CN117279787A - 用于在金属带材上预涂布和打印的设备和过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在金属带材上预涂布(111)和随后数字溶胶‑凝胶喷墨打印(122)的设备和过程，其中然后在干燥的墨上涂敷保护性透明涂层(124)。本发明的核心在于以下事实：打印是溶胶‑凝胶墨型的，且预涂布(111)不再通过分开涂敷两层涂层即底漆和底涂层以及涂层的相对干燥和冷却阶段来执行，而是通过涂敷组合了底漆和底涂层的功能的单一涂层来执行。此外，用不需要UV处理的特殊的溶胶‑凝胶型墨打印，只需在涂敷后对墨简单干燥，甚至进一步简化了过程。

Description

用于在金属带材上预涂布和打印的设备和过程

技术领域

本发明涉及一种特别用于预涂布带材的数字喷墨打印的打印设备和过程，且更特别涉及一种打印过程的布置，该布置与预涂布串联，以使产品的表面准备好打印，从而使它适合于墨粘附。

背景技术

预涂布带材具有各种应用，并且广泛用于室内和室外建筑领域、民用和工业建设以及家用电器行业。随着装饰设计越来越复杂，这个行业中对带材的需求日益增加。

生产具有复杂设计的这些预涂布带材的常用工艺涉及参照附图1说明的以下步骤：

第一步骤看到涂敷第一涂层即底漆10，然后是所述底漆的干燥12和随后冷却14；第二步骤涉及涂敷构成要获得的设计的背景的第二涂层16即底涂层，然后是涂层的干燥18和随后冷却20。在第三步骤中，然后是涂敷设计或打印物22，例如在先前创建的双涂层的底涂层上使用具有溶剂的经稀释或未稀释的墨，然后是墨的随后干燥；并且最后，在第四步骤中，涂敷透明涂层24，然后也是干燥26和随后冷却28。上文列出的各种步骤被反映在预涂布和打印设备中的一系列装置中，这些装置以此次序精确地一个接一个：第一涂布装置、第一烘箱、第一冷却装置、第二涂布装置、第二烘箱、第二冷却装置、打印机、第三涂布装置、第三烘箱和第三冷却装置。因此，图1的流程图一方面表示处理步骤的系列，并且另一方面表示在用于预涂布和打印的设备或对应生产线中执行每一个个别步骤所需的对应装置的系列。

随着时间的推移，墨涂敷或打印技术已经在工艺和技术上演变，但目前通常使用以下工艺：

用打印辊来涂敷(轮转凹版打印)，这些打印辊通常由两到五个辊构成，辊上印有负设计；通过胶版打印工艺用打印辊来涂敷，这些打印辊通常由两到五个橡胶涂层辊的单元构成，在橡胶表面上具有浮雕(正)设计；以及用四色数字喷墨打印机来涂敷。

所有技术都有它们的局限性。特别地，所有本领域的状态的技术都有共同的缺点：在打印前涂敷两层涂层(底漆+底涂层)伴随着预涂布和打印设备的布置的操作成本和复杂性的增加，从而强加通过将三个干燥或加热烘箱用于三层涂层(底漆+底涂层+透明涂层)来进行操作的需求。

与辊涂敷相关联的缺点如下：设计受到所使用的辊的周向发展的限制。每种设计都涉及到专用系列辊的使用；因此，投资成本高，并且对要生产的大量设计的产品组合的管理特别复杂。

关于本领域的目前状态，使用数字打印来涂敷具有其它缺点，诸如：固态无溶剂UV墨具有减小的耐热性、减小的柔性和减小的对外部环境条件的抵抗性。在泄漏的情况下，UV墨具有较大的环境足迹，并且处置起来更昂贵。墨的固化或加热干燥发生在已经集成了UV灯的打印机中。公开在金属基底上进行墨打印的本领域的状态的文献是JP2017047370A和US2007/0085983A1。

发明内容

本发明的目的是：克服前述缺点，并考虑到用于在金属带材上进行预涂布和打印的各种工艺和技术的局限性，提出一种用于在金属带材上预涂布和打印的设备和过程，该设备和过程不太复杂，需要较少部件，较便宜，且优选在较低的环境足迹的情况下提供较高的耐打印性。

