CN111452496A - 一种印刷设备及印刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种印刷设备及印刷方法，涉及平面印刷技术领域。该印刷设备，包括：涂布机构和承印机构，所述涂布机构包括：涂布辊、匀墨辊和窜墨辊，所述匀墨辊和窜墨辊分别作用在涂布辊上；其中，所述涂布辊、匀墨辊和窜墨辊与液态金属之间的附着力关系满足：涂布辊≥窜墨辊＞匀墨辊，或者是，涂布辊＞窜墨辊≥匀墨辊。本发明提出了一种印刷设备，该印刷设备可以实现涂布辊上附着最大量的液态金属，并且可以由窜墨辊驱使液态金属沿涂布辊的轴向进行分布，以及通过匀墨辊使附着在涂布辊上的液态金属平整，从而达到满足液态金属印刷的需求。

Description

一种印刷设备及印刷方法

技术领域

本发明属于平面印刷技术领域，尤其涉及一种印刷设备及印刷方法。

背景技术

液态金属一般泛指在室温条件下呈流体状态的低熔点金属，由于其兼具流体和良导体等特性，使其可利用打印、印刷、喷涂等方式实现柔性电子、平面电子等产品的制作。

液态金属虽然具有上述优势，但其对于附着材料具有极高的选择性，无法良好地应用于目前市面上的任何一款印刷设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种印刷设备,以解决现有技术中缺乏印刷液态金属的设备的问题。

在一些说明性实施例中，所述印刷设备，包括：涂布机构和承印机构，所述涂布机构包括：涂布辊、匀墨辊和窜墨辊，所述匀墨辊和窜墨辊分别作用在涂布辊上；其中，所述涂布辊、匀墨辊和窜墨辊与液态金属之间的附着力关系满足：涂布辊≥窜墨辊>匀墨辊，或者是，涂布辊>窜墨辊≥匀墨辊。

在一些可选地实施例中，所述涂布辊的表面材质为丁腈橡胶；所述匀墨辊的表面材质为聚四氟乙烯；所述窜墨辊的表面材质为聚氨酯。

在一些可选地实施例中，所述承印机构包括与所述涂布辊形成配合的承印台或承印辊。

本发明提出了一种印刷设备，该印刷设备中的涂布机构包括涂布辊、匀墨辊和窜墨辊；其中，涂布辊、匀墨辊和窜墨辊与液态金属之间的附着力关系满足涂布辊≥窜墨辊>匀墨辊，或者是，涂布辊>窜墨辊≥匀墨辊。通过该辊组的设置可以实现涂布辊上附着最大量的液态金属，并且可以由窜墨辊驱使液态金属沿涂布辊的轴向进行分布，以及通过匀墨辊使附着在涂布辊上的液态金属平整，从而达到满足液态金属印刷的需求。

本发明的另一个目的在于提出一种印刷方法，应用于印刷设备，所述印刷设备包括涂布机构和承印机构，所述涂布机构包括涂布辊、匀墨辊和窜墨辊；其中，所述匀墨辊和窜墨辊分别作用在涂布辊上；步骤S1、在所述涂布辊上添加液态金属油墨；步骤S2、通过所述匀墨辊和所述窜墨辊使附着于所述涂布辊上的液态金属油墨均匀平整；其中，在所述液态金属油墨沿轴向分布在所述涂布辊的表面后，分离所述窜墨辊与所述涂布辊；步骤S3、印刷，通过所述承印机构和所述涂布辊在承印基材上印制液态金属油墨。

在一些可选地实施例中，所述印刷方法，还包括：步骤S4、再次匀墨，利用所述窜墨辊破坏附着在所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜，使所述涂布辊上的液态金属油墨呈颗粒状，以及利用所述匀墨辊使所述涂布辊上的液态金属油墨平整，然后返回步骤S3。

在一些可选地实施例中，所述步骤S4的过程中，具体包括：在利用所述窜墨辊破坏附着于所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜后，分离所述窜墨辊与所述涂布辊。

在一些可选地实施例中，所述步骤S4的过程中，还包括：通过控制所述窜墨辊与所述涂布辊保持在第一接触程度，破坏附着在所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜。

在一些可选地实施例中，所述涂布辊为胶辊；所述窜墨辊与所述涂布辊的第一接触程度表现为：所述窜墨辊与所述涂布辊的圆心距比所述窜墨辊与所述涂布辊的半径之和小0.1-1mm。

在一些可选地实施例中，所述步骤S2的过程中，包括：控制所述匀墨辊与所述涂布辊之间保持在第二接触程度、以及控制所述窜墨辊与所述涂布辊之间保持在第三接触程度；其中，所述匀墨辊与所述涂布辊的第二接触程度表现为：所述匀墨辊与所述涂布辊之间的接触压力在20N–250N；所述窜墨辊与所述涂布辊的第三接触程度表现为：所述窜墨辊与所述涂布辊的圆心距比所述窜墨辊与所述涂布辊的半径之和小0.1-1mm。

在一些可选地实施例中，所述步骤S3的过程中，包括：使所述承印基材与所述涂布辊之间保持在第四接触程度，所述第四接触程度表现为所述承印基材与所述涂布辊之间的接触压力在100N–200N。

本发明提出了一种印刷方法，该印刷方法通过在步骤S2中窜墨辊完成液态金属在涂布辊上的轴向分布后，分离与涂布辊接触配合的窜墨辊，避免涂布辊上附着的液态金属上形成刮痕，影响最终的液态金属印刷质量。

附图说明

图1是本发明实施例中的印刷设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中的印刷方法的流程图；

图3是本发明实施例中的印刷方法的流程图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明公开了一种印刷设备，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例中的印刷设备的结构示意图。该印刷设备，包括：涂布机构100和承印机构200；其中，涂布机构100包括：涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103，涂布辊101用以粘附液态金属油墨，并与承印基材的表面印制液态金属油墨；匀墨辊102用以与涂布辊101形成配合，将粘附于涂布辊101上的液态金属油墨沿涂布辊101的周面匀平；窜墨辊103用以与涂布辊101形成配合，将粘附于涂布辊101上的液态金属油墨沿涂布辊101的轴向分布。其中，涂布辊101与液态金属油墨之间的附着力F1、匀墨辊102与液态金属油墨之间的附着力F2、窜墨辊103与液态金属油墨之间的附着力F3，F1、F2、F3之间的关系满足：F1≥F3＞F2，或者是，F1＞F3≥F2。在满足上述辊组与液态金属油墨之间的附着力关系的情况下，可以提高液态金属油墨的印制效果，降低液态金属油墨的非印刷消耗。

辊组中的各辊的表面材质在满足上述关系的情况下，采用如不锈钢、各种高分子、大理石、石英、木材、玻璃等任何材料。

在一个具体地实施例中，涂布辊101的表面材质可选用丁腈橡胶，丁腈橡胶对于液态金属油墨而言，表现为亲和液态金属油墨，具有较好的粘附性。匀墨辊102的表面材质可选用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯对于液态金属油墨而言，表现为疏离液态金属油墨，该材质表面不粘附液态金属油墨。窜墨辊103的表面材质可选用聚氨酯，聚氨酯对于液态金属油墨而言，具有一定的粘附性，但远不如丁腈橡胶对于液态金属油墨的粘附性。

通过上述涂布机构100的辊组材质选择，涂布辊101上的丁晴橡胶可以使几乎全部的液态金属油墨附着在涂布辊101上，而与涂布辊101配合的匀墨辊102上的聚四氟乙烯不粘附液态金属油墨的特性进一步保障了液态金属油墨更多的粘附在涂布辊101上的丁晴橡胶表面，而窜墨辊103的表面的聚氨酯则可以带动涂布辊101上的液态金属油墨沿轴向分布，并且由于聚氨酯对于液态金属油墨的附着力远小于丁晴橡胶，因此可以使窜墨辊103随涂布辊101联动的过程中，只在表面附着极少量的液态金属油墨，进一步保障了液态金属油墨更多的粘附在涂布辊101上的丁晴橡胶表面，以及对液态金属油墨的均布。

该辊组对于液态金属油墨而言，具有较好的印制效果、匀墨效果和窜墨效果。该实施例中，涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103可整体采用上述材质制成，亦可以在各辊的作用表面形成上述材质的层结构，层厚可根据实际制作进行考虑设计。具体地，涂布辊101表面形成有丁晴橡胶层，匀墨辊102表面形成有聚四氟乙烯层，窜墨辊103表面形成有聚氨酯层。

本发明采用该实施例中表面材质的涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103三者配合的辊组，相比采用符合上述涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103与液态金属油墨之间的附着力关系的其它实施例而言，在较大程度上提升了液态金属油墨的印制效果，保障了印刷设备的可靠性和稳定性。

具体地，涂布辊101可由驱动机构带动下转动，匀墨辊102和窜墨辊103在于涂布辊101接触后，在涂布辊101的带动下实现联动；其中，窜墨辊103在于涂布辊101联动的过程中，同时由其它驱动机构控制其沿自身的轴向移动，从而实现在涂布辊101上的轴向窜墨效果。优选地，涂布辊101的位置固定，匀墨辊102和窜墨辊103自身位置为可调结构，可由控制机构的驱使下，实现与涂布辊101的接触与分离，以及具体的接触程度。接触程度可表现为两者的接触压力和/或间距。

优选地，匀墨辊102可位于涂布辊101的斜上方，匀墨辊102与涂布辊101之间的圆心连线与水平方向呈0°-70°的夹角，可在两者之间实现液态金属油墨的上料；窜墨辊103可作用于涂布辊101向上转动的区间，可以避免涂布辊101在接触承印前，由于窜墨辊103的轴向作用在附着于涂布辊101上的液态金属油墨上产生刮痕，影响液态金属印制效果。

本发明中的涂布机构100除涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103之外，还可以配置其它作用的辊，例如用于上料的传墨辊等。出于另一方面考虑，由于液态金属油墨在空气中极易发生氧化反应，在液态金属油墨的表面产生致密的金属氧化膜，虽然该金属氧化膜非常薄，但对于印刷质量存在较大的影响，因此，在一些优选实施例中，涂布机构100可只由涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103三个辊子构成辊组，可以有效地降低液态金属油墨与空气的接触面积，降低液态金属在辊组上的传递时间，从而有效弱化液态金属在空气中的氧化影响。

本发明实施例中的承印机构200可采用平面结构的承印台，又或者采用圆形结构的承印辊；优选地，承印机构200采用承印辊，可与涂布辊101之间形成圆压圆的作用关系，提高涂布辊101在承印基材上的印制效果。其中，承印机构200可通过控制机构向涂布辊101靠近或远离，使夹持在两者之间的承印基材与涂布辊101之间形成相应的接触压力。

本发明实施例中的液态金属油墨主要采用熔点不高于180℃的低熔点金属，尤其适用于室温液态金属，如镓单质、镓铟共晶合金、镓铟锡共晶合金等，可在常温环境下即可实现印制；对于熔点高于室温、低于180℃的低熔点金属，如铋基合金等可通过设置加热装置保持低熔点金属呈可印刷的液体状态。对此，印刷设备应整体采用耐温部件，并且本发明实施例中的辊子的表面材料丁腈橡胶、聚四氟乙烯和聚氨酯可在该温度范围内保持其原本的性质。

优选地，本发明实施例中的液态金属油墨可为液态金属与功能性微纳米颗粒均匀混合得到的流体或浆体，功能性微纳米颗粒可以为金属颗粒、也可以选用非金属颗粒，从而调整/增加液态金属油墨的性能，金属颗粒可如铁、铁的氧化物、镍、铜、银、银包铜、铁氧化物等中的一种或多种，选用铁粉或铁的氧化物的粉体可增加液态金属油墨的导磁性，选用镍粉可提升液态金属油墨的金属光泽，选择铜、银或银包铜可提升液态金属油墨的导电性。掺杂非金属颗粒可仅用以调整液态金属油墨的粘稠度，亦或者根据非金属颗粒的自身特性，提升或降低液态金属油墨的特性，如降低其导电性。在另一些实施例中，液态金属油墨亦可为液态金属与高分子液混合形成的流体或浆体。

本发明提出了一种印刷设备，该印刷设备中的涂布机构包括涂布辊、匀墨辊和窜墨辊；其中，涂布辊、匀墨辊和窜墨辊与液态金属之间的附着力关系满足涂布辊≥窜墨辊>匀墨辊，或者是，涂布辊>窜墨辊≥匀墨辊。通过该辊组的设置可以实现涂布辊上附着最大量的液态金属，并且可以由窜墨辊驱使液态金属沿涂布辊的轴向进行分布，以及通过匀墨辊使附着在涂布辊上的液态金属平整，从而达到满足液态金属印刷的需求。

本发明的另一个目的在于提出一种印刷方法，应用于印刷设备，所述印刷设备包括涂布机构100和承印机构200，所述涂布机构100包括涂布辊101、匀墨辊102和窜墨辊103；其中，所述匀墨辊102和窜墨辊103分别作用在涂布辊101上；承印机构200可采用承印台或承印辊。该印刷设备的位置、结构及控制可参考上述实施例。优选地，本发明实施例中的印刷方法可直接应用于本发明所提出的印刷设备上。

如图2，印刷方法，包括：

步骤S1、上料，在涂布辊101上添加液态金属油墨；

步骤S2、匀墨，通过匀墨辊102和窜墨辊103使附着于涂布辊101上的液态金属油墨均匀平整；

其中，在液态金属油墨沿轴向分布在涂布辊101的表面后，分离窜墨辊102与涂布辊101，从而撤销窜墨辊102在涂布辊101上的作用力，避免印刷时涂布辊101上的液态金属油墨产生刮痕；

步骤S3、印刷，通过承印机构200和涂布辊101在承印基材上印制液态金属油墨。

本发明提出了一种印刷方法，该印刷方法通过在步骤S2中窜墨辊完成液态金属在涂布辊上的轴向分布后，分离与涂布辊接触配合的窜墨辊，避免涂布辊上附着的液态金属上形成刮痕，影响最终的液态金属印刷质量。

如图3，在一些实施例中，印刷方法，还可包括：

步骤S4、再次匀墨，利用窜墨辊103破坏附着在涂布辊101上的液态金属油墨表面上的氧化膜，使涂布辊101上的液态金属油墨呈颗粒状，以及利用匀墨辊103使涂布辊101上的液态金属油墨平整，然后返回步骤S3。然后可通过循环步骤S3和步骤S4实现液态金属油墨的重复印刷。

其中，窜墨辊103在步骤S2匀墨的过程中可在表面同样形成薄薄的一层氧化膜，该氧化膜对于拖动液态金属油墨表面上的氧化膜具有极好的效果，破坏效果最佳。

具体地，在利用窜墨辊103破坏附着于涂布辊101上的液态金属油墨表面上的氧化膜后，分离窜墨辊103与涂布辊101，避免窜墨辊103持续破坏液态金属油墨。

当需要再次上料时，只需要再次进行步骤S2的过程即可。

在一具体实施例中，印刷设备在初始状态下，匀墨辊102与涂布辊101之间保持第二接触程度，窜墨辊103与涂布辊101分离，此时承印机构200与涂布辊101之间远离，然后涂布辊101以设定速度转动，带动匀墨辊102跟随转动，进入上料工序；

其中，第二接触程度可表现为匀墨辊102与涂布辊101之间的接触压力在20N–250N的范围区间，可对液态金属油墨的快速匀平起到良好的作用，可具体设为20N、25N、42N、80N、85N、130N、145N、180N、250N等；优选地，匀墨辊102与涂布辊101之间的接触压力设为120N，其匀墨平整度和匀墨效率最佳。

上料工序，在匀墨辊102与涂布辊101之间朝上的配合面添加调配好的液态金属油墨，液态金属油墨在匀墨辊102的作用下在涂布辊101上展开，此时启动窜墨辊103并驱动窜墨辊103与涂布辊101之间保持第三接触程度，窜墨辊103跟随涂布辊101转动，并沿轴向运动，进入匀墨工序。

其中，第三接触程度可表现为窜墨辊103与涂布辊101的圆心距比窜墨辊103与101涂布辊的半径之和小0.1-1mm。该涂布辊101为胶辊，其表面具有一定的弹性，达到第三接触程度时窜墨辊103挤压涂布辊101达到上述程度。

匀墨工序，在匀墨辊102和窜墨辊103的作用下使液态金属油墨在涂布辊101上快速均匀平整；其中，窜墨辊103在液态金属油墨分布满涂布辊101的轴向后即分离，消除液态金属油墨上的刮痕后进入印刷工序。

印刷工序，待匀墨工序完成后快速(如5s-20s区间)将承印基材送入承印机构200与涂布辊101之间的区域，承印机构200通过感光或重力的方式检测承印基材，从而快速地带动承印基材向涂布辊101靠近，并与涂布辊101之间通过承印基材形成第四接触程度，从而使涂布辊101在第四接触程度的作用力下在承印基材上印制液态金属油墨，印制完成后，承印机构200远离涂布辊101。

其中，第四接触程度可表现为承印基材与涂布辊101之间的接触压力在100N–200N。例如100N、120N、150N、160N、170N、180N、200N等；优选地，承印基材与涂布辊101之间的接触压力设为160N，印制效果最佳。

再次匀墨工序，再次启动窜墨辊103并驱动窜墨辊103与涂布辊101之间保持第一接触程度，窜墨辊103跟随涂布辊101转动，通过窜墨辊103的轴向移动破坏液态金属油墨表面的氧化膜，破坏完成后再次分离，通过匀墨辊102匀平后可再次印刷，进入印刷工序。第一接触程度可与上述第三接触程度相同。

优选地，本发明实施例中的印刷方法中，第一接触程度与第三接触程度为同一参数，窜墨辊103与涂布辊101的圆心距比窜墨辊103与101涂布辊的半径之和小0.1-0.3mm。第二接触程度为匀墨辊102与涂布辊101之间的接触压力设为120N；第四接触程度为承印基材与涂布辊101之间的接触压力设为160N，本发明实施例中的印刷设备在该参数控制下具有最佳的印刷效果。

具体地，参照以下试验数据：

本发明实施例中提出了一种印刷设备和印刷方法，可以解决液态金属的印刷问题，并且可以达到良好的液态金属印刷效果。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种印刷设备，用于印刷液态金属，所述印刷设备包括：涂布机构和承印机构，其特征在于，所述涂布机构包括：涂布辊、匀墨辊和窜墨辊，所述匀墨辊和窜墨辊分别作用在涂布辊上；其中，所述涂布辊、匀墨辊和窜墨辊与液态金属之间的附着力关系满足：涂布辊≥窜墨辊＞匀墨辊，或者是，涂布辊＞窜墨辊≥匀墨辊。

2.根据权利要求1所述的印刷设备，其特征在于，所述涂布辊的表面材质为丁腈橡胶；所述匀墨辊的表面材质为聚四氟乙烯；所述窜墨辊的表面材质为聚氨酯。

3.根据权利要求1所述的印刷设备，其特征在于，所述承印机构包括与所述涂布辊形成配合的承印台或承印辊。

4.一种印刷方法，其特征在于，应用于印刷设备，所述印刷设备包括涂布机构和承印机构，所述涂布机构包括涂布辊、匀墨辊和窜墨辊；其中，所述匀墨辊和窜墨辊分别作用在涂布辊上；

步骤S1、在所述涂布辊上添加液态金属油墨；

步骤S2、通过所述匀墨辊和所述窜墨辊使附着于所述涂布辊上的液态金属油墨均匀平整；

其中，在所述液态金属油墨沿轴向分布在所述涂布辊的表面后，分离所述窜墨辊与所述涂布辊；

步骤S3、印刷，通过所述承印机构和所述涂布辊在承印基材上印制液态金属油墨。

5.根据权利要求4所述的印刷方法，其特征在于，还包括：

步骤S4、再次匀墨，利用所述窜墨辊破坏附着在所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜，使所述涂布辊上的液态金属油墨呈颗粒状，以及利用所述匀墨辊使所述涂布辊上的液态金属油墨平整，然后返回步骤S3。

6.根据权利要求5所述的印刷方法，其特征在于，所述步骤S4的过程中，具体包括：

在利用所述窜墨辊破坏附着于所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜后，分离所述窜墨辊与所述涂布辊。

7.根据权利要求5所述的印刷方法，其特征在于，所述步骤S4的过程中，还包括：通过控制所述窜墨辊与所述涂布辊保持在第一接触程度，破坏附着在所述涂布辊上的液态金属油墨表面上的氧化膜。

8.根据权利要求7所述的印刷方法，其特征在于，所述涂布辊为胶辊；

所述窜墨辊与所述涂布辊的第一接触程度表现为：所述窜墨辊与所述涂布辊的圆心距比所述窜墨辊与所述涂布辊的半径之和小0.1-1mm。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的印刷方法，其特征在于，所述步骤S2的过程中，包括：

控制所述匀墨辊与所述涂布辊之间保持在第二接触程度、以及控制所述窜墨辊与所述涂布辊之间保持在第三接触程度；

其中，

所述匀墨辊与所述涂布辊的第二接触程度表现为：所述匀墨辊与所述涂布辊之间的接触压力在20N–250N；

所述窜墨辊与所述涂布辊的第三接触程度表现为：所述窜墨辊与所述涂布辊的圆心距比所述窜墨辊与所述涂布辊的半径之和小0.1-1mm。

10.根据权利要求4-8中任一项所述的印刷方法，其特征在于，所述步骤S3的过程中，包括：

使所述承印基材与所述涂布辊之间保持在第四接触程度，所述第四接触程度表现为所述承印基材与所述涂布辊之间的接触压力在100N–200N。

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