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Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, wobei durch
Energieeintrag auf einem Druckfarbträger eine Anzahl von Portionen
aus fluider Druckfarbe erzeugt wird und wobei die fluide Druckfarbe
auf den Bedruckstoff übertragen
wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Eintragung
von Energie auf einen Druckfarbträger mit einer Anzahl von einzeln
ansteuerbaren Laserlichtquellen, wobei die Laserlichtquellen modular
aus Unterarrays bestehend in einem Array angeordnet sind, und mit
einem Druckfarbträger,
dem eine Rotationsachse zugeordnet ist und auf dessen Oberfläche eines
Anzahl von Bildpunkten der Laserlichtquellen erzeugbar ist.
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Digitale oder variable Druckverfahren
sind Druckverfahren, welche es ermöglichen, von Abzug zu Abzug
oder Ausdruck zu Ausdruck verschiedene Inhalte oder Sujets auf einen
Bedruckstoff zu übertragen.
Allgemein bekannte digitale Druckverfahren sind beispielsweise die
Elektrophotographie oder der Tintenstrahldruck. Daneben gibt es
aber auch Ansätze,
mit fluiden Druckfarben, auch flüssigen,
pigmentierten Druckfarben, variabel Bilder, Texte, Sujets oder dergleichen
auf Bedruckstoffe zu übertragen. Einige
derartige Ansätze
sind bereits ausführlich
in der Literatur dokumentiert.
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Beispielsweise sind aus dem Dokument
DE 42 05 636 C2 ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum variablen Drucken bekannt, mit
dessen Hilfe schmelzbare Druckfarben auf einen Druckformträger, beispielsweise
einen Zylinder aufgebracht werden, wobei eine bei Raumtemperatur
feste, durch Wärmezufuhr
schmelzbare Druckfarbe als geschlossener viskoser Film auf dem Druckformträger aufgetragen wird
und dort anschließend
durch Abkühlung
erhärtet.
Der erhärtete
Film wird dann punktweise oder pixelweise der Strahlung eines Lasers
oder einer Laser-Zeile ausgesetzt, wobei die Druckfarben in den bestrahlten
Bereichen verflüssigt
und in noch flüssigem
Zustand auf einen Bedruckstoff übertragen
werden, wo sie wieder abkühlen.
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Aus dem Dokument
DE 36 25 592 A1 ist des weiteren
ein variables Druckverfahren, ein sogenanntes Wärmeübertragungsaufzeichnungsverfahren
bekannt. Dabei wird auf einem Zylinder als Druckfarbträger eine
verzögernd
härtende
Druckfarbe entweder als relativ dicke Schicht aufgebracht und verfestigt
oder der Zylinder selbst besteht aus harter Druckfarbe. Die auf
dem Zylinder befindliche harte Farbe wird anschließend mit
Hilfe einer Energiestrahlung beispielsweise eines Lasers, lokal
aufgeweicht. Die aufgeweichten Stellen können dann auf einen Bedruckstoff übertragen
werden. Nach der Übertragung
wird die verbliebene Farbschicht in einer Dicke abgeschabt, die
der Schichtdicke entspricht, welche auf den Druckträger übertragen
wurde.
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Ein weiteres variables Druckverfahren,
ein sogenanntes Saugdruck-Verfahren, ist im Dokument WO 00/40423
beschrieben. Ein Druckfarbträger weist
Vertiefung als druckende Bereiche auf, während nicht druckende Bereiche
auf konstantem Niveau liegen. Die gesamte Oberfläche des Druckfarbträgers wird
vor dem Druck in folgender Weise eingefärbt, d. h. mit Druckfarbe überflutet:
Die in den Vertiefungen befindliche Luft wird gezielt und selektiv
vor der Aufnahme von Druckfarbe erhitzt, so dass sie aufgrund der
starken Temperaturabhängigkeit
ihres Volumens aus den Vertiefungen ausgetrieben wird. Verschließt man dann
durch die Druckfarbe den Eingang der Vertiefungen und kühlt danach
den Rest der in den Vertiefungen befindlichen Luft ab, so wird sich die
Luft mit der Abkühlung
zusammenziehen und damit Druckfarbe in die Vertiefungen saugen.
Dieser Effekt ist um so stärker,
je größer die
Schwankung der Temperatur in den Vertiefungen ist. Prinzipiell lässt sich
durch die Steuerung der Temperatur in den Vertiefungen die aufgenommene
Menge von Druckfarbe steuern. Der Druckfarbträger kann vor jedem neuen Druckzyklus
neu oder anders mit Hilfe eines Wärmebildes, d. h. durch selektives
Einstrahlen von Energie in die Vertiefungen, beschrieben werden.
Vor der Übertragung
der Druckfarbe auf einen Bedruckstoff wird mittels eines Wischers,
Rakels oder dergleichen die Druckfarbe aus den nicht druckenden
Bereichen entfernt, Druckfarbe bleibt also nur in den Vertiefungen.
Ein hoher Anpressdruck und die Adhäsionskräfte zwischen dem Bedruckstoff
und Farbe bewirken die Farbübertragung
aus den Vertiefungen auf den Bedruckstoff.
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Im Dokument
EP 0 947 324 A1 werden ein Verfahren
zum Drucken und eine zugeordnete Vorrichtung offenbart. Unter Ausnutzung
des lichthydraulischen Effektes werden mittels einer Laserlichtquelle
Druckimpulse in eine Farbschicht auf einem Druckfarbträger derart
eingebracht, dass eine Portion von Druckfarbe abgelöst und auf
einen Bedruckstoff übertragen
wird.
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Ein anderes variables Druckverfahren
und eine Einrichtung zu dessen Durchführung sind im Dokument
DE 197 46 174 C1 dargestellt.
In einem Druckformträger
sind Vertiefungen, welche mit Druckfarbe gefüllt werden können, vorgesehen.
Eine Auswahl oder Erzeugung einer Anzahl von Portionen der Druckfarbe
erfolgt durch Einwirkung eines digital angesteuerten Energiestrahls.
Die Übertragung
der Farbe geschieht bei Berührung
der aus einer Vertiefung herausgetriebenen Druckfarbe mit einem
Bedruckstoff aufgrund von Adhäsionskräften.
