CN111655502B - 激光印刷法 - Google Patents

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Abstract

印刷法，其中将待印刷基底布置在具有墨层的墨水载体对面，其中以在墨层中形成凸起的方式局部加热墨层，其中所述凸起接触基底，并且其中通过基底与墨水载体之间的相对运动引起墨水分割。

Description

激光印刷法
发明领域
本发明涉及一种在基底上印刷的方法，其中根据指定图案(mandated pattern)将墨水(ink)从墨水载体转移到基底上，首先用转移装置将墨水从储墨器转移到墨水载体上。本发明还涉及一种印刷机，其包含用于根据指定图案将墨水转移到待印刷基底上的墨水载体，也涉及用于将墨水转移到墨水载体上的转移装置。
发明背景
从专利说明书US 6,241,344 B1中已知一种印刷基底的方法，其中将墨滴从涂有墨水的载体抛射到待印刷基底上。为了转移墨水，在待印刷的基底位置，将能量透过载体引入载体上的墨水中。这造成一部分墨水或墨水中存在的液体汽化，因此墨水与载体分离。由于汽化的墨水的压力，由此离开的墨滴被抛射到基底上。
通过以定向方式引入能量，有可能据此根据待印刷的图案将墨水转移到基底上。例如通过激光引入转移墨水所需的能量。承载施加的墨水的载体是例如循环条带(circulating ribbon)，在印刷区前借助施加装置将墨水施加到其上。激光器位于循环条带内部，因此激光在背向墨水的一侧作用于载体。例如通过浸在储墨器中的辊实现将墨水施加到墨水载体上。
这种类型的印刷机也从专利说明书US 5,021,808 A中获知。也根据这一文献的教导，使用施加装置将墨水从储存容器施加到循环条带上，在循环条带内存在激光器，借此在指定位置汽化墨水并相应地抛射到待印刷基底上。条带在这种情况下由对激光透明的材料制成。为了墨水的定向汽化，有可能用吸收层涂布循环条带，在其中吸收激光并转化成热，因此在暴露于激光的位置将墨水汽化。
当使用上述方法以借助激光将液体墨水转移到对面的基底上时，结果通常产生界限不清晰的“点”，其具有许多邻近星点(satellites)(喷溅物(splashes))。此外，需要大量能量以使墨滴离开墨水带上的载墨层，然后将其在自由飞行中传送到对面的基底上。由于(尤其为了实现可接受地高的印刷速度)必须使用非常强力的激光，因此提高了成本并限制可能的用途。
发明目的
通过比较，本发明的目的是提供一种印刷法，更特别是激光印刷法，其中至少减少现有技术的上述缺点。
本发明的一个特定目的是使印刷所需的能量输入最小化并改善印刷图像。
发明概述
已根据权利要求1的主题实现本发明的目的。
由从属权利要求的主题、说明书和附图显而易见本发明的优选实施方案。
本发明涉及一种印刷法，其中将待印刷基底布置在具有墨层的墨水载体对面。本发明更特别涉及一种在线印刷法。
基底与施加在墨水载体上的墨水相距一定的间隙。
所用基底可包含柔性片状结构，更特别是膜、非织造物、纸、卡片或纺织材料。
所用基底也可以是刚性材料，更特别是板形式的材料，例如塑料、玻璃或陶瓷的片材。
以在墨层中形成凸起(bulges)的方式局部加热墨层。
特别地，借助激光加热墨层，其透过墨水载体(优选逐行)局部加热墨层，因此特别借助汽化的成分，将墨水加热并形成凸起。
所用激光特别可以是开关激光(switched laser)。根据一个实施方案，激光生成点网格，其形成印刷图像。根据另一实施方案，激光成行运行。点和线的组合同样是可能的。
但是，不以分割出(split off)形成的墨水粒子并朝基底方向抛射的方式加热用于生成印刷图像的墨层。
相反，能量输入低到仅形成跨越墨水载体与基底之间的间隙的凸起。
根据本发明，凸起接触基底，并通过基底与墨水载体之间的相对运动引起墨水分割(ink splitting)。
墨水分割是墨水转移过程，特别是其中墨滴转移到基底上，其永久附着于此并形成印刷点或印刷线。
因此不仅通过激光，还通过该凸起附着于基底和通过相对运动实现墨水分割。
该附着优选主要(更优选完全)通过基底与形成的墨滴之间的粘附力实现。
但是，至少在辅助功能上，也可想到利用磁力或静电力以使该凸起附着于基底并因此形成转移到基底上的墨滴。
由于本发明，有可能降低所需激光功率。此外，可以在很大程度上避免在转移的墨滴周围形成喷溅物(satellites)。
通过本发明的方法，可以实现300dpi或更大的分辨率。
