厚度、平均或等效直径或颗粒X、Y和Z维度的任何这种代表性测量来进行表征。通常颗粒在其形状的平面投影上(例如竖直和/或水平投影)的尺寸是可评估的。通常这种尺寸可以规定为颗粒群的平均数并可以由任何诸如显微镜和动态光散射(Dynamic Light Scattering，DLS)本领域公知的技术来确定。在DLS技术中，颗粒具有近似球体的等效表现，并且尺寸可依照流体力学直径来规定。DLS还允许对群的大小分布进行估计。如本文所使用的，具有例如10μm以下大小的颗粒具有至少一个小于10μm的维度，并且根据形状可以具有两个甚至三个小于10μm的维度。
如果D50(高达颗粒群体的50％)大约为拟定大小，颗粒在平均上被认为满足任何所期望的尺寸偏好；然而颗粒群体的D90大约为拟定尺寸则意味着绝大多数颗粒(高达颗粒群体的90％)满足任何所期望的尺寸偏好。
尽管不是必须的，但是颗粒可以优选地均匀地成形和/或相对于群体的中值处于对称分布内和/或处于相对窄的大小分布内。
如果以下两个条件的至少一个适用，则颗粒尺寸分布被认为是相对窄的：
A)90％颗粒的流体力学直径和10％的颗粒的流体力学直径之间的差等于或小于150nm，或等于或小于100nm，或者甚至等于或小于50nm，其可以用数学表达为：(D90–D10)≤150nm等等；和/或
B)a)90％的颗粒的流体力学直径和10％的颗粒的流体力学直径之间的差；和b)50％的颗粒的流体力学直径之间的比值,不超过2.0,或不超过1.5,或甚至不超过1.0,其可以用数学表达为:(D90–D10)/D50≤2.0等等。
如上所述，这种相对均匀的分布对于某些涂敷可能不是必需的。例如，具有相对多相尺寸的颗粒群可以使得相对较小的颗粒驻留在相对较大颗粒所形成的间隙中。
颗粒可具有任何合适的纵横比，即颗粒的最小尺寸与垂直于最小尺寸的最大平面中的等效直径之间的无量纲比率。等效直径可以是例如该最大正交平面的最长和最短尺寸之间的算术平均值。这样的尺寸通常由这种颗粒的供应商提供，并且可以在许多代表性颗粒上通过本领域已知的方法如显微镜来评估。
取决于它们的组成和/或它们经历的加工(例如研磨，再循环，磨光等)，颗粒可以具有不同程度的疏水性，如果需要的化具有亲水性。由于颗粒的疏水性和亲水性之间的平衡可能随时间而改变，如果颗粒的疏水性占优势，则该过程预计将保持有效。在本发明中，这样的颗粒被认为是疏水的或基本上疏水的。可以设想，当颗粒喷到成像表面或中间敷料器上时，颗粒将由气态或液态流体携带。当颗粒悬浮在液体中时，为了既降低成本又最小化环境污染，液体最好是含水的。在这种情况下，用于形成颗粒的聚合物最好是疏水的，以便在向涂层吹气时气流既可以将不与成像表面直接接触的颗粒驱逐和/或夹带还可以至少部分干燥成像表面的涂层。
可以在衬底20上涂敷类似于烫金的效果，其中转印至衬底的打印图像具有金属状反射性。这可以通过使用金属或金属状颗粒(如由具有金属外观的聚合物或陶瓷材料制成)并涂覆热塑性聚合物来实现。由于金属颗粒的生产方式(通常通过研磨)，它们倾向于是平坦的薄片，尽管不是必须的，但是这样的形状能够实现接近镜面质量的高反射涂层。通过在喷射过程中使用高压或者通过磨光辊，这种颗粒本身可以在成像表面12上进行磨光或抛光。尽管在附图中未示出，抛光辊可以位于喷头的下游。当在相对较低的压力下运行涂覆设备的喷头时和/或在包括中间敷料器时，磨光是特别有利的。磨光器可以放置在如前所述的同一个外壳中，也可以放在一个单独的外壳中。如需要，对单层颗粒的磨光有利地在涂层到达成像站之前，即颗粒仍在成像表面时进行，但这种情况不是必须的，因为一些打印系统可能会受益于在将颗粒转印至衬底后的磨光。可以用干辊或湿辊(例如用诸如水的颗粒媒介物浸渍和/或洗涤)进行磨光。在使用中间敷料器的情况下，不能排除其在将颗粒涂敷到成像表面上之外还至少部分地磨光它们。