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Alle diese Ansätze haben die gemeinsame Notwendigkeit,
dass für
die Erzeugung einer Bildpunktes eine gewisse Energiemenge nach Möglichkeit
in einen eng begrenzten räumlichen
Bereich eines Druckfarbträgers,
welcher mit dem zu erzeugenden Druckpunkt korreliert ist, gegebenenfalls
berührungslos
eingekoppelt werden muss. Als Energieform wird hier zumeist Laserstrahlung
im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich aufgrund
der hohen spektralen Leistungsdichte, der Direktionalität und anderer
Eigenschaften eingesetzt. Da sämtliche
einzelne Punkte eines Bildes während der
Bebilderung bevorzugt möglichst
kurzen Dauer eines Ausdrucks erzeugt werden müssen, ist die Gesamtleistung
der benötigten
Energiequelle relativ hoch.
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Um eine zweidimensionale Oberfläche eines Bedruckstoffs
in einem variablen Druckverfahren zu bebildern, wird üblicherweise
der Bedruckstoff bei der Erzeugung des Bildes zumindest in eine
der die Oberfläche
aufspannenden Richtungen relativ zur bilderzeugenden Vorrichtung
bewegt. Prinzipiell kann auch eine relative Bewegung in die zweite
aufspannende Richtung, ein sogenanntes Scannen, erfolgen. Alternativ
das Bild zeitlich und räumlich
parallel über die
gesamte Breite des Bildes, auch als seitenbreit bezeichnet, erzeugt
werden.
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Ein deutlicher Nachteil beim Scannen
ist die Tatsache, dass nur eine begrenzte Maximalgeschwindigkeit
erreichbar ist. Eine exakte Synchronisation der Bewegungen des Ablenkspiegels
und des Papiertransportes mit extrem unterschiedlichen Geschwindigkeiten
ist nur mit hohem Aufwand erreichbar, beispielsweise müssen Piezospiegel
eingesetzt werden. Im allgemeinen ist ein großer Bauraum erforderlich. Wenn
nur wenig Zeit pro Energieeintrag zur Verfügung steht, ist eine schnelle
Energieeinkopplung notwendig, welche eine hohe Leistungsdichte der
Laserlichtquelle erforderlich macht. Die Gefahr einer Beschädigung optischer
Komponenten, aber auch die Möglichkeit
einer unerwünschten
Modifikation beteiligter Materialien, wie beispielsweise der Druckfarbe
selbst, wächst.
Die hohe Leistungsdichte muss sehr schnell moduliert werden: Bei
einer Seitenbreite von 34 cm, 600 dpi und 1 m/s Druckgeschwindigkeit
sind über
200 MHz erforderlich. Zwar verringern sich durch die Verwendung
mehrerer Laserlichtquellen, beispielsweise einer Laserlichtquellen-Zeile,
die Anforderungen an Leistung, Modulationsfrequenz und Geschwindigkeit
des Scannens, allerdings ist schon die Einkopplung zweier Lichtstrahlen
in einen Polygonscanner technisch sehr schwierig zu realisieren.
Beispielsweise fünfzig
Lichtstrahlen mit je 4 MHz Modulation sind als extrem schwierig anzusehen.
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Seitenbreite Arrays oder Anordnungen
aus Leuchtdioden (LED), wie sie beispielsweise in elektrophotographischen
Druckmaschinen weit verbreitet sind, können aufgrund ihrer ungünstigen
Abstrahlcharakteristik nur wenige Milliwatt Lichtleistung in einem
Bereich von 40 Mikrometern x 40 Mikrometern, der Größe eines
Druckpunktes bei 600 dpi, erzeugen. Diese optische Leistung ist
für die
meisten variablen Druckverfahren unzureichend. Aufgrund der prinzipiell
geringen Quanteneffizienz muss außerdem ein Vielfaches der optischen
Leistung als ungenutzte Wärmeleistung
abgeleitet werden. Auch eine Erhöhung
des Wirkungsgrades durch besondere Geometrien oder bei Verwendung
von Cavity LEDS haben bislang keine Abhilfe gebracht.
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Im Zusammenhang der variablen Druckverfahren
ist auch bekannt, beispielsweise aus dem Dokument WO 00/12317, seitenbreite
Arrays oder Anordnungen von Fasern oder Lichtwellenleitern einzusetzen,
mit deren Hilfe Licht von einer oder mehrerer entfernten Lichtquelle,
typischerweise eine Laserlichtquelle, an einen Druckfarbträger herangeführt wird.
Der Positionierungsaufwand für
eine derartige Anordnung von Fasern ist aufgrund der erforderlichen
hohen örtlichen,
sehr langzeitstabilen Präzision sehr
groß.
Die Zuordnung der einzelnen Kanäle
bei der Montage ist mit einem hohen Aufwand verbunden. Des weiteren
sind die Kosten für
eine Faserkopplung eines Lasers sowie für die erforderliche Länge des
Lichtwellenleitern im Bereich einiger Meter, welche pro Kanal für die Verbindung
zwischen Laser und Druckmaschine benötigt wird, so hoch, dass eine
Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger in einer
digitalen Druckmaschine unwirtschaftlich hoch wären.
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Angesichts der Nachteile des Standes
der Technik ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff mit einer leistungsstarken
Energiequelle und eine Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen
Druckfarbträger
zu schaffen. Insbesondere soll eine Vorrichtung zur Eintragung von
Energie mit einer eigenen Lichtquelle für jede zu bebildernde Linie
ausgestattet sein und Linien dicht schreiben können. Die Vorrichtung soll
des weiteren eine hohe Ausgangsleistung und eine ausreichende Auflösung und
Tiefenschärfe
aufweisen. Außerdem
soll die Vorrichtung vergleichsweise billig herzustellen und zu
warten sein und eine hohe Zuverlässigkeit
besitzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff mit den
Merkmalen gemäß Anspruch
1 und durch eine Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen
Druckfarbträger
gemäß Anspruch
6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
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Erfindungsgemäß wird in einem Verfahren zum
Drucken eines Bildes (auch eines Text oder eines Sujets) auf einen
Bedruckstoff durch einen Energieeintrag auf einem Druckfarbträger eine
Anzahl von Portionen aus fluider Druckfarbe erzeugt wird. Ein Energieeintrag
auf dem Druckfarbträger
wird durch eine Anzahl von Bildpunkten eines Arrays von einzeln
ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen erzeugt. Die fluide Druckfarbe
wird auf den Bedruckstoff übertragen.
Die fluide Druckfarbe kann insbesondere flüssig sein.
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Eine Portion von fluider Druckfarbe
ist diejenige Menge von Druckfarbe, welche einen Bildpunkt erzeugt,
und weist eine geeignete Viskosität für die Aufnahme auf und/oder
in den Bedruckstoff auf.