为了墨水分割，优选地，墨水载体和墨层互相平行移动。更特别地，基底移动经过印刷头，同时垂直于基底的移动方向移动印刷头，因此逐行印刷基底。
此外，另一可能性是曲折地在基底上方移动印刷头，基底在本发明的这一实施方案的情况下优选在静止时被印刷。
在本发明的另一实施方案的情况下，在已接触印刷头的特定实施形式后，垂直移开基底。因此，在这一实施方案的情况下，通过墨水载体与基底之间的间隙扩大实现墨水分割。
基底和墨水载体优选以至少对应于印刷速度的速度(更优选以印刷速度的至少两倍)相对于彼此移动。这能够实现清晰的印刷图像和/或高分辨率。
根据本发明的一个优选实施方案，在凸起与基底的接触过程中，基底在大于0.01mm和/或小于3mm，优选大于0.1mm和/或小于1mm，更优选大于0.1mm和/或小于0.5mm的距离下传导经过墨层。
这与墨水载体是否与基底反向移动无关。
但是，如果墨带(ink ribbon)和基底与印刷方向相反地移动，可以改进墨水分割。
印刷速度是基底相对于激光器的推进速率，或在静止基底的情况下，激光单元在印刷方向上在基底上方移动的速度。
借助本发明的方法，有可能在基底上施加1至100μm，优选10至50μm厚的墨层。
墨层更特别是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层。
根据本发明的一个实施方案使用的墨水载体包含聚合物膜，更特别是聚酰亚胺膜。
聚合物膜可特别配置为循环条带，为了制造墨层，将其导过上墨单元，更特别是压区上墨单元(nip inking unit)。
本发明特别能够印刷包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm，优选大于5μm的平均直径的粒子的墨水。
因此首要地，有可能印刷大效果粒子，例如闪光颜料。
还有可能-例如为了印刷电导体轨道-使用包含金属粒子(更特别包含铜或银的粒子)的墨水。
在一个实施方案中，烘烤印刷后的墨水。由此，特别地，可以烧结金属粒子以生成耐热导电层。
也有可能互相堆叠施加两个或更多个墨层。凭借可实现的大的层厚度，相应地有可能提供几乎任何所需高度的甚至三维结构。
本发明还涉及配置为执行上述方法的印刷机。
该机器优选包含印刷头，其借助激光，透过墨水载体进行墨水载体上的墨层的局部加热以在墨层中产生凸起。
配置该印刷机以引导待印刷基底经过距承载墨层的墨水载体一定距离的间隙。凸起接触基底并通过基底相对于墨水载体的移动，发生墨水分割，因此将墨滴转移到基底上。
附图简述
下面借助参考示意性附图图1至图7的示例性实施方案更详细阐释本发明的主题。
在图1至图6各自的附图中示意性显示在施加印刷点时本发明的方法的过程。
图7示意性显示本发明的印刷机。
附图详述
参照图1，阐释本发明的印刷法的基本步骤。
在步骤(a)中，形成墨层(2)的待印刷的墨水(2)位于墨水载体(1)上。在步骤(b)中借助记录激光器(writing laser)(3)的优选开关激光轰击(switched laserbombardment)，加热墨水(2)的一部分，更特别是墨水所含的溶剂，因此如步骤(c)中所示由墨水(2)形成凸起(4)，但是这种凸起不导致或仅极小程度导致墨水脱离。由于在此根据步骤(d)中所示凸起(4)不能通过粘附力附着于其下方的任何基底，该凸块至少部分缩回并且几乎没有墨水转移。因此根据本发明，只有基底以使凸起(4)与基底接触的方式位于具有墨层的墨水载体(1)下方才能发生印刷。
图2显示基本上与图1中相同的构造，现在存在位于墨水载体(1)和墨层(2)下方的待印刷基底(6)(步骤a)。由于激光轰击(3)，墨层(2)朝待印刷基底(6)的方向凸起(步骤b-c)。在基底(6)与墨水凸起(4)之间发生接触(步骤c)。由于墨水凸起(4)与基底(6)之间的速度差，出现墨水的颈缩(5)(步骤d)。最后，发生墨水分割，其中至少一部分墨水凸块(4)作为转移的墨点(7)转移(e)到基底(6)上。
图3显示基本上与图1和图2相同的构造。不同于图2，基底(6)在此不是平行于墨水载体(1)和墨层(2)移动，而是朝垂直方向移动。由于基底(6)与墨水凸起(4)之间的位置的垂直变化造成的墨水脱离同样导致在墨水凸块(4)、基底(6)和墨层(2)之间的墨水分割。
基底(6)和墨水载体(1)的相互平行和相互垂直运动的组合，换言之图2和图3中所示方法的组合也有可能。
图4显示当包含墨层(2)的墨水载体(1)相对于基底的移动比印刷速度慢时的结果。基底没有显示在图4中(也没有显示在图5和图6中)。