可选的磨光辊的外表面以不同于鼓的成像表面和/或中间敷料器(如果存在的话)的外表面的线性速度旋转。它可以相对于鼓以相同或相反的方向旋转。
颗粒载体
颗粒载体,也就是颗粒悬浮在其中的流体，可以是液体或气体。如果是液体，载体优选是水基的，而如果是气体，载体优选是空气。为了经济的利益，从外壳内腔吸入的颗粒可以循环到供给和/或敷料器装置中。
成像表面
在一些实施方式中的成像表面12是疏水性表面，通常由弹性体制成，该弹性体可以定制成具有本文所公开的性能，通常由硅基材料制备。硅基表面可以具有适合于与拟用颗粒结合的任何厚度和/或任何硬度。合适的硬度是可以在颗粒在涂覆站14涂敷到成像表面12时为颗粒提供牢固的结合，这样的结合比颗粒之间的粘附趋势更强。可以相信的是对于相对薄的成像表面(如100微米或更小)，硅基材料可以具有中低硬度；而对于相对厚的成像表面(如高达约1毫米)，硅基材料可以具有相对高的硬度。在一些实施方式中，大约60肖氏硬度(Shore A)和大约80肖氏硬度Shore A之间的相对高的硬度适合于成像表面。在其他实施方式中，少于60、50、40、30或甚至20肖氏硬度Shore A的中低硬度是符合要求的。在特定的实施方式中，成像表面具有大约40肖氏硬度Shore A的硬度。
疏水性可以使通过将颗粒曝光于辐射而产生的黏膜干净地转印至衬底而不发生分裂。当在液体/空气/固体界面的弯液面形成也被称为润湿角或接触角的角超过90°时，表面被认为是疏水的，参考液体通常为蒸馏水。在这种常规用测角仪或液滴形分析器所测量的并且可在与涂层过程操作条件相关的给定温度和压力下评估的条件下，水往往是珠状并且不润湿，从而不粘附该表面。
有利地，适合于随本文所公开的成像装置使用的成像表面可以足够柔软而安装在鼓上，具有足够的耐磨性和/或弹性，不与采用的颗粒和/或流体发生反应，和/或对任何相关操作条件(例如辐照、压力、热、张力等)具有抵抗力，但当成像表面安装在带上时，其可伸缩或不可伸缩。
特别地，形成成像表面的外涂层的组合物(下文称为释放层)能够吸收激光发射元件的波长处的辐射能量。例如，如果辐射在约800-2000纳米范围内的近红外(NIR)范围内的任何部分发射，则释放层需要吸收至少这样的部分NIR光谱。在这种情况下，成像表面最外层的加热可有助于设置在其上的颗粒的软化，足够的加热使颗粒适当发黏，从而在压印时转印到打印衬底上。如前所述，在一些实施方式中，可以通过使用包含聚合物和/或色素的颗粒与成像装置的激光元件的波长相匹配来实现期望的黏性，从而在激光的曝光下直接加热并变软，并通过选择合适的成像表面来实现。
有利地，当通过适当选择成像表面来促进，增强或达到期望的黏性时，形成表面的外涂层的材料使得其可以吸收较宽范围的激光波长，这通过与不同类型的颗粒相容而实现，每种所述颗粒最终都具有不同的子范围，甚至微小的激光吸收。在NIR区域中具有宽吸收并且是强吸收剂的激光吸收炭黑可以用于为成像表面的释放层提供期望的相应性质。将炭黑掺入硅基本的释放层中也可能有助于成像表面的导热性，并且如果需要并且允许调节成像表面的热导性。
图中的成像表面12是鼓10的外表面，其可以直接在其上铸造或者作为单独制造的套筒安装。然而，这不是必需的，因为它可以替代地是循环转移构件的表面，该循环转移构件具有在引导辊上引导的皮带的形式，并且至少在穿过涂覆站时保持适当的张力。另外的架构可以允许成像表面12和涂覆站14彼此相对运动。例如，成像表面可形成可反复通过静态涂覆站下方的活动平面，或形成静态平面，涂覆站反复从平面的一边移动到另一边，从而在成像表面完全覆盖有颗粒。可以想象，成像表面和涂覆站均可以相对彼此或相对空间中的一静态点移动以节省涂覆站分配颗粒来实现整个成像表面涂覆所需的时间。所有这些形式的成像表面相对于涂覆站来说是可移动的(如旋转地、周期地、循环地、重复地移动等)，其中任何这样的成像表面可以用颗粒涂覆(或者在曝露区域用颗粒重新装填)。
