CN110650847A - 用于将材料施加到制品上的方法和组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于将转印材料从转印部件施加到制品的表面上的设备和方法,包括在三维制品上转印和/或装饰三维制品的设备和方法,以及由此印刷和/或装饰的制品。在一些实施方案中,所述方法可以利用打印机,诸如喷墨打印机。在一些情况下,所述转印材料可以是可UV固化的油墨和/或粘合剂。当所述转印材料是可UV固化的时,所述转印部件可以对UV辐射是可透过的,以允许所述油墨和/或粘合剂穿过其固化。本发明公开了包括硫醇‑丙烯酸酯和硫醇‑烯丙烯酸酯可喷墨粘合剂的可UV固化的粘合剂。
Description
技术领域
本发明涉及用于将转印材料施加到制品上的设备和方法,包括在三维制品上转印和/或装饰三维制品的设备和方法,以及其上具有转印材料和/或由此装饰的制品。
背景技术
专利文献中和互联网上公开了印刷的各种设备和方法。公开印刷的设备和方法的专利公布包括:美国专利6,135,654,Jennel;美国专利6,699,352 B2,Sawatsky;美国专利6,920,822B2,Finan;美国专利7,210,408 B2,Uptergrove;美国专利7,373,878B2,Finan;美国专利7,467,847 B2,Baxter等人;美国专利8,522,989B2,Uptergrove;美国专利8,579,402 B2,Uptergrove;美国专利8,667,895B2,Gerigk等人;美国专利8,714,731 B2,Leung等人;美国专利8,899,739B2,Ohnishi;美国专利8,919,247 B2,Mogavi等人;美国专利9,303,185B2,Sambhy等人;美国专利9,487,027,Strater,Jr.等人以及美国专利申请公布US2009/0207198 A1,Muraoka;US 2010/0212821 A1,Grinberg等人;US 2011/0232514 A1,Putzer等人;US 2013/0019566 A1,Schach;US 2014/0285600 A1,Domeier等人;US 2015/0022602 A1,Landa等人;US 2015/0024648 A1,Landa等人;US 2015/0183544 A1,Moffatt等人;以及EP 1163156 B1,Johnson。其他类型的设备和方法包括以Broad的名义提交的美国专利申请公布US 2012/0031548 A1“Apparatus and Method for Applying a Label toa Non-Ruled Surface”中公开的设备和方法。
目前许多努力正致力于在三维制品诸如瓶子等上印刷,特别是喷墨印刷。一些当前的印刷设备和工艺使用喷墨印刷来直接在三维制品上印刷。遗憾的是,采用目前的喷墨技术和目前的印刷设备,能够通过直接在三维制品上印刷形成的标签的质量不如在单独印刷的平坦标签上形成的那样好。此外,这样的印刷工艺可能仅能够准确地从印刷头喷射短距离(例如,几毫米)的油墨。因此,如果制品具有在高度或深度上相差超过此类短距离的表面特征结构,则将不能精确地施加由喷墨印刷头喷射的油墨,从而导致印刷质量的缺陷。
用于将油墨施加到三维制品的其他工艺是转印工艺。在这些工艺中,首先将油墨施加到转印表面,然后将图像从转印表面转印到制品。目前的转印工艺可能具有以下缺点:它们不太适合将图像从转印表面转印到带有复杂三维形状和/或具有在高度(或深度)上相差超过有限程度的表面特征结构的制品。
需要改善的设备和转印方法,以用于将转印材料诸如印刷、装饰或其他物质施加到三维制品上。
发明内容
本发明涉及用于将转印材料施加到制品表面上的设备和方法,包括在三维制品上转印和/或装饰三维制品的设备和方法(或工艺),以及其上具有转印材料和/或由此装饰的制品。
在一些情况下,这些工艺包括:
提供具有表面的至少一个三维制品;
提供沉积装置;
提供带有初始尺寸、表面和初始构型的转印部件;
用沉积装置将至少一种材料沉积到转印部件的表面的一部分上,以在所述转印部件上形成转印材料;
对转印部件的其上带有转印材料的部分的初始尺寸和/或初始构型进行修改,以使转印部件与三维制品表面的至少一部分适形;以及
将转印材料转印到制品表面上。
在一些情况下,转印部件可能是连续的。在其他情况下,转印部件可能是离散元件(即,非连续的)。在对转印部件的其上带有转印材料的部分进行修改的步骤中可能存在变化。在一些情况下,转印部件的被修改的部分可以具有两个表面,在修改步骤期间,这两个表面都变形(例如,偏转)。相对于接触制品(或被制品接触),可以以各种不同的顺序来对转印部件的其上带有转印材料的部分进行修改,包括:与制品接触之前;同时与制品接触;初始接触制品之后;以及它们的组合。几种不同类型的机构可用于对转印部件进行修改。这些包括但不限于:(1)其中带有腔室的适形部件;(2)其中转印部件的一部分跨越在一个或多个方向上约束转印部件的间隔开的约束部件之间的机构,并且将制品推入到转印部件的跨度中(或将转印部件的跨度拉到制品上);(3)其中转印部件可通过使转印部件穿过由制品表面和成型模具形成的辊隙而与制品表面接触的实施方案;以及(4)使用真空、空气射流、流体射流等或它们的组合以使转印部件与制品表面接触或与制品表面更紧密接触的实施方案。
在一些情况下,三维制品具有包括两个或更多个部分的表面,所述部分各自具有不同的曲率半径。这两个或更多部分可以包括具有第一曲率半径的第一部分和具有第二曲率半径的第二部分,其中第二曲率半径小于第一曲率半径。在此类情况下,可能期望其上带有转印材料的转印部件与制品表面之间的接触最初发生在制品的带有较小曲率半径的第二部分处(使得其用作“初始接触部分”),然后发生在制品的第一部分处以帮助和/或改善使转印材料适形于制品表面的工艺。
用于执行该工艺的设备可以在一个或多个工位处包括用于执行功能的一个或多个功能性装置。这些功能可以直接在制品上执行,或可以在转印部件上执行,以形成转印到制品表面的转印材料。功能性装置可包括但不限于:一个或多个沉积装置;任选的装置,诸如粘合剂沉积装置;用于处理制品的装置(例如,用于处理制品表面或用于固化施加到制品的物质的装置);用于装饰制品的装置(例如,施加金属箔);用于转化制品属性的装置(例如,激光);或它们的组合。
在一些实施方案中,沉积装置可包括打印机,诸如具有喷墨印刷头的喷墨打印机。如果存在多个沉积装置,则一个或多个沉积装置可包括喷墨打印机,而其他沉积装置可包括其他类型的沉积装置。另选地,所有沉积装置可包括喷墨打印机。在一些情况下,转印材料可包括可UV固化的油墨和/或粘合剂。当转印材料是可UV固化的时,转印部件可至少部分地或基本上对UV辐射是可透过的,以允许油墨和/或粘合剂穿过其固化。本发明公开了包括硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯可喷墨粘合剂的改善的可UV固化的粘合剂。在此类情况下,该工艺还可包括提供UV辐射源,其中所述UV辐射源被定位成使得转印部件被设置在UV辐射源与可UV固化的组合物之间,并且用穿过转印部件的UV辐射源至少部分地固化可UV固化的组合物。在此类实施方案中,固化可发生在制品与转印材料接触直到转印材料从转印部件转印到制品表面上之间的时间段期间。本文描述的工艺的步骤可以以任何合适的顺序发生。
其上具有转印材料和/或通过该工艺装饰的制品可包括任何合适的三维制品。在一些情况下,制品可以是塑料容器,包括中空容器,该中空容器具有内部、外表面、顶部、底部、前部、后部和侧部。(本文有关容器的任何描述也可能适用于其他类型的制品。)可以预成形中空容器,因为它是在将转印材料施加到其上之前形成的。外表面包括两个或更多个部分,所述部分各自具有曲率半径。两个或更多个部分中的至少两个可以由中间部分至少部分地隔开,该中间部分具有比两个部分更小的曲率半径。在一些情况下,制品的顶部、底部、前部、后部和侧部中的至少两个可以具有不同的构型。可以将转印材料施加到制品表面的至少一部分的顶部上并且定位在其上,而不渗透到其表面中。转印材料可以连续地延伸跨过所述两个部分和中间部分的至少部分。转印材料可以是预成形的(诸如用固化和干燥的油墨成形)并且转印到制品表面的所需部分(诸如两个部分和中间部分)。在一些情况下,至少两个或更多个部分和中间部分全部位于容器的顶部、底部、前部、后部或侧部中的一者上,并且中间部分是在所述外表面上的特征结构,该特征结构具有比两个或更多个部分更小的曲率半径。该特征结构可从外表面向外突出。另选地,该特征结构可以凹入外表面中。在其他情况下,至少两个或更多个部分位于包括容器的顶部、底部、前部、后部和侧部的表面上的不同部分或位置上,并且中间部分包括两个或更多个部分之间的边缘。在一个非限制性示例中,转印材料可以包裹在制品的前部或后部以及制品的侧部或底部中的至少一个周围。这可以提供包裹制品的两个或更多个侧部的转印材料(即,多侧包裹)。在一些情况下,这可以为转印材料提供更清洁的外观,而没有在制品的其上施加有热转印标签的前部或后部上通常看到的可见边缘。在将转印材料施加到制品表面之后,可以在没有载体保持在制品上的情况下转印所述转印材料。
本说明书中描述的实施方案中的任一个可组合,或具有本文描述的任何其它实施方案的特征中的任一个的任何合适的组合。除非另外指明,否则贯穿本说明书描述的组合物中成分的所有百分比均按重量计。如本文所用,术语“标准条件”或“标准温度”是指77℉(25℃)的温度和50%相对湿度。
附图说明
图1A是示出使用转印工艺将转印材料施加到制品上的一类工艺的流程图。
图1B是示出使用转印工艺将转印材料施加到制品上的第二类工艺的流程图,其中接触制品和对转印材料进行修改的步骤中的至少一些同时发生。
图1C是示出使用转印工艺将转印材料施加到制品上的第三类工艺的流程图,其中使用成型的辊隙对转印材料进行修改。
图2是使用转印工艺将转印材料施加到制品上的设备的一个实施方案的示意性俯视图。
图3是其上具有复合转印材料的转印部件的示意性侧视图。
图4A是用于制品的腔室的一个实施方案的放大示意性俯视图,其中转印部件的一部分是在将制品(至少部分地)装配到腔室中以便将转印材料转印到制品表面之前被吸入腔室中的初始状态。
图4B是图4A中所示的实施方案的放大示意性俯视图,其中转印部件被吸成与腔室齐平。
图4C是图4A中所示的实施方案的放大示意性俯视图,其中制品至少部分地定位于腔室内。
图5是用于制品的腔室的放大示意性俯视图,其中其上带有转印材料的转印部件通过使用气压穿过多个导管在转印部件的后侧上施加推力而与制品表面更紧密接触。
图6是用于制品的腔室的放大示意性俯视图,其示出了通过在转印部件上施加力而使转印部件与制品表面更紧密接触的实施方案,其中使用真空将转印部件拉向制品。
图7A是实施方案的初始步骤的透视图,其中将转印部件形成在腔室内部的收缩管中,该收缩管用于将转印部件包裹在制品周围。
图7B是图7A中所示的实施方案的后续步骤的透视图,其中转印部件被包裹在制品周围。
图7C是其上施加有转印材料的制品的透视图。
图8是用于使转印部件适形于制品表面的第二类型工艺和设备的示意性俯视图,其中转印部件跨越在间隔开的约束构件与被推入到转印部件中的制品之间。
图9是示出定位在传送机的节段之间的制品的透视图,该节段用于传送图8所示的约束构件。
图10A是图8所示设备的节段的一个实施方案的放大示意性俯视图,其示出了被推入转印部件之前的制品。
图10B是类似于图10A的放大的示意性俯视图,其示出了制品被推入转印部件中。
图11是类似于图10B的放大示意性侧视图,其中其上带有转印材料的转印部件通过使用气压在转印部件的后侧上施加推力而与制品的表面更紧密接触。
图12是类似于图10B的放大示意性俯视图,其示出了通过在转印部件上施加力而使转印部件与制品表面更紧密接触的实施方案,其中使用真空将转印部件拉向制品。
图13是用于使转印部件适形于制品表面的另选机构的侧视图,该机构包括数字适形擦拭器。
图14是用于使转印部件保持与制品接触的凸轮机构的俯视图。
图15是机构的示意性侧视图,该机构使用呈空气管线形式的气压来保持转印部件与制品接触。
图16是机构的示意性侧视图,该机构包括多个单独的空气管和喷嘴,以用于保持转印部件与制品接触。
图17是实施方案的放大俯视图,该实施方案在图8所示的工艺和设备中通过使用可充气的囊状物(在充气状态下示出)在转印部件的后侧施加推力,使转印部件与制品表面更紧密接触。
图18A是另选实施方案的第一步骤的示意性俯视图,该实施方案使用成型的支撑元件,该成型的支撑元件被构造成使转印部件和其上的转印材料进一步适形于制品的形状。
图18B是第二步骤的示意性俯视图,该第二步骤使用图18A中所示的成型的支撑元件来使转印部件和其上的转印材料进一步适形于制品的形状。
图19是使用转印工艺将转印材料施加到制品上的第三类型工艺和设备的示意性俯视图,其中通过使转印部件穿过由制品和成型元件形成的辊隙来使转印部件与制品表面接触。
图20是图19所示的用于将转印材料施加到制品上的第三类型的工艺和设备的另选实施方案的示意性俯视图,该实施方案包括成型的辊隙以适形于制品的轮廓。
图21A是用于使转印部件保持与制品接触的轴向对称模具的示意性透视图。
图21B是用于使转印部件保持与制品接触的另一个轴向对称模具的示意性透视图。
图22是使用转印工艺将转印材料施加到制品两侧上的工艺和设备的一个实施方案的示意性俯视图。
图22A是使用转印工艺将转印材料施加到制品两侧上的工艺和设备的另一个实施方案的示意性俯视图。
图22B是用于又一另选实施方案的设备的一部分的透视图。
图23是可以在图22所示的工艺和设备中使用的传送机的一个实施方案的一部分的侧视图。
图24是用于将转印材料施加到制品表面上的间隔开的位置的设备的一个实施方案的一部分的示意性侧视图。
图25是在制品的目标表面和转印材料彼此接触之前排空转印材料与制品的目标表面之间的空气的任选步骤的示意性侧视图。
图26是具有高斯曲率的瓶子的透视图。
图26A是搁置在水平表面上的图26所示的瓶子的前视图。
图26B是搁置在水平表面上的图26所示的瓶子的侧视图。
图27是制品诸如瓶子的示意性俯视图,其中制品的侧部在其间具有一部分(中间部分或连接器),该部分具有比制品的侧部的相邻部分更小的曲率半径。
附图中所示的方法、一个或多个设备、和制品的实施方案实质上为例示性的,并不旨在对由权利要求限定的本发明的限制。此外,根据详细描述,本发明的特征将会变得更加显而易见,并且得到更充分的理解。