由于墨水载体(1)相对于基底的较慢速度，记录激光器(3)重复脉冲到已排空的墨水载体(1)的墨水区(5)中。在此在凸起(4)的区域中转移的墨水量小于前一注的墨水量，因为记录激光器(3)不再遇到填满的墨水区(2)。因此，随着激光功率下降，印刷图像的质量变差。但是，质量不稳定的所得印刷图像能够用于例如用于转移的实心面积(solid areasfor transfer)的用途或用于数字喷墨(digital ink spraying)。
图5显示在墨水载体(1)和墨层(2)以印刷速度移动时的结果。在这种情况下，记录激光器(3)始终遇到部分排空的墨水区(5)，因此不再可能印刷与前一注激光相同的墨水量。在这种情况下，随着激光功率下降，制成的印刷图像的质量仍不稳定，但该方法同样可用于待转移的实心面积(solid areas to be transferred)或用于数字喷墨。
图6显示根据本发明的一个优选实施方案的印刷程序。在这种情况下，包含墨层(2)的墨水载体(1)相对于基底的移动比印刷速度快。因此，记录激光器(3)始终遇到填满的墨水区(2)。在这些条件下，可用更高激光功率制成稳定和高质量的印刷图像。
下面描述在各种参数下本发明的印刷法的结果。
下列典型系统设置产生下列印刷结果：
设置1(如图5中描绘):
·墨带:连续聚合物条带，
·激光器:固态激光器，尤其是800-1800nm，
·激光功率:1-500kW/mm2，
·写入焦点:20-100μm，
·墨水载体上的墨层厚度:20-50μm，
·墨水粘度:500-10 000mPa s，优选1000-5000mPas，
·墨水载体的速度:0.9-1.1*印刷速度，
·墨水载体与基底的距离:大约0.5-2mm，
·印刷速度:1-10m/min，和/或
·印刷宽度:10-2000mm
这产生具有湿墨膜层的均匀印刷表面，所述湿墨膜层的厚度大致相当于墨水载体上的墨层的厚度。
设置2(如图6中描绘):
·墨带:连续聚合物条带，
·激光器:固态激光器，尤其是800-1800nm，
·激光功率:1-500kW/mm2，
·写入焦点:20-100μm，
·墨水载体上的墨层厚度:20-50μm，
·墨水粘度:500-10 000mPa s，优选1000-5000mPa s，
·墨水载体的速度:2.5-3.5*印刷速度，
·墨水载体与基底的距离:大约0.1-0.5mm，
·印刷速度:1-10m/min，和/或
·印刷宽度:10-2000mm
这产生具有湿墨膜层的均匀印刷表面以及详细图案，所述湿墨膜层的厚度大致相当于墨水载体上的墨层的厚度。
本发明通过机械手段实现墨水载体与基底之间的墨水分离。因此，为了实现所选墨层朝印刷基底方向的局部位置变化，另外需要的只有激光能量。激光轰击现在仅导致墨水朝基底方向凸起；在激光作用下凸起的墨水的随后接触和基底与墨膜之间的速度差随后导致墨水分离。对于机械墨水分离，墨带与印刷基底之间的速度差不是绝对必要的；在高度方面墨带相对于印刷基底的位置变化产生相同效果。
如果在“墨水凸块”与基底之间没有接触，则由于墨水凸块的弹性收缩，墨水转移非常有限，或完全没有墨水转移。
对于本发明的印刷法，一般而言，与借助激光射出墨滴的常规印刷法相比，只需要其激光能量的一部分，同时减少分散喷溅物。这带来印刷图像质量的显著提升以及印刷速度的提高。
当调节墨带与基底之间的速度差时，如果要使印刷图像稳定，则墨带速度不应该低于要生成的印刷速度。在这方面无关紧要的是，墨带朝基底的方向移动还是朝相反方向输送待印刷的墨水。决定性的因素是建立墨带与基底之间的速度差。
最小墨带速度优选为印刷速度。
如果墨带速度小于印刷速度，则墨水转移不受控制，因为在这种情况会从已排出墨水的墨带区域转移墨水，因此造成不均匀。
如果墨带速度与印刷速度相同，则所需激光功率原则上较低；但是，由于不均匀的墨水转移，印刷图像也不均匀。
如果墨带速度高于印刷速度，则确实需要较高的激光功率转移墨水；但是，随着墨带速度提高，印刷的精度变高。在印刷速度的大约2-3倍的墨带速度下可实现最佳印刷精度，墨带的移动方向无关紧要。
图7是本发明的印刷机(14)的一个示例性实施方案的示意性视图。
印刷机(14)的墨水载体(1)是循环墨带。
通过上墨单元(8)均匀地和在其整个面积上为墨带涂布墨水(2)。墨带随后朝箭头方向移动到印刷压区(printing nip)(10)。在此，墨水载体(1)与待印刷基底(6)相距一定的间隙。间隙宽度优选可调和/或连续调整。这可例如借助适应性间隔辊(12)实现。
在印刷压区(printing nip)(10)中，用激光扫描器将激光束(3)通过墨水载体(1)聚焦到墨水(2)中。借助激光束(3)局部和定向加热部分墨水(2)造成墨水(2)的小区域的爆炸性汽化(explosive vaporization)，因此一部分印刷墨水(2)在一定程度上与墨带(1)分离，并形成凸起，随后接触转移到对面的基底(6)上。因此以墨水凸起跨越压区(nip)的方式配置印刷压区(printing nip)(10)。
随后，受间隔辊(12)和偏转辊(11)的控制，墨带朝上墨单元(8)的方向向回移动。上墨单元(8)和墨带之间的接触补充已消耗的墨水(2)。在墨槽(9)底部收集上墨单元(8)中的过量墨水(2)并连续和反复添加到印刷操作中。
由于本发明，已成功实现在显著降低的激光功率下制造改进的印刷图像。
附图标记单
1.墨水载体
2.墨水/墨层/墨水区
3.记录激光器/激光轰击/激光束
4.凸起/墨水凸起
5.墨水颈缩/排空墨水区
6.基底
7.墨点
8.上墨单元
9.墨槽
10.印刷压区
11.偏转辊
12.间隔辊
13.激光扫描器
14.印刷机

Claims (49)

1.印刷法，其中将待印刷基底布置在具有墨层的墨水载体对面，其中以在墨层中形成凸起的方式局部加热墨层，其中所述凸起接触基底，并且其中通过基底与墨水载体之间的相对运动引起墨水分割。
2.根据权利要求1所述的印刷法，其特征在于借助激光加热墨层。
3.根据权利要求2所述的印刷法，其特征在于借助开关激光加热墨层。
4.根据权利要求1所述的印刷法，其特征在于墨水载体和墨层互相平行移动。
5.根据权利要求2所述的印刷法，其特征在于墨水载体和墨层互相平行移动。
6.根据权利要求3所述的印刷法，其特征在于墨水载体和墨层互相平行移动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的印刷法，其特征在于基底和墨水载体以至少对应于印刷速度的速度相对于彼此移动。
8.根据权利要求7的印刷法，其特征在于基底和墨水载体以对应于印刷速度的至少两倍的速度相对于彼此移动。
9.根据权利要求1至6、8中任一项所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.01mm和/或小于3mm的距离下传导经过墨层。
10.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.01mm和/或小于3mm的距离下传导经过墨层。
11.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.1mm和/或小于1mm的距离下传导经过墨层。
12.根据权利要求10所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.1mm和/或小于1mm的距离下传导经过墨层。
13.根据权利要求1至6、8、10至12中任一项所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.1mm和/或小于0.5mm的距离下传导经过墨层。
14.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.1mm和/或小于0.5mm的距离下传导经过墨层。
15.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于在所述凸起的接触过程中，基底在大于0.1mm和/或小于0.5mm的距离下传导经过墨层。
16.根据权利要求1至6、8、10至12、14、15中任一项所述的印刷法，其特征在于在基底上施加1至100μm厚的墨层。
17.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于在基底上施加1至100μm厚的墨层。
18.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于在基底上施加1至100μm厚的墨层。
19.根据权利要求13所述的印刷法，其特征在于在基底上施加1至100μm厚的墨层。
20.根据权利要求16所述的印刷法，其特征在于在基底上施加10至50μm厚的墨层。
21.根据权利要求17至19任一项所述的印刷法，其特征在于在基底上施加10至50μm厚的墨层。
22.根据权利要求1至6、8、10至12、14、15、17至20中任一项所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
23.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
24.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
25.根据权利要求13所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
26.根据权利要求16所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
27.根据权利要求21所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚合物膜。
28.根据权利要求22的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚酰亚胺膜。
29.根据权利要求23至27中任一项所述的印刷法，其特征在于所述墨层是布置在激光可透的墨水载体上的湿墨层和/或所用墨水载体包含聚酰亚胺膜。
30.根据权利要求1至6、8、10至12、14、15、17至20、23至28中任一项所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
31.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
32.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
33.根据权利要求13所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
34.根据权利要求16所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
35.根据权利要求21所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
36.根据权利要求22所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
37.根据权利要求29所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于1μm的平均直径的粒子的墨水。
38.根据权利要求30的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于5μm的平均直径的粒子的墨水。
39.根据权利要求31至37中任一项所述的印刷法，其特征在于使用包含效应颜料、金属粒子和/或具有大于5μm的平均直径的粒子的墨水。
40.根据权利要求1至6、8、10至12、14、15、17至20、23至28、31至38中任一项所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
41.根据权利要求7所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
42.根据权利要求9所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
43.根据权利要求13所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
44.根据权利要求16所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
45.根据权利要求21所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
46.根据权利要求22所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
47.根据权利要求29所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
48.根据权利要求30所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
49.根据权利要求39所述的印刷法，其特征在于烘烤印刷后的墨水和/或互相堆叠施加两个或更多个墨层。
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