无论是制成围绕鼓的套筒或围绕引导辊的皮带的转印部件除成像表面外还可以在与释放层相反的一侧上包括主体。转印部件主体可以包括不同的层，每个层提供整个转印部件一个或更多的例如机械阻力、热导率、压缩率(如改进成像表面和压印筒之间的“宏观”接触)、一致性(如改进成像表面和打印衬底之间在压印圆筒上的“微观”接触)以及打印转移构件的本领域技术人员容易理解的任何这种特性。
成像站
图1的成像装置16由承载激光源阵列的支架1601和将激光束聚焦在成像表面12上的相应透镜1603阵列组成，所述激光源阵列诸如为发射激光束的VCSEL(vertical cavitysurface emitting laser，垂直腔面发射激光)芯片1602。图3至5提供了芯片的更多细节以及芯片安装在支架上并与透镜1603对齐的方式。
在图1中，成像站16提供了一种选择涂敷到成像表面12上的颗粒涂层区域的方法，该区域将在压印站18处转印到衬底20。成像站16包括承载诸如VCSEL芯片1602的激光源阵列的支架1601，所述VCSEL芯片1602可选地以相对于彼此准确的预定位置(例如，以提供适合于沿着衬底的整个宽度的目标点的激光源的交错方式)排列成(多)对行。由芯片1602发射的激光束通过透镜1603聚焦，透镜1603可以便利地具有+1或-1的放大率并可以被构造为对应的两行或更多行的GRIN(渐变折射率)柱透镜(每个芯片1602和其上的所有激光元件与相应的聚焦透镜1603相关联)。提供给芯片的用于激活一个或多个激光元件的信号与鼓的旋转同步，从而允许通过发射的激光束在成像表面12上勾画高分辨率图像。通过激光束辐照每个像素的效果是将该像素处的颗粒转换成黏膜，以便其稍后在压印站18被压靠到衬底20时转印至衬底20上。
图3示出了其上安装有多个VCSEL芯片1602的支架1601，多个VCSEL芯片1602相对于彼此的精确预定位置布置在两行中，如将参考图4更详细描述的那样。
支架1601为装配有连接器1634的、刚性的、至少局部中空的细长主体，使得冷却流体流经其内部腔，以应付由芯片1602所产生的显著的热量。该支架的主体可以由诸如合适陶瓷的电绝缘材料制成，或者它可以由金属制成并且至少可以在安装有芯片1602的支架表面用电绝缘体涂覆。这使(附图未示出的)薄膜导体制成的电路板能在表面上形成。芯片1602被锡焊到该电路板的接触板上并且从支架1601的下边沿突出的连接器1632允许控制和电力信号应用于芯片1602。每个芯片1602的激光发射元件1640各自是可寻址的并且彼此间隔得足够宽从而彼此不会热干扰。
图4示意性并按大规模扩大的比例示出了在Y方向彼此相邻但位于不同行上的VCSEL芯片1602a和1602b的两个激光发射元件陈列1602a和1602b的相对定位。如前所述，每个芯片具有M乘N个用圆点来表示的激光发射元件1640的常规阵列。在所图示的例子中，M和N是相等的，具有九行九列。每个芯片具有相等的行和列允许光学元件得以优化。指定为Ar的行内元件之间的间距，以及指定为ac的列内元件之间的间距，显示为彼此不相同，但它们可以是相同的。轻微歪斜地示出阵列以便于列和行彼此不垂直。相反于行平行于Y方向，列与X方向成微小角度。如果持续激发元件，使得由元件1640在成像表面上勾画的诸如线1644的线能够充分靠近在一起从而允许打印高分辨率图像。图4示出了每行端部的元件勾画出的线离每个相邻行的对应元件所勾画的线有Ar/M的距离为，这些线之间的间隔是图像分辨率Ir。因此根据所期望的图像分辨率，基于等式Ar＝M x Ir来选择Ar和M。
