CN109720106B - 打印试剂干燥单元和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于干燥基板14上的打印试剂40的打印试剂干燥单元10、20、30，所述干燥单元包括：基板支撑件12，用来支撑基板14；激振器18、28、38，用来激振施加在基板14上的打印试剂40的边界层，从而使边界层与打印试剂分离；和辐射源16，用来将辐射能引导至基板，从而干燥打印试剂。还公开了干燥基板14上的打印试剂40的多种方法，包括一种方法，该方法包括：使基板14振动，以使基板14上的打印试剂40的边界层分离；和加热打印试剂40，以干燥打印试剂40。

Description

打印试剂干燥单元和方法
背景技术
本公开涉及打印试剂干燥。
在液体打印操作中，可将诸如油墨、定影剂、底漆和涂料的液体打印试剂施加至基板。携带这种打印试剂的基板可例如通过使用热空气对流加热而干燥。
附图说明
现将参照附图通过非限制性示例来描述示例，其中：
图1是示例性打印试剂干燥单元的简化示意图；
图2是另一示例性打印试剂干燥单元的简化示意图；
图3至6是另一示例性打印试剂干燥单元在干燥操作的阶段的简化示意图；
图7是另一示例性打印试剂干燥单元在干燥操作的阶段的简化示意图；且
图8至10是打印试剂干燥的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出示例性打印试剂干燥单元10的横截面侧视图。打印试剂干燥单元10包括基板支撑件12，基板支撑件12可包括基本上平坦的支撑床。在其他示例中，基板支撑件可采用其他形式，例如其可包括用于输送基板的打印辊。
基板支撑件10用来支撑图1中以虚线显示的基板14。基板支撑件10可接收来自输送器(比如输送辊或输送带)的基板14。例如，基板支撑件10可从打印装置的打印试剂施加单元接收基板14。
基板14可携带施加在其上的打印试剂。例如，打印试剂可为油墨、定影剂、底漆或涂料。打印试剂可包括溶剂和功能溶质，比如着色剂(例如颜料或染料)，下面将描述其示例。溶质可为溶解的或保持悬浮。
打印试剂干燥单元10进一步包括辐射加热器，用来将辐射能引导至基板14上的打印试剂。例如，辐射加热器可将红外光或紫外光引导至基板上的打印试剂上。可以选择辐射能的波长，用于加热打印试剂的组分，例如用于加热打印试剂的功能溶质，如US 2017/028707中所公开的。
打印试剂干燥单元10进一步包括激振器18，用来激振施加在基板上的打印试剂的边界层，从而使边界层与打印试剂分离，如将下面详细描述的。
激振器18可使得基板振动，以便激振边界层。激振器18可与基板支撑件12集成在一起或与基板支撑件12耦合，以使基板支撑件振动，如图1中的示例所示。
图2显示了打印试剂干燥单元20的又一示例，其与上面结合图1所描述的打印试剂干燥单元10的区别在于：激振器28可来自基板支撑件12，并且可朝向基板支撑件12、并且从而朝向施加在基板支撑件12上接收的任何基板14上的打印试剂引导声波，以使边界层与打印试剂分离。
在一些示例中，打印试剂干燥单元可用于在高速打印操作(比如高速数字印刷打印)中使用的干燥打印试剂。在这种操作中，打印试剂可以通过小直径的喷嘴，比如10微米的喷嘴。
为打印试剂选择的组合物可取决于其要通过的喷嘴直径。例如，与用于更大喷嘴直径的打印试剂相比，用于更小喷嘴直径的打印试剂可具有相对更高比例的溶剂(比如水)，以及相对更小比例的功能溶质(比如着色剂)。这可抑制喷嘴中的干燥。
打印试剂组合物可包括选择来避免施加期间(即在喷嘴中)干燥的溶剂。尤其在小喷嘴直径的高速打印操作中，除了第一溶剂(比如水)之外，打印试剂可包括缓慢干燥的或非挥发性的第二溶剂。选择这种第二溶剂是因为它们在施加期间(即，在喷嘴中)对干燥的抗性，该抗性可在施加至基板时仍持续。示例性第二溶剂包括甘油和DPG(二丙二醇)。第二溶剂可具有比第一溶剂更高的分子量。在示例中，第一溶剂可为水，并且第二溶剂可具有比水更高的分子量。第二溶剂可具有比第一溶剂更高的饱和温度(沸腾温度或沸点)。在示例中，第一溶剂可为水，并且第二溶剂可具有比水更高的饱和温度。
本文公开的打印试剂干燥单元和方法可干燥包括这种第二溶剂的打印试剂，如现将参考干燥打印试剂的示例性方法所进一步描述的，其各个阶段示于图3～6中。
图3示意性示出在第三示例性打印试剂干燥单元30中接收的基板14，其与上面结合图1所描述的打印试剂干燥单元10的区别在于：激振器38包括用于耦合至真空源的多个抽吸通道，该真空源用于使基板14保持靠紧激振器38。在该示例中，激振器38包括基板支撑件，使得激振器38在使用时支撑基板。激振器38可耦合至支撑框架。在该示例中，激振器38接触基板14，用于使基板直接振动。在该具体的示例中，激振器38包括压电式转换器(piezoelectric transducer)的阵列，以使基板振动。在其他示例中，可使用其他转换器，例如动圈式转换器(moving coil transducer)。使用时，由于激振器的抽吸通道耦合至真空源或低压源，因此基板14通过作用在基板上的压差而保持在激振器38上。
如所显示的，基板14携带打印试剂40的沉积物，例如通过从其可以接收基板14的打印装置施加到基板上。在该示例中，打印试剂40包括第一溶剂42(比如水)、第二溶剂44(比如甘油)和在该示例中为着色剂的功能溶质46(例如，颜料或染料)。第二溶剂可具有抗干燥性能，或可为非挥发性的。这种第二溶剂可比用于携带功能溶质的第一溶剂(比如水)具有更高的分子量。在该示例中，基板14为纸，但是可使用任何其他适当的基板，例如纸板。基板可为多孔基板。
图3示出从打印装置接收之后不久的基板14，此时有少量的第一和第二溶剂分子42、44从打印试剂40吸收至基板14中，而功能溶质保留在基板14的表面上。
在该示例中，打印试剂干燥单元30进一步包括控制器，以控制激振器38和可选地加热器16，如下面将描述的。如本文所描述的其他示例性打印试剂干燥单元也可包括这种控制器。
图4示出用来自辐射加热器16的辐射能17加热打印试剂40。在该示例中，辐射加热器16发射紫外辐射，可以选择其波长以对应于功能溶质，用于能量有效的(和从而快速)传热和干燥。例如，波长可从一系列波长中选择，以对应于所选择的功能溶质46的最佳传热，从而在使用时溶质可由辐射加热，并且热可从溶质传递至第一和第二溶剂，用于干燥。在其他示例中，可使用任何类型的加热器，比如强制流或对流加热器(即鼓风机)。
当打印试剂40被加热时，第一和第二溶剂的分子朝向打印试剂40的沉积物的表面迁移，其中存在第一溶剂42和第二溶剂44的部分汽化。部分汽化使得两种溶剂44、42的一些蒸气离开打印试剂沉积物的表面，而两种溶剂的一些蒸气保留在打印试剂40的沉积物的表面上，在那里它们形成蒸气饱和的边界层，如图5中显示。蒸气饱和的边界层44可抑制溶剂的进一步汽化(即其可抑制打印试剂40的进一步干燥)。具体地，较高分子量的第二溶剂的蒸气可防止较低分子量的第一溶剂从打印试剂的沉积物的表面汽化和扩散。
致动激振器38，以使基板14振动。在该示例中，控制器32控制激振器38以约50MHz的频率，并且在垂直于激振器的平面(即垂直于在激振器38上接收的基板的平面)的方向上以约50微米的振幅振动，以使基板14相应振动。在其他示例中，频率和振幅可更大或更小，例如频率可在约100Hz和100MHz之间，并且振幅可在10微米和200微米之间。
基板的振动使得在打印试剂40的蒸气饱和的边界层处的较高分子量的第二溶剂44的蒸气与打印试剂40分离，如图6中所示。本文提及边界层的分离，指的是第一溶剂和第二溶剂之一或二者的蒸气在边界层处与沉积的打印试剂40分离，使得它们离开打印试剂的沉积物的表面(即换句话说，它们从蒸气饱和的边界层并且因而从打印试剂的沉积物的表面喷出)。
可以选择振动特性(即振幅、频率)，以使较高分子量的第二溶剂的蒸气(和可选地较低分子量的第一溶剂的蒸气)在边界层与打印试剂分离，同时防止呈液相的溶剂和功能溶质(即该示例中的着色剂)的分离，使得它们保留在基板上。由于表面能和毛细管力，液体分子可以抵抗从基板分离(即喷出)。因此，可以分离边界层而不促进打印试剂或基板的脱水(即液体分子的喷出)，否则其可能造成功能溶质从基板喷出。申请人已经发现可通过实验确定特定的打印试剂和基板组合的适当的振动特性。
示例性打印试剂可包括功能溶质，比如颜料。示例性打印试剂可包括将功能溶质颗粒与基板结合的粘合剂。示例性打印试剂可包括分散剂，其在打印期间分散相对小的溶质颗粒。这种打印试剂可打印到已经施加结合剂(或定影剂)的基板上。结合剂可抵消分散剂，使得相对小的溶质颗粒彼此吸引，以形成相对大的组合的溶质颗粒。组合的溶质颗粒可显著大于蒸气饱和的边界层中汽化的第一和第二溶剂的分子。这可抑制边界层的激振期间溶质颗粒的分离或喷出。
在边界层，至少汽化的较高分子量的第二溶剂与打印试剂的分离确保较低分子量的第一溶剂持续迁移至打印试剂的表面以进行汽化。因此，较高分子量的第二溶剂的分离允许打印试剂的持续干燥。
尽管图3～6涉及其中激振器直接振动基板的示例，但是应认识到，在其他示例中，振动激振器可耦合至基板支撑件以间接振动基板。
在该示例中，通过将辐射能引导至基板来进行加热，并且随后振动基板，以使边界层分离。在其他示例中，加热和振动可同时进行或以重复交替顺序进行。
图7示出又一示例，其中通过使用与基板支撑件分开的打印试剂干燥单元70的激振器28激振而使边界层与打印试剂40分离。在该具体的示例中，激振器28以与辐射加热器16大致相同的水平设置在基板14上方并且与基板14相对(即面对基板支撑件)，在所述基板14上已经接收了打印试剂。激振器引导声波朝向基板14，以使在打印试剂的表面上高压和低压交替排列，从而给予较高分子量的第二溶剂能量并且使得汽化的第二溶剂与打印试剂分离，如图所示。如上面针对图3～6的激振器38所描述的，激振器28的频率和振幅特性可选自一个范围。例如，打印试剂干燥单元70的控制器72可控制激振器28以频率范围为约1kHz至200kHz的频率和振幅范围为约1微米至200微米的振幅发射声波，以用于声激振。
图8是干燥打印试剂的方法80的流程图。在框82中，使用来自辐射加热器的辐射能加热打印试剂，从而干燥打印试剂。例如，加热器可为如上针对示例性打印试剂干燥单元20所描述的紫外加热器。
在框84中，使得基板上沉积的打印试剂边界层激振，从而使边界层与打印试剂分离。例如，激振可通过激活与任何基板支撑件分开的激振器来引起，以引导声波朝向基板，如分别在图2和7的打印试剂干燥单元20、70中。
激振和加热可顺序或同时进行。激振之后的持续加热可促进打印试剂的边界层分离之后的溶剂的持续汽化。在该具体的示例中，加热和激振同时进行。然而，在其他示例中，可以首先加热打印试剂，随后激振，随后进一步加热。对于打印试剂的相应部分，加热和激振可交替重复的次数。
图9是干燥打印试剂的另一示例性方法90的流程图。在框92中，加热打印试剂，以使打印试剂干燥。在该示例中，加热器为强制流加热器(即对流加热器)，以引导加热的气体(比如空气)流过打印试剂。
在框94中，使得沉积在基板上的打印试剂的边界层激振，从而使边界层与打印试剂分离。在该示例中，通过振动基板引起激振，如在上面所述的图1和3～6中的打印试剂干燥单元10、30中。可使基板以100Hz和100MHz之间的频率范围内的频率振动。可使基板以约10微米和200微米之间的振幅范围内的振幅振动。在该示例中，打印试剂包括较低分子量溶剂、较高分子量溶剂，和悬浮或溶于低分子量溶剂中的功能溶质(例如着色剂)。使基板以所选择的振动条件振动，以使边界层处的至少汽化的较高分子量溶剂与打印试剂分离，而溶剂的液体分子和功能溶质保留在基板上。
激振和加热可顺序或同时进行。激振之后的持续加热可促进打印试剂的边界层分离之后的溶剂的持续汽化。在该具体的示例中，加热和激振同时进行。然而，在其他示例中，可首先加热打印试剂，随后激振，随后进一步加热。对于打印试剂的相应部分，加热和激振可交替重复的次数。
图10是打印和干燥打印试剂的方法的流程图。在框102中，打印试剂打印在基板上。在该具体的示例中，打印试剂为油墨，其包括：水作为第一溶剂，第二溶剂(比如甘油)，和可包括颜料的颗粒的功能溶质。打印试剂通过具有小直径(例如在5微米和50微米之间，例如10微米)的喷嘴高速施加。框82和84如以上针对图8所述。打印试剂可在高速打印过程中施加。高速打印过程可为其中打印试剂在不超过一次的通过中施加在基板的相应部分上的过程。相反，低速打印过程可为其中经过多次通过(其可称为扫描)将打印试剂施加在基板的一部分上的过程。