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Das Array von VCSEL Lichtquellen
kann insbesondere ein VCSEL Barren mit einer Anzahl von einzeln
ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen oder eine Anordnung einer Anzahl
von derartigen VCSEL Barren sein. Es können gleichzeitig und/oder örtlich parallel
mehrere Bildpunkte auf dem Druckfarbträger erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
auch als variables oder digitales Verfahren zum Drucken bezeichnet
werden. Insbesondere kann durch Energieeintrag auf dem Druckfarbträger ein temporäres, zeitweiliges
oder transientes Zwischenbild aus fluider Druckfarbe erzeugt werden.
Der Druckfarbträger
kann ein Zwischenbildträger
sein. In dieser Situation findet eine Übertragung der Druckfarbe des
temporären
Zwischenbilds auf den Bildträger
durch Abdrucken statt. Typische Bedruckstoffe sind Papier, Karton,
Pappe, organische Polymerfolie oder dergleichen. Bedruckstoffe können auch
als Bildträger
bezeichnet werden.
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In anderen Worten ausgedrückt, im
Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht die Verwendung oder
der Einsatz eines Arrays von einzeln ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen,
insbesondere von VCSEL Barren, in einem variablen oder digitalen
Druckverfahren.
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Während
konventionelle Halbleiterlaser Kantenemitter sind, die Lichtausbreitung
also senkrecht zur Fläche
des pn-Übergangs
erfolgt und das Licht senkrecht aus den Spaltflächen des Chips austritt, wird
von oberflächenemittierenden
Laserdioden (VCSEL Lichtquellen, VCSEL Laserdioden, Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser)
Licht senkrecht zur Waferoberfläche
abgestrahlt. Die Resonatorachse steht parallel zur Fläche des
pn-Übergangs.
Im Zusammenhang dieser Darstellung, des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
unter dem Begriff einer VCSEL Lichtquelle sämtliche Diodenlaser verstanden
sein, deren Abstrahlungsrichtung senkrecht zur aktiven Zone liegt.
Es kann sich dabei insbesondere um Oberflächenemitter, deren Resonatorlänge kurz
verglichen zur Dicke der aktiven Zone, um Oberflächenemitter, deren Resonatoren
monolithisch verlängert
sind, oder um Oberflächenemitter,
die einen externen oder einen gekoppelten Resonator aufweisen (auch
als NECSELs bezeichnet), handeln. Des weiteren kann eine VCSEL-Lichtquelle
ein Diodenlaser sein, dessen Resonator im wesentlichen parallel
zur aktiven Zone liegt und mit einer beugenden oder reflektierenden
Struktur versehen ist, welche die Laserstrahlung senkrecht zur aktiven
Zone auskoppelt.
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Die Funktionstüchtigkeit und eine Reihe von Eigenschaften
einer VCSEL Lichtquelle können
bereits auf dem Wafer bei oder direkt nach der Herstellung getestet
werden. Aufgrund der ausgedehnten Emitterfläche wird die Strahlung, insbesondere
im Vergleich zu kantenemittierenden konventionellen Halbleiterlasern,
mit geringem Divergenzwinkel emittiert. Im allgemeinen gilt für VCSEL
Lichtquellen, dass die aktive Länge
des Resonators sehr kurz sein kann, typischerweise nur wenige Mikrometer
beträgt, und
dass hochreflektierende Resonatorspiegel erforderlich sind, um kleine
Schwellströme
zu bekommen. Die notwendigen Spiegel können epitaktisch aufgewachsen
sein. Durch einen extrem kurzen Resonator, oft unter 10 Mikrometer
Länge,
erreicht man einen großen
longitudinalen Modenabstand, welcher oberhalb der Laserschwelle
Einmodenemission fördert.
Eine Einmodenemission ist aber im Zusammenhang des erfinderischen
Gedankens nicht unbedingt erforderlich, da auch Multimoden VCSEL
Lichtquellen eingesetzt werden können.
Durch einen rotationssymetrischen Resonator erhält man ein kreisrundes Nahfeld
und – durch
den relativ großen
Durchmesser bedingt – eine
kleine Strahldivergenz. Die Strahlqualität und die Form des emittierten
Lichtstrahls ist wesentlich durch die Größe der Auskoppelfacette bestimmt.
Durch die Auswahl der richtigen Größe (Begrenzung des Durchmessers)
erzeugt ein VCSEL die Grundmode (Gaußscher Strahl), welcher für den kontrollierten
Energieeintrag für
die Bilderzeugung aufgrund der hohen Tiefenschärfe vorteilhaft ist. Für hohe Lichtausgangsleistungen
können größere Durchmesser
der Auskoppelfacette vorteilhaft sein. Die Bauform des Lasers erlaubt
darüber
hinaus eine einfache monolithische Integration zweidimensionaler
VCSEL-Laserdioden Arrays. Schließlich ist ein Testen der Laser
unmittelbar auf der Waferscheibe nach der Fertigung möglich.
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Der typische Schichtaufbau eines
oberflächenemittierenden
Lasers ist dem Fachmann bekannt und kann entsprechender Literatur
entnommen werden. Siehe hierzu zum Beispiel K.J. Ebeling „Integrierte
Optoelektronik", Springer-Verlag, Berlin, 1992. Dieses Dokument
wird durch Bezugnahme in diese Offenbarung aufgenommen. Arrays von
VCSEL Lichtquellen können
als zweidimensionale Anordnungen hergestellt werden. Beispielsweise
wird in der
EP 0 905
835 A1 ein zweidimensionales Array von VCSEL Lichtquellen
beschrieben, welche einzeln adressierbar oder ansteuerbar sind.
Zur Erhöhung
der erreichbaren Ausgangsleistung und zur Erzwingung einer Laseroszillation
in der Fundamentalmode ist in der
US
5,838,715 eine spezielle Resonatorform für eine VCSEL
Schichtstruktur offenbart.
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Für
eine Auflösung
von 600 dpi, einer typischen Auflösung in variablen Druckverfahren,
sind schon Laser mit einer geringeren als beugungsbegrenzten Strahlqualität ausreichend.
VCSEL mit 90 mW Ausgangsleistung können auf 40 Mikrometer × 40 Mikrometer
(entspricht 600 dpi) fokussiert werden. Die Lichtintensität auf der
Austrittsfacette eines VCSEL ist nur ein Bruchteil deren, die auf
der Austrittsfläche
eines kantenemittiereden Halbleiterlasers auftritt, so dass die
Gefahr einer Facettenzerstörung
verringert ist. Die Zuverlässigkeit
von VCSEL Lichtquellen im Vergleich zu kantenemittierenden Halbleiterlasern
ist prinzipiell viel größer. Die
erhöhte
Zuverlässigkeit
ist besonders vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung zur Erzeugung von
Energie auf einem Druckträger
in einem Verfahren zum Drucken mit einer Vielzahl von Lichtquellen
eingesetzt werden soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird im erfindungsgemäßen Verfahren
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff die Anzahl von Portionen
aus fluider Druckfarbe durch punktweises Schmelzen oder Aufweichen
von auf dem Druckfarbträger
befindlicher, fester Druckfarbe dargestellt. Die Druckfarbe kann
in einer besonderen Ausführungsform
einen Erstarrungsverzug bei Abkühlung
aufweisen. Mit anderen Worten, der Schmelzpunkt liegt bei einer
höheren
Temperatur als der Festpunkt. Aufgrund des Erstarrungsverzuges verbleibt
die Druckfarbe im flüssigen
Zustand, bis sie durch Kontaktierung auf den Bedruckstoff abgedruckt
wird.