应当指出的是，元件可以位于列垂直于行的正方形阵列。在这种情况下，芯片需要歪斜地安装在其支架上，并且在用于激发各个元件的控制信号的时机中需要应用弥补。
从图4可明确的是，阵列1602b的定位使得，由其左下角元件1640勾画的线理想地应当也与阵列1602b的右上角元件勾画的线以等于Ar/M的距离隔开。因此两个阵列1602a和1602b的所有元件1640被激发时，它们将勾画2x M x N条线，这些线将全部以Ar/M的距离在相邻线之间均匀间隔隔开而不产生缝隙。
如果希望提供对故障元件的弥补，则阵列可以包含额外的多行激光发射元件1640，但可替换地，可以通过增加由勾画相邻两平行线的激光发射元件所产生的激光束强度来弥补故障元件。
除了元件1640的M乘N阵列，每个芯片具有额外的分别布置在主阵列的每侧的两列，它们各自分别包含另一元件1642。这些另一元件1642在图4中用星来代表，以与主阵列元件1640区分开。分别在每个阵列每侧的这些附加的激光元件可以定位在由透镜成像到成像表面上的勾画线之间的间隔的1/3距离处。另外的附加元件可以放在假想跨越了Ar/M距离的两个阵列之间的缝隙中，以使得在相邻阵列之间的间距误差校正方面实现更高的敏感度。
从图4可以看出，当被激活时，在由两阵列1602a和1602b的元件1640分别勾画的两组均匀间隔的平行线1644a和1644b之间，这些元件1642勾画有两条附加线1646。
附加线1646的其中一条与例如通过图4的阵列1602a所勾画的最后一条相邻线1644a相隔Ar/3M的距离，而另一条与例如通过阵列1602b所勾画的第一条相邻线1644b相隔Ar/3M的距离。如果两个阵列1602a和1602b之间错位，则除了激发主阵列的元件1640或代替地激发主阵列的元件1640的一些元件以外，可以激发元件1642来弥补易于在打印图像中产生条纹的阵列间的任何错位，所述条纹是由重叠产生的缝隙还是黑线。
而当前提案中在图4中示出的两个附件元件1642勾画出分开的两条线1646，如前面所述，这两个元件的能量可以在成像表面结合以形成单条线，通过对每个附加元件1646发射能量的适当设定，所述单条线的位置是可控的。
对于图3中的阵列1602a和1602b，如上所述那样正确运行，它们在Y方向的相对位置是重要的。为了简化用于将发射的激光束聚焦在成像表面上的透镜系统的结构，有利的是采取图5所示的构造，其使对应于一对芯片行的两行透镜能够自行对准。
图5示出了分别显示为与各自透镜1603对准的相邻的七个阵列1602。尽管阵列可以如前述那样包括附加激光元件1442，但该元件在当前图中没有显示。每个透镜1603被构造为GRIN(Gradient-Index，渐变折射率)柱，这是已知的透镜类型，形状为具有径向渐变折射率的圆柱体。在图5所示的几何图像的情况下，任何三个双向相邻芯片1602的对应元件位于等边三角形的顶点上，三个指定为1650的这种三角形在附图中显示。将会注意到的是，所有的三角形1650都是全等的(congruent)。因此，如果GRIN柱的直径现在选择为等于2x N xAr，即等边三角形1650的边长或同一行内相邻VCSEL芯片1602的相应激光发射元件之间的距离，则当在其以最紧凑构造重叠时，透镜1603将自动与其各自的芯片正确对齐。
尽管透镜已经示意性的在图1(侧视图)和图5(横截面视图)中图示为单独的GRIN柱，在图2所示的可替换实施方式中，每个芯片的激光束可以被一系列透镜所传输。在图2的情况下，单个GRIN柱1603被两个相互倾斜的GRIN柱1603a和1603b替换，并且来自一个透镜的光被高折射率玻璃的棱镜1603c指向另一个，以便于光能够沿着折叠的路径。这种构造能够使彩色打印系统中的涂覆站以更紧凑构造彼此靠近布置。这种折叠的光路径可以采用不同的构造，同时满足放大率和光传输的所有要求,并且允许对成像表面12上的涂层的辐照发生在更靠近压印站的压印部18处。为了使光路径以这种方式分开，选择GRIN柱的长度使得，如由图2所画出的光射线示出的，光一离开柱1603a以及一进入柱1604b时就对光进行准直。
在一些实施方式中，每个元件所发射的激光束强度可以(以模拟方式)连续调节，或者可以以不连续级(数字方式)调节。在一种实施方式中，芯片可以包括模数转换器以便于接收数字控制信号。以这种方式，激光束强度可以在4、8、16、32或直到4096级的不连续级中调节。
能量的最低能级定义为0，其中单个激光元件没有被激活，能量的最高能级可以定义为1。这种多个相异能级在打印领域可以被认为类似于“灰度(grey levels)”，每一能级规定为逐渐相异的强度(例如考虑有色输出时的阴影)。例如采取具有16能级激活的激光束发射元件，0能级会导致缺乏印记(例如如果起初这样则给衬底留白或空白)而1能级会导致最大能量下辐照的颗粒所形成的发黏膜的转印(例如，如果这样对颗粒着色则形成全黑点)。在之前图示例中，1/16、2/16、3/16等能级别会对应于包括在白色(0)和黑色(1)之间的越来越强的灰度阴影。通常，能级是均匀间隔的。
在可替换的实施方式中，芯片单独可控的激光元件可以发射具有以连续模拟方式调制的可变能量的激光束。
结合这种成像站的打印系统和方法可以进一步包括可以单独地控制激光元件和从其投射到移动的成像表面上的光束的控制装置。
每个点的能量曲线与逐渐变细的边相对称。精确的曲线是不重要的，因为分布可能是高斯、正弦或甚至倒V。在任何这种曲线中，随着峰值强度增加，底部扩大而且使颗粒涂层发黏的阈值的曲线交叉面积也在直径上增加。这种能量分布的结果在于，与任一激光发射元件的中心线不对齐的成像表面的点将接受来自相邻元件的能量。可以使两个附近元件被激发至低于使元件中心线上的涂层颗粒发黏所需的能级，但对于两个中心线之间的重叠区域中累加的能量，则可以上升到使涂层颗粒发黏所必需的能级之上。以这种方式，除可以产生与激光元件的中心线重合的栅格线之外，还可以在多条激光线的中心线之间产生潜在栅格线以作为替换方案。如下文将描述的，这种使来自相邻元件的能量相结合的能力用于实现不同的效果。即使辐射时间之间具有轻微差异，这些效果取决于成像表面的使从不同激光元件接收的能量相结合的能力。
在一些实施方式中，从相同阵列或两个相邻阵列中的每一个中选择的至少一对激光器元件以这样的方式控制，即它们的能量在成像表面上结合，从而使成像表面的两个激光元件的图像中心的中间的点处成像表面温度增加超过预定阈值，而不会使两个激光元件的至少一个图像中心处的成像表面温度升高超过后一阈值。
一旦成像表面的区域已达到颗粒变黏的温度，进一步提高温度对向衬底转印的将不具有任何效果。然而，还应当注意的是，随着激光强度增加，发黏的点的大小也增加。
成像站16在图1和图2中显示为位于压印站的上游，在具有这种配置的实施例中，确保成像表面12上的膜不在成像站和压印站之间的经过过程中失去黏性是重要的。这可以通过将成像站尽可能靠近压印站来实现。图2的成像系统具有折叠的光路，在这方面是有帮助的。
或者可以将成像站和压印站组合起来，并且在成像表面12压靠在衬底的同时选择性地加热成像表面12。这可以通过例如由透明材料形成的鼓10和将成像系统16置于鼓内或鼓外并且在“面对”压印站的位置处穿过鼓10来实现。“透明”是指鼓和/或成像表面的材料不会显着影响所选颗粒的辐照和/或允许传递足够的能量来使其发黏。
图中所示的数码打印系统只能打印一种颜色，而多色打印则可以通过将相同的衬底依次通过彼此同步并分别打印不同颜色的多个墨盒来实现。在这种情况下，可能需要在不同的涂覆站之间提供衬底处理站。处理站可以是例如能够降低在之前的涂覆站的出口处的衬底的温度的冷却器。由于一些转印的膜一定程度上可能保留一些残余黏性以至于可能损害随后转印不同颗粒，因此通过冷却转印膜可以有利地消除这种残留黏性。取决于热塑性聚合物，可替代通过作为固化站的处理站来实现消除任何残留黏性或将其降低至不影响该方法的水平。
此外，即使单色，打印系统也可以包括允许双面打印的双面印系统。在一些情况下，可以在衬底运输系统的层面上处理双面印，例如可以将衬底回转到尚未印刷的一面并将衬底收拢(reefed)到已经打印了第一面的同一处理和压印站中重新装涂。在其他情况下，可以通过包括两个单独的压印站(以及它们各自的上游或下游站)来解决双面印问题，每个压印站能够在同一衬底的不同侧上进行打印。
衬底
附图中所示的打印系统不限于任何特定类型的衬底。衬底可以是单独的纸张或卡片，或者它可以具有卷筒纸的形式。由于油墨的薄聚合物膜被施加到衬底上的方式，膜倾向于驻留在衬底的表面上。这可以在质量不太好的纸上的实现高质量的打印。此外，衬底的材料不必是纤维状的，而可以是任何类型的表面，例如塑料薄膜或刚性板。
压印站
所示的压印站仅包括压靠在鼓10和其外成像表面12的光滑压印筒22。压印筒22可以形成衬底输送系统的一部分，在这种情况下，其可以配备用于卡合各个衬底薄片的前缘的夹持器。如前所述，在其他数码打印系统，压印筒可以具有压花表面以选择要转移到衬底20的颗粒涂层的区域。
在本公开的描述和权利要求中，每个动词“包括”“包含”“具有”以及其同源词用于表示，该动词的一个或多个宾语不一定是部件、组件、元件、步骤或动词的一个或多个主语的部分的完整列表。这些术语包含了术语“由……组成”以及“主要由……组成”。
如本文所使用的，除非上下文清楚另有表示，单数形式、以及“所述”包括复数引用并指“至少一个”“一个或多个”。
位置或动作术语，诸如“上面”“下面”“右”“左”“底部”“之下”“降低的”“下”“顶部”“之上”“升高的”“高”“竖直”“水平”“向后”“向前”“上游”和“下游”，以及其语法变形，可以仅以示例性目的用于本文，从而图示出某些组件的相对定位、布置或位移，从而表示本图示中的第一和第二组件或实现这两方面。这样的术语不一定表示，例如“底部”组件在“顶部”组件之下，就方向本身而论，组件或两者都可以翻转、旋转、空间移动、对角方向或位置上放置、水平或竖直放置或类似变形。
除非另有声明，在选择用选项列表的最后两个部件之间使用表达“和/或”表示，选择所列选项的一个或多个是合适的且可以进行的。
在本公开中，除非另有声明，更改本技术实施方式的一个或多个特征的条件或关系特性的诸如“基本上”和“大约”的形容词被理解为指的是，条件和特性被定义为在适用于以应用为目的的实施方式的操作容差之内。
当本公开已经在某些实施方式和一般相关的方法上进行了描述时，对本领域技术人员而言该实施方式和方法的变化和排列将是显而易见的。本公开理解为不受本文所描述的特定实施方式的限制。

Claims (31)

1.一种将薄膜打印到衬底表面的选定区域上的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供具有成像表面的连续移动的转印部件,
b)将由热塑性聚合物形成的或涂覆有热塑性聚合物的单个颗粒涂覆至转印部件的成像表面,
c)除去不与所述成像表面直接接触的所有所述颗粒，从而在所述成像表面上留下均匀的单层颗粒涂层,
d)将涂覆的所述成像表面的选定区域曝光于足够能量的辐射下，以使在选择的区域中的所述颗粒内发黏,
e)在照射过程中或照射后使已涂覆的所述成像表面和衬底表面之间互相挤压，从而仅使已经发黏的颗粒涂层区域转印到所述衬底表面，所述已经发黏的颗粒涂层区域形成薄膜，以及
f)重复步骤b)和c)以将新的单层颗粒涂层涂敷至先前涂敷有已在步骤e)中被转印至衬底表面上的单层涂层的所述选定区域，以使所述成像表面再次均匀地涂覆有单层的所述颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法,其中，步骤b)包括将载有所述颗粒的气体喷射流引导至所述成像表面。
3.根据权利要求1所述的方法,其中，步骤b)包括用疏水材料制得所述成像表面和所述颗粒，并将包含所述颗粒的液体喷射流引导到所述成像表面上，以不润湿所述成像表面来选择所述喷射流的液体。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤b)中对所述成像表面的涂覆由中间敷料器执行。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，还进一步包括在用所述颗粒涂覆所述成像表面之前、之中或之后还对成像表面进行冷却或加热。
6.一种用于在衬底表面选定区域上打印由热塑性材料制得的膜的打印设备，该设备包括
a)具有成像表面的可连续移动的循环转印构件,
b)涂覆站，在该涂覆站中将由热塑性聚合物制成或涂覆有热塑性聚合物的颗粒涂敷到成像表面，并且在该涂覆站中将不与成像表面直接接触的颗粒将会从成像表面上去除或不粘附到成像表面上，从而在成像表面上形成均匀的单层颗粒涂层,
c)成像站，在该成像站中，已涂覆的成像表面的选定区域曝光于足以使在所选择的区域内的颗粒发黏的辐射，以及
d)压印站，在该压印站中，在辐射期间或之后，将已涂覆的成像表面和衬底的表面彼此压在一起，使成像表面选定区域中因单层颗粒涂层曝光于辐射而形成的发黏膜转印至衬底的表面,
其中，在已经通过成像站和压印站后，在成像表面返回到涂覆台时，在运行期间将新的颗粒涂敷到成像表面颗粒已被清空的区域，使得成像表面的颗粒涂层再次形成为均匀的单层。
7.根据权利要求6所述的打印设备,其中，所述涂覆站包括可以涂覆所述颗粒到所述成像表面的中间敷料器。
8.根据权利要求6或7所述的打印设备,其中聚合物颗粒具有小于10μm，或小于5μm，或小于1μm，或在100nm到4μm范围内，或在300nm到1μm范围内，或500nm到1.5μm范围内的颗粒大小。
9.根据权利要求6或7所述的打印设备,其中所述成像表面是疏水的。
10.根据权利要求6或7所述的打印设备,其中所述颗粒是疏水的。
11.根据权利要求6或7所述的打印设备,其中，所述涂覆站包括:
i.用于直接或间接在成像表面涂敷其中有热塑性颗粒悬浮的液流的至少一个喷头，
ii.包围所述喷头或多个所述喷头并定义用于限定流体流的内气室的外壳，该外壳具有与成像表面相邻接的边缘，将该边缘构成为可以防止颗粒从外壳边缘和待涂覆表面之间的密封缝隙处逸出,以及
iii.与外壳相连并用于从气室中抽出喷出流体和喷出流体中悬浮的颗粒的抽吸源，
其中，运行该抽吸源以抽吸出全部的不与表面直接接触的颗粒,从而使在该设备中的成像表面仅留下与之粘附的单层颗粒涂层。
12.根据权利要求6或7所述的打印设备,其中所述成像站包含成像装置，用于在所述成像表面相对于该成像装置在基准X方向移动时将单独可控的激光束投影至成像表面，该成像装置包括多个半导体芯片，这些芯片以这样的方法安装，即当它们被连续地激活时，所发射的激光会在成像表面穿过勾画出一系列平行的线，这些线在X方向上延伸并在Y方向上大致均匀地间隔。
13.根据权利要求12所述的打印设备,其中，每个半导体芯片的可单独控制的激光束发射元件被布置在M行和N列的二维主阵列中，在每一行上的多个所述元件具有均匀间距Ar，并且每一列上的多个所述元件具有均匀的间距ac，其中所述芯片以这样的方式安装在支架上，即在基准Y方向上彼此相邻的每对芯片横向于X方向，并且在X方向上彼此偏移，以及，当被持续激活时，所述每对的两个芯片所发射的激光束在成像表面上勾画2*M*N条平行线，每个芯片的激光束勾画一组与另一芯片的一组线不重叠的M*N条线，其中除了主阵列M行和N列的元件外，每个芯片在主阵列的各边分别包括至少一个附加列，每个附加列包含至少一个可选择性操作的激光发射元件，该激光发射元件能够通过勾画至少一条置于两组M*N条线之间的附加线在Y方向上弥补所述支架上的相邻芯片相对定位的任何错位。
14.根据权利要求13所述的打印设备,其中，所述附加列中的各列均包括两个或更多元件。
15.根据权利要求14所述的打印设备,其中，由多个所述附加列的元件所勾画的线彼此均匀间隔，一个或多个所述附加列的元件勾画的线之间的间距等于主阵列元件勾画的线的间距和每个附加列元件的数量的商。
16.根据权利要求13-15任一项所述的打印设备,其中，每个芯片的每行中的元件位于平行于X方向的线上，而每个芯片的每列的元件位于与Y方向倾斜一个角度的直线上。
17.根据权利要求13-15任一项所述的打印设备，其中，所述芯片在所述支架上排列成一对行，这两行的每一行的所有芯片的相对应激光发射元件在Y方向上彼此对齐。
18.根据权利要求17所述的打印设备,在该对行的两行内对齐芯片使得在X和Y方向上三个相邻芯片的任意一组中的相对应元件在全等等边三角形的各顶点处。
19.根据权利要求18所述的打印设备,其中，为每个芯片提供各自的透镜从而将由相关芯片的所有元件所发射的激光束聚焦到所述成像表面上。
20.根据权利要求19所述的打印设备,其中，每个透镜由单一GRIN柱形成。
21.根据权利要求19所述的打印设备,其中，每个透镜由一系列的两个或多个互相倾斜的GRIN柱形成。
22.根据权利要求21所述的打印设备,其中，来自每个GRIN柱的光由棱镜指向该系列中的下一GRIN柱。
23.根据权利要求22所述的打印设备,其中，所述棱镜具有比GRIN柱更高的折射率。
24.根据权利要求19-23任一项所述的打印设备,其中，每个或每系列透镜具有的放大率是+1或-1。
25.根据权利要求20或21所述的打印设备，其中，每个或每系列透镜具有的放大率是+1或-1，并且GRIN柱具有等于2*N*Ar的直径，即每一行相邻芯片的相应元件之间的距离。
26.根据权利要求13至15和权利要求18至23中任一项所述的打印设备,其中，每个芯片在所述主阵列中具有相等数量的激光束发射元件的行和列。
27.根据权利要求13至15和权利要求18至23中任一项所述的打印设备,其中，所述支架被流体冷却。
28.根据权利要求13至15和权利要求18至23中任一项所述的打印设备,其中，所述支架由刚性金属或陶瓷结构制成。
29.根据权利要求28所述的打印设备,其中，所述支架的表面由电绝缘件形成或涂覆成，薄膜导体在电绝缘表面上形成从而向芯片供应电信号和电力。
30.根据权利要求13至15和权利要求18至23中任一项所述的打印设备,其中，芯片是垂直腔面发射激光VCSEL芯片阵列。
31.根据权利要求13至15和权利要求18至23中任一项所述的打印设备,进一步包括冷却器和/或加热器，以便在用所述颗粒涂覆成像表面之前、期间或之后改变成像表面的温度。
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