具体实施方式
I.引言。
本发明涉及用于将转印材料施加到制品表面上的设备和方法,包括在三维制品上转印和/或装饰三维制品的设备和方法,以及其上具有转印材料和/或由此装饰的制品。术语“工艺”在本文中可以与术语“方法”互换使用。
图1A是示出用于将转印材料施加到三维制品的表面上的一类工艺的示例的流程图。如图1A所示,该工艺包括以下步骤:(1)将材料施加到转印部件(例如,通过将图像数字印刷到转印部件上);(2)任选地将粘合剂施加到材料(诸如图像),其中该材料和任何任选的粘合剂包括转印材料;(3)对转印部件的包含转印材料的部分以及转印材料进行修改(诸如通过拉伸它们);(4)使用转印部件使制品表面与转印材料接触(通过使制品或转印部件中的至少一者朝向另一者移动);(5)任选地对转印部件(及其上的转印材料)执行附加的物理修改,诸如通过真空、空气射流、流体射流或它们的组合,以使转印部件与制品表面更紧密接触;(6)任选地固化所述粘合剂;以及(7)从制品表面剥离(间接接触)转印部件,将转印材料的保管从转印部件转印到制品。
如本文所用,术语“转印材料”将用于描述从转印部件转印到制品表面的材料。该术语包括单独的材料,或者材料、其上的任何粘合剂或接合到其上的将被转印到制品表面的其他材料的组合。如果转印材料包括材料的组合,则在本文中可以将其称为“复合转印结构”。术语“物质”在本文中可以与术语“材料”互换使用,是指沉积在转印部件上(并且将形成转印材料的全部或一部分)的材料。通常,离散或单独的转印材料将被转印到每个制品10。
图1B是示出用于将转印材料施加到三维制品表面上的第二类工艺的示例的流程图。如图1B所示,在这类工艺中,修改和接触步骤的至少一些部分可以同时发生。更具体地,可以使三维制品与转印部件接触,并且可以在接触步骤的同时对其上带有转印材料的转印部件进行修改。在此类情况下,例如,转印部件可以是保持在张力中的幅材,并且可以迫使三维制品与幅材接触,以使幅材适形于制品表面。在本详细描述中通篇使用的术语“适形”不要求精确的适形性,而是包括部分适形性。然而,对图像进行修改的步骤中可能存在不一定同时发生的方面。例如,对转印部件的其上带有转印材料的部分进行修改的一些方面可以在接触制品之前发生,然后对其上带有转印材料的转印部件进行附加修改可以在接触制品的同时或之后发生。例如,带有转印材料的转印部件的初始修改可通过同时接触而发生。这之后可以进行补充修改(例如,正压空气或真空),该修改可以在初始接触之后发生而不是同时发生。此类后续修改可以在任何任选的固化和剥离之前执行。在其他实施方案中,修该和接触步骤的顺序可以颠倒。例如,制品可以在发生任何修改之前接触转印部件至少持续一段时间。然后,可以迫使制品与幅材接触,以使幅材适形于制品表面。
图1C是示出用于将转印材料施加到三维制品表面上的第三类工艺的一个示例的流程图。如图1C所示,转印部件24可通过使转印部件穿过由制品表面和成型模具形成的辊隙而与制品10的表面接触。
这些工艺的步骤顺序的许多变化以及执行这些工艺的机构都是可能的。步骤发生的顺序可以改变,并且/或者不同工艺的步骤和/或部分可以任何合适的方式组合。另外,可以将任何其他合适的步骤添加到这些工艺中的任何一个中。合适的附加步骤包括但不限于:在将转印材料沉积在转印部件上之前,将剥离涂层施加到转印部件;处理制品的表面或固化施加到制品的材料;装饰制品(例如,通过施加金属材料);转化制品的属性(例如,通过激光);或它们的组合。另外,如果使用可重复使用的转印部件,则这些工艺还可包括在剥离步骤之后清洁转印部件的步骤。可以将此类附加步骤适当地添加到图1A至图1C所示类别的工艺的前端和/或后端,并且/或者在其中所示任何步骤之间的任何合适位置处添加。
II.第一类工艺。
图2示出了用于将转印材料22施加到至少一个制品10的表面上的设备20的一个非限制性实施方案。图2所示的实施方案可以被认为是图1A的流程图所示的第一类工艺的示例。
如图2所示,设备20包括转印部件24、提供用于在印刷时支撑转印部件的支撑表面的部件诸如滚筒25、一个或多个沉积装置26、任选的粘合剂沉积装置28、传送机30、适形部件40、一个或多个任选的能量源(通常可以由参考数字50来指定,或更具体地指定为该参考数字)50A和50B以及一个或多个任选的装饰工位60A和60B。装饰工位(通常可以由参考数字60来指定,或更具体地指定为该参考数字)60A和60B可以将任何合适的材料施加到转印部件上或其上的材料,包括金属材料。
设备20可用于将转印材料22施加在许多不同类型的三维制品10上。此类制品包括但不限于:容器或包装,诸如瓶子、盒、罐和纸盒;消费产品包括但不限于豆荚,衣物洗涤定量球、剃刀;消费产品的部件,诸如剃刀刀片头部和柄部;喷涂器触发器;管;管包括但不限于卫生棉条管;以及除臭棒容器。制品可包括用于消费产品(包括一次性消费产品)的初级包装。附加制品包括容器或包装的部件,包括但不限于:瓶盖、闭合件和随后被吹塑为成品瓶形式的瓶预制件。
设备20可用于将材料施加到空容器、部分填充的或满的容器,包括闭合和开口容器。方法和设备20可用于施加材料(例如,装饰)容器、闭合件或两者(分别或同时)。容器可整体或部分地具有刚性、柔性弹性或柔性结构。在其中制品为柔性且具有空的内部的一些情况下(诸如在某些瓶子的情况下),可能期望将空气或其他气体吹入制品的内部中以便将制品加压至高于大气压,使得在本文所述的转印工艺期间制品的表面不会过度屈曲。例如,制品表面的待施加物质的至少一部分是柔性的,其中在将物质转印到所述制品表面上之前,对中空或部分中空的制品内部进行加压,结果是制品表面的待施加物质的所述部分在加压时柔性较小。容器诸如瓶子可以通过任何合适的方法,包括但不限于吹塑制成。此类容器可以具有螺纹开口、被构造成接受卡扣式闭合的开口或任何其他合适类型的开口。闭合件可以通过任何合适的方法,包括但不限于注塑制成。当施加材料时,此类容器可以用闭合件封盖或不封盖。在一些实施方案中,在容器被填充并且具有施加到其上的闭合件之后,将材料施加到容器。在一个示例性工艺中,容器是吹塑容器,并且闭合件是注塑闭合件,并且该容器被填充有流体材料并且具有施加到其上的闭合件。在此类工艺中,可以在罐装线的末端处将转印材料施加到容器和/或闭合件。
制品可由任何合适的材料制成,包括但不限于:塑料、金属和/或硬纸板。如果制品由塑料制成,则它们可由任何合适的塑料制成。用于瓶子的合适的塑料例如可以包括但不限于:聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)。
制品10通常将具有至少两个相对端部。例如,瓶子将具有基座和顶部。制品10也可具有前面、后面和侧部。制品10也将具有表面12。制品10可在如一些剃刀刀片柄部的情况下为实心的,或者在例如瓶子的情况下中空或部分中空的。制品10的表面可为平坦(平面)或弯曲的。整个表面无需为平坦或弯曲的。例如,制品10的表面可具有:平坦的部分;弯曲的部分;或者,表面可具有平坦部分和弯曲部分两者。例如,就瓶子而言,表面的至少一部分可具有凸曲率。还可能的是,一些制品可具有其至少一部分具有凹曲率的表面。
可以使用坐标系来描述制品10,如图26A和图26B所示。坐标系为具有X轴、Y轴和Z轴的三维笛卡尔坐标系,其中每个轴垂直于其它轴,并且轴中的任两个限定一个平面。在一些情况下,将制品(诸如容器)设计为搁置在水平支撑表面S上。如图26A和图26B所示,X轴和Z轴与水平支撑表面S平行,并且Y轴垂直于水平支撑表面S。(应当理解,可以通过此类坐标系来描述其他类型的制品,但是此类制品相对于水平支撑表面可以具有其他取向。例如,某些制品(诸如剃刀刀片柄部)可能具有最长的尺寸或长度,即使此类制品不能以竖直取向的纵向尺寸直立也可以被认为在纵向上延伸。)
图26A和图26B还示出了其他参考线(诸如中心线),用于参考相对于制品诸如容器10的方向和位置。术语“纵向”是指平行于制品10的纵向中心线CL1的方向、取向或量度。如本文所用,在容器的情况下,术语“纵向”是指当容器直立在水平支撑表面上时,平行于容器纵向中心线的方向、取向或量度,如本文所述。在容器的情况下,纵向中心线CL1平行于Y轴。当相对于容器的水平支撑表面表达时,纵向量度也可被称为在水平支撑表面上方测量的“高度”。在容器搁置在水平支撑表面上的情况下,纵向取向也可以称为竖直取向。
侧向中心线CL2平行于X轴伸展。如本文所用,术语“侧向”是指当容器直立在水平支撑表面上时,平行于容器侧向中心线的方向、取向或量度,如本文所述。在容器搁置在水平支撑表面S上的情况下,侧向取向也可以称为“水平”取向,并且侧向量度也可以称为“宽度”。如图26B所示,在侧向中心线CL2处的XY平面将制品10分成前部和后部(例如,一半和后半部)。侧向中心线CL2处的XZ平面将制品10分成上部和下部(例如,上半部和下半部)。如图26A所示,在纵向中心线CL1处的YZ平面将制品10分成左部和右部(例如,左半部和右半部)。第三中心线CL3平行于Z轴伸展。纵向中心线CL1、侧向中心线CL2和第三中心线CL3全部在制品10的中心处相交。
在一些实施方案中,可能期望使用该方法将转印材料22施加到非圆柱形三维制品,并且因此施加在制品的不形成圆柱形对象的一部分的表面上。在此类情况下,前部、后部和侧部中的一个或多个可以具有不同的构型。结果,此类表面可能比圆柱形表面更复杂(并且难以将转印材料施加到其上)。在一些实施方案中,可能期望将转印材料施加到具有不规则表面的制品上。可以将不规则的表面描述为具有不等于零的高斯曲率的表面(例如,图26)。在一些情况下,该制品可具有外表面,该外表面具有在两个或更多个平面中具有同时的曲率半径的部分,其中所述部分的高斯曲率的绝对值大于或等于43m-2。在一些情况下,此类部分的高斯曲率的绝对值大于或等于172m-2。在一些实施方案中,该方法可以用于将转印材料施加到具有复杂曲率的制品表面上,其中该表面包括带有曲线的区域,该曲线具有多个一个的曲率半径。制品表面还可以具有多于一个的曲率轴(除了曲率的任何变化,诸如圆柱形制品上存在的曲率变化,其中滚筒的弯曲侧部过渡到制品的顶部和底部)。如本文所用,术语“曲率轴线”或“曲率轴”是指穿过曲线中心(即曲线半径从其延伸的中心点)的轴,该轴垂直于(正交于)测量曲线半径的平面。
在一些实施方案中,三维制品具有包括两个或更多个部分的表面,所述部分各自具有不同的曲率半径。这两个或更多部分可以包括具有第一曲率半径的第一部分和具有第二曲率半径的第二部分,其中第二曲率半径小于第一曲率半径。在此类情况下,可能期望其上带有转印材料的转印部件与制品表面之间的接触最初发生在制品的带有较小曲率半径的第二部分处,然后发生在制品的第一部分处。在此类情况下,可能期望第二部分的曲率半径大于零。具有第一和第二曲率半径的第一和第二部分可以分别在制品上处于任何合适的位置和取向。在一些情况下,第一和第二部分两者均位于制品诸如容器的顶部、底部、前部、后部或侧部中的一者上。第一部分和第二部分可以相邻或间隔开。在一些情况下,第一曲率半径和第二曲率半径可以位于与制品的纵向中心线(例如,制品的Y轴)正交的平面中。在其他情况下,第一曲率半径和第二曲率半径可以位于与制品的侧向中心线(例如,制品的X或Z轴)正交的平面中。第一部分和第二部分可包括制品表面的带有任何相对曲率量的部分。例如,在一些情况下,第二部分通常将具有小于表面的最大曲率半径的曲率半径。在其他情况下,第二部分可具有处于表面上所有曲率半径的最低50%的曲率半径。在其他情况下,第二部分可以在表面上具有最低的曲率半径。
在一些实施方案中,该方法可用于将转印材料施加到制品的两个或更多个部分上,所述部分各自具有曲率半径。两个或更多个部分中的至少两个可以由中间部分至少部分地隔开,该中间部分具有比两个部分更小的曲率半径。(当据称两个或更多个部分可以被中间部分“至少部分地隔开”时,这是指中间部分可以在两个或更多个部分的整个长度上延伸并且在它们之间形成边界;或者,中间部分可以仅在两个或更多个部分之间的一部分长度上延伸。)两个或更多个部分可具有任何合适的曲率半径。两个或更多个部分的曲率半径可以与其他此类部分相同或不同。两个或更多个部分的此类曲率半径的范围可以从大于中间部分的半径到在外表面的平坦部分的情况下的无限曲率半径(或其之间的任何范围)。下文描述了中间部分的合适的曲率半径。在一些情况下,两个或更多个部分和中间部分全部均位于制品诸如容器的顶部、底部、前部、后部或侧部中的一者上,并且中间部分是所述外表面上的特征结构,该特征结构具有比两个或更多个部分更小的曲率半径。构成中间部分的特征结构可以从制品的外表面向外突出。另选地,该特征结构可以凹入制品的外表面中。这些特征结构可具有任何合适的构型。从外表面向外突出的特征结构的一个示例是脊。凹入外表面中的特征结构的一个示例是沟槽。具有此类特征结构的制品的非限制性示例在图18A和图18B中示出。当然,任何给定的制品可以具有如本文所述的多于一个的特征结构。任何给定的制品还可以具有多于两个的部分,在两个部分之间带有其上具有转印材料的中间部分,如本文所述。以下类型的情况也是如此。
在其他情况下,至少两个或更多个部分位于包括制品的顶部、底部、前部、后部和侧部的表面上的不同部分或位置上,并且中间部分包括两个或更多个部分之间的边缘。因此,本文所述的设备和方法可用于提供转印材料,该转印材料包裹在制品的两个或更多个侧部的至少一部分(包括但不限于三个侧部的部分)周围,以提供转印材料的多侧施加。因此,转印材料可以在制品的两个或更多个侧部的至少一部分上提供连续图像,其中制品的侧部在其间具有制品的一部分(中间部分或连接件),该部分具有比制品的侧部的部分更小的曲率半径。这在图27中示意性地示出。因此,在图27所示的非限制性示例中,中间部分具有小于比R1和R3两者的曲率半径R2。带有半径R1和R3的两个或更多个部分可以具有任何合适的曲率半径。此类曲率半径的范围可以从大于中间部分的半径到在外表面的平坦部分的情况下的无限曲率半径(或其之间的任何范围)。应当理解,当中间部分被描述为具有更小的曲率半径时,该中间部分可以具有任何合适的曲率半径。本文所述的中间部分的合适曲率半径范围可以从大于或等于零、或者大于零至小于或等于大约以下任何一个:60mm、40mm、20mm、15mm、10mm、5mm、2mm、1mm或0.1mm。如果显示为与半径R1和R3相关联的侧部以由锐角、非圆形边缘定义的直角相交,则半径可以为零。可以将转印材料包裹在制品的任何两个或更多个面周围。例如,转印材料可以包裹在制品的前部和/或后部以及制品的侧部或底部中的至少一者周围。这也可以为转印材料提供更清洁的外观,而没有在制品的其上施加有热转印标签的前部或后部上通常看到的可见边缘。