从下列描述，本发明的进一步的目的或优点将变得显而易见。

在本发明的第一方面中，借助于一种用于通过数字喷墨进行金属带材的预涂布和打印的设备来实现该目的，该设备按以下次序包括：

(a)第一涂布装置，用于涂敷既用作底漆又用作底涂层的组合涂层；

(b)第一烘箱，用于对所述涂层进行干燥；

(c)第一冷却系统，诸如空气和水冷却系统；

(d)数字溶胶-凝胶型喷墨打印单元，优选具有墨干燥装置；

(e)第二涂布装置，特别是辊涂敷器，用于涂敷透明涂层；

(f)第二烘箱，用于对所述涂层进行干燥；以及

(g)第二冷却系统，诸如空气和水冷却系统。

所述设备规定执行底漆和底涂层的同时功能的单一涂层的涂敷，消除了在打印之前对两个干燥烘箱、两个冷却装置和两个涂布装置的需要，因此将预涂布步骤中的部件的数目减半。本发明使得能够创建预涂布和打印生产线，该生产线仅需要两个烘箱来对涂层进行加热干燥或固化，第一个烘箱是对用作底漆和底涂层的初始涂层进行干燥并因此进行聚合所必需的，并且放置在打印单元和透明涂层的涂敷之后的第二个烘箱是对透明涂层进行干燥/聚合所必需的。

根据本发明的设备特别适用于在连续带材上打印。就这来说，该设备有利地还包括用于将带材输送通过设备自身的各种部件的装置。为了在所打印的图像移动通过打印单元期间不损害所打印的图像的清晰度，建议将要打印的带材居中并维持限定的带材张力。就这来说，在本发明的一个优选实施例中，打印单元按以下次序包括：

(d-1)一个或更多个数字溶胶-凝胶型喷墨打印头；

(d-2)墨干燥烘箱；

(d-3)第三冷却系统；

其中，在所述一个或更多个打印头的上游，设置居中系统和第一带材张力控制系统，特别地，按以下次序包括：

(d-4)粗略带材居中系统；

(d-5)第一“S状”张紧系统，用于控制带材张力；

(d-6)精细带材居中系统；

(d-7)轧线辊和可选的偏转器；

并且在所述一个或更多个打印头的下游，设置第二带材张力控制系统，特别是：

(d-8)第二“S状”张紧系统。

带材张力控制系统优选是“S状”张紧系统。用于控制带材张力的可能的“S状”张紧系统可以被设置在透明涂布装置的入口处。

这些轧线辊限制带材的竖直振动。

有利地，要打印的带材被引导通过所述居中系统和所述第一带材张力控制系统，以随后在所述一个或更多个打印头的下方被引导，此处有利地是借助于输送器带运输，并且然后通过所述第二带材张力控制系统被引导到打印单元的出口。输送器可以有利地设有气动支撑表面，该气动支撑表面适用于将带材的对应部分支撑在气垫上。张紧系统实际上抵消了在带材的纵向方向上的张力。还可以设想到被放置在所述一个或更多个打印头之前的带材调平系统。例如，在专利申请IT 102018000007488中描述了这种带材居中和张紧系统。

在本发明的一个优选实施例中，所述设备在所述打印单元中进一步包括带材位置传感器，而所述打印头被安装到能够正交于所述带材的运动的方向平移的滑块上，并且其中所述设备包括对应的控制单元，所述控制单元被构造成根据如由所述位置传感器检测的值来管理所述滑块的移动，以补偿如由所述位置传感器测量的所述带材的位置的侧向偏差。

为了优化透明涂层的涂敷，在本发明的一个实施例中，根据本发明的设备还在所述打印单元的下游且在所述第二涂布装置的上游包括带材温度传感器特别是温度换能器，所述带材温度传感器适用于测量所述带材的温度并将测量值发送到对应的控制单元，所述控制单元被构造成自动控制所述带材的速度和/或所述第三冷却系统的流率，以使由所述温度传感器测量的所述温度回到预定值内。有利地，这种控制单元与管理上述滑块的移动的控制单元相同，并且与控制预涂布和打印设备的所有部件的控制单元相同。为了控制能够支撑一个或更多个打印头的所述滑块以及所述带材的温度，还可以设想到不同的第一控制单元和第二控制单元。

本发明的第二方面涉及一种用于金属带材的预涂布和打印特别是数字喷射打印的过程，所述过程以所示的次序包括以下步骤：

(I)将既作为底漆又作为底涂层的组合涂层涂敷到金属带材上；

(II)对所述组合涂层进行加热干燥；

(III)冷却所述组合涂层；

(IV)数字溶胶-凝胶型喷墨打印已预涂布的所述带材以及对墨进行干燥；

(V)将透明涂层涂敷到已预涂布并打印的所述带材上；

(VI)对所述透明涂层进行加热干燥；以及

(VII)冷却所述透明涂层。

为了不损害所打印的图像的清晰度，在本发明的一个优选实施例中，所述带材在步骤(IV)之前被居中。有利地，在步骤(IV)之前和之后，特别是使用如第二项权利要求中所限定的设备来张紧所述带材。

在根据本发明的过程的一个优选实施例中，组合涂层是聚酯-三聚氰胺基的，并且一旦被干燥，使得从数字喷射打印获得完美的墨粘附成为可能。

组合的聚酯-三聚氰胺涂层有利地为白色的。打算涂敷到带材上的涂层优选地具有根据DIN标准53211测量的在60秒与90秒之间的粘度。后一标准要求粘度杯具有100cm²的容量和4mm的出口孔。在20℃的环境温度，测试液体通过该孔完全排出，并且排出时间被确定。测量的单位是第二个DIN标准。密度有利地在根据DIN EN ISO 2811-1-4中说明的方法来确定的1000到1500kg/m³的范围中。优选地，组合涂层被涂敷有5μm至15μm的最终(干燥)厚度。

组合涂层是一种“增粘剂”，更通常称为粘合剂，它准备(改变)要执行打印的材料的表面，使得墨粘附到表面，并且同时无需预涂布就适用于粘附到可以是各种类型的基底，诸如，金属、塑料、玻璃和其它难以打印的基底，因此同时用作底漆和底涂层。市场提供宽范围的组合涂层，本领域的技术人员可以从中选择最适合他/她打算使用的基底和墨的组合涂层。

溶胶-凝胶型墨避免使用UV灯进行干燥，并且不需要使用对环境不友好的溶剂。这是克服了目前使用的墨的局限性并简化了墨干燥的墨技术。用于本申请的适当开发的墨优选地是硅烷基热聚合产品。有利地，该墨使用减少了墨的环境足迹的生态溶剂。在其一个优选变体中，该墨的特征在于根据ASTM D 4040/4207确定的6cps到10cps的在25℃的动态粘度以及优选根据ISO 12647-3确定的在0.9与1.0g/ml之间的密度。该墨可以制成下列打印颜色：黑色、青色、品红色和黄色。

溶胶-凝胶过程是用于创建膜像用喷墨打印机涂敷的墨膜的方法之一。溶胶-凝胶型墨包括胶体溶液(溶胶)，这些胶体溶液构成随后通过水解和缩合反应形成凝胶(含有互连液相的连续无机晶格)的前体。干燥和固化的热后处理通常用于从凝胶移除液相，促进进一步冷凝并增加机械特性。溶胶-凝胶过程的典型前体以M(OR)_n、MX_n、R'-M(OR)_n-1的形式出现，其中M代表金属中心，并且相反X和RO是金属盐或金属醇盐中存在的常见离去基团，诸如，金属卤化物中的氯离子，而R'是经由共价键(Si-C、Sn-C)或配位粘结剂(M＝Ti、Zr……)与金属中心结合的任何有机基团。墨工业为各种介质提供了大量的溶胶-凝胶型墨选择，专家可以容易地从中识别最适合他/她的需要的墨。

为了确保所打印的产品的耐久性，在干燥的墨层上涂敷与所打印的表面相容的透明涂层。合适的涂层是可商购的，并且容易被本领域的技术人员可识别。在本发明的一个优选实施例中，透明涂层是HD(高密度)聚酯。HD聚酯对外部环境和化学物质具有优异的抵抗性。透明涂层优选地具有以下特性中的至少一种：在80s至120s之间的粘度(根据DIN 53211测量)，固体含量以重量计>50％(根据UNI EN ISO 3251测量)以及在1000到1500kg/m³的范围中的密度(DIN EN ISO 2811-1/2/3/4测量)。所涂敷的最终(干燥)厚度有利地对应于10μm至25μm。

为了优化所打印的设计的打印和质量，带材的位置的测量优选地在步骤(IV)之前进行，并且在步骤(IV)期间，打印头的位置被调整，以便基于带材的位置的测量来优化墨到带材上的涂敷。

出于完善将透明涂层涂敷到打印物上的目的，有利地，根据本发明的过程在其一个实施例中规定：在步骤(IV)之后，监测带材的温度，并且如果温度超过极限值，则减慢带材的速度且/或增强墨的干燥，以便在步骤(V)中涂敷透明涂层之前调节所述干燥。

打印单元可以有利地配备有辅助系统，用于墨再循环和打印头的喷嘴的清洁或清洗。

针对本发明的一个方面公开的特征和优点可以加以必要的修改而转移到本发明的另一方面。

从预涂布和打印设备需要较少部件、变得较不复杂并且处理变得较便宜且较环境友好的那一刻起，工业实用性就显而易见了。

在仅通过非限制示例给出的本发明的实施例的优选示例的公开内容中，将进一步强调所述目的和优点。

本发明的变体和进一步的特征是从属权利要求的主题。根据本发明的用于带材的预涂布和打印的设备和过程以及用于引导带材、控制它的具体张力和使它居中的辅助系统的实施方案的优选示例的公开内容仅参考附图以举例方式给出。特别地，除非另有规定，否则系统和个别部件的数目、形状、大小和材料可以变化，并且在不偏离本发明构思的情况下，等同的元件可以被应用。

附图说明

图1以框图表示在预涂布带材上实现打印的本领域的状态，特别是过程的各个步骤和实现每一个步骤所必需的装置。

图2以框图表示根据本发明的用于对带材进行涂布和打印的系统和方法的实施例。

图3是根据本发明的设备的数字喷墨打印的部分的详细示意图。

具体实施方式

在开始时参照本领域的状态讨论了图1。图2描绘用于在带材上进行喷射打印的本发明的一个实施例的框图。过程的开始看到在单个步骤中涂敷由底漆和底涂层111构成的双涂层。随后，组合涂层113被干燥，并且然后被冷却115。然后，在涂层上执行打印122。如同在本领域的状态中那样，打印122之后是涂敷透明涂层124，它的干燥126以及然后它的冷却128。冷却是通过空气和水进行的。空转支撑辊系统和偏转器能够将带材朝向数字打印部分引导。

每一个步骤都连接到适用于执行该步骤的对应装置，并且精确地按照此次序：用于涂敷组合涂层的第一涂布装置；用于对涂层进行干燥的第一烘箱；第一冷却装置；打印机；用于涂布透明涂层的第二涂布装置，优选用辊涂敷器；第二烘箱；以及第二冷却装置。与图1一样，图2表示根据本发明的过程的实施例示例的步骤的顺序以及根据本发明的设备的实施例示例中的装置的次序。

参考图3，图示了表示用于执行打印阶段122的打印单元的喷墨打印部分和相关辅助系统的优选实施例。

在打印单元122的入口处是粗略带材居中装置130，接着是用于控制带材134的张力的“S状”张紧系统132。在那里的下游，接着是精细带材居中装置136，并且随后是轧线辊138和偏转器(未示出)以及输送器带140。在带输送器140的上方是多个数字喷墨打印头142。然后接着是用于对墨进行干燥的烘箱144。为了冷却带材134，需要带材冷却系统146。为了验证带材134具有合适的温度来涂敷保护性透明涂层，在涂敷透明涂层(图2)的涂布辊之前，预见用于测量带材的温度的探头148。打印机单元122在打印部分的输出处以另外的“S状”张紧系统150结束，以控制被施加到带材134的张力。

一种可能的变体可以规定添加在数字喷墨打印头142之后放置的带材位置传感器152。所述传感器测量带材134相对于生产线的中心的可能偏差。在另一实施例中，偏差测量值被发送到控制单元154，该控制单元154控制滑块(未示出，打印头142被安装到该滑块上)的横向移动156，以便补偿任何侧向位移。

在另一实施例中，由温度换能器148测量的带材的温度被发送到生产线控制器154，在带材134的温度超过被认为是极限的温度的情况下，该生产线控制器154通过修改冷却系统146的处理速度和容量进行干预，以便使带材134的温度在被认为可接受的极限内。控制单元154管理整个打印单元122，并且就这来说，能够通过电缆连接到个别元件，或者远程通信。

一种可能的变体可以规定带材134的顶表面和底表面两者的产品/过程质量参数的测量。

适当地，组合涂层可以基于与墨的随后涂敷相容的聚酯涂层。在示例性实施例中，可以在带材上创建以下顺序的层：基于组合聚酯基涂层的第一层，厚度为约5μm到10μm；墨层，厚度为约0.5μm到3μm；以及最后是透明涂层，厚度为约10μm到20μm。

Claims (10)

1.一种用于金属带材(134)的预涂布和数字喷墨打印的设备，所述设备按以下次序包括：

(a)第一涂布装置(111)，用于涂敷既用作底漆又用作底涂层的组合涂层；

(b)第一烘箱(113)，用于对所述涂层进行干燥；

(c)第一冷却系统(115)，诸如空气和水冷却系统；

(d)数字溶胶-凝胶型喷墨打印单元(122)，优选具有墨干燥装置(146)；

(e)第二涂布装置(124)，特别是辊涂敷器，用于涂敷透明涂层；

(f)第二烘箱(126)，用于对所述涂层进行干燥；以及

(g)第二冷却系统(128)，诸如空气和水冷却系统。

2.根据权利要求1所述的预涂布和打印设备，其特征在于所述打印单元(122)按以下次序包括：

(d-1)一个或更多个数字溶胶-凝胶型喷墨打印头(142)；

(d-2)墨干燥烘箱(144)；

(d-3)第三冷却系统(146)；

并且其中，在所述一个或更多个打印头(142)的上游，设置居中系统(130、136、138)和第一带材张力控制系统(132)，特别地，按以下次序包括：

(d-4)粗略带材居中系统(130)；

(d-5)第一“S状”张紧系统(132)，用于控制带材张力；

(d-6)精细带材居中系统(136)；

(d-7)轧线辊(138)和可选的偏转器；

并且其中，在所述一个或更多个打印头(142)的下游，设置第二带材张力控制系统(150)，特别是：

(d-8)第二“S状”张紧系统(150)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述设备在所述打印单元中进一步包括带材位置传感器(152)，并且其中所述打印头(142)被安装到能够正交于所述带材的运动的方向平移的滑块上，并且其中所述设备包括对应的控制单元(154)，所述控制单元(154)被构造成根据如由所述位置传感器(152)检测的值来管理所述滑块的移动，以补偿如由所述位置传感器(152)测量的所述带材(134)的位置的侧向偏差。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，在所述打印单元(122)的下游且在所述第二涂布装置(124)的上游，所述设备进一步包括带材温度传感器(148)特别是温度换能器，所述带材温度传感器(148)适用于测量所述带材(134)的温度并将测量值发送到对应的控制单元(154)，所述控制单元(154)被构造成自动控制所述带材(134)的速度和/或所述第三冷却系统(146)的流率，以使由所述温度传感器(148)测量的所述温度回到预定值内。

5.一种用于金属带材(134)的预涂布和打印特别是数字喷墨打印的过程，所述过程以所示的次序包括以下步骤：

(I)将既作为底漆又作为底涂层的组合涂层涂敷(111)到金属带材(134)上；

(II)对所述组合涂层进行加热干燥(113)；

(III)冷却(115)所述组合涂层；

(IV)数字溶胶-凝胶型喷墨打印(122)已预涂布的所述带材以及优选地对墨进行干燥；

(V)将透明涂层涂敷(124)到已预涂布并打印的所述带材上；

(VI)对所述透明涂层进行加热干燥(126)；以及

(VII)冷却(128)所述透明涂层。

6.根据权利要求5所述的过程，其特征在于，在步骤(IV)之前，所述带材(134)被居中，并且其中，在步骤(IV)之前和之后，所述带材(134)优选被张紧，特别是使用根据权利要求2所述的设备来张紧所述带材(134)。

7.根据权利要求5或6所述的过程，其特征在于所述组合涂层是聚酯-三聚氰胺基的。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的过程，其特征在于所述溶胶-凝胶型墨是硅烷基热聚合产品。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的过程，其特征在于，在步骤(IV)之前，进行所述带材(134)的位置的测量，并且其中，在步骤(IV)期间，所述一个或更多个打印头(142)的位置被调整，以便基于所述带材的位置的所述测量来优化墨到所述带材(134)上的涂敷。

10.根据权利要求5至9中的任一项所述的过程，其特征在于，在步骤(IV)之后，监测所述带材(134)的温度，并且其中，如果所述温度超过极限值，则减慢所述带材(134)的速度且/或增强所述墨的干燥，以便在步骤(V)中涂敷所述透明涂层(124)之前调节所述墨的干燥。