参考根据本公开的示例的方法、设备和系统的流程图和/或框图描述了本公开。虽然上面所描述的流程图示出具体的实施顺序，但是实施顺序可与描绘的不同。关于一个流程图描述的框可与另一流程图的那些结合。
虽然已经参考某些示例描述了所述方法、装置和相关方面，但是在不背离本公开的精神的情况下，可进行各种修饰、改变、省略和替换。因此，期望所述方法、装置和相关方面仅由下述权利要求及其等效方式所限制。应当注意，上面提到的示例说明而不是限制了本文所述的，并且在不背离所附的权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多可选的实施方案。关于一个示例描述的特征可与另一示例的特征结合。
词语“包括”不排除存在除了权利要求中列举的那些之外的要素，“一个(a)”或“一种(an)”不排除复数，并且单个处理器或其他单元可实现权利要求中叙述的数个单元的功能。
任何从属权利要求的特征可与任何独立权利要求或其他从属权利要求的特征结合。

Claims (15)

1.一种用于干燥基板上的打印试剂的打印试剂干燥单元，所述干燥单元包括：
基板支撑件，用来支撑基板；
激振器，用来激振施加在所述基板上的打印试剂的蒸气饱和的边界层，从而使所述蒸气饱和的边界层与所述打印试剂分离；
辐射源，用来将辐射能引导至所述基板，从而干燥所述打印试剂，
所述打印试剂包括第一溶剂、第二溶剂和功能溶质，其中所述第二溶剂用来在施加期间抑制干燥。
2.根据权利要求1所述的打印试剂干燥单元，其中所述激振器与所述基板支撑件分开，并且其中所述激振器引导声波朝向所述基板，以使所述蒸气饱和的边界层与所述打印试剂分离。
3.根据权利要求2所述的打印试剂干燥单元，包括控制器，用来控制所述激振器以1kHz和200kHz之间的频率范围内的频率引导声波朝向所述基板。
4.根据权利要求2所述的打印试剂干燥单元，包括控制器，用来控制所述激振器以1微米和200微米之间的范围内的振幅引导声波朝向所述基板。
5.根据权利要求1所述的打印试剂干燥单元，其中所述辐射源辐射紫外辐射。
6.一种用于干燥基板上的打印试剂的打印试剂干燥单元，所述干燥单元包括：
基板支撑件，用来支撑基板；
激振器，用来使所述基板在所述基板支撑件上振动，以便激振施加在所述基板上的打印试剂的蒸气饱和的边界层，从而使所述蒸气饱和的边界层与所述打印试剂分离；
加热器，用来加热所述打印试剂，从而干燥所述打印试剂，
所述打印试剂包括第一溶剂、第二溶剂和功能溶质，其中所述第二溶剂用来在施加期间抑制干燥。
7.根据权利要求6所述的打印试剂干燥单元，其中所述激振器与所述基板支撑件集成在一起或与所述基板支撑件耦合，以使所述基板支撑件振动。
8.根据权利要求6所述的打印试剂干燥单元，其中所述激振器包括用于耦合至真空源的多个抽吸通道，所述真空源用于使所述基板保持靠紧所述基板支撑件。
9.根据权利要求6所述的打印试剂干燥单元，其中所述激振器包括压电式转换器或动圈式转换器。
10.根据权利要求6所述的打印试剂干燥单元，包括控制器，用来控制所述激振器使基板以频率范围在100Hz和100MHz之间的频率内振动。
11.根据权利要求6所述的打印试剂干燥单元，包括控制器，用来控制所述激振器使基板以振幅范围在10微米至200微米之间的振幅内振动。
12.一种方法，包括：
将打印试剂施加至基板，所述打印试剂包括第一溶剂、第二溶剂和功能溶质，其中所述第二溶剂用来在施加期间抑制干燥；
加热所述打印试剂，以干燥所述打印试剂，从而使所述第一溶剂和所述第二溶剂部分汽化，以在所述打印试剂的表面产生蒸气饱和的边界层；
使所述蒸气饱和的边界层激振，从而使所述蒸气饱和的边界层处的所述第二溶剂的蒸气与所述打印试剂分离。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二溶剂是非挥发性的或缓慢干燥的。
14.根据权利要求12所述的方法，包括使所述基板振动，以使所述蒸气饱和的边界层激振。
15.根据权利要求12所述的方法，包括引导声波至所述基板，以使所述蒸气饱和的边界层激振。
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