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In einer alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken wird die Anzahl von Portionen durch punktweises Einsaugen
von fluider Druckfarbe in Vertiefungen bei Abkühlung der durch den Energieeintrag
geheizten Volumina der Vertiefungen dargestellt. Anschließend wird die
fluide Druckfarbe auf den Bedruckstoff abgedruckt. In anderen Worten
ausgedrückt,
das Verfahren zum Drucken umfasst Schritte eines Saugdruckverfahrens.
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In einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken wird die Anzahl von Portionen fluider Druckfarbe durch
Ablösen
von einer Druckfarbschicht dargestellt. Die Portionen fluider Druckfarbe
werden aufgrund des Energieeintrags berührungslos auf den Bedruckstoff übertragen
werden. Mit anderen Worten die weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt
den lichthydraulischen Effekt.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform
des Verfahrens zum Drucken wird die Anzahl von Portionen fluider
Druckfarbe durch Austreiben aus Vertiefungen im Druckfarbträger dargestellt.
Die Portionen fluider Druckfarbe werden auf den Bedruckstoff bei
Berührung
(bevorzugt) oder berührungslos übertragen.
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Im Zusammenhang des erfinderischen
Gedankens steht auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Eintragung
von Energie auf einen Druckfarbträger mit einer Anzahl von einzeln
ansteuerbaren Laserlichtquellen, wobei die Laserlichtquellen modular
aus Unterarrays bestehend in einem Array angeordnet sind, und mit
einem Druckfarbträger,
dem eine Rotationsachse zugeordnet ist und auf dessen Oberfläche eines
Anzahl von Bildpunkten der Laserlichtquellen erzeugbar ist. Die
Unterarrays von Laserlichtquellen sind VCSEL Barren. Die VCSEL Barren
können
auf Bebilderungsmodulen aufgenommen sein. Reihen, das heißt, Zeilen
und/oder Spalten, von Bildpunkten der VCSEL Barren liegen bei gleichzeitiger Ansteuerung
(gleichzeitigem Einschalten der Lichtquellen) geneigt zur Rotationsachse
auf dem Druckfarbträger.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass
aus der Literatur, beispielsweise dem Dokument
US 5,477,259 , bekannt ist, dass ein
Array von Lichtquellen aus einzelnen Modulen von Unterarrays zusammengesetzt
werden kann. Typischerweise handelt es sich dabei um in einer Reihe,
also eindimensional angeordnete Laserdioden, welche nebeneinander
auf einem Aufnahmeelement fixiert sind, so dass ein zweidimensionales
Array von Lichtquellen entsteht. Das im Dokument US 5,477,259 gezeigte
Array von Lichtquellen liegt auf Kreuzungspunkten eines parallelogrammförmigen Gitters.
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Insbesondere kann der Druckfarbträger ein Zwischenbildträger sein.
Das Array kann regelmäßig und/oder
eindimensional oder zweidimensional (bevorzugt), bevorzugt kartesisch
sein. Es ist besonders vorteilhaft, wenn auf den VCSEL Barren die
Laserlichtquellen auf Kreuzungspunkten eines regelmäßigen kartesischen
zweidimensionalen Gitters angeordnet sind, so dass eine Neigung
zur Rotationsachse gleichmäßige Auswirkung
auf alle Lichtquellen hat. Es ist auch erwähnenswert, dass in einer zweidimensionalen
Anordnung größere Abstände zwischen den
einzelnen VCSEL Lichtquellen, Kanälen und emittierten Lichtstrahlen
gelassen werden können, so
dass eine Kollimation vereinfacht ist.
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Im Gegensatz zu kantenemittierenden
Halbleiterlasern sind bei einer VCSEL Lichtquelle Strahldurchmesser
und Divergenzwinkel in beiden lateralen Richtungen senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung des ausgesendeten Lichtes gleich, so dass eine
Kollimation und eine Fokussierung mit relativ einfachen nachgeordneten
Optiken, zum Beispiel Mikrolinsenarrays, insbesondere eine Mikrolinse
für einen oder
mehrere emittierte Lichtstrahlen, erreicht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger, ist der Neigungswinkel
zwischen der Aufspannungsrichtung der Reihe von Bildpunkten der
VCSEL Barren und der Rotationsachse oder der Komplementwinkel des
Neigungswinkels derart gewählt
ist, dass die projizierten Punkte der Bildpunkte auf einer Linie
parallel zur Rotationsachse einen regelmäßigen Abstand benachbarter
Punkte aufweisen.
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Für
eine zweidimensionale, regelmäßige kartesische
Anordnung von n × m
Bildpunkten, wobei die Richtung, in welcher die n Bildpunkte liegen,
mit der Senkrechten zur Rotationsachse einen Neigungswinkel α aufweist,
gilt, dass eine Reihe von projizierten Bildpunkten regelmäßige oder
gleichmäßige Abstände zwischen
benachbarten Punkten aufweist, wenn tan α = 1/n . Falls die zweidimensionale
Anordnung kartesisch ist aber in Richtung der n Bildpunkte einen
Abstand benachbarter Bildpunkte a und in Richtung der m Bildpunkte
einen Abstand benachbarter Bildpunkte b aufweist, gilt tan α = b/na .
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird der Druckfarbträger
von seiner Unterseite her durch die Laserlichtquellen beleuchtet.
In anderen Worten ausgedrückt,
der Druckfarbträger
kann transparent sein, so dass das Laserlicht ihn bis zur Druckfarbe
durchdringen kann, oder der Druckfarbträger ist derart ausgeführt, dass
er die Energie des Laserlichts wenigstens teilweise absorbieren
und an die Druckfarbe abgeben kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
der endungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie sind die VCSEL Barren in wenigstens zwei im
wesentlichen parallelen Reihen zueinander versetzt angeordnet.
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In alternativen Ausführungsformen
können die
VCSEL Barren Top Emitter (p-side up emitter, p-dotierte Schicht
oben) oder Bottom Emitter (p-side down emitter, p-dotierte Schicht
unten) aufweisen. In anderen Worten ausgedrückt, in einer p-side up Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Eintragung von Energie erfolgt die Lichtemission an der Oberseite
der Vorrichtung, während
in einer p-side down Ausführungsform
kann die zur Energieeintragung genutzte Laserstrahlung durch das
Halbleitersubstrat wenigstens eines VCSEL Barrens der Anzahl von
VCSEL Barren, bevorzugt alle VCSEL Barren, emittiert wird. Des weiteren
oder alternativ dazu kann in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie wenigstens ein VCSEL Barren wenigstens
eine Treiberelektronik aufweisen, von der wenigstens ein Teil auf
dem Substrat oder dem Wafer des VCSEL Barrens aufgenommen ist und/oder
von der wenigstens ein Teil mit dem VCSEL Barren auf einer gemeinsamen
Wärmesenke
aufgenommen ist und/oder einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen. Des
weiteren oder alternativ dazu kann in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wenigstens ein VCSEL Barren bevorzugt alle VCSEL Barren, und ein Teil
seiner Treiberelektronik aus einem Substrat oder auf einem Substrat
bzw. auf einem Wafer oder aus einem Wafer gefertigt sind. Insbesondere
kann in einer Ausführungsform
wenigstens ein VCSEL Barren, bevorzugt alle VCSEL Barren, auf einer
Oberfläche
aufgenommen sein, welche Diamant und/oder Aluminiumnitrid aufweist.
Darüber
hinaus oder alternativ dazu kann in einer Ausführungsform kann wenigstens
ein VCSEL Barren von zwei Seiten mit Leiterbahnen kontaktiert sein.
Darüber
hinaus oder alternativ dazu kann in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie wenigstens ein VCSEL Barren, bevorzugt
alle VCSEL Barren, auf einer Oberfläche aufgebracht sein, in welcher
oder auf welcher Leiterbahnen zur Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen
aufgenommen sind. Die einzelnen beschriebenen Maßnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise
einzeln oder in Zusammenwirkung einen kompakten Aufbau des Arrays
von Lichtquellen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger weist ein seitenbreites
Array aus VCSEL Barren auf. Die projizierten Punkte der Bildpunkte
auf einer Linie parallel zur Rotationsachse liegen dabei dicht,
das heißt,
der Abstand der Bildpunkt entspricht dem minimalen Druckpunktabstand
oder der Rasterweite des Bildes, so dass Vollflächen erzeugt werden können. In
anderen Worten ausgedrückt,
mit der besonderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es möglich,
seitenbreit Reihen von dicht liegenden Bildpunkten auf den Druckformträger zu schreiben,
zu bebildern oder zu setzen, so dass seitenbreit und dicht eine
Anzahl von Portionen von fluider Druckfarbe erzeugt werden.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und/oder deren Weiterbildungen können besonders
vorteilhaft im in dieser Darstellung beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
und/oder dessen Weiterbildungen, insbesondere in den in dieser Darstellung
angesprochenen Ausführungsformen eingesetzt
oder verwendet werden. In anderen Worten ausgedrückt, kann ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff sich durch eine
Erzeugung eines Energieeintrags mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
auszeichnen.
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Im Zusammenhang des erfinderischen
Gedankens steht auch eine Druckmaschine, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Drucken arbeitet. Insbesondere kann die Druckmaschine je nach
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
als Tiefdruckmaschine oder Flachdruckmaschine bezeichnet werden.
Die Druckmaschine kann eine bahnverarbeitende Maschine oder eine
bogenverarbeitende (bevorzugt) Maschine, insbesondere eine Schön- und Widerdruckmaschine,
sein. Die Druckmaschine kann ein oder mehrere Druckwerke aufweisen.
Anders gesagt, eine erfindungsgemäßes Druckwerk oder eine erfindungsgemäße Druckmaschine
zeichnen sich durch wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger aus.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Figuren sowie deren Beschreibungen dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
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1 eine
Darstellung zur Erläuterung
der relativen Lage der Anzahl von Bildpunkten auf einem Druckfarbträger in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (Teilbilder 1A und 1B),
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2 eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Anordnung von Bebilderungsmodulen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckträger,
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3 eine
vorteilhafte Ausführungsform
von Bebilderungsmodulen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff wobei die Anzahl
von Portionen aus fluider Druckfarbe durch punktweises Schmelzen
von auf dem Druckfarbträger
befindlicher, fester Druckfarbe mit Erstarrungsverzug dargestellt
wird,
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5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff wobei die Anzahl
von Portionen durch punktweises Einsaugen von fluider Druckfarbe in
Vertiefungen bei Abkühlung
der durch den Energieeintrag geheizten Volumina der Vertiefungen
dargestellt wird,
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6 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, wobei die Anzahl
von Portionen fluider Druckfarbe durch Ablösen von einer Druckfarbschicht
dargestellt werden,
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7 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, wobei die Anzahl
von Portionen fluider Druckfarbe durch Austreiben aus Vertiefungen im
Druckfarbträger
dargestellt werden,
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8 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem Druckwerk einer Druckmaschine, und
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9 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche innerhalb des Druckfarbträgers
angeordnet ist und den Druckfarbträger von seiner Unterseite her
beleuchtet.
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Die 1 zeigt
zur Erläuterung
die relativen Lage der Anzahl von Bildpunkten 12 auf einem Druckfarbträger 10 in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger 10 in Teilbildern
1A und 1B. Im Teilbild 1A der 1 ist
eine vorteilhafte Ausführungsform
eines Druckfarbträgers 10 gezeigt.
Der Druckfarbträger 10 ist
ein Zylinderkörper,
stellt teilweise oder ganz die Manteloberfläche eines Zylinders dar oder
ist auf einem Zylinder aufgenommen. Der Druckformträger 10 ist
um eine Rotationsachse 16 drehbar ausgeführt. Der
Ausschnitt 11 der Oberfläche des Druckformträgers 10 ist
derjenige Bereich, in welchem Bildpunkte eines VCSEL Barrens bei
gleichzeitiger Ansteuerung zu liegen kommen. Die Bildpunkte sind
regelmäßig auf
Kreuzungspunkten eines kartesischen Gitters angeordnet. Die das
Gitter aufspannenden Achsen sind um den Neigungswinkel a gegenüber der
Rotationsachse 16 und der Normale (Senkrechten) 18 zur
Rotationsachse gedreht: Aufspannungsrichtung 17 und Normale 18 schließen den
Neigungswinkel a ein.
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Das Teilbild 1B der 1 stellt eine Ausschnittsvergrößerung des
Teilbilds 1A dar. Das Teilbild 1B zeigt den Ausschnitt 11 der
Oberfläche
des Druckfarbträgers 10 mit
einer Anzahl von regelmäßig und
kartesisch angeordneten Bildpunkten 12 bei gleichzeitiger
Ansteuerung oder Auslösung
der VCSEL Lichtquellen. Reihen von Bildpunkten 12, die entlang
einer Aufspannungsrichtung 17 liegen werden, auf eine Linie 14 durch
verzögerte
oder vorgezogene Ansteuerung oder Auslösung der VCSEL Lichtquellen
projiziert, wenn sich die die Bildpunkte erzeugenden Bebilderungsstrahlen,
insbesondere die Lichtquellen, und die Oberfläche des Druckfarbträgers relativ
zueinander bewegen. Wenn die Linie 14 parallel zur Rotationsachse 16 liegt
und mit einer Aufspannungsgeraden des kartesischen Gitters aus n × m Bildpunkten 12 (
n Bildpunkte entlang der Aufspannungsgeraden 17) einen
Neigungswinkel α einschließt, liegen
die projizierten Punkte 13 der Bildpunkte 12 dicht,
das heißt,
haben den minimalen Druckpunktabstand, wenn die Bedingung tan α = 1/n erfüllt ist.
-
Die 2 ist
eine Darstellung eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung von
Bebilderungsmodulen 20 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie auf einen Druckträger. Ein Array von VCSEL Lichtquellen
kann aus derartigen Bebilderungsmodulen 20 zusammengesetzt werden.
In der in 2 dargestellten
Ausführungsform
trägt ein
Bebilderungsmodul einen VCSEL Barren mit beispielhaft 256 VCSEL
Lichtquellen oder Emittern. Die Geometrie der Emitter in den VCSEL Barren
ist beispielhaft 32 × 8
Emitter, regelmäßig und kartesisch,
das heißt,
in einem rechteckigen Raster oder auf einem rechteckigen Gitter,
mit jeweils 320 Mikrometern Abstand zwischen den Mitten benachbarter
Lichtquellen angeordnet. Bei einer Formatbreite von 34 Zentimetern
und 40 Mikrometer Bildpunktgröße sind
34 VCSEL Barren mit 256 erforderlich. Bevorzugt sind Anzahlen von
Lichtquellen auf einem VCSEL Barren, die eine Potenz von 2 sind.
Die Bebilderungsmodule, also die VCSEL Barren oder Unterarrays werden
gegenüber
der Drehachse eines zylinderförmigen
Druckfarbträgers
derart geneigt angeordnet, dass die projizierten Punkte der Bildpunkte der
Emitter auf dem Mantel des Druckfarbträgers gleichmäßige Abstände aufweisen
(siehe dazu auch 1).
-
Für
die Ausführungsform
der Bottom Emitter erfolgt die Kontaktierung der Emitter über Leiterbahnen,
welche in ein elektrisch isolierendes Substrat, zum Beispiel ein
Diamantsubstrat, eingebracht sind. In vorteilhafter Weise wird bei
Bottom Emittern vermieden, dass eine Anzahl von Bonddrähten auf
der Lichtaustrittseite angeordnet sind und möglicherweise den Lichtaustritt
behindern könnten.
Wenn die n-dotierte Seite der Lichtquelle oben und die p-dotierte
Seite der Lichtquelle unten liegt, muss die der p-dotierten Seite gegenüberliegende
Fläche
des Substrates strukturiert sein. Das Substrat selbst wird auf einer
Wärmesenke,
bevorzugt einer strukturierten Wärmesenke,
zum Beispiel einen Mikrokanalkühler,
befestigt, so dass ein ausreichend guter und effizienter Wärmeübergang
zwischen Substrat und Wärmesenke
gegeben ist. Die Stromquellen für
die VCSEL Lichtquellen sitzen in dieser Ausführungsform in unmittelbarer
Nähe der
Lichtquellen, auf einem oder mehreren Halbleiterbauelementen, welche
auf dem gleichen Substrat wie die VCSEL befestigt oder aufgenommen
sein können
oder welche auf einen eigenen Substrat auf der gleichen oder einer
anderen Wärmesenke
befestigt oder aufgenommen sein können.
-
Die Strahlformung des aus den Emittern
austretenden Laserlichts kann durch mikrooptische Komponenten (nur
auf einen oder mehrere Lichtstrahlen des VCSEL Barrens wirkend)
und/oder makrooptische Komponenten (auf alle Lichtstrahlen des VCSEL
Barrens wirkend) erfolgen. Insbesondere eignen sich für die Strahlformung
Arrays mikrooptischer Komponenten, zum Beispiel Mikrolinsenarrays,
bei denen der Abstand zwischen den einzelnen Komponenten dem Abstand
zweier Laseremitter oder einem Vielfachen davon entspricht.
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Da sich zwei benachbarte Bebilderungsmodule 20 beziehungsweise
benachbarte VCSEL Barren nicht eng genug nebeneinander platzieren
lassen, um benachbarte Linien dicht zu schreiben (bei 600 dpi 40
Mikrometer), ist die in 2 gezeigte zweireihige
Anordnung besonders vorteilhaft. Bevorzugt ist eine Anordnung in
zwei Reihen, bei der die Entfernung der VCSEL Barren zweier benachbarter Bebilderungsmodule 20 in
Umfangsrichtung des zylinderförmigen
Druckfarbträgers
möglichst
gering ist. Die in 2 gezeigten
Bebilderungsmodule 20 mit dem ersten VCSEL Barren 21,
dem zweiten VCSEL Barren 22, dem dritten VCSEL Barren 23 und
dem vierten VCSEL Barren 24 bebildern Streifen, welche dicht
nebeneinander auf dem Druckfarbträger 10 liegen: der
erste Streifen 25 wird vom ersten VCSEL Barren 21 bebildert,
der zweite Streifen 26 vom zweiten VCSEL Barren 22,
der dritte Streifen 27 vom dritten VCSEL Barren 23 und
der vierte Streifen 28 wird vom vierten VCSEL Barren 24 bebildert.
-
Die 3 bezieht
sich schematisch auf eine vorteilhafte Ausführungsform von Bebilderungsmodulen 20 in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine
Schwierigkeit bei der Stromversorgung einer zweidimensionalen Anordnung
von VCSEL Lichtquellen auf einem Barren ist es, Leiterbahnen eng genug
zwischen den Emittern der Reihen am Rand durchzuführen. Hier
ist es vorteilhaft, die Zuführungen
für die
eine Hälfte
der Emitter aus der einen Richtung, für die andere Hälfte der
Emitter aus der anderen Richtung kommen zu lassen. Die 3 dient der näheren Erläuterung
dieser vorteilhaften Geometrie oder Konfiguration. Die 3 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform
eines Bebilderungsmoduls 20 mit einem VCSEL Barren 31.
Der VCSEL Barren 31 ist mit einer ersten Treiberelektronik 32 (Treiberchip)
für eine
erste Hälfte
der Anzahl von VCSEL Lichtquellen auf dem Barren und einer zweiten
Treiberelektronik 33 (Treiberchip) für eine zweite Hälfte der
Anzahl von VCSEL Lichtquellen auf dem Barren verbunden. Die erste
Treiberelektronik 32 steht mittels einer ersten Verbindungsleitung 37 in
wechselwirkendem Kontakt mit einer ersten Elektronikplatine 36.
Die zweite Treiberelektronik 33 steht mittels einer zweiten
Verbindungsleitung 34 in wechselwirkendem Kontakt mit einer
zweiten Elektronikplatine 35. Erste und zweite Elektronikplatinen 35, 36 verfügen über die
notwendigen Anschlüsse,
die Stromversorgung und die Takterzeugung für die Ansteuerung der Lichtquellen.
Die erste und zweite Treiberelektronik 32, 33 sind
mittels paralleler Leiterbahnen 38 mit den VCSEL Lichtquellen
auf dem VCSEL Barren 31 verbunden. Die Leiterbahnen 38 kontaktieren
den VCSEL Barren von zwei Seiten.
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In der 4 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gezeigt, wobei die
Anzahl von Portionen aus fluider Druckfarbe durch punktweises oder
pixelweises Schmelzen von auf dem Druckfarbträger befindlicher, fester Druckfarbe mit
Erstarrungsverzug dargestellt wird. Gezeigt ist ein Schnitt senkrecht
zur Rotationsrichtung eines Druckfarbträgers. Der Druckfarbträger 10 weist
eine Schicht fester Druckfarbe 40, vorzugsweise homogen
und glatt, auf. Die Druckfarbe ist schmelzbar, aufweichbar oder
verflüssigbar
und härtet
verzögert oder
mit Verzug aus (Temperaturhysterese des Phasenübergangs beziehungsweise Temperaturhysterese
der Viskosität).
Eine Lichtquelle 42 einer in dieser Darstellung nicht sichtbaren
Reihe von VCSEL Barren im wesentlichen parallel zur Rotationsachse
des Druckfarbträgers 10 sendet
selektiv und steuerbar Laserlicht 44 aus, welches auf die
feste Druckfarbe 40 trifft. Die Lichtquellen sind außerhalb
des Druckfarbträgers 10 angeordnet.
Durch die thermische Wirkung des Laserlichts 44 werden
selektiv und gesteuert aufgeschmolzene Portionen 46 von
fluider Druckfarbe erzeugt. Es erfolgt eine Strukturierung. Aufgrund
der Temperaturhysterese des Phasenübergangs bleiben die aufgeschmolzenen
Portionen 46 noch flüssig,
während
sich die fluide Druckfarbe bereits auf dem Weg zum Druckspalt 414 abkühlt. Im Druckspalt
414 wird
ein Bedruckstoff 410 in Zusammenwirkung des Druckfarbträgers 10 mit
einem Gegendruckzylinder 412 gegen die Druckfarbe gedrückt. Die
Portionen 46 fluider Druckfarbe können im Druckspalt 414 teilweise
oder ganz auf den Bedruckstoff 410 übertragen werden. Es ist eine
Regenerationseinrichtung 416 vorgesehen, mittels welcher
eine homogene Schicht fester Druckfarbe 40 wiederhergestellt
werden kann. Der Verlust an übertragener
Farbmenge an den Stellen, welche aufgeschmolzen worden sind, wird
ausgeglichen und die Oberfläche
wird geglättet.
Auf diese Weise wird ein Kreisprozess der Bebilderung und Regeneration
geschaffen, da die feste Druckfarbe 40 erneut bebildert werden
kann. Das beschriebene Verfahren zum Drucken ist variabel und digital.
-
Alternativ zu der in 4 gezeigten Situation können die
Lichtquellen auch innerhalb des Druckfarbträgers 10 angeordnet
sein. Wenn die selektive und gesteuerte Aufschmelzung in unmittelbarer Nähe des Druckspaltes 414 vor
Kontaktierung durch den Bedruckstoff 410 erfolgt, kann
das beschriebene Verfahren auch mit Druckfarbe ohne Erstarrungsverzug
durchgeführt
werden.
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Die 5 stellt
schematisch zur Erläuterung eine
Ausührungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff dar, wobei die Anzahl
von Portionen durch punktweises oder pixelweises Einsaugen von fluider Druckfarbe
in Vertiefungen bei Abkühlung
der durch den Energieeintrag geheizten Volumina der Vertiefungen
erzeugt wird (Saugdruckverfahren). Gezeigt ist ein Schnitt senkrecht
zur Rotationsrichtung eines Druckfarbträgers. Der Druckfarbträger 10 weist
eine Oberfläche 50 mit
Vertiefungen 52 auf. Die Vertiefungen 52 bilden
ein regelmäßiges, feines
Raster von Volumina in der Oberfläche. Eine Laserlichtquelle 54 einer
in dieser Darstellung nicht sichtbaren Reihe von VCSEL Barren im
wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Druckfarbträgers sendet
selektiv und steuerbar Laserlicht 56 aus, welches in die
Volumina der Vertiefungen 52 trifft. Die Oberfläche 50 mit
den Vertiefungen 52 passiert während der Rotation des Druckfarbträgers 10 ein
Reservoir 58 mit fluider Druckfarbe 510. Alternativ
zur in der 5 gezeigten Situation
kann auch die Laserlichtquelle 54, genauer können auch
die VCSEL Barren, innerhalb des Druckfarbträgers 10 angeordnet
sein. Das Laserlicht 56 wird bevorzugt in die Volumina der
Vertiefungen 52 eingestrahlt, kurz bevor diese in das Reservoir 58 eintauchen.
Durch die selektive und gesteuerte Einwirkung des Laserlicht 56 werden
in verschiedenen Vertiefungen 52 unterschiedliche Lufterwärmungen und
damit Luftverdrängungen
stattfinden. Bei Abkühlung
der Luft in den Volumina der Vertiefungen 52 wird selektiv
und in der Menge gesteuert fluide Druckfarbe in die Vertiefungen 52 eingesogen.
Es ist ein Abstreifmittel (Rakel, Wischer oder dergleichen) vorgesehen,
welches überschüssige Druckfarbe
von den erhabenen Teilen der Oberfläche 50 entfernt. Die mit
Druckfarbe gefüllten
Vertiefungen 512 gelangen durch die Rotation des Druckfarbträgers 10 in
den Druckspalt 518. Ein Bedruckstoff 516 wird
in Zusammenwirkung des Druckfarbträgers 10 und eines
Gegendruckzylinders 520 gegen die Oberfläche 50 mit Vertiefungen 52,
insbesondere mit den Vertiefungen 512, welche mit Druckfarbe
gefüllt
sind, gedrückt,
so dass Druckfarbe auf den Bedruckstoff 516 übertragen
werden kann. Die übertragene
Druckfarbe 514 härtet
auf dem Bedruckstoff 516 aus. Die mit Druckfarbe gefüllten Vertiefungen 512 werden
bei der Übertragung
von Druckfarbe teilweise oder ganz geleert. Es ist schließlich eine
Reinigungseinrichtung 522 vorgesehen, welche dazu dient
die Oberfläche 50 für eine erneute
Abfolge der Schritte des Verfahrens zum Drucken vorzubereiten. Die
Vertiefungen 52 der Oberfläche 50 werden von
Farbresten gesäubert,
so dass die Oberfläche 50 in
den Ausgangszustand für
das Verfahren zurückgesetzt
ist. Das beschriebene Verfahren zum Drucken ist folglich ein variables
oder digitales Verfahren.
-
In der 6 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff zu sehen, wobei
die Anzahl von Portionen fluider Druckfarbe durch Ablösen von
einer Druckfarbschicht 60 dargestellt werden. Gezeigt ist
ein Schnitt senkrecht zur Rotationsrichtung eines Druckfarbträgers. Der
Druckfarbträger 10 weist
auf seiner Oberfläche
eine Druckfarbschicht 60 auf. Die Druckfarbschicht 60 kann
fest oder flüssig (bevorzugt)
sein. Innerhalb des Druckfarbträgers 10, welcher
um seine Achse rotiert, befindet sich eine Laserlichtquelle 62 einer
in dieser Darstellung nicht sichtbaren Reihe von VCSEL Barren, welche
im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Druckfarbträgers angeordnet
sind. Die Laserlichtquelle 62 sendet selektiv und gesteuert
Laserlicht 64 aus. Das Laserlicht 64 trifft in
einem Bereich auf die Druckfarbschicht 60 auf, in welchem
die Druckfarbschicht 60 homogen und unstrukturiert ist.
Die Energie des Laserlichtes ermöglicht
mittels des lichthydraulischen Effektes direkt (in der Druckfarbschicht 60)
oder indirekt (durch Umwandlung in akustische Energie, über Erzeugung
von Wärmeenergie
und damit einhergehender Volumenänderung
im Druckfarbträger 10)
ein Ablösen
von Portionen fluider Druckfarbe 66. Eine Portion fluider
Druckfarbe 66 weist auch einen Impuls auf, so dass die
Portion gegen die Oberfläche
eines Bedruckstoffes 68 geschleudert wird. Mittels einer Regenerationseinrichtung 610 kann
die Oberfläche der
Druckfarbschicht 60 für
einen erneuten Gebrauch präpariert
werden, indem eine homogene und unstrukturierte Oberfläche wiederhergestellt
wird. Die abgelöste
Farbmenge kann durch Auftragung von weiterer Druckfarbe ersetzt
werden, wobei die Oberfläche
gleichzeitig geglättet
werden kann. Das beschriebene Verfahren zum Drucken ist damit ein
variables oder digitales Verfahren, da der wieder erreichte Ausgangszustand
eine erneute Ausführung
des Druckprozesses gestattet.
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Die 7 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff 712, wobei
die Anzahl von Portionen fluider Druckfarbe durch Austreiben aus Vertiefungen 72 in
einer Oberfläche 70 eines
Druckfarbträgers 10 erzeugt
werden. Gezeigt ist ein Schnitt senkrecht zur Rotationsrichtung
des Druckfarbträgers 10.
Der Druckfarbträger 10 weist
eine Oberfläche 70 mit
Vertiefungen 72, insbesondere mit Druckfarbe gefüllte Vertiefungen 74,
auf und ist um seine Achse rotierbar. Innerhalb des Druckfarbträgers 10 ist
eine Laserlichtquelle 76 einer in dieser Darstellung nicht
sichtbaren Reihe von VCSEL Barren, welche im wesentlichen parallel
zur Rotationsachse des Druckfarbträgers angeordnet sind, gezeigt.
Die Laserlichtquelle 76 sendet selektiv und gesteuert Laserlicht 78 aus.
Das Laserlicht 76 trifft in einem Bereich auf die Oberfläche 70 mit
Vertiefungen auf, in welchem die Vertiefungen homogen mit Druckfarbe
gefüllt
sind. In eine mit Druckfarbe gefüllten
Vertiefung 74 erfolgt ein Energieeintrag derart, dass die
Druckfarbe aus der Vertiefung 74 herausgedrückt, ausgetrieben
oder herausgeschleudert wird, während
der Bedruckstoff 712 die Oberfläche 70 des Druckfarbträgers 10 kontaktiert
oder berührt
oder gegen die Oberfläche
gedrückt
wird. Die mit Druckfarbe gefüllten
Vertiefungen 74 werden selektiv und gesteuert teilweise
oder ganz geleert, indem die Druckfarbe auf den Bedruckstoff 712 übertragen
wird. Die Vertiefungen 72 passieren in Fortsetzung der
Rotation eine Regenerierungseinrichtung 714. Die Vertiefungen 72 werden
wieder homogen mit Druckfarbe aufgefüllt, so dass eine wiederholte
Durchführung
des beschriebenen Verfahren zum Drucken möglich ist. Das Verfahren zum
Drucken ist variabel oder digital.
-
Die 8 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 80 in
einem Druckwerk 816 einer Druckmaschine 818, wobei
der Druckfarbträger 10 ein
Zylinder oder die Oberfläche eines
Zylinders ist oder auf einem Zylinder aufgenommen ist. In dieser
Ausführungsform
wird ein seitenbreites Array 84 von VCSEL Lichtquellen
aus VCSEL Barren 86 in einer zweidimensionalen Anordnung
der Kanäle
oder Bebilderungsstrahlen für
ein variables Verfahren zum Drucken, wie sie anhand der 4, 5, 6 und 7 beschrieben worden sind,
verwendet. Bevorzugt ist das variable Verfahren zum Drucