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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Verstreichen von strahlungstrocknender Geltinte an einem Kontaktnivellierungswalzenspalt. Insbesondere betrifft die Offenbarung Verfahren, Geräte und Systeme zum Anwenden einer Strahlungsvorbehandlung auf eine strahlungstrocknende Geltinte, die auf einem Substrat abgeschieden wird, bevor die Tinte an einem Kontaktnivellierungswalzenspalt verarbeitet wird.
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Strahlungstrocknende Geltinten mit Phasenänderung können verwendet werden, um beim Drucken Bilder auf Substraten zu bilden. Die Tinte kann einer Strahlung ausgesetzt werden, um die Tinte zu trocknen. Beispielhafte Strahlungstrocknungstechniken umfassen beispielsweise das Trocknen unter Verwendung von ultraviolettem (UV) Licht, beispielsweise auf einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm oder seltener von sichtbarem Licht, wahlweise in Gegenwart von Photoinitiatoren und/oder Sensibilisatoren, das Trocknen unter Verwendung einer thermischen Trocknung, und zwar mit oder ohne thermische Hochtemperatur-Initiatoren (und die auf der Ausstoßtemperatur weitgehend inaktiv sein können), und geeignete Kombinationen davon.
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Während dieser Exposition können die Photoinitiatorsubstanzen, die in der Tinte enthalten sind, mit der UV-Strahlung bestrahlt werden, und der einfallende Fluss wandelt die Monomere in der Tinte in eine vernetzte Polymermatrix um, was zu einer festen und haltbaren Markierung auf dem Substrat führt. Für einige Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Tinte auf dem Substrat vor dem Trocknen zu verstreichen oder zu nivellieren. Die Nivellierung kann einen einheitlicheren Bildglanz erzeugen und fehlende Strahlen aus den Druckköpfen maskieren. Zudem können für bestimmte Druckanwendungen, wie etwa Verpackungen, dünne Tintenschichten mit relativ konstanter Dicke in den Ausdrucken vorteilhaft sein.
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UV-trocknende Phasenänderungstinten können auf Umgebungstemperatur eine gelartige Beschaffenheit aufweisen. Da die UV-Geltinten ungefähr von Umgebungstemperatur auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, erfahren sie eine Phasenänderung zu einer dünnflüssigen Flüssigkeit. Diese Tinten können erhitzt werden, bis sie zu einer Flüssigkeit werden, und können dann auf ein Substrat aufgetragen werden. Sobald die Tinte das Substrat berührt, kühlt die Tinte ab und ändert ihre Phase von der flüssigen Phase zurück zu ihrer zähflüssigeren Gelbeschaffenheit.
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Bilder aus UV-trocknender Geltinte, wie sie von Tintenstrahldruckern gebildet werden, die zum Drucken mit strahlungstrocknender Geltinte konfiguriert sind, neigen dazu, einen uneinheitlichen Glanz aufzuweisen. Beispielsweise können derartige Bilder einen „Cordeffekt” haben und/oder können unter dem typischen Tintenstrahlqualitätsfehler der Streifenbildung leiden, die durch fehlende Tintenstrahlen verursacht wird. Um derartige Unzulänglichkeiten zu überwinden, kann man die Tinte vor dem Trocknen thermisch aufschmelzen. Obwohl diese Technik fehlende Strahlen maskieren kann, kann es sein, dass die sich ergebenden Bilder auf glatten Substraten unter mangelnder Stabilität und/oder auf porösen Substraten unter Durchdrucken oder Durchscheinen leiden. Entsprechend hat es sich herausgestellt, dass die Kontaktnivellierung von Geltinte auf einem Substrat, indem man ein Geltintenbild mit einem Kontaktelement, wie etwa einer Nivellierungswalze, in Berührung bringt, die Tinte vor dem endgültigen Trocknen effektiv verstreicht, um fehlende Strahlen zu maskieren und/oder die Einheitlichkeit des Glanzes zu verbessern.
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Die Kontaktnivellierung kann verwendet werden, um eine Schicht aus strahlungstrocknender Geltinte, wie etwa UV-trocknender Geltinte, die auf einem Substrat abgeschieden wird, zu verstreichen oder einzuebnen. Auf Umgebungstemperatur haben ungetrocknete UV-trocknende Geltinten jedoch sehr wenig Kohäsionsfestigkeit und weisen eine gute Affinität zu vielen Materialarten auf. Demnach sind herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen, die zum Einebnen einer Schicht anderer Tintenarten verwendet werden, wie etwa eine herkömmliche Fixierwalze, die in der Xerographie verwendet werden kann, zum Nivellieren von Geltinten vor dem Trocknen ungeeignet, weil Geltinten dazu neigen, sich auf der Vorrichtung, die bei dem Versuch sie einzuebnen verwendet wird, zu teilen und abzusetzen.
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Es wurde festgestellt, dass strahlungstrocknende Phasenänderungstinte, wie etwa UV-trocknende Geltinte, die auf einem Substrat abgeschieden wird, einer Strahlung ausgesetzt werden kann, um die Tinte teilweise zu trocknen, bevor die Tinte an einem Kontaktnivellierungswalzenspalt verstrichen wird. Dadurch kann die Tinte ohne Absetzen, bzw. ohne wesentliches Absetzen, der Tinte auf den Bestandteilen des Kontaktnivellierungsgeräts, das den Kontaktnivellierungswalzenspalt definiert, nivelliert werden.
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Bei einer Ausführungsform können die Verfahren das Aussetzen einer strahlungstrocknenden Geltinte auf einem Substrat an eine Vorbehandlungsstrahlung aus einer ersten Strahlungsquelle und das Verstreichen der vorbehandelten Geltinte durch Kontaktnivellierung umfassen. Die strahlungstrocknende Tinte kann UV-trocknend sein und die Strahlungsquelle kann konfiguriert sein, um UV-Licht zu emittieren.
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Beispielsweise können die Verfahren das Bestrahlen der Geltinte mit UV-Licht umfassen, das von einer Quecksilberlampe emittiert wird. Alternativ kann man eine Xenonlampe verwenden. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine gefilterte Lampe oder LED als Strahlungsquelle eingesetzt werden.
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Zu den Verfahren kann das Abscheiden der Geltinte auf ein Substrat vor dem Aussetzen der Tinte an die Strahlung gehören. Beispielsweise kann man einen Tintenstrahldruckkopf verwenden, um eine oder mehrere Tintenlinien auf ein Substrat auszustoßen. Die Tintenlinien können konfiguriert sein, um ein Tintenbild zu bilden, und können eine äußere Oberflächenschicht und eine innere Schicht umfassen. Während eines Vorbehandlungszeitraums nach der Tintenabscheidung und vor dem Kontaktnivellieren oder Verstreichen kann die Tinte der Vorbehandlungsstrahlung ausgesetzt werden.
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Die Vorbehandlungsstrahlung kann kurzwelliges UV-Licht umfassen. Beispielsweise kann die Vorbehandlungsstrahlung eine UVB-Komponente in einem Bereich von ungefähr 280 Nanometern (nm) bis ungefähr 320 nm umfassen. Eine Lichtquellenart, z.B. dotiert, undotiert, Quecksilber, Xenon oder LED, kann verwendet werden, um eine Strahlung anzuwenden, die eine gewünschte Menge eines kurzwelligen Gehalts aufweist, der notwendig ist, um die Tinte auf bevorzugte Art und Weise derart zu trocknen, dass eine Oberflächenschicht der Tinte soweit getrocknet ist, dass ein Absetzen auf den Bestandteilen eines Kontaktnivellierungsgeräts verhindert wird, während eine innere Schicht der Tinte nur soweit getrocknet wird, dass die Tinte durch Kontaktnivellierung verstreichbar ist. Eine Energiemenge, die von der Strahlungsvorrichtung ausgegeben wird, kann durch Anpassen eines Lückenabstands bzw. Abstands zwischen der Tinte auf einem Substrat und der Vorbehandlungs-Strahlungsquelle geregelt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Strahlungsquelle ferner gepulst sein, um die Regelung der Strahlungsdosierung während des Vorbehandlungszeitraums sicherzustellen. Die Pulsfrequenz kann je nach Bedarf angepasst werden, um ein effektives vorzugsmäßiges Trocknen während der Vorbehandlung für eine nachfolgende Kontaktnivellierung sicherzustellen.
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Bei einer Ausführungsform können die Verfahren das Aussetzen einer strahlungstrocknenden Geltinte an Strahlung nach der Vorbehandlung und nach der Kontaktnivellierung umfassen. Beispielsweise kann die Tinte nach dem Verstreichen für ein endgültiges Trocknen der Tinte bestrahlt werden. Eine zweite Strahlungsquelle kann konfiguriert sein, um je nach den Anforderungen der Tinte eine Breitspektrumstrahlung auf die Tinte anzuwenden. Die Strahlung, die von der zweiten Strahlungsquelle emittiert wird, kann derart sein, dass sie tiefer in die Tinte eindringt, um ein endgültiges Trocknen zu bewirken. Die Energie, die während der Vorbehandlung bereitgestellt wird, kann die Energie reduzieren, die benötigt wird, um das Tintenbild nach dem Verstreichen zu trocknen.
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Bei einer Ausführungsform können die Geräte eine Strahlungsquelle umfassen. Die Strahlungsquelle kann konfiguriert sein, um z.B. UV-Licht zu emittieren, um eine strahlungstrocknende Geltinte vorzubehandeln, die auf einem Substrat abgeschieden wird, bevor die Geltinte auf dem Substrat durch ein Kontaktnivellierungsgerät verstrichen wird. Die Strahlungsquelle kann konfiguriert sein, um kurzwelliges UV-Licht zu emittieren, um ein vorzugsmäßiges Trocknen der Tinte sicherzustellen. Beispielsweise kann eine äußere Oberflächenschicht der Tinte getrocknet werden, so dass sich die Tinte während des Verstreichens nicht an einer Oberfläche eines Kontaktnivellierungselements, wie etwa eines Riemens oder einer Trommel, absetzt. Eine innere Schicht der Tinte kann derart getrocknet werden, dass die Tinte auf einer Viskosität bleibt, die es ermöglicht, die Tinte unter Druck zu verstreichen, der durch das Kontaktnivellierungselement ausgeübt wird.
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Bei einer Ausführungsform kann eine Vorbehandlungs-Strahlungsquelle konfiguriert sein, um UV-Licht zum Vorbehandeln der Geltinte auf einem Substrat zu emittieren, wobei das UV-Licht eine UVB-Komponente umfasst, die eine Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 280 nm bis ungefähr 320 nm aufweist. Das UV-Licht kann eine UVC-Komponente von ungefähr 280 nm oder weniger aufweisen. Eine UV-Lichtemission mit solch kurzwelligen Eigenschaften ist zum vorzugsmäßigen Trocknen der Tinte auf dem Substrat wirksamer als eine UV-Lichtemission mit einer Strahlung auf längeren Wellenlängen. Beispielsweise ist UV-Licht auf einer längeren Wellenlänge mit einer UVA-Komponente von ungefähr 320 nm bis ungefähr 390 nm, und einer UVV-Komponente von ungefähr 395 nm bis ungefähr 445 nm wirksamer für ein tiefgreifendes Trocknen von Beschichtungen und Tinten. Bei einer Ausführungsform kann ein Gerät eine Strahlungsquelle umfassen, die konfiguriert ist, um ein kurzwelliges vorbehandeltes Geltintenbild nach dem Kontaktnivellieren oder Verstreichen des Geltintenbildes einer Strahlung auf einer längeren Wellenlänge auszusetzen.
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Bei einer Ausführungsform kann eine Strahlungsquelle, die geeignet ist, um kurzwelliges UV-Licht zu emittieren, eine undotierte Quecksilberlampe umfassen. Beispielsweise kann eine undotierte Quecksilberlampe, die eine Hülle aus klarem Quarzglas aufweist, einen verstärkten kurzwelligen UV-Gehalt gegenüber dem höheren UVA-Gehalt in einem Bereich von ungefähr 320 nm bis ungefähr 390 nm bereitstellen, der typischerweise von eisendotierten Quecksilberlampen emittiert wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Vorbehandlungs-Strahlungsquelle eine LED oder eine gefilterte Strahlungsquelle umfassen, die konfiguriert ist, um UV-Licht zu emittieren, das einen hohen kurzwelligen Gehalt aufweist.
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Bei einer Ausführungsform kann die Strahlungsquelle eine Xenonlampe umfassen. Das Gerät kann eine Xenonlampe aufweisen, die Quarzglas aufweist, das ein verstärktes kurzwelliges UV-Licht bereitstellt. Eine Xenonlampe, die Germacil umfasst, kann UV-Licht emittieren, das einen geringeren Niederfrequenzgehalt aufweist. Die Xenonlampe kann in einem Abstand von der Tinte auf dem Substrat, bzw. in einem Lückenabstand, positioniert sein, um der Geltinte einen gewünschten Energiepegel für die Vorbehandlung bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform kann die Xenonlampe konfiguriert sein, um UV-Licht zu pulsen, wodurch eine Bestrahlungsmenge, der die Tinte ausgesetzt wird, geregelt wird. Eine Pulsfrequenz kann je nach Bedarf angepasst werden.
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Bei einer Ausführungsform können die Systeme ein Vorbehandlungsgerät oder -system umfassen, das eine Strahlungsquelle aufweist, die konfiguriert ist, um strahlungstrocknende Geltinte, die auf einem Substrat abgeschieden wurde, zum vorzugsmäßigen Trocknen der Tinte einer Strahlung auszusetzen. Das Vorbehandlungsgerät kann eine Strahlungsquelle umfassen, die konfiguriert ist, um kurzwelliges UV-Licht zu emittieren. Die Geltinte kann dem UV-Licht in einer Vornivellierungszone ausgesetzt werden, die einem Kontaktnivellierungswalzenspalt eines Kontaktnivellierungsgeräts vorhergeht. Das Kontaktnivellierungsgerät kann ein Druck- oder Kontaktelement umfassen, wie etwa eine Nivellierungswalze, eine Trommel oder einen Riemen. Das Kontaktnivellierungsgerät kann ein Stützelement, wie etwa eine Walze, umfassen, das zusammen mit dem Nivellierungselement einen Kontaktnivellierungswalzenspalt definiert. Die Tinte kann auf einem Substrat abgeschieden werden, und das Substrat kann für die Vorbehandlung durch die Strahlungsquelle des Vorbehandlungsgeräts zur Vornivellierungszone transportiert werden. Die Tinte kann durch Kurzwellenstrahlung bestrahlt werden, um die Tinte auf bevorzugte Art und Weise zu trocknen, wodurch die Tinte an dem Kontaktnivellierungswalzenspalt verstrichen werden kann und die Tinte mit minimalem oder gar keinem Absetzen auf den Bestandteilen des Kontaktnivellierungsgeräts verstrichen werden kann.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Strahlungsvorbehandlung und eines Kontaktnivellierungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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2A ein Strahlungsquellen-Emissionsspektrum, das einen verstärkten kurzwelligen Gehalt zeigt;
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2B ein Strahlungsquellen-Emissionsspektrum, das einen langwelligen Gehalt zeigt, der größer als der in 2A gezeigte ist;
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3 einen Kontaktnivellierungsprozess für UV-Geltinte, der eine UV-Vorbehandlung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst;
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4 ein erstes Xenonkolbenspektrum, das einen höheren kurzwelligen Gehalt als ein zweites Xenonkolbenspektrum zeigt;
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5 eine Bestrahlung durch eine gepulste Xenonquelle, die integrierte UVB- und UVC-Komponenten der UV-Ausgabe zeigt;
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6A ein Linienbild aus strahlungstrocknender Geltinte vor dem Verstreichen und nach der UV-Vorbehandlung mit einer gepulsten UV-Quelle;
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6B ein Linienbild aus strahlungstrocknender Geltinte nach der UV-Vorbehandlung und nach dem Verstreichen;
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7A eine Linie aus strahlungstrocknender Geltinte, die vor der Vorbehandlung durch die Strahlungsquelle und vor der Kontaktnivellierung auf einem Substrat abgeschieden wird;
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7B ein Linie aus strahlungstrocknender Geltinte, die auf einem Substrat abgeschieden, mit einer Strahlung vorbehandelt und an einem Kontaktnivellierungswalzenspalt verstrichen wird;
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8 die Effekte von UV-Geltintenlinien, die auf einem Substrat abgeschieden wurden, nachdem sie der UV-Vorbehandlung und der Kontaktnivellierung unterzogen wurden.
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Es wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, um das Verständnis von Verfahren, Geräten und Systemen für eine kurzwellige UV-Vorbehandlung zum Drucken mit UV-Geltinte sicherzustellen. In den Zeichnungen werden überall die gleichen Bezugszahlen verwendet, um ähnliche oder identische Elemente zu bezeichnen. Die Zeichnungen zeigen diverse Ausführungsformen und Daten, die mit den Ausführungsformen von beispielhaften Verfahren, Geräten und Systemen zum Drucken von strahlungstrocknender Geltinte zusammenhängen, wozu das Anwenden einer kurzwelligen UV-Behandlung auf die UV-Geltinte gehört, die vor der Kontaktnivellierung der Tinte auf dem Substrat auf einem Substrat abgeschieden wurde.
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Die Kontaktnivellierung einer strahlungstrocknenden Geltinte an einem Nivellierungswalzenspalt kann einen oder mehrere fehlende Strahlen in einem Druckkopf maskieren, der zum Tintenstrahldrucken von Linienbildern konfiguriert ist, und/oder kann Einheitlichkeit und Regelung des Glanzes verbessern. Insbesondere kann die Geltinte, nachdem eine strahlungstrocknende Geltinte, wie etwa eine UV-Geltinte, auf einem Substrat abgeschieden wurde, durch ein Nivellierungsgerät verstrichen oder nivelliert werden. Ein Nivellierungsgerät kann ein Kontaktnivellierungselement, wie etwa eine Nivellierungswalze, einen Riemen oder eine Trommel, umfassen. Die Nivellierungswalze kann einen Kontaktnivellierungswalzenspalt mit einem Stützelement, beispielsweise einer Stützwalze, definieren. Es hat sich herausgestellt, dass die Kontaktnivellierung von strahlungstrocknender Geltinte dadurch problematisch sein kann, dass sich die Tinte auf der Nivellierungswalze absetzt, was zu einer schlechten Bildqualität, einer höheren Wartungsfrequenz des Drucksystems und zu einer kürzeren Lebensdauer der Bestandteile des Kontaktnivellierungsgeräts führt.
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Nachdem die strahlungstrocknende Geltinte auf einem Substrat abgeschieden wurde, kann die Tinte entsprechend vorbehandelt werden, bevor die Tinte auf dem Substrat durch ein Nivellierungsgerät verstrichen wird. Beispielsweise kann die UV-trocknende Geltinte auf einem Substrat abgeschieden werden, um ein Linienbild zu bilden. Bevor die Tinte des Linienbildes durch Kontaktieren der Tinte mit einem Nivellierungselement verstrichen wird, kann die Tinte vorbehandelt werden. Beispielsweise kann die UV-trocknende Geltinte mit UV behandelt werden, um die Tinte teilweise zu polymerisieren, um ein Absetzen auf den Systembestandteilen zu vermeiden und dabei ein ausreichendes Verstreichen oder Nivellieren zu ermöglichen, um eine Regelung und/oder Einheitlichkeit des Glanzes und/oder ein Maskieren fehlender Tintenstrahlen zu ermöglichen. Eine Strahlungsquelle, die konfiguriert ist, um UV-Licht zu emittieren, kann neben einer Vorbehandlungszone oder einem Bereich, in dem die Tinte vor der Verstreichbehandlung oder der Verarbeitung durch ein Nivellierungsgerät einer Strahlung ausgesetzt wird, konfiguriert sein.
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Es hat sich herausgestellt, dass es, wenn abgeschiedene UV-trocknende Geltinte mit einer Schmalband-UV-LED vorbehandelt wird, die eine Wellenlänge von ungefähr 395 nm aufweist, schwierig ist, die Vorbehandlung zu regeln, um ein Absetzen zu vermeiden und dabei ein angemessenes Verstreichen sicherzustellen. Beispielsweise kann die UV-Strahlung auf einer längeren Wellenlänge der Strahlungsquelle tiefer in die Tintenschicht eindringen als die einer Strahlungsquelle, die konfiguriert ist, um Breitspektrum-UV mit ähnlicher Gesamtleistung zu emittieren. Mit anderen Worten kann eine Wirkung der Verwendung einer derartigen LED-Strahlungsquelle darin bestehen, das Innere der Tintenschicht zu sehr auszutrocknen, wenn eine geeignete Dosis abgegeben wird, um die Oberfläche der Tinte genug zu trocknen, um ein Absetzen zu vermeiden, was zu wenig oder gar keinem Spielraum bei der Vorbehandlung und dem Verstreichprozess führt.
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Eine Strahlungsquelle, die eine kurze Wellenlänge bereitstellt, z.B. eine UV-Strahlung, kann verwendet werden, um auf einer abgeschiedenen Tintenschicht eine Haut zu bilden, die sich nicht auf einem Kontaktnivellierungselement absetzt und es dabei dem größeren Teil der Tintenschicht ermöglicht, verformbar und für das Nivellieren oder Verstreichen empfänglich zu bleiben. Insbesondere hat eine Kurzwellenstrahlung eine eingeschränkte Eindringung in die Tintenschicht und beeinflusst die Oberflächentrocknung auf bevorzugte Art und Weise.
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Obwohl die Vorbehandlung durch Strahlungsexposition über einen Vorbehandlungszeitraum hinweg kontinuierlich sein kann, um ein Erhitzen der Tinte einer abgeschiedenen Tintenschicht zu vermeiden und die Diffusion von Sauerstoff in eine Oberfläche der Tinte zu minimieren, kann eine kurzwellige, gepulste Strahlungsquelle verwendet werden. Das Pulsen der Kurzwellenstrahlung, die von der Strahlungsquelle emittiert wird, kann die Wirksamkeit der Strahlungsvorbehandlung verstärken. Ferner kann das Pulsen der Kurzwellenstrahlung eine bessere Kontrolle über die Energie, welche die Tinte empfängt, ermöglichen. Frequenz und Dauer des Pulsens können je nach Bedarf angepasst werden. Entsprechend können die rheologischen und Oberflächeneigenschaften der Tintenschicht anhand einer Teilpolymerisation vor Ort geändert werden, wodurch eine effektive Kontaktnivellierung ermöglicht wird.
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Eine geeignete Kurzwellenstrahlung umfasst eine UV-Strahlung mit einer UVB-Komponente in einem Bereich von ungefähr 280 nm bis ungefähr 320 nm und einer UVC-Komponente in einem Bereich von ungefähr 280 nm und darunter. Eine derartige UV-Strahlung ist wirksamer für das vorzugsmäßige Trocknen einer Oberfläche aus abgeschiedener strahlungstrocknender Geltinte als beispielsweise eine UV-Strahlung mit längeren Wellenlängen. Eine derartige UV-Strahlung mit längerer Wellenlänge kann eine UVA-Komponente in einem Bereich von ungefähr 320 nm bis ungefähr 390 nm und eine UVV-Komponente in einem Bereich von ungefähr 395 nm bis ungefähr 445 nm umfassen. Eine Strahlung auf einer längeren Wellenlänge ist für tiefgreifendes Trocknen der UV-Geltinte geeignet.
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Bei einer Ausführungsform kann die strahlungstrocknende Geltinte auf einem Substrat abgeschieden werden. Beispielsweise kann die Geltinte als Tintenlinien, die ein Tintenbild bilden, abgeschieden werden. Die Geltinte kann dann der Strahlung in einem Vorbehandlungsschritt ausgesetzt werden. Die Vorbehandlungsstrahlung ist eine Kurzwellenstrahlung, die von einer Strahlungsquelle emittiert wird. Eine beispielhafte Strahlungsquelle umfasst eine Strahlungsquelle, die einen undotierten Quecksilberkolben umfasst, und kann konfiguriert sein, um eine UV-Strahlung zu emittieren, die einen verstärkten kurzwelligen Gehalt aufweist. Der Quecksilberkolben kann eine Hülle aus klarem Quarzglas umfassen. Alternativ kann die Strahlungsquelle eine LED-Quelle oder eine gefilterte Quelle umfassen, die eine UV-Strahlung emittiert, die einen Spektralgehalt unter ungefähr 300 nm aufweist.
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Die Strahlungsquelle kann beispielsweise in der Nähe einer Vornivellierungszone in einem Drucksystem mit strahlungstrocknender Geltinte angeordnet sein. Die Vornivellierungszone kann in Druckprozessrichtung einem Kontaktnivellierungsgerät vorhergehen, das konfiguriert ist, um UV-Geltinte zu verstreichen, die auf ein Substrat, wie etwa Papier, oder auf ein anderes geeignetes Medium abgeschieden wird. Das Kontaktnivellierungsgerät kann ein Druckelement oder ein Nivellierungselement, wie etwa eine Walze, eine Trommel oder einen Riemen, umfassen. Die Nivellierungswalze kann mit einem Stützelement einen Nivellierungswalzenspalt bilden. Das Stützelement kann eine Walze, eine Trommel oder eine andere geeignete Stützstruktur sein. Nachdem die strahlungstrocknende Geltinte auf dem Substrat abgeschieden wurde, kann die Tinte am Kontaktnivellierungsgerät verstrichen werden. Die Nivellierungswalze kann konfiguriert sein, um die Tinte zu berühren und um die Tinte zu verstreichen, indem sie Druck auf die Stützwalze ausübt.
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Um zu verhindern, dass sich eine Tintenmenge sich auf dem Nivellierungselement absetzt, werden Rheologie und Oberfläche der Tinte durch eingeschränkte und/oder geregelte Exposition an ausgewählte UV-Wellenlängen im Vorbehandlungsschritt gemäß den Verfahren, Geräten und Systemen der Ausführungsformen geregelt. Beispielsweise wird die Tinte einer kurzwelligen UV-Strahlung ausgesetzt, um eine Teilpolymerisation der Tinte zu ermöglichen, was das Molekulargewicht der Tinte vor Ort ändert. Ferner kann eine Energiemenge, der die Tinte ausgesetzt wird, geregelt werden. Beispielsweise kann man die Anzahl der Photonen, denen die Tinte während der Vorbehandlung ausgesetzt wird, regeln, indem kurze UV-Lichtimpulse mit hoher Leistung verwendet werden. Eine geeignete Strahlungsquelle kann eine Xenonlampe umfassen, die das kurze Pulsen von UV-Licht mit hoher Leistung und einer vorherbestimmten Frequenz für eine vorherbestimmte Anzahl von Impulsen sicherstellen kann. Dies ermöglicht kurze Expositionen im Vergleich zu Quecksilber-UV-Bogenlampen, welche die Strahlung im Betrieb kontinuierlich emittieren.
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1 zeigt ein Drucksystem mit strahlungstrocknender Geltinte gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere zeigt 1 ein Drucksystem mit strahlungstrocknender Geltinte, das ein Kontaktnivellierungsgerät und eine Vorbehandlungs-Strahlungsquelle aufweist, um Tinte, die auf einem Substrat abgeschieden wird, einer Strahlung auszusetzen, um die Tinte auf bevorzugte Art und Weise zu trocknen, bevor die Tinte am Kontaktnivellierungsgerät verstrichen wird. Eine Medientransportvorrichtung 101 kann konfiguriert sein, um ein Substrat 103 zu transportieren, auf dem eine strahlungstrocknende Geltinte abgeschieden ist. Beispielsweise kann ein Tintenstrahldruckkopf für Geltinte konfiguriert sein, um Tinte auf das Substrat 103 auszustoßen, um Tintenlinien zu bilden. Die Tintenlinien können ein Tintenbild bilden.
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Das Substrat 103 kann bis zu einem Kontaktnivellierungswalzenspalt 105 transportiert werden, um die Tinte einzuebnen oder zu verstreichen. Die Tinte kann verstrichen werden, z.B. um ein Glanzniveau eines aus der Tinte gebildeten Bildes zu regeln, und/oder um einen oder mehrere fehlende Strahlen zu maskieren, die Lücken zwischen Tintenlinien verursachen können. Der Nivellierungswalzenspalt 105 kann durch eine Druckwalze oder Nivellierungswalze 110 und eine Stützwalze 112 definiert werden. Die Nivellierungswalze 110 kann beispielsweise eine Aluminiumtrommel umfassen. Die Nivellierungswalze 110 kann konfiguriert sein, um die Tinte zu berühren, die auf dem Substrat 103 abgeschieden wurde, um die Tinte zu verstreichen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Nivellierungselement in Form eines Riemens, wie etwa eines endlosen Riemens, vorliegen.
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Bei einer Ausführungsform der Geräte und Systeme, wie sie in 1 gezeigt werden, kann eine erste Strahlungsquelle 120 neben der Medientransportvorrichtung 101 angeordnet sein. Die Strahlungsquelle 120 kann konfiguriert sein, um eine Strahlung, wie etwa eine UV-Strahlung, zu emittieren. Die Strahlungsquelle 120 kann UV-Licht emittieren, beispielsweise um Tinte auf einem Substrat 103 zu belichten, während das Substrat 103 durch eine Vornivellierungszone transportiert wird, die vor dem Nivellierungswalzenspalt 105 liegt.
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Die Strahlungsquelle 120 kann konfiguriert und geregelt sein, um die Tinte auf dem Substrat 103 in der Vornivellierungszone vorzubehandeln, um ein wirksames Verstreichen der Tinte an dem Kontaktnivellierungswalzenspalt 105 sicherzustellen. Insbesondere kann die Strahlungsquelle 120 konfiguriert sein, um eine UV-Strahlung mit kurzen Wellenlängen zu emittieren. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 120 konfiguriert sein, um eine UV-Strahlung zu emittieren, die eine UVB-Komponente in einem Bereich von ungefähr 280 nm bis ungefähr 320 nm und eine UVC-Komponente in einem Bereich von ungefähr 280 nm und darunter aufweist. Die Tinte auf dem Substrat 103 kann einer UV-Strahlung ausgesetzt werden, die von der Strahlungsquelle 120 emittiert wird, um eine Oberfläche der Tinte auf bevorzugte Art und Weise zu trocknen, während sie die Unterschichten der Tinte weniger stark trocknet, wodurch das Bild verstrichen werden kann, ohne sich auf der Verstreichwalze abzusetzen. Bei einer Ausführungsform kann die Tinte einer kontinuierlichen UV-Emission ausgesetzt werden. Die Exposition kann eine Zeit lang dauern, und die Emission kann während dieses Zeitraums kontinuierlich sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Photonenmenge, der die Tinte ausgesetzt wird, geregelt werden, indem die Strahlungsquelle 120 gepulst wird. Ein Lückenabstand zwischen der Tinte und der Strahlungsquelle 120 kann auch angepasst werden, um eine Bestrahlung von emittiertem Licht, beispielsweise UV-Licht, zu regeln.
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Für mehrschichtige Bilder kann eine erste Dosis einer UV-Strahlung mit einem geeigneten Energiepegel erforderlich sein. Ein mehrschichtiges Bild kann je nach Substrat eine gewisse Strahlung benötigen, um die Tintenschichten zu stabilisieren, bevor es sich zur Verstreichvorrichtung oder zum Kontaktnivellierungsgerät begibt. Es versteht sich, dass ein dickes Bild eventuell eine langwellige UV-Strahlung mit geringer Leistung benötigt, um das Bild vor der Exposition an eine Vorbehandlungsstrahlung aus der kurzwelligen UV-Strahlungsquelle 120 als Vorbereitung auf das Verstreichen an das Substrat zu binden (dieser Vorgang wird vom Fachmann gewöhnlich als „Pinning” bezeichnet). Eine UV-Quelle, die konfiguriert ist, um eine langwellige Strahlung mit geringer Leistung für das Pinning (nicht gezeigt) zu emittieren, kann oberhalb des Nivellierungswalzenspalts 105 angeordnet sein. Die UV-Quelle (nicht gezeigt), die für das Pinning verwendet wird, kann beispielsweise oberhalb der kurzwelligen UV-Strahlungsquelle 120 angeordnet sein.
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Nachdem die Strahlungsquelle 120 eine UV-Strahlung emittiert hat, um die Tinte auf dem Substrat 103 vorzubehandeln, indem sie das Bild der Kurzwellenstrahlung zum vorzugsmäßigen Trocknen aussetzt, kann das Substrat 103 zur Verarbeitung bis zum Nivellierungswalzenspalt 105 transportiert werden. Die Nivellierungswalze 110 kann konfiguriert sein, um die vorbehandelte Tinte zu berühren, wobei sie die Tinte mit minimalem oder gar keinem Absetzen der Tinte an der Oberfläche der Nivellierungswalze 110 verstreicht. Nachdem die Tinte durch das Nivellierungsgerät auf dem Substrat 103 verstrichen wurde, kann die Tinte an einer zweiten Strahlungsquelle 125 einer Strahlung ausgesetzt werden. Die zweite Strahlungsquelle kann beispielsweise konfiguriert sein, um eine UV-Strahlung zu emittieren, die eine längere Wellenlänge aufweist, die in die Tinte eindringt, um die Tinte zu trocknen.
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Eine Strahlungsquelle, wie etwa die Strahlungsquelle 120, kann beispielsweise eine Quecksilberlampe umfassen. Um eine effektive verstärkte kurzwellige Emission zu erreichen, kann die Strahlungsquelle 120 einen undotierten Quecksilberkolben umfassen, der eine klare Quarzglashülle aufweist. Wie in 2A gezeigt, stellt eine undotierte Quecksilberlampe einen verstärkten kurzwelligen UV-Gehalt in der Emission sicher. Insbesondere zeigt 2A ein typisches undotiertes Quecksilberemissionsspektrum mit verstärktem kurzwelligen UV-Gehalt.
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2B zeigt ein typisches Emissionsspektrum für eine eisendotierte Quecksilberlampe. Insbesondere zeigt 2B einen viel höheren UVA-Gehalt als eine undotierte Quecksilberlampe. 2B zeigt, dass die Emission der dotierten Quecksilberlampe einen viel höheren UVA-Gehalt zeigt, z.B. in einem Bereich von ungefähr 320 nm bis ungefähr 390 nm.
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3 zeigt ein Druckverfahren 300 mit strahlungstrocknender Geltinte mit UV-Vorbehandlung vor dem Verstreichen der Tinte gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere umfasst die in 3 gezeigte Ausführungsform das Erstellen eines Bildes aus strahlungstrocknender Geltinte auf einem Substrat in Schritt S305. Beispielsweise, kann ein Tintenstrahldruckkopf konfiguriert sein, um Tintenlinien auf einem Substrat abzuscheiden, um ein Bild zu bilden.
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Bei S315 kann das Tintenbild einer Strahlung, wie etwa UV-Licht, ausgesetzt werden. Dauer, Leistung und Spektrum können geregelt werden, um eine Vorbehandlung zu erreichen, die wirksam ist, um ein Absetzen der Tinte auf einem Druckelement eines Kontaktnivellierungsgeräts zu verhindern und dabei das Verstreichen der Tinte zu ermöglichen. Bei S325 kann die vorbehandelte Tinte mit einem Druckelement berührt werden, wie etwa einer Nivellierungswalze, um die Tinte zu verstreichen und einzuebnen. Dies ermöglicht eine Glanzregelung und das Maskieren fehlender Strahlen. Die Vorbehandlung der Tinte bei S315 durch vorzugmäßiges Trocknen eines Teils der Tinte, um die rheologischen Eigenschaften der Tinte zu ändern, ermöglicht es, die Tinte mit minimalem oder gar keinem Absetzen der Tinte auf die Bestandteile des Kontaktnivellierungsgeräts zu verstreichen.
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Bei S335, nachdem das Substrat den Kontaktnivellierungswalzenspalt verlassen hat, kann eine zweite Strahlungsbehandlung auf die verstrichene und nivellierte Tinte angewendet werden. Beispielsweise kann eine Strahlung auf die Tinte angewendet werden, um das Tintenbild mit Breitband-UV-Strahlung endgültig zu trocknen. Die Vorbehandlungsstrahlung, die bei S315 angewendet wird, kann die Energie reduzieren, die zum endgültigen Trocknen bei S335 benötigt wird. Die endgültig getrocknete Bild kann bei S345 nachbearbeitet werden. Dazu kann beispielsweise das Stapeln und Ausrichten des Ausdrucks mit dem nivellierten getrockneten Bild gehören.
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Bei einer Ausführungsform kann die zur Vorbehandlung konfigurierte Strahlung eine Quecksilberlampe umfassen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Strahlungsquelle, die konfiguriert ist, um strahlungstrocknende Geltinte auf einem Substrat vorzubehandeln, bevor die Tinte an einem Kontaktnivellierungswalzenspalt eines Kontaktnivellierungsgeräts verstrichen wird, eine Xenonlampe umfassen. Zusätzlich zum Regeln der Wellenlängen der Strahlungsemission kann die Energie der Strahlungsemission durch kurzes Pulsen von UV-Licht geregelt werden. Eine Xenonlampe ist ein Beispiel für eine Strahlungsquelle, die für eine gepulste Hochleistungs-Strahlungsausgabe geeignet ist. 4 zeigt zwei Spektren typischer Xenonkolben. Die Kolben, die verwendet werden, um die dargestellten Daten zu erzeugen, sind 4,2-Zoll-Xenonlampen. Das Spektrum mit dem höheren kurzwelligen Gehalt entspricht der Xenonlampe, die eine klare Quarzglashülle verwendet. Das andere Spektrum mit einem geringeren Niederfrequenzgehalt wurde von einer Xenonlampe mit Germacil erzeugt.
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5 zeigt eine Bestrahlung durch eine gepulste Xenonquelle mit Bezug auf die integrierten UVB- und UVC-Komponenten der emittierten UV-Strahlung. Die Strahlungsquelle, die verwendet wurde, um die Ergebnisse zu erzeugen, die in 5 gezeigt werden, umfasste eine Xenonlampe, die 10 mm von der Tinte entfernt auf einem Substrat beabstandet war. Je mehr sich der Lückenabstand verringert, desto mehr verringert sich die Impulshöhe oder die Bestrahlungsmenge. Zu den Parametern, die für eine wirksame Vorbehandlung der Kontaktnivellierung der Geltinte geändert werden können, gehören die emittierte Strahlungspulsfrequenz, der Strahlungsquellenlückenabstand, die Strahlungsemissionsdauer oder Impulsdauer und die Wellenlänge, wie zuvor besprochen.
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6A zeigt die Effekte der UV-Vorbehandlung auf positive und negative Geltintenlinien, die ein Bild bilden. 6A zeigt ein Bild aus strahlungstrocknender Geltinte vor dem Verstreichen. Die in der Mitte befindliche negative senkrechte Linie ergibt sich aus einem fehlenden Strahl im Druckkopf. Vor dem Verstreichen der Tinte wurde die Tinte mit kurzwelligem gepulsten UV-Licht vorbehandelt.
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Wie in 6B gezeigt, ermöglichte die Vorbehandlung das Verstreichen der Tinte durch Kontaktnivellierung mit minimalem oder gar keinem Absetzen der Geltinte auf dem Druckelement oder Nivellierungselement des Kontaktnivellierungsgeräts. Der Effekt des fehlenden Strahls auf dem Bild aus strahlungstrocknender Geltinte wurde durch den Verstreichprozess maskiert.
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7A zeigt eine Linie aus strahlungstrocknender Geltinte, die auf einem Papiersubstrat abgeschieden wurde. Die in 7A gezeigte Tinte wurde keiner Trocknungsstrahlung, wie etwa UV-Licht, ausgesetzt. Ferner wurde die in 7A gezeigte Tinte nicht durch ein Kontaktnivellierungsgerät verstrichen. Durch Pulsen des UV-Lichts mit hohem kurzwelligen Gehalt kann ein geringer geregelter Energiepegel zum vorzugsmäßigen Trocknen einer äußeren Oberflächenschicht der Tinte auf die Tinte angewendet werden und dabei ermöglichen, dass eine innere Schicht der Tinte weich und verstreichbar bleibt. Entsprechend setzt sich die äußere Oberflächenschicht der Tinte nicht auf einem Kontaktnivellierungselement, wie etwa einer Druckwalze oder Nivellierungswalze, ab, während sich eine darunterliegende Tintenschicht ausbreiten kann. 7B zeigt eine Tintenlinie nach der Vorbehandlung durch UV-Licht und nach dem Verstreichen durch Kontaktnivellierung. Die Tinte hat sich während des Verstreichens nicht auf dem Nivellierungselement des Kontaktnivellierungsgeräts abgesetzt.
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Wie zuvor besprochen, kann eine Energiemenge, die durch Strahlung an die Tinte abgegeben wird, geregelt werden, um die Tinte wie gewünscht zu beeinflussen. Ein Verfahren zum Regeln eines Energiepegels der angewendeten Strahlung aus einer Strahlungsquelle besteht darin, einen Abstand zwischen der Strahlungsquelle und der auf einem Substrat abgeschiedenen Tinte anzupassen. Dieser Abstand, z.B. ein Lückenabstand, kann angepasst werden, um eine Energiemenge zu erhöhen oder zu verringern, die an die Tinte abgegeben wird, wenn die Tinte UV-Licht ausgesetzt wird. Beispielsweise nimmt eine Energiemenge, die auf die Tinte angewendet wird, zu, wenn der Lückenabstand abnimmt. 8 zeigt eine Grafik der Geltinten-Linienbreite auf einem Papiersubstrat gegenüber einer Höhe oder einem Lückenabstand einer Strahlungsquelle im Verhältnis zu einem Substrat. Insbesondere war die verwendete Strahlungsquelle eine Xenonlampe. 8 zeigt, dass während ein Lückenabstand zwischen der Xenonstrahlungsquelle und dem Substrat für die UV-Vorbehandlung verringert wurde, eine Linienbreite bzw. Verteilung zunahm.