转印部件24可以是任何合适的部件,其能够接收沉积在转印部件24上的一种或多种材料以形成转印材料22,然后将转印材料22转印至制品10的表面。转印部件24可包括具有本文所述属性的一个或多个离散部件,其中每个离散部件接收单个转印材料沉积物以用于施加到单个制品10。在其他情况下,转印部件24可包括连续部件。如本文所用,术语“连续的”是指接收两个或更多个转印材料沉积物以用于施加到不同制品的转印部件。通常,连续的转印部件24将能够接收多个转印材料沉积物以用于施加到不同制品。连续转印部件24将通常具有加工方向长度,该加工方向长度大于转印材料22将要被转印到的制品的尺寸。连续转印部件可以呈多种不同的形式。例如,连续转印部件24可以呈从供应辊退绕的幅材的形式,并且在使用之后,重新卷绕在收卷辊上。在其他情况下,连续转印部件24可以呈环形(即,闭环)带的形式。图2示出了可以呈这些形式中的任一种的片段的连续转印部件24。在一些情况下,在该工艺中可以使用多于一个的转印部件24。
转印部件24可以是单次使用的部件,使得一旦转印材料22从转印部件24转印到制品10,则转印部件的包含转印材料的同一部分不用于将另一种转印材料转印到另一个制品。在此类情况下,转印部件24可以在使用后是一次性的,或者以环境相容的方式再循环利用。在其他情况下,转印部件24可以是可重复使用的,使得转印部件24的同一部分可以用于接收多于一种的转印材料并且将其转印到不同制品。当转印部件24可重复使用时,可能期望在转印一种转印材料22与在其上接收另一种转印材料22之间清洁转印部件24。因此,在转印部件24从转印材料剥离之后,转印部件24可穿过清洁工位。
转印部件24可以具有任何合适的属性。这些属性通常将取决于转印部件的类型。例如,如果转印部件24呈垫或卷的形式,则转印部件24可具有表面,该表面的至少一部分是可压缩的,使得其可适形于制品10的表面。在其他情况下,可能期望转印部件24在与执行本文所述方法相关联的力下是基本上不可压缩的。如果转印部件24呈幅材形式或带的形式,则幅材或带通常将具有两个相对的表面,这两个相对的表面在其间限定了厚度。这些表面可被称为前表面或“转印表面”24A和后表面24B。在一些情况下,可能期望幅材或带相对较薄和/或是柔性的,使得它可以适形于制品10的表面12,而无需压缩转印部件24的表面,使得转印部件24的厚度大大改变。在此类情况下,当转印部件24和制品10彼此接触时,转印部件24的两个表面24A和24B可以以类似的方式挠曲。
在一些情况下,呈幅材或带形式的转印部件24可具有在其表面上的转印材料接收区域之间未被支撑(即,没有任何背衬的跨度)的至少一些部分。呈幅材或带形式的转印部件24的这种特征是此类幅材或带转印部件可与安装在滚筒上的胶版橡皮布区分的方式之一。
转印部件24,无论是离散的还是连续的,也可以在至少一个方向上是可延展的。例如,转印部件24可以在转印部件24的表面的平面中在一个方向上和在垂直于其的方向上是可延展的。在该工艺期间移动的连续转印部件24将具有在运动方向上取向的加工方向(MD)和在转印部件的表面的平面中垂直于加工方向的横向(CD)。连续转印部件24可以在加工方向和/或横向上是可延展的。在一些情况下,转印部件24可以是全方位可延展的(在转印部件的表面的平面中在所有方向上是可延展的)。在一些情况下,转印部件24可以在一个方向上是可延展的,但是由于泊松效应(例如),可能会在转印部件的表面的平面中在另一个方向上(诸如在垂直于其延伸方向的方向上)收缩。
如果转印部件24是可延展的,则在本文所述的工艺期间,在与使转印部件适形于制品10的表面相关联的力下,该转印部件可以以任何合适的量是可延展的。如图所示,例如在图10A、图10B、图18A和图18B中,转印部件24的其上带有转印材料22的至少一部分可具有在其接触并且适形于制品10的表面12的所需部分之前沿其表面24A测量的第一初始长度L1。如图10B和图18B所示,其上带有转印材料22的转印部件24在其接触并且适形于制品10的表面12的所需部分之后可具有第二长度L2。应当理解,第一长度和第二长度L1和L2是沿着转印部件24的表面24A而测量的,而不是沿着两点之间的距离(图中的尺寸线仅是为了便于说明而示出的)。当其上带有转印材料22的转印部件24适形于三维制品的表面曲率时,第二长度L2可以大于初始长度L1。转印材料22的长度可以经历与转印部件24类似的变化。这些尺寸变化可以在本文描述的任何实施方案中发生。在一些情况下,转印部件24(或其与制品表面接触的至少部分)可以是可延展的,其延展量大于约0.01%,直至转印部件24的塑性变形点,或者在一些情况下,甚至可能接近但未达到转印部件24的最终故障点。在一些情况下,转印部件24(或其与制品表面接触的至少部分)可以是可延展的,使得它将能够在至少一个方向上将其尺寸增加约0.01%至约500%,另选地约0.01%至约300%,或者它们之间的任何较窄范围。在一些情况下,可能期望转印部件24是可弹性延展的,使得它不仅将会在力下延伸,而且在移除力之后会将返回回到(或朝向)其原始尺寸。当使用可重复使用的转印部件24并且可重复使用的转印部件24的部分被偏转到腔室中时,可弹性延展的转印部件24可用于实施方案诸如图2所示的那些中。此类部分将能够在多于一个的使用周期中偏转。
在利用可UV固化的转印材料(装饰和/或粘合剂)的工艺的实施方案中,期望转印部件24至少部分地或基本上对UV辐射是可透过的。通常,为了对UV辐射是可透过的,转印部件将包括至少一些透明或半透明的部分。允许可UV固化材料进行一定固化的任何合适的渗透性水平都是可能的。当在本文中将转印部件24描述为对UV辐射是“可透过的”时,转印部件24的一个或多个部分或全部可以对UV辐射是可透过的。通常,转印部件24的其上沉积有可UV固化的转印材料的至少那些部分将对UV辐射是可透过的。这将使可固化的转印材料通过使UV辐射穿过转印部件的UV可透过的部分而被固化。
转印部件24可以由任何合适的材料构成。材料可以取决于转印部件的类型,以及是否期望转印部件是可压缩的或基本上不可压缩的。合适的转印部件类型包括但不限于:膜、带和离散部件。一些离散的转印部件可以由膜构成,而一些可以由类似于用于带中的材料构成。膜和由膜构成的离散转印部件可以由包括但不限于:聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙醇二酯(PET)和聚丙烯的材料制成。带和一些离散转印部件可以由以下材料制成,这些材料包括但不限于:橡胶、橡胶处理的材料、聚氨酯和毡。此类材料中的至少一些可以是具有小于或等于约45达因/厘米的表面能的低表面能材料。由膜制成的一些转印部件24可以是一次性的。可能期望呈带形式的一些转印部件24可以是可重复使用的。
转印部件24可以具有任何合适的厚度。如果转印部件24呈膜的形式,则其可以具有落在以下范围内的厚度:大于约0.1密耳(0.0001英寸或约0.0025mm)至小于或等于约0.2英寸(约5mm)、另选地小于或等于约0.125英寸(约3.2mm)、另选地小于或等于约0.08英寸(约2mm)、另选地小于或等于约0.06英寸(约1.5mm)或它们之间的任何较窄范围。一次性膜可具有例如约0.0001英寸(约0.0025mm)至约0.001英寸(约0.025mm)的厚度。当制品10具有明显的表面特征结构诸如高水平的局部曲率时,可能期望转印部件24的厚度应在该范围的下端,使得转印部件24能够更好地适形于制品10的表面的构型。另外,可能期望,如果转印部件是可重复使的用,则与其是一次性的相比,转印部件24具有在上述范围内的更大的厚度。例如,如果转印部件24为呈耐用的带形式,则它可以具有在约0.01英寸(约0.25mm)至约0.06英寸(约1.5mm)的范围内的厚度。在其他情况下,可能期望耐用带具有大于1.5mm的厚度,以提供一定的可压缩性。
在一些情况下,转印部件24在垂直于其表面24A和24B的方向上(即,在其厚度方向上)可具有有限的可压缩性。例如,在一些情况下,在垂直于转印部件24表面施加的20psi气压下,转印部件24可以压缩其未压缩厚度的小于或等于约50%、40%、30%、20%或10%。在一些情况下,转印部件24也可以是基本上不可压缩的。例如,当转印部件24呈膜的形式时,其可以是基本上不可压缩的。当据称转印部件24是基本上不可压缩的时,意味着在垂直于转印部件24表面施加的20psi(138kPa)气压下,转印部件24压缩其未压缩厚度的小于或等于约5%。在一些情况下,在垂直于转印部件24表面施加的20psi气压下,转印部件24可以压缩其未压缩厚度的小于或等于约1%。
转印部件24的表面24A应当能够在其上接收材料的沉积物。例如,如果首先沉积在转印部件24上的材料正在印刷,则转印部件的表面24A可以被描述为“印刷接收”表面。如果需要,转印部件24的表面24A可以在其上具有任选的剥离涂层,以促进转印材料22转印到制品。合适的剥离涂层包括但不限于油和蜡,包括硅油和蜡。在将任何材料沉积在转印部件24上之前,通常将剥离涂层施加至转印部件24。剥离涂层通常将保持在转印部件24上,并且将不包括转印到制品10的转印材料22的一部分。
材料沉积装置(“沉积装置”)26可以将任何合适的材料(或物质)沉积在转印部件24上。设备20可包含任何合适数目、布置方式和类型的一个或多个沉积装置26。例如,设备可包含1-20、或更多个沉积装置26。因此,可存在多个沉积装置26。
在一些情况下,沉积装置26可以是设备20和用于将转印材料22转印到制品10上的工艺的一部分,如图2所示。换句话讲,沉积装置与转印工艺“在线”进行。在其他实施方案中,转印材料22到转印部件24上的沉积可以使用与用于将转印材料22转印到制品10的表面上的工艺分开的设备和工艺来执行。例如,该工艺的材料沉积部分可以是单独的工艺(诸如印刷工艺),其不连接至用于将转印材料22转印到制品10的表面上的设备。即,物质的印刷可以离线进行。因此,可以将转印材料22沉积到转印部件24上,并且将其上带有转印材料沉积物的转印部件卷绕到辊上。可以将其上带有转印材料沉积物的转印部件的辊带入将转印材料从辊转印到制品上的工艺中。在一个实施方案中,将转印材料的油墨或装饰部分施加到转印部件可以离线进行,而粘合剂部分的施加是在线进行的。
沉积装置可以是直接接触转印部件24的类型,或者可以是通过材料间接地向转印部件24施加压力的类型(“接触式”),或者是不接触转印部件24的类型(“非接触式”)。为了本公开的目的,将油墨喷射在转印部件上被认为是非接触式的。用于在材料沉积期间支撑转印部件24的部件25可以包括能够用于此类目的的任何类型的部件。提供支撑表面的部件25可以包括但不限于:滚筒、带或静态板(例如,弓形板)。
沉积装置26可以是任何合适类型的装置,包括但不限于:胶版印刷系统、照相凹版印刷系统、印刷头、喷嘴和其他类型的材料沉积装置。就印刷头而言,可使用任何合适类型的印刷头,包括但不限于压电喷墨式印刷头、热喷墨式印刷头、静电印刷头和/或印刷阀印刷头。印刷头可为按需喷墨型沉积装置。“按需喷墨”是指印刷头仅在需要时才在喷嘴处产生墨滴,以便形成呈文字、图形或图像(例如图片)或设计形式的图案。印刷头也可以是“连续的”,这意味着在喷嘴处连续形成墨滴,然而只有所需的墨滴离开印刷头才能形成预期的图案。喷墨印刷头通常是可数字致动的并且可数字印刷由计算机提供的图案。因此,喷墨印刷头是数字印刷装置的一种形式,其可以数字印刷材料以在转印部件24的一部分上产生期望的图案。
合适的材料或物质包括但不限于:油墨(包括可UV固化油墨、水基油墨和溶剂基油墨)、粘合剂、清漆、涂层和乳液。材料可以任何合适的形式沉积。合适的形式包括但不限于:液体;胶体,包括凝胶、乳液、泡沫和溶胶;糊料;粉末;以及热熔体(后者是可以加热至流动的固体)。材料可以任何合适的图案沉积。合适的图案可以是规则的、不规则的或随机的,并且包括但不限于:文字(文本)、图形、图像、设计、标记、纹理、功能性涂层,以及它们的组合。
喷墨印刷头将通常包括多个喷嘴。喷嘴通常大致对齐成行,并且被构造成沿大致平行于其它喷嘴方向的特定方向喷墨。印刷头26上的每行内的喷嘴可线性对齐。另选地,喷嘴可以被布置成一个或多个行,其相对于印刷头的较长尺寸(或长度)对角取向。喷嘴的这两种布置方式都可以认为是基本上线性对齐的。喷墨印刷头可在其中包括任何合适数目和布置方式的喷嘴。喷墨印刷头上的喷嘴可以具有任何合适的开口直径。合适的开口直径的范围可以是例如约10μm至约200μm,或者约10μm至约50μm。一种合适的喷墨印刷头包含每英寸(每2.54cm)约360个喷嘴。Xaar 1002为适用于本文的印刷头的示例,并且可从Xaar(Cambridge,UK)购得。合适的热熔喷墨印刷头是Fuji Galaxy PH 256/30HM。
由喷墨印刷头形成的墨滴的直径范围可为约10微米或更少至约200微米或更多。墨滴可以任何合适的数目在给定区域上分布。通常,在喷墨印刷时,墨滴形成阵列或矩阵,其中在印刷头或待印刷的制品的运动方向上,以及在垂直于其的制品表面上的方向上指定每英寸(2.54cm)液滴数(DPI)。(应当理解,在本文描述的工艺中,此类阵列或矩阵将被沉积在转印部件24上,然后被转印到至少部分三维(例如,弯曲的,包括凸形或凹形形式)的表面。)在制品表面上提供的以形成数字图像的墨滴的施加在至少一个方向上的范围可为每英寸约200或更少至约2,880或更多滴(DPI)。在一些情况下,墨滴能够以在至少一个方向上的范围为每英寸700至1,440滴的矩阵沉积。在一些情况下,墨滴能够以在至少一个方向上每英寸大于1,200滴至每英寸约2,880或更多滴的矩阵沉积。
当一个或多个沉积装置26包含印刷头时,沉积装置26中的一个或多个可包含印刷单元(或“印刷工位”)。喷墨印刷头可以被构造成印刷黑色或彩色墨水或清漆、粘合剂或透明清漆。每个印刷单元可包含任何合适数目的印刷头,即一个至四个或更多个。例如,在一些情况下,印刷单元可包含用于CMYK(青色、品红色、黄色、和主色(黑色))色彩设计的四个印刷头以用于产生不同色组的多色印刷品。印刷单元还可包含用于附加颜色例如白色和/或特殊颜色的一个或多个附加印刷头,以用于底漆层或用于基层例如粘合剂,并且/或者用于施加透明的密封涂层或保护性涂层。在一些实施方案中,可以存在多个印刷工位,诸如一个或多个用于任选的底涂层、一个或多个用于装饰涂层、一个或多个用于粘合剂以及一个或多个用于任选的顶涂层。
可以以预先确定的图案将材料22诸如油墨施加到转印部件24。如本文所用,术语“预先确定的图案”是指任何类型的经印刷的图案,包括但不限于在开始印刷之前就确定的文字、图形(例如图片)、图像、标记或设计。
在一些实施方案中,粘合剂沉积装置28可以是任选的。如果先前沉积在转印部件24上的材料(诸如油墨或清漆)具有足够的粘合性能以粘附至制品10的表面12,则可能不需要单独的粘合剂沉积装置。在指定使用粘合剂的实施方案中,将存在粘合剂沉积装置28。
粘合剂沉积装置28,如果存在的话,可以是用于将粘合剂沉积到先前沉积的材料和/或转印部件24的至少一部分上的任何合适类型的装置。合适的粘合剂沉积装置28包括但不限于:印刷头、喷嘴和其他类型的材料沉积装置。如果印刷头用于沉积粘合剂,则其可以包括上文描述的适合用作沉积装置的任何类型的印刷头。
粘合剂可以是当转印部件24与制品10的表面12接触时适于将转印材料22粘附至制品10的任何材料。这将使转印材料22能够从转印部件24转印到制品10的表面12。合适的粘合剂包括但不限于:压敏粘合剂、可固化的粘合剂诸如可见光、UV或电子束可固化的粘合剂、水基粘合剂、溶剂基粘合剂、固体粘合剂(例如,100%固体、基于单体的粘合剂)、热定形(或热活化)粘合剂、前述任一种的混合物和两部分或多部分粘合剂(例如两部分环氧树脂粘合剂)。在一些情况下,可能期望粘合剂是非热活化的(或热活化的)类型,诸如就热转印标签而言。
在一些实施方案中,转印材料22具有需要通过辐射/能量(诸如UV辐射)固化/活化的粘合剂。在许多情况下,在将转印材料施加到制品表面期间,转印材料(包括装饰层/油墨层和粘合剂两者)均定位于转印部件与制品表面之间。如果制品对固化/活化辐射(例如UV辐射)是透明的或基本透明的,则可以通过使固化/活化辐射透射穿过制品主体的至少一部分来固化粘合剂。如果制品对于固化/活化辐射(例如,UV辐射)不是透明的或基本上不透明的,则UV光/辐射必须透射穿过转印部件和转印材料两者以便到达粘合剂。通常,这意味着UV光也必须透射穿过装饰层或油墨层。使UV光穿过装饰层或油墨层涉及许多困难。这些包括装饰层或油墨层吸收和/或反射UV光的趋势,这将导致一些/大部分UV光没有到达粘合剂层。这可能导致需要增加UV辐射的剂量,以努力确保有足够的量到达粘合剂以固化粘合剂。因此,期望提供一种工艺,该工艺在固化穿过工艺中提供改善的效率。
另外,可能期望设计辐射源和粘合剂,使得所提供的工艺可以利用某些油墨材料和/或某些能量波长,它们可以改善透射穿过装饰层或油墨层的UV辐射量。还期望提供在此类固化穿过工艺中更容易固化的可UV固化的粘合剂。
在此类实施方案中,固化穿过效率的改善以多种方式实现。一种方式是通过利用UV辐射,该UV辐射包括具有大于或等于约400nm或者大于或等于约400nm且小于或等于约700nm的波长的至少一些波,以便改善能够穿过装饰层或油墨层的UV辐射量。另一种方式是通过开发和利用包含光引发剂的可UV固化的粘合剂,这些光引发剂以相对较低的辐射剂量活化和/或可由大于或等于约400nm、或者大于或等于约400nm且小于或等于约700nm的UV波长活化。然后,可以开发此类粘合剂组合物,其以尽可能快的速度和/或以尽可能少的UV剂量和/或在选定的辐射波长下固化。
理想的是,此类粘合剂能够通过喷墨印刷施加以用于精确施加。已经开发了可UV固化的粘合剂,其包含硫醇-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物和硫醇-烯-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物。所述粘合剂组合物在标准条件下的粘度可以大于或等于约5cps且小于或等于约100cps,或它们之间的任何合适范围,诸如大于或等于约5cps且小于或等于约20、30、40、50、60、70、80或90cps中的任一个,使得它们可以使用包括热喷墨设备的传统喷墨设备进行喷墨。如果在标准条件下的粘度大于20cps,则可能期望在喷射温度下的粘度大于或等于约5cps且小于或等于约20cps,用当前更流行的喷墨技术,其温度范围可以从标准温度至约50℃,用诸如本文所述的Fuji HotMelt印刷头的技术,其温度范围可以为至多约125℃。使用片上粘度计/流变仪(VROC)或基于微流体/MEMs的粘度计,特别是可从RheoSense of SanRamon(CA,USA)购得的microViscTM粘度计来测量粘度。可喷墨粘合剂组合物可包含具有在约400nm或以上,另选地介于大于或等于约400nm和小于或等于约700nm之间的吸收峰的光引发剂。
在一些实施方案中,可UV固化的粘合剂可以是硫醇-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物,其由包含以下物质的成分构成:(a)约50%至约90%的丙烯酸酯单体;以及(b)约10%至约50%的多官能硫醇。在这些和以下实施方案中,如果丙烯酸酯单体包含单官能丙烯酸酯,则丙烯酸酯单体优选包含单官能丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的组合。在丙烯酸酯单体包含单官能丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的组合的实施方案中,单官能丙烯酸酯优选以小于或等于组合物的约10%的重量%存在。
如本文所用,术语“多官能”包括两个(双官能)或更多(三、四、四、五等官能度)。就硫醇而言,期望多官能硫醇具有2至5(包括2和5在内)的官能度(即2至5个硫醇部分)。在一些情况下,可能期望将双官能成分与具有三个或多个官能度(或部分)的多官能成分分开描述。在此类情况下,将指定官能度或部分的数量。还应当理解,当在说明书和权利要求书中使用术语“包含”和“多官能”成分中的任一个时,特定成分(例如,硫醇;或烯单体,后者在下文中描述)可以包括呈双官能度形式的此类成分的任何合适的组合和/或不是双官能度的两种或更多种类型的此类成分(例如,三、四、四、五等官能度)。在一些情况下,组合物可被描述为仅由某些可能的成分“组成”。
在一些实施方案中,可UV固化的粘合剂可以是硫醇-烯-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物,其由包含以下物质的成分构成:(a)约10%至约40%的丙烯酸酯单体;(b)约10%至约50%的多官能硫醇;以及(c)约20%至约70%的双官能烯单体、多官能烯单体,或它们的组合。
在上述的硫醇-烯-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物的一些情况下,多官能硫醇可包含具有第一官能度的第一硫醇单体,并且该组合物还可包含约10%至约60%的具有与第一硫醇单体不同的官能度的第二硫醇单体。
上述硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯-丙烯酸酯组合物的组分可以具有在150g/mol和约400g/mol之间的重均分子量。组合物的粘度可以大于或等于约5cps且小于或等于约100cps,或它们之间的任何合适范围,诸如大于或等于约5cps且小于或等于约20、30、40、50、60、70、80或90cps中的任一个。在一些情况下,可能期望粘合剂在从喷墨喷嘴的喷射点处的动态粘度小于20cps,以便进行喷射。上述指定的更大的粘度范围是可能的,因为即使标准条件下的环境粘度在5和100cps之间,粘合剂和更高温喷墨头的剪切致稀特性在喷射点处也可以达到20cps的动态粘度。另外,可能期望组合物中的所有或基本上所有的单个成分具有小于或等于10,000g/mol的重均分子量。
硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物还可包含助剂成分,包括但不限于光引发剂、粘合增进剂、抑制剂、润湿剂、表面活性剂、无机填料和粘度调节剂。抑制剂可用于多种用途,包括延长保质期;防止泛黄;并且,在制剂对光非常敏感的情况下,有助于防止早熟或意外固化。
在一些实施方案中,硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物可以不包含颜料,基本上不包含颜料或包含比基于单体的喷墨油墨中存在的更少量的颜料,使得这些组合物将不被认为是喷墨油墨。基于单体的喷墨油墨在其中通常具有5至10重量%的颜料。在一些情况下,硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物可包含小于或等于约1重量%、小于或等于约0.1重量%、小于或等于约0.01重量%,或者小于或等于约0.001重量%的颜料。在其他实施方案中,硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物可包含喷墨油墨并且包含上述范围内的颜料。
可喷墨粘合剂也可以根据其奥内佐格数来描述。奥内佐格数(Oh)是无量纲的数,将粘性力与惯性力和表面张力相关联。在喷墨打印机具有多个喷嘴的情况下,该喷嘴具有直径为约10μm至约200μm、另选地约10μm至约50μm的开口,可UV固化的粘合剂可具有在约0.1和约1之间的奥内佐格数,其中用于计算奥内佐格数的特征长度对应于喷嘴直径。
本文所述的硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物可以特别适用于本文所述的方法,因为它们是逐步生长固化制剂或双步生长和链增长固化制剂,而不是仅链增长固化制剂。硫醇-丙烯酸酯、硫醇-烯和硫醇-烯丙烯酸酯组合物表现出低至无氧抑制,以及具有延迟的胶凝点的快速动力学,这可以特别适用于本文所述的方法。
用于硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物的合适成分的非限制性示例如下。
单官能丙烯酸酯(在基于硫醇的体系中仅被包含至多10重量%)包括但不限于苯氧乙基丙烯酸酯(PEA)、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸异冰片酯和丙烯酸2-羧乙酯。
双官能丙烯酸酯包括但不限于二丙烯酸己二醇酯(HDDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)(诸如可从IGM,St.(Charles,IL)购得的PHOTOMER4061TM)、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(TCDDA)、羟基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPNDA)、新戊二醇(PO)2二丙烯酸酯(NPG(PO)2DA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、三甘醇二丙烯酸酯(TEGDA)和四甘醇二丙烯酸酯(TTEGDA)。
多官能丙烯酸酯(具有三个或更多个官能度)包括但不限于三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和三羟甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯。
多官能硫醇(具有三个或更多个官能度)包括但不限于季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)(PETMP)(诸如可从Bruno Bock(Marschacht,Germany)购得的PETMP)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)(TMPMP)、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)(DiPETMP)、三[2-(3-巯基丙氧基)乙基]异氰脲酸酯(TEMPIC)和季戊四醇四巯基乙酸酯(PETMA)。
双官能烯单体包括但不限于己二醇二-(内,外-降冰片-2-烯-5-羧酸酯)[二降冰片烯]、三甘醇二乙烯基醚[DVE-3]和三羟甲基丙烷二烯丙基醚[二烯丙基]。
三官能烯单体三烯丙基三嗪三酮[TATATO](诸如可从Sartomer(Exton,PA,USA)购得的SR533)、三烯丙基氰尿酸酯和三烯丙基胺。
光引发剂包括但不限于:双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦[BAPO]、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦[TPO或MAPO]和双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)钛(可从Ciba(Basel,Switzerland)分别以IrgacureTM819、DarocurTMTPO和IrgacureTM784购得);2,4-双(三氯甲基)-6-对甲氧基苯乙烯基-S-三嗪(诸如QL Cure TAZTM110);2,4-二乙基噻吨酮(诸如可从Nippon Kayaku(Tokyo,Japan)购得的Kayacure DETXTM);4,4’-双(二乙氨基)二苯甲酮;2-异丙基噻吨酮和4-异丙基噻吨酮的混合物;2-氯噻吨酮;1,3-二({α-[1-氯-9-氧代-9H-噻吨-4-基)氧基]乙酰基聚[氧(1-甲基乙烯)]}氧基)-2,2-双({α-[1-氯-9-氧代-9H-噻吨-4-基)氧基]乙酰基聚[氧基(1-甲基乙烯)]}氧甲基)丙烷;以及1-氯-4-丙氧基噻吨酮(可从Lambson(West Yorkshire,UK)分别以Speedcure EMKTM、Speedcure ITXTM、Speedcure CTXTM、Speedcure 7010TM和SpeedcureCPTXTM购得);羧基甲氧基噻吨酮和聚四亚甲基二醇250的二酯(可从IGM(St.Charles,IL)购得的Omnipol TXTM);5,7-二碘-3-丁氧基-6-芴;2,4,5,7-四碘-3-羟基-6-芴;以及2,4,5,7-四碘-3-羟基-9-氰基-6-芴(可从Spectra Group Limited,Inc(Millbury,OH)分别以H-Nu470TM、H-Nu 535TM和H-Nu 635TM购得)。
粘合增进剂包括但不限于甲基丙烯酸磷酸酯(诸如可从Miwon of Gwanggyo(South Korea)购得的Miramer SC1400TM)。
抑制剂包括但不限于N-亚硝基苯基羟基胺铝盐(诸如可从Wako(Richmond,VA,USA)购得的Q1301TM)。
在使用上述硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯可UV固化的粘合剂组合物的情况下,三维制品可具有表面且带有接合到其表面的转印材料,其中转印材料从制品的表面向外包括:粘合剂,该粘合剂包含硫醇-丙烯酸酯粘合剂组合物、硫醇-烯-丙烯酸酯粘合剂组合物,或它们的组合;以及粘合剂上的油墨沉积物。在此类实施方案中,粘合剂定位于制品的表面与油墨之间。制品还可包括覆盖在油墨上的保护性清漆。
就两部分环氧树脂粘合剂而言,第一部分可以通过一个沉积装置施加,而第二部分可以通过第二沉积装置施加。例如,可以将粘合剂组合物的两个部分都施加在转印部件24上,并且可以配制化学性质,使得粘合剂组合物将充分固化以在规定的处理时间内(例如,在1至10秒范围内)提供转印。在一些情况下,可以将第一部分施加到转印部件24,并且可以将第二部分施加到制品10的表面12。对于任何粘合剂体系,可能期望在接触制品之前至少部分地固化粘合剂,以便控制粘合剂的挤出/流动。
设备20还可包括一个或多个任选的能量源。任选的能量源,诸如能量源50A和50B可用于固化具有粘合性能的任何可固化粘合剂、油墨或清漆。任选的能量源诸如50A可以位于转印部件的转印表面24A附近(即,与转印部件的转印表面在同一侧上)。转印表面24附近的能量源50A可用于固化穿过沉积装置26沉积在转印部件24上的材料(诸如油墨或清漆)。此类固化可以在由粘合剂沉积装置28施加任何粘合剂之前发生。还可能存在另一个任选的能量源,诸如能量源50B,其位于转印部件24的背面24B附近,以固化由粘合剂沉积装置28施加的任何粘合剂。任选的能量源的类型将取决于所用物质的类型。任选的能量源可以包括任何合适类型的装置,包括但不限于:热源(诸如热通道或红外灯);以及UV灯;电子束;或其他能量源。如果使用可UV固化的粘合剂,则转印部件24的其上具有转印材料的至少节段以及转印材料的上覆盖层可能需要对UV光透明,以允许粘合剂穿过上覆盖层和转印部件24固化。可以在将转印材料从转印部件24转印到制品表面之前、期间或之后开始固化。当然,如果粘合剂是不需要固化的类型(诸如压敏粘合剂),则将不需要能量源。
在一些情况下,可能期望粘合剂在使制品10与转印部件24接触(或使转印部件与制品接触)的初始阶段期间具有足够低的粘性(第一粘性水平),使得转印材料22的至少一部分可以被重新定位,诸如通过沿着制品10的表面12滑动(例如,滑移),以便适形于该转印材料,而不会损坏转印材料22或转印部件24。如果粘合剂是可以固化的类型,则在该初始阶段,粘合剂可以未固化或仅部分固化。一旦其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面,就可以在基本上垂直于制品表面的方向上对转印部件施加压力,以便使转印材料22适形和/或粘附到制品10的表面。可能期望在将正常压力施加在转印部件上之前使油墨部件完全固化,使得油墨将不会不期望地散开、扭曲任何图像等,和/或导致油墨从转印材料中渗出。
设备20也可包括装饰工位。装饰工位是借助于直接施加到或转印到制品10的材料沉积物或通过转变制品的属性,或它们的组合而施加视觉、触觉或嗅觉效果的工位。在不将材料转印到制品表面的情况下改变制品的性质的示例是通过激光将图像施加在制品的表面上。单个装饰站点可用于施加单个装饰效果或多个装饰效果。另选地,可使用多个装饰站点来施加一个或多个装饰效果。装饰可以在将材料印刷在转印部件24上之前或之后进行,或者甚至可以在将转印材料22施加到制品10之前或之后直接在制品上进行。
在一些实施方案中,装饰工位可以包括用于将金属物质沉积在转印部件24上和/或沉积到其上的物质之一上的工位。(在后一种情况下,金属物质将间接沉积在转印部件24上。)金属物质可用于为制品10提供金属效果。例如,如图2所示,可以在物质沉积装置26附近设置一个或多个金属沉积装置60A和60B,以用于将金属材料沉积到转印部件上。如图2所示,金属沉积装置60A可以放置在物质沉积装置26之前(的上游)。图2还示出了金属沉积装置60B可以被放置在物质沉积装置26之后(的下游)。金属材料可以包括任何合适类型的金属材料,包括但不限于:(1)金属箔;(2)印刷金属油墨;或者(3)烧结金属。如果金属材料包括金属油墨,则可以通过本文所述的用于印刷油墨部件的任何工艺来印刷。另外,在一些情况下,由于在非常小的金属材料颗粒或“薄片”之间的小的开放空间,金属材料在施加于转印部件24时可以是UV可透过的。然而,金属物质通常将在结构的底部上(即,将被施加到转印部件24的第一物之一)。然后,图像的其余部分可以被构建在金属物质之上(或其周围)。
在一些实施方案中,装饰工位可以包括用于将触觉效果添加到转印材料22并且因此添加到制品10的工位。触觉效果可以包括堆积的纹理,该纹堆积的理被转印到制品10的表面12。可以通过在转印部件24上沉积其他物质之前、期间或之后将纹理化物质沉积在转印部件24上来创建纹理。另选地,可以通过使用纹理化的转印部件24来创建纹理。可能期望在制品10的表面12上创建触觉效果的物质通过创建具有大于约3微米的高度的纹理来做到这一点。
图3示出了在转印部件24的一部分上的复合转印材料22的一个示例。图3所示的复合转印材料22的部件可以包括:任选的粘合剂(或具有粘合性能的清漆)52;可以呈艺术品、图像等形式的油墨部件54;以及任选的保护性涂层或部件(诸如透明清漆)56。图3还示出了已经被施加到转印部件24的任选的添加剂或剥离剂58。在这种情况下,转印部件24呈相对薄的膜或带的形式。除了所示的部件之外,其他任选部件也可以被包括在复合转印结构22中。例如,可以通过沉积CMYK(可以省略白色)来形成油墨部件54,并且可以在任选的粘合剂52与油墨部件54之间设置任选的基层(可以是白色或任何合适的颜色)。另外,可以在任选的粘合剂52与油墨部件54之间,或者在油墨部件54与任选的保护性部件56之间,提供任选的金属材料62。然而,应当理解,如果油墨部件54具有足够的粘合性能以粘附到制品10的表面12,并且如果油墨部件具有足够的保护性能和耐磨性使它不需要保护性部件,则可以省略这些任选层中的一个或多个,并且最简单的形式是转印材料22可仅由油墨部件(诸如清漆或油墨层)54组成。转印材料22通常将不含任何剥离纸,诸如用于覆盖贴花上的粘合剂的剥离纸。转印材料22通常也将不含在转印材料被施加到制品的表面之后保持在制品上的载体,诸如就热转印标签而言。
应当理解,图3所示的所有部件可以但不必具有相同的尺寸和/或平面图构型。这些部件中的任一个在任何方向上都可以具有比其他部件中的任一个更大或更小的尺寸。然而,可能期望任选的粘合剂部件52(或具有粘合性能的油墨层)具有等于或大于布置在转印部件24上的下面层的尺寸(将成为制品表面上的上覆盖层),从而使下面层将粘附到制品10的表面12。在粘合剂部件的层的尺寸大于油墨部件的层的尺寸的方面中,粘合剂部件的层的尺寸可以仅略大于油墨部件的尺寸。例如,粘合剂部件可以在油墨部件的外周之外延伸小于2mm或小于1mm。
可以根据将上述材料中的一种或多种沉积在转印部件24上的方式来描述本文的工艺。然而,应当理解,没有必要将特定的材料直接沉积在转印部件24的表面24A上。将材料沉积在转印部件24上可以包括将材料直接沉积在转印部件24的表面24A上,或将材料间接沉积在转印部件24的表面24A上,诸如通过将一种材料(例如粘合剂)沉积在已经位于转印部件24的表面24A上的另一种材料(油墨)的顶部上。
另外,尽管在图3中将复合转印材料22的部件显示为层,但是这些部件中的一个或多个可以但不必呈层的形式。例如,在油墨部件54中,一些墨滴可能保持离散;其他一些可能合并在一起形成膜状结构。如果复合转印材料22的部件以可能需要被固化的形式沉积,则它们也可以处于从未固化到完全固化的各种状态。可能期望在转印材料22的转印之前,油墨呈预成形图像的形式。否则,期望的油墨图案(例如,图像)可能会在转印期间劣化。如本文所用,术语“预成形”图像是指在溶剂基或水基油墨的情况下的干燥图像,或在可固化油墨的情况下的完全固化的图像。因此,油墨可以不预成形(例如,完全固化),并且粘合剂可以是未固化的,或者仅是部分地固化的。通过转印材料转印预成形的(例如,完全固化的)油墨图像不同于直接在制品上进行喷墨印刷(其中墨滴被沉积在制品上,然后干燥或固化)。
剥离剂58可以用于确保转印材料22从转印部件24干净地剥离并且转印到制品10的表面12。剥离剂58可以如图3所示在加工方向上是连续的,或者其可以呈仅位于转印材料22下面的离散补片的形式。
传送机30可以是任何合适类型的传送机。在图2中,传送机30呈其中具有一个或多个凹坑32的环形带形式,并且由具有旋转轴线A的辊34和36支撑。凹坑32可以被构造成在其中接收制品10。传送机30使制品10与适形部件40接近,该适形部件在其中具有至少一个腔室42。适形部件40用于使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面的至少一部分。在图2中,适形部件40呈在其中具有多个由辊44和46支撑的腔室42的环形带形式。
图2所示的设备20以俯视图形式描述。在这种情况下,传送机30的旋转轴线A被竖直取向。然而,整个设备20可以被重新取向,使得辊的轴线A是水平的,在这种情况下,图2将是侧正视图。在其他实施方案中,设备20能够以水平与竖直之间的任何构型取向。
传送机30可以是用于传送制品10的任何合适类型的装置,使得制品10可以与转印部件24接触或被其接触,并且具有转印到制品10的表面12的转印材料22。如本文所用,术语“传送机”是指通常移动制品的装置并且不限于传送带。合适的传送机包括但不限于:转塔传送机、星形轮传送机、可呈轨道、带、链条等形式的无端环形传送机、弹力盘传送机和磁伺服台车传送机。
在图2中所示的实施方案中,制品传送机30是无端环形传送机,其为座圈轨道构型。传送机30可包括用于将制品10保持在其上的任何合适类型的保持器。在图2所示的实施方案中,传送机30包括在其中带有多个预成形的保持器32的环形带,或者接合到环形带,用于保持制品10。如本公开通篇所用,术语“结合到”包括:其中通过将元件直接附连到另一个元件而将该元件直接固定到另一个元件的构型;其中通过将元件附连到中间构件继而将其附连到另一个元件而将元件间接固定到另一个元件的构型;以及其中一个元件与另一个元件成一整体,即一个元件为另一个元件的基本部分的构型。保持器32可以被构造成保持具有多种构型的制品,或者它们可以被构造成更精确地对应于制品10的背离转印部件24的部分的形状。传送机30可以恒定的速度旋转,或者可根据需要改变旋转速度。传送机30的旋转可为连续式的,或者根据需要为间歇式的。
适形部件40可以是用于使转印材料22适形于制品10的表面12的任何合适类型的部件。然而,应当理解,适形部件40在本文所述的第二类和第三类工艺中是不必要的。还应当理解,尽管上述类别的工艺可以被示为连续工艺,但是它们也可以作为间歇工艺在固定工位处执行。适形部件40可以呈包括但不限于:静止腔室和其上带有腔室的传送机的形式。
图2中所示的适形部件40包括其中带有用于制品10的一个或多个间隔开的腔室42的传送机。用于适形部件40的传送机可以呈具有两个表面的柔性带的形式,该两个表面是用于接收制品10的前表面40A和相反的后表面40B。腔室42可以被构造成至少大体上适形于待装饰的三维制品10的表面的一部分(“目标表面”)的构型。术语“目标表面”在本文中可任选地用于指制品10表面的施加有转印材料22的部分(由于在许多情况下,转印材料22将不会被施加到制品的整个表面12)。因此,应当理解,当将转印材料22描述为转印到制品10的表面12时,其可以仅施加到制品10的表面12的一部分。
适形部件40可以包括工位的部件中的至少一个,该部件用于对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改,使得转印材料22适形于制品10的表面12。在修改步骤之前,其上带有转印材料22的转印部件24将具有初始尺寸和初始构型。如本文针对转印部件24的其上带有转印材料22的部分所经历的转换所使用的术语“修改”或“正在修改”可以包括以下中的至少一个:(1)通过在至少一个方向上通过拉伸其而增加其尺寸来改变转印部件24的其上带有转印材料22的部分的尺寸;(2)通过在至少一个方向上诸如通过缩小或收缩其而减小其尺寸,来改变转印部件24的其上带有转印材料22的部分的尺寸;或(3)至少暂时地使转印部件24的其上带有转印材料22的部分变形、偏转、挠曲或弯曲,以适形于制品10的表面12的构型。
应当理解,当其上带有转印材料22的适形部件24在本文中被描述为正在经历修改时,转印材料22将被类似地修改。因此,如果拉伸其上带有转印材料22的转印部件24(例如),则转印材料(其可以呈图像等的形式)也将被拉伸。如果此后转印部件24的其上带有转印材料22的部分松弛并收缩,则图像也将收缩。
在一些实施方案中,术语“修改”在本文中还可以被指定为包括或排除作为主要类型的修改或作为修改的一方面的转印部件24的厚度的实质压缩(即,压缩转印部件24的未压缩厚度的大于约5%)。然而,应当理解,尽管该修改例如可以是拉伸以对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改的一种,但是转印本身可以依赖于在转印部件24的厚度方向上施加的一定水平的压缩力,以确保用于将转印材料22转印到制品的表面12的良好接触。在一些实施方案中,术语“修改”还可以被指定为排除围绕圆柱形对象弯曲或包裹转印部件24。在此类情况下,除了圆柱形表面的一部分的构型以外,转印部件24可以被称为经修改。也就是说,如果弯曲,则其上带有转印材料22的转印部件24被弯曲,使得其可以具有带有不同的半径和/或曲率轴的部分。
在本文所述的各种不同类型的工艺中,可以存在多个方面,以将转印材料22从转印部件24转印至制品10的表面。如上所述,可以对转印部件24的其上带有转印材料22的部分进行修改。这些方面包括:接触、适形和转印。更具体地,转印操作将涉及使制品10与转印材料22接触的方面。转印操作还可以涉及使转印材料22适形于制品10的目标表面12的构型的方面。转印操作还将涉及将转印材料22从转印部件24转印到制品10的目标表面。这些方面中的一些相对于彼此发生的顺序可以取决于在此使用的工艺的类型而变化。
对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改的方面可以在以下时间中的任一个时间发生:在制品10与转印材料22之间进行接触之前;接触的同时;接触之后;或它们的任何组合。该接触可以通过以下方式中的任一种方式发生:移动制品10以与转印部件24接触;移动转印部件24以与制品10接触;或者使制品10和转印部件24两者移动以彼此接触。
使转印材料22适形于制品10的表面12的构型的方面通常与对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改的方面相关联。在一些情况下,使转印材料22适形于制品10的表面12的构型的方面可以发生在转印材料22与制品10的表面12接触之前,接触的同时或接触之后,或它们的任何组合。
使制品10与转印材料22接触的方面通常发生在转印材料22可以转印到制品10的表面12之前。将转印材料22从转印部件24转印到制品10的表面12的方面可以在使制品10与转印材料22接触同时发生,或者在这之后发生。
可能期望确保转印材料22紧密适形于制品10的表面12。这将减少将在转印材料22中存在褶皱并且空气被捕获或夹带在制品的表面12与转印材料22之间的机会。这也将减少转印材料22的各部分将跨越在表面12的可能在其中具有凹陷的部分之间的机会,而不是在那些凹陷中紧密地粘附到制品的表面。而且,如果在转印材料22与制品之间存在过大的间隙,则粘合剂将不会接触制品10的表面12,并且可能不会将转印材料22的该部分转印到制品10。
除上述内容外,在一些情况下,可能期望在将材料沉积在其上之前和期间任选地预拉伸可延展的转印部件24。然后可在使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面之前,使其暂时松弛。在松弛之后,其上带有转印材料22的转印部件24然后可以被修改,诸如通过拉伸,以使其与制品10的表面适形。当使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面12时,将转印材料22施加到预拉伸的转印部件24可以在对转印材料进行修改(诸如通过拉伸)的后续步骤期间减少或消除对转印材料的任何负面影响。负面影响可包括但不限于损坏转印材料上的任何图像和/或降低图像质量。例如,如果沉积装置26包括喷墨打印机,并且转印部件24在印刷期间未被拉伸,则在印刷期间施加的每英寸墨滴数(DPI)将具有第一值DPI1。在拉伸其上带有转印材料22的转印部件以使其适形于制品10的表面12之后,施加到制品10的表面12的DPI将具有第二值DPI2,该值由于拉伸而减小。然而,如果在印刷工艺期间之前将转印部件24拉伸并保持拉伸状态,则当其上带有转印材料22的转印部件24随后被拉伸以使其适形于制品10的表面12时,在这种情况下施加到制品的表面12的DPI2将大于如果转印部件没有被预拉伸的情况下的该值。在后一种情况下,DPI2可能接近DPI1,或者等于DPI1,或甚至大于DPI1(如果预拉伸大于适形期间的拉伸,则会发生后一种情况)。
在图1A和图2所示的第一类工艺中,在使转印材料22与制品10的表面12接触的步骤之前发生对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改的步骤。更具体地,在接触步骤之前,将转印部件24的部分吸入适形部件40的腔室42中,以对其上带有转印材料22的转印部件24进行修改。
图4A至图4C是图2所示的设备20的适形部件40的腔室42的变型的放大图。在图4A至图4C中,腔室42被示出为处于静止的成形部件40中,而不是如图2所示的连续带的形式。
如图4A所示,三维制品10在腔室42的外部,并且转印部件24被置于腔室42与制品10之间。转印部件24在其上设置有转印材料22,该转印材料从腔室42向外面向制品10。图4A示出了利用真空沿箭头的方向将转印部件24的其上带有转印材料22的部分拉伸和变形(修改)到腔室42中的初始阶段。图4B示出了转印部件24的其上带有转印材料22的部分被完全吸入腔室42中,使得转印部件24的后表面24B与腔室42的表面齐平。图4C示出了使制品10与腔室42对齐,使得制品10的表面12的至少目标部分在腔室42内并且与转印材料22接触。这使图3中所示的面向外的粘合剂52(或者,如果不使用粘合剂,则具有粘合性能的油墨部件54)与制品10的目标表面接触。
然后可能期望采取附加的任选步骤,以使其上带有转印材料22的转印部件24进一步适形于制品10的表面12。这可以通过将转印部件24拉向制品10,或在转印部件24的后表面24B上施加推力,或通过这些力的组合来完成。下图示出了使其上带有转印材料22的转印部件24进一步适形于制品10的表面12的几种非限制性方式。
图5示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24进一步适形于制品10的表面12的一个非限制性实施方案。在该实施方案中,其上带有转印材料22的转印部件24还通过使用气压P穿过多个通道(诸如导管66)在转印部件24的后表面24B上施加推力而适形于制品10的表面12。在该实施方案的一些变型中,在图4A至图4C所示的步骤期间,至少一些导管66可用于将转印部件24吸入腔室42中。在此类实施方案的一些变型中,如图5所示,通道不必是线性的。其中带有腔室42的元件可以具有任何合适构型的通道。例如,此类元件可包括烧结腔室或多孔腔室。在施加气压之后,转印材料22可以更紧密地适形于制品10的表面12的轮廓。
再次参考图2,如果粘合剂52(或具有粘合性能的油墨部件)属于需要固化以完全粘附至制品10的表面12的类型,则粘合剂或油墨部件(视情况而定)可以通过邻近腔室42的能量源50B固化。这将转印材料22粘附到制品10的表面12。在使制品10与其上带有转印材料22的转印部件24接触之后(如图4C所示),在本文设想的用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的任何实施方案之后诸如在图5所示的任选步骤之后。可以使用此类固化步骤。
图6示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密地接触的另一个非限制性实施方案。在该实施方案中,这是通过将转印部件24拉向制品10来完成的。在该实施方案中,使包括封闭腔室72的部件70与转印部件24相邻,以便抵靠其中带有腔室42的适形部件40的部分形成基本上气密的密封。为了将带有封闭腔室72的部件70放置到位,在一些情况下,可能首先需要将传送机30移离转印部件24。另选地,包括封闭腔室72的部件70可以是传送机30的一部分。然后,通过包括封闭腔室72的部件70中的导管74抽真空V。真空V在转印部件24上施加拉力,以使转印部件24的其上带有转印材料22的部分进一步适形于制品10的表面12。
图7A至图7C示出了第一类工艺的另一个实施方案。该实施方案利用具有不同构型的适形部件,该适形部件能够将转印材料22施加到制品10的表面的多个部分。执行该实施方案有几个步骤。首先,将其上带有转印材料22的转印部件24形成为具有内部的管。转印材料22位于管的内表面上。管的初始直径D1应小于制品10的横截面尺寸D。(在图7A中,该初始步骤已经完成。)如图7A所示,然后将管状转印部件24放入具有腔室82的部件80中,该腔室基本上在所有侧部上围绕转印部件24。如图7A所示,然后通过使用真空将转印部件24吸向腔室82的侧部来使其膨胀。如图7B所示,将制品10插入到管状转印部件24内部的腔室82中。释放将管状转印部件24吸向腔室82的侧部的真空或其他力。这使得管状转印部件24接触并且紧密适形于制品10的表面。然后,转印部件24剥离转印材料22,将其转印到制品10的表面12。然后如图7C所示将制品10从腔室中移除。该实施方案提供的优点在于其可以将转印材料22施加到制品的所有侧部上(围绕制品360°)。
III.第二类工艺。
图8示出了另一种类型的设备220和方法,其中可以使转印部件24和制品10彼此接触。图8所示的实施方案可以被认为是图1B的流程图所示的第二类工艺的示例。
如图8所示,设备220包括转印部件24、提供了用于在印刷时支撑转印部件的支撑表面的部件诸如滚筒25、材料沉积装置26、任选的粘合剂沉积装置28、传送机(未示出)和几个间隔开的约束部件90。约束部件可以总体上用附图标记90指定,或更具体地用90A和90B指定。制品10、设备220的取向(水平、竖直或其他取向)、图8所示的设备220的部件(包括转印部件24、沉积装置26(及由此沉积的材料)、任选的粘合剂沉积装置28以及传送机)可以具有任何属性,也可以具有任何形式,并且包括本具体实施方式的前面节段中描述的任何任选的附加装置(诸如任选的装饰工位和能量源)。因此,本文将不再重复对这些部件及其属性的描述。
在图8所示的实施方案中,转印部件24呈幅材的形式,其具有可通过间隔开的约束部件90保持张紧的部分。在这种类型的设备220中,将制品10推入转印部件24中,以便使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面12。图8示出了仅沿制品的一侧延伸的转印部件24。在其他实施方案中,可以提供两个转印部件,其中转印部件设置在制品的两侧上。
约束部件90可以是能够将转印部件24的一部分保持张紧的任何合适类型的部件,使得制品10可以移动到转印部件24的约束部分中,以使转印部件24适形于制品10的表面12的一部分。转印部件的一部分可以被拉紧。在其他情况下,仅需以在将制品推入转印部件24的约束部分中时提供阻力的方式来保持转印部件的该部分。约束部件90还可以确保在构象步骤期间转印部件24的受约束部分的任何拉伸都被隔离,使得转印部件24的相邻部分不被拉伸。在连续工艺中,约束部件90还可以能够允许转印部件24在加工方向上移动。
合适的约束部件90包括但不限于:约束块、夹具和框架(后者可以具有与相框相似的构型)。在图8所示的实施方案中,约束部件90包括约束块,其中约束部件90中的每个包括第一约束部件或第一块诸如第一侧(或前)块90A和第二约束部件或第二块诸如第二侧(或后)块90B。当从侧部(在垂直于转印部件24的表面的横向上看)观察约束部件90A和90B时,它们可能具有间隔条的外观。此类间隔条可以平行于转印部件24的平面取向并且定位在间隔开的转印材料22之间。
在其他实施方案中,诸如图9所示,约束部件90可以处于框架的构型中。在此类情况下,除了间隔开的转印材料22之间的条之外,约束部件90的一部分还将位于转印材料22的上方和下方以形成围绕转印材料22的框架。更具体地,两个间隔开的第一侧约束部件90A可以在其端部处或附近通过一对间隔开的加工方向取向的部件90C连接。同样,两个间隔开的第二侧约束部件90B可以在其端部处或附近通过一对间隔开的加工方向取向的部件90D连接。在图9所示的实施方案中,制品10由制品传送机94传送,该制品传送机具有用于接合制品10的端部诸如顶部和底部的元件96和98。在操作中,将转印部件24送入两个框架90A与90B之间。制品传送机94将制品10推入转印部件24中,以使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面。此类实施方案将提供以下优点:框架结构可以用于隔离转印部件24的受约束部分在所有方向上的拉伸。
约束部件90可接合到约束部件传送机92,该约束部件传送机使第一约束部件和第二约束部件90A和90B在加工方向上移动。约束部件传送机92可与转印部件24一起在加工方向上行进。将转印部件24送入相对的第一与第二块90A和90B之间。第一块和第二块90A和90B可朝向和远离彼此移动,以将转印部件24夹持在其间。第一约束部件和第二约束部件90A和90B也可相对于相邻的一对第一约束部件和第二约束部件90A和90B移动,使得可以调节它们以将适当量的张力置于转印部件24的跨越在相邻约束部件90之间的部分上。约束部件90将转印部件24的一部分隔离,使得当制品10被推入转印部件24的隔离部分时,仅转印部件24的隔离部分被拉伸,而转印部件24的相邻部分未被拉伸。
在夹持之前和之后,在转印部件24与约束部件90之间可能存在相对运动。如果需要,可以使转印部件24以恒定的速度移动通过约束部件90,或者转印部件24的速度可以变化。转印部件24的运动可以是连续的,或者如果需要的话可以是间歇的。在将约束部件90夹持到转印部件24上之后,约束部件将以与转印部件24相同的速度移动。在夹持之后,如果需要,转印部件24和约束部件传送机92可以恒定的速度移动,或者转印部件24的速度可以变化。转印部件24和约束部件传送机92的运动可以是连续的,或者如果需要的话可以是间歇的。制品10通常也将在加工方向上移动,但是也可以具有朝向转印部件24的相对速度,直到完全接触转印部件24为止。在完全接触之后,制品10和转印部件24可以没有相对运动,但是可以一起在加工方向上行进直到转印完成。
图10A示出了制品10,该制品位于沿着转印部件24的长度的、跨越在两对相邻的约束部件对90A与90B之间的部分附近的位置(诸如通过传送机)。图10B示出了将制品10推入转印部件24的该部分中,以便使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面12。可以通过任何合适的机构将制品10推入转印部件24中。例如,类似于图2所示的传送机30的传送机可用于将制品10推入转印部件24中。此类传送机可以包括第一部分,该第一部分成角度以使制品10沿着与制品10在图8中示出为沿着其移动的路径相似的路径进入位置。在制品10接触转印部件24的位置处,传送机可以包括第二部分,该第二部分与转印部件24和约束部件传送机92平行地延伸直到转印完成。另选地,传送机可以是图9所示的制品传送机94的构型。在其他实施方案中,可以使用推动或平移机构将制品10推入转印部件24中。此类机构可以接合到制品传送机,或者当制品10与转印部件24的所需部分对齐时,它可以包括与制品10相邻的机构。合适的推动或平移机构包括但不限于:空气喷嘴、以及连接到伺服马达或线性马达的元件或撞锤。
如在第一类工艺的情况下一样,在第二类工艺中,还可能期望使其上带有转印材料22的转印部件24进一步适形于制品10的表面12。图11示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的一个非限制性实施方案。在该实施方案中,其上带有转印材料22的转印部件24还通过使用气压P在转印部件24的后表面24B上施加推力而与制品10的表面12更紧密接触。
图12示出了用于通过将转印部件24拉向制品10而使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的非限制性实施方案。在该实施方案中,使包括封闭腔室102的部件100与适形部件24相邻,以便围绕转印部件24的约束在成对约束部件90A与90B之间的部分形成基本上气密的密封。另选地,包括封闭腔室102的部件100可以是制品传送机的一部分。然后,通过包括封闭腔室102的部件100中的导管104抽真空V。真空V在转印部件24上施加拉力,以使转印部件24的其上带有转印材料22的部分进一步适形于制品10的表面12。
图13示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的另一个另选机构。图13中所示的机构是数字适形擦拭器110,其包括从保持器114突出的多个元件112。该机构可以类似于轮廓仪构造。元件112可以从保持器114伸出并可以回缩到保持器中。元件112可以是任何合适的构型,包括具有圆形端部的销的构型。元件112可以由任何合适的材料制成,包括但不限于金属或塑料。当将其上带有转印材料22的相对较薄且柔性的转印部件24放置在图13所示的机构110与制品10之间,其中转印部件24上的转印材料22面向制品10时,该机构可用于使转印部件24和转印材料22进一步适形于制品10的表面12。当制品和转印部件24相对于机构移动时,该机构可以改变元件112的位置,以使转印部件适形于制品10的表面12的不同部分。在一些情况下,该机构,诸如数字适形擦拭器110可以是静止的。在其他情况下,机构110可沿着制品10的表面或相对于其移动,以将包埋在转印材料22与制品10的表面12之间的空气挤出。
图14示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的另一个另选机构120。该机构120包括与凸轮124操作地相关联的多个进行关节活动的擦拭器122。从图14所示的方向看,只有一个擦拭器122是可见的。然而,应当理解,在所示的擦拭器后面(在进入页面的方向上)有多个类似的擦拭器122。擦拭器122可在其上具有凸轮从动件126。擦拭器可具有固定端122A和自由端122B,该自由端可移动以跟随制品10的表面的构型。凸轮从动件126与可旋转的凸轮124相互作用,该可旋转的凸轮被构造成跟随制品10的目标表面的构型。制品10可以诸如在图14中所示的弯曲箭头的方向上旋转,或者可以相对于擦拭器122的自由端122B平移(诸如,由直箭头所示)移动。如果期望改变为具有不同构型的制品,则该机构120可以通过用对应于新制品构型的凸轮替换凸轮124而被适配为与新构型的制品一起工作。
图15示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的另一个机构130。该机构130包括气压擦拭器。当制品10被机构130横穿时,该机构使用呈空气管线形式的气压,该空气管线接触转印部件24的后表面24B。在一些情况下,机构130可以是静止的。在其他情况下,机构130可沿着制品10的表面或相对于其移动,以将包埋在转印材料22与制品10的表面12之间的空气挤出。
图16示出了用于使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12更紧密接触的另一个另选机构140。该机构140是气压擦拭器。该机构140包括空气源142、多个单独的空气软管144和喷嘴146。空气喷嘴146可各自通过柔性空气软管144连接到空气源142。空气喷嘴146可以由保持器保持,该保持器允许空气喷嘴朝向和远离制品的表面12(沿箭头的方向)进行关节运动。图16所示的机构类似于图13所示的机构,因为它能够在放置于机构与制品10之间的相对较薄且柔性的转印部件24的后表面24B上的多个位置处施加压力,以便使转印部件24和转印材料22适形于制品的表面。然而,图16所示的实施方案使用多个空气射流而不是用如图13所示的机构中的机械元件施加压力。在一些情况下,此类机构可以是静止的。另选地,它可沿着制品10的表面或相对于其移动,以将包埋在转印材料22与制品10的表面12之间的空气挤出。
图17示出了在图8所示的工艺和设备中用于使转印部件24和转印材料22与制品的表面12更紧密接触的另一种另选机构150。该机构150使用柔顺性元件152在转印部件24的后表面24B上施加推力。适形元件152可以是任何合适类型的部件,包括但不限于柔顺性材料,诸如MEMORY 或可充气的囊状物(在充气状态下显示)。
图18A和图18B示出了在图8所示的工艺和设备中用于使转印部件24和转印材料22与制品的表面12更紧密接触的另一种另选机构160。在该实施方案中,机构160包括成型的支撑元件162,该成型的支撑元件具有表面164,该表面被构造成使转印部件24和其上的转印材料22适形于制品10的目标表面12的形状。图18A示出了在将成型的支撑元件162压靠在转印部件24的后表面24B上的步骤之前,转印部件24与制品的表面部分适形。图18B示出了第二步骤,该第二步骤使用图18A中所示的成型的支撑元件162来使转印部件24和其上的物质22进一步适形于制品10的表面12的形状。
IV.第三类工艺。
图19示出了用于将转印材料22施加到制品10的表面12上的另一个设备320和方法。图19所示的实施方案可以被认为是图1C的流程图所示的第三类工艺的示例。
在图19所示的实施方案中,通过使其上带有转印材料22的转印部件24穿过辊隙170,该辊隙由制品10的表面12和成型元件(诸如成型模具(或简称为“模具”)172)的表面174形成,使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12接触。
如图19所示,设备320包括转印部件24、提供了用于在印刷时支撑转印部件的支撑表面的部件诸如滚筒25、物质沉积装置26、任选的粘合剂沉积装置28和成型模具172。制品10可以通过任何合适类型的传送机移动到辊隙170中。制品10、设备320的取向(水平、竖直或其他)、图19所示的设备320的部件(包括转印部件24、物质沉积装置26(及由此沉积的物质)、任选的粘合剂沉积装置28、任选的能量源、任选的装饰工位和传送机)可以具有本具体实施方式的前面节段中描述的任何属性,因此,本文将不再重复对这些部件及其属性的描述。在图19中以环形带的形式示出了转印部件24,该环形带围绕滚筒25和成型模具172行进。
成型模具172可以是能够与制品10的表面12形成辊隙170并且被构造成迫使其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的目标表面紧密接触的任何合适的部件。成型模具172可具有任何合适的构型。成型模具172可具有表面174,该表面包括平面的、凹的、凸的,或它们的组合的部分。成型模具172的整体构型将取决于模具172在该工艺期间经历的运动。
在制品10与成型模具172之间可以存在任何合适类型的相对运动。制品10可被平移或旋转穿过辊隙170。成型模具172也可被平移或旋转穿过辊隙170。制品10和成型模具172可以通过相同类型的运动来移动(例如,两者都可以旋转;或者两者都可以平移)。在其他实施方案中,制品10和成型模具172的运动类型可以不同。例如,制品10可以通过平移移动,并且成型模具172可以通过旋转移动。另选地,制品10可以旋转并且成型模具172可以通过平移移动。
如图19中的实线箭头所示,成型模具172可以围绕轴线AD旋转,并且制品10可以平移移动。另选地,如虚线箭头所示,成型模具172可以平移移动,并且制品10可以围绕诸如它们自己的轴线的轴线旋转。在后一种情况下,模具172可以是平移板的构型。该板可以平移以匹配制品10的旋转表面速度。
图20示出了图19所示的设备320的变型,其中制品10的目标表面12在其中具有凹面14。在该实施方案中,成型模具172的表面174的一部分可以包括突出部176,该突出部远离轴线AD向外突出。突出部176基本上被构造成迫使其上带有转印材料22的转印部件24紧密接触在制品10的表面12中的凹面14内。具有此类构型的成型模具172在制品10具有非圆柱形横截面的情况下是有用的。
图21A和图21B示出了图19所示类型的设备的两个示例,其具有关于其旋转轴线AD对称的成型元件(轴向对称模具),以用于保持转印部件24与制品10接触。图21A示出了其中辊隙170形成在具有带有凹曲率的表面的制品10与包括带有凸曲率的元件的成型模具172之间的实施方案。图21B示出了其中辊隙形成在具有带有凸曲率的表面的制品10与其中成型模具的至少一部分具有凹面构型的成型模具之间的另选实施方案。如果这些实施方案中的制品10具有非圆形的横截面(例如,椭圆形),则可以安装制品和/或模具的轴线AA,使得当制品和模具旋转以适应制品的构型时,它们可以朝向和/或远离彼此移动。
设备20还可包括沿制品传送机被定位在任何期望位置处的一个或多个附加工位或装置。此类附加装置可包括但不限于用于预处理制品表面的预处理装置,诸如火焰处理、电晕处理和等离子体喷射处理装置。
本文所述的实施方案的众多变型是可能的。例如,图22示出了图8所示实施方案的变型,该变型具有两个转印部件24和24',这些部件能够将单独的转印材料转印至制品10的表面12和12'的两个部分。制品10、设备420的取向(水平、竖直或其他取向)、图8所示的设备220的部件(包括转印部件24、沉积装置26(及由此沉积的材料)、任选的粘合剂沉积装置28以及约束部件)可以具有任何属性,也可以具有任何形式,并且包括结合图8描述的任何任选的附加装置(诸如任选的装饰工位和能量源)。因此,本文将不再重复对这些部件及其属性的描述。
表面12和12’的部分可以是该表面的相对部分(例如,在制品的相对侧上)和/或表面的可以间隔开的部分。相对的两侧例如可以是制品的前部和后部;或者,是制品的两个不同侧部。然而,在此类情况下或在其他情况下,设备能够将材料转印到的表面12和12'的一些或全部部分不必是相对的部分,并且表面12和12’的一些或全部部分可以是连续的,因此没有间隔开。在前者的一个非限制性示例中,一种转印材料可以被施加到制品的前部的至少一部分,并且还可以包裹在制品的底部的一部分周围。另一种转印材料可以被施加到制品的后部的至少一部分上,并且也包裹在制品的底部的一部分周围。由于两种转印材料都包裹在制品的底部的一部分周围,所以包裹在制品的底部周围的部分将不被认为是在制品的相对表面上,因为它们都将被设置在制品的底部上。
在图22所示的实施方案中,提供了两个转印部件24和24’,其中每个转印部件与制品10的侧部之一和其间的制品并排。应当理解,转印部件24和24’可以从不同角度与制品10接触,包括但不限于从制品的侧部枢转,从制品的顶部枢转,从制品的底部枢转或通过平行接合。一旦使转印部件与制品10接触,就可以在两个转印部件24与24’之间插入真空口,并且真空口用于将两个转印部件吸入到与制品的表面更紧密的接触。图22中所示的实施方案可用于连续的高速工艺中,在该工艺中同时装饰多个制品,但是按渐进的定时(每个被加工的制品处于与相邻制品不同的工艺状态中)。
图22A示出了图2所示实施方案的变型,该变型能够将转印材料转印到制品10的表面12和12’的两个部分。图22所示的设备420的在图22A的顶部处的部分类似于图2所示的设备20。然而,图2的底部处的传送机被其中具有一系列第二腔室42'的第二适形部件40'代替。第二转印部件24'可以与制品10的第二表面12'接触。就图22A所示的设备20而言,通过首先对第二转印部件24'进行修改,方法是将第二转印部件24'的其上带有第二转印材料22'的部分拉伸/变形为第二适形部件40'的第二腔室42'之一,使得第二转印材料22'面对制品10的表面12'的第二部分,第二转印部件24’可以与制品10的表面的第二部分接触。然后使制品10对齐,使得制品10的表面12’的第二部分的目标部分在第二腔室42’内。可以认为图22A所示的实施方案是步进梁式执行,它将在相同的时间装饰多个制品。
在图22和图22A所示的实施方案中,可以通过任何合适类型的传送机30在第一与第二转印部件24和24’之间传送制品10。在图23中更详细地示出了可以使用的一种类型的传送机的制品保持器的一部分。如图23所示,制品10可以在它们的顶部和底部处被保持,使得它们的侧部可以被转印部件24和24’接触。基座保持器或平台可以具有任何合适的尺寸和形状。在所示的实施方案中,基座保持器的尺寸小于制品的基座的尺寸。这提供了间隙,使得可以将转印材料至少部分地围绕制品的底表面施加和/或包裹。
图22和图22A所示的设备仅仅是适于将物质转印到制品表面的两个部分的设备的两个示例。可以对本文所述的任何其他设备进行类似的修改,以将物质转印至制品表面的两个或更多个部分。
图22B示出了其中适形部件40在与单个制品接触的单个位置处被引入工艺中的实施方案。如图22B所示,可以通过传送机诸如旋转传送机将制品诸如瓶子10引入工艺中。传送机使制品10与设置在制品10与适形部件40之间的转印部件24接触。在该实施方案中,以通用矩形盒的形式示出了适形部件40。矩形盒代表任何合适类型或构型的适形部件40。此类实施方案特别适用于使用可压缩适形部件诸如泡沫背衬,或适形机构诸如空气射流以及其他适形机构诸如图13至图17所示的那些。
图24示出了设备520的另一种变型的一部分,该设备适于将转印材料施加到制品10的表面12上的单独位置。图24所示的设备的优点在于,它能够使用单套沉积装置26将单独的转印材料22施加到制品10的表面12的不同部分。该设备在制品10的表面12的被施加单独的转印材料22的部分上也提供了很大的柔性。在一些情况下,图24所示的设备可以将转印材料22施加到制品10的表面12的同一侧的两个部分上的间隔开的位置。在其他情况下,图24所示的设备可以将转印材料22施加到制品10的表面12的两个不同侧部上的单独位置。
在该实施方案中,转印部件24可以被运输通过包括物质沉积装置26的印刷工位。然后可以将转印部件24运输通过任选的固化装置和任选的粘合剂施加装置(类似于本文在其他附图中所示的那些)。在将期望的物质施加到转印部件24之后,转印部件24被纵向地分离成单独的幅材。转印部件24可以以任何合适的方式分离成单独的幅材。在一些情况下,转印部件24可包括多个并列的幅材,这些幅材仅被转动,诸如通过使杆178转向以将其分离。在其他情况下,可以将转印部件24切开以分离幅材。在这种情况下,第一幅材,即上幅材241,将转印材料22施加到制品10的表面上的第一部分,诸如上部。第二幅材,即下幅材242,将转印材料22施加到制品10的表面上的第二部分,诸如下部。
图24所示的实施方案不限于将转印部件24分离成两个单独的幅材。转印部件24可以被分离成三个或更多个单独的幅材。另外,在横向上测量时,不需要单独的幅材具有相等的宽度。单独的幅材的宽度可以相对于彼此呈任何合适的比率。该实施方案也不限于将转印材料22施加到制品上的上部和下部。制品10的表面上的两个部分仅需要分离开比将物质施加在转印部件24上期间更大的距离。该实施方案提供的优点在于,单个印刷工位可以创建用于在制品10的表面上的间隔开的位置的转印材料22。
另外,取决于转向杆178的布置,图24中所示的实施方案可用于将转印材料22转印到制品10的两个相对侧(诸如,图22中的12和12')。
图25示出了用于移除夹带在制品10的目标表面12与转印材料22之间的空气的其他任选工艺变型。例如,可以在本文所述的第一类和第二类工艺中使用此类工艺变型。这种变型特别可用于避免在转印材料22与制品10的表面12之间捕获气泡。在该工艺变型中,在转印部件24周围形成气密腔室180。在图25所示的变型中,这可以通过提供形成封闭腔室的两个部件182和184来完成。一般来讲,在转印部件24的两侧上创建平衡的真空,然后通过调节腔室180穿过端口190和192的不同部分中的气压来移除转印材料22与制品10的表面12之间的空气。不论其上带有转印材料22的转印部件24是对空气不可透过还是不透气的,都可以使用该任选的工艺变型,尽管不透气的转印部件24可能是有利的。
图25所示的特定实施方案是在本文所述的第二类工艺中使用该工艺变型的示例。更具体地,在该实施方案中,转印部件24在腔室180内保持张力。然后将制品10推入转印部件24中,以使其上带有转印材料22的转印部件24适形于制品10的表面。
虽然真空被保留在腔室的包围转印部件24的第一表面24A的部分186A中(与制品10相邻的表面),但是在转印部件24的相对表面24B上的腔室的部分186B中,气压增加。这提供了附加的力以将转印部件24推向制品10的表面12。可以以任何合适的方式在转印部件24的相对表面24B上的腔室的部分186B中增加气压,包括通过将腔室的该部分排放到大气中,以及通过端口192向腔室的该部分添加空气。在一些情况下,可能期望在转印部件24的相对表面24B上的腔室的部分186B中具有轻微的正压差,使得在将制品10压入转印部件24中之前,转印部件24朝着制品10弯曲。
然后可以诸如通过UV光等在制品10的表面12上进行转印材料22(或其部分,诸如可固化的粘合剂或清漆)的任何固化。为了通过UV光固化,在转印部件24的与制品10相对的一侧上的部件184可在其中具有窗口194,该窗口由透明材料诸如玻璃、或其他透明材料制成。转印部件24也应当对UV光是透明的。在转印材料22包括可热固化的部件的情况下,可以使用位于腔室186内部的加热元件通过加热来固化该部件。当然,如果粘合剂不是需要通过能量源(诸如压敏粘合剂或两部分粘合剂化学物质)固化的类型,那么就不必使用任何能量源。转印部件24将转印材料22转印到制品10的表面12,然后从与制品10的表面12的接触中移除。这种任选的工艺变型可以减少捕获在其上带有转印材料22的转印部件24与制品10的表面12之间的空气量,使得在将转印材料22粘附到制品10上、之后,没有可见的气泡。
就第一类工艺而言,通过使用其中带有腔室24的元件40,可以对转印部件24的每一侧上的压力进行类似的调节,诸如结合图7所示和所述的包括封闭腔室72的部件70的图6所示和所述的部件。
本文所述的方法和设备对于在带有弯曲表面的制品上进行转印特别有用。例如,不同于将预印刷标签附接到制品诸如瓶子,所述设备和方法可用于将标签的主题转印于制品上。当然,设备和方法不限于将充当标签的主题印刷在制品上。设备和方法还可用于在制品上间接印刷设计等。
本文所述的转印工艺和设备可提供许多优点。然而,应当理解,除非在所附权利要求中阐述,否则此类优点是不需要存在的。该工艺和设备可以能够装饰制品的当前难以通过直接印刷或转印工艺印刷的部分。具体地,本文所述的工艺可能够将转印材料从转印部件转印至带有复杂三维形状和/或具有在高度(或深度)上相差超过有限程度的表面特征结构的制品。与用于转印材料的传统可压缩垫相比,本文所述的转印工艺具有若干优点,包括以下优点:当将转印材料转印到制品时,转印部件24的厚度不会有很大的变化,因此减少了由于可压缩垫上的磨损而导致的印刷图像随时间推移可能发生的变化。本文所述的转印工艺还可提供优于使用常规转印垫来转印材料的方法的优点,其中可将空气捕获在制品表面中的凹陷与转印垫之间。与各种已知方法和通过此类方法生产的制品相比,这些以及至少一些其他区别和优点在下文进行描述。
本文所述的转印方法和制品提供了优于热转印标签工艺和丝网印刷工艺以及由此形成的制品的优点,因为据信热转印标签工艺和丝网印刷工艺不能在如本文所述的三维制品的表面的多个部分上形成连续图像。本文所述的转印方法和制品提供了优于真空升华工艺和水文工艺以及由此形成的制品的优点。通过真空升华工艺施加到制品的油墨被渗透到制品的表面中,并且通过水文(水转印)工艺施加到制品的油墨被蚀刻到制品的表面中。与通过本文所述的将油墨施加在表面的顶部上的转印方法形成的制品相比(并且可以遵循表面上的任何轮廓,诸如在塑料表面上可能会出现的小波纹),这使得这些制品不太适合或不适于再循环利用(需要移除油墨),但是不会渗入表面中,并且因此可以基本上完全移除以进行再循环利用和/或在再循环利用过程期间使用。
本文所述的转印方法和制品提供了优于水文工艺以及由此形成的制品的附加优点。此类工艺相对缓慢并且涉及:制备基底的表面;底涂表面;喷漆表面;以及通过制备据信利用溶剂基油墨的水溶性聚乙烯醇印刷膜、将该膜放置在水浸槽中、向该膜施加活化剂溶液以软化该基底上的底涂层、将基材浸入膜顶部上的水中以将印刷品从膜转印到基底、冲洗并且干燥基底以及施加透明涂层来处理基底。本文所述的转印方法在非水环境中发生,其中制品的没有任何部分至少部分地浸没在水中(这需要将制品冲洗并且干燥)。本文所述的制品可不含可软化的底涂层和活化剂(例如,残余活化剂)。
本文所述的转印方法和制品也可与预印刷的热成形品区分开。预印刷的热成形品是通常由塑料制成的制品。在印刷制品之后,将其上带有印刷物的制品热成形(放置在烤箱中并且成型)为期望的构型。结果,制品和其上的印刷品通常在热成形工艺期间被拉伸相同的量。就本文所述的转印方法和制品而言,制品,诸如吹塑塑料容器,可能已经在成形期间(在吹塑工艺期间)被拉伸。转印材料在施加到制品的表面期间可以被拉伸。结果,塑料容器通常将被拉伸与转印材料不同的量。
在将转印材料22转印到制品10之后,可以通过传送机将制品转移到另一个传送机或设备以用于进一步处理。例如,如果制品10为瓶子,则瓶子可从传送机转移到填充机和压盖机。
实施例
以下是硫醇-丙烯酸酯和硫醇-烯丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物的非限制性实施例。
1.硫醇-丙烯酸酯
2.硫醇-烯-丙烯酸酯
3.硫醇-烯-丙烯酸酯(具有两种不同官能度的硫醇)
附加的添加剂可包括润湿剂、表面活性剂、无机填料,并且粘度调节剂可添加到上述基础制剂中。
比较例1:丙烯酸酯制剂
上述硫醇-烯和硫醇-丙烯酸酯两者的制剂的固化剂量低于丙烯酸酯制剂的固化剂量。其中固化剂量是所需的UV能量密度,单位为J/cm2,以便实现C双键的最大可能转化或至少90%的C双键被转化。下表中示出了示例剂量的汇总(C双键转化的傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量)。如下所示,实施例1的固化剂量可以是比较例1的固化剂量的约三分之一。
测得的固化剂量
实施例 | 制剂 | 测得的固化剂量(mJ/cm<sup>2</sup>) |
比较例1 | 丙烯酸酯基制剂(链增长) | 368 |
1 | 硫醇-丙烯酸酯(逐步生长) | 103 |
在相同的UV强度条件下,具有较低固化剂量的制剂在较短的暴露时间段内表现出完全转化。在一些情况下,制剂可以在小于或等于一秒的时间内基本上完全固化。
本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反,除非另外指明,否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如,公开为“90°”的量纲旨在表示“约90°”。
应当理解,贯穿本说明书给出的每一最大数值限度包括每一较低数值限度,如同此类较低数值限度在本文中明确写出。贯穿本说明书给出的每一最小数值限度将包括每一较高数值限度,如同此类较高数值限度在本文中明确写出。贯穿本说明书给出的每一数值范围将包括落在此类较宽数值范围内的每一较窄数值范围,如同此类较窄的数值范围全部在本文中明确写出。
本发明的具体实施方式中所引用的所有文件的相关部分均以引用方式并入本文;对于任何文件的引用均不应当被解释为承认其是有关本发明的现有技术。当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时,应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。
虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案,但是对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出多个其它变化和修改。因此,本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。
Claims (11)
1.一种用于将转印材料施加到三维制品的表面上的方法,所述方法包括:
提供具有表面的至少一个三维制品;
提供包括喷墨印刷头的至少一个沉积装置;
提供带有初始尺寸、表面和初始构型的转印部件;所述方法的特征在于其还包括:
用所述沉积装置将材料沉积到所述转印部件的表面的一部分上,以在所述转印部件上形成转印材料,其中所述转印材料的至少一部分包含可UV固化的可喷墨组合物,所述可UV固化的可喷墨组合物包括硫醇-丙烯酸酯组合物、硫醇-烯-丙烯酸酯可喷墨组合物,或它们的组合,其中所述转印材料具有外表面,并且所述可UV固化的组合物在所述转印材料的外表面上;
将其上带有所述转印材料的所述转印部件和所述制品中的至少一者朝向另一者移动,使得带有所述转印材料的所述转印部件与所述制品的一部分接触,使得所述转印材料的外表面邻近所述制品的表面;
提供UV辐射源;
用所述UV辐射源至少部分地固化所述可UV固化的组合物;以及
将所述转印材料从所述转印部件转印到所述制品的表面上,
其中所述固化发生在所述制品与所述转印材料接触直到所述转印材料从所述转印部件转印到所述制品的表面上之间的时间段期间。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述可UV固化的可喷墨组合物包含喷墨油墨。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述可UV固化的可喷墨组合物包含可喷墨的粘合剂。
4.根据权利要求1所述的方法,其中:
所述转印部件至少部分地对UV辐射是可透过的;
所述UV辐射源被定位成使得所述转印部件设置在所述UV辐射源与所述可UV固化的组合物之间;并且
用所述UV辐射源至少部分地固化所述可UV固化的组合物的所述步骤包括使所述UV辐射穿过所述转印部件,以至少部分地固化所述可UV固化的组合物。
5.根据权利要求4所述的方法,其中提供至少一个沉积装置的所述步骤包括提供第一沉积装置和第二沉积装置,其中所述沉积装置中的至少一者包括喷墨印刷头,并且用所述沉积装置将材料沉积到所述转印部件的表面的一部分上的所述步骤包括用所述第一沉积装置将油墨沉积到所述转印部件的表面的一部分上,并且然后用所述第二沉积装置将粘合剂沉积到所述油墨的至少一部分上,其中所述可UV固化的可喷墨组合物包含所述油墨和所述粘合剂中的至少一者,并且用于沉积所述可UV固化的可喷墨组合物的所述沉积装置包括喷墨印刷头。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述UV可喷墨的组合物至少包含所述粘合剂,并且用所述UV辐射源至少部分地固化所述可UV固化的可喷墨组合物的所述步骤包括通过使UV能量穿过所述转印部件和所述油墨而至少部分地固化所述粘合剂。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述UV辐射包括具有大于或等于400nm、优选大于或等于400nm且小于或等于700nm的波长的波。
8.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括在带有所述转印材料的所述转印部件与所述制品的一部分接触之后,将所述转印材料重新定位在所述制品的表面上。
9.一种三维制品,所述三维制品具有表面且带有接合到所述表面的印刷材料,其中所述材料从所述制品的表面向外包括:
粘合剂,所述粘合剂包含硫醇-丙烯酸酯粘合剂组合物、硫醇-烯-丙烯酸酯粘合剂组合物,或它们的组合;以及
在所述粘合剂上的油墨沉积物,使得所述粘合剂被定位在所述制品的表面与所述油墨之间。
10.一种硫醇-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物,其由包含以下物质的成分构成:
a.50%至90%的丙烯酸酯单体;以及
b.10%至50%的多官能硫醇,
其中所述组合物中的所有单个成分具有小于或等于10000g/mol的重均分子量。
11.一种硫醇-烯-丙烯酸酯可喷墨粘合剂组合物,其由包含以下物质的成分构成:
a.10%至40%的丙烯酸酯单体;
b.10%至50%的多官能硫醇;以及
c.20%至70%的双官能烯单体、多官能烯单体,或它们的组合,其中所述组合物中的所有所述单个成分具有小于或等于10000g/mol的重均分子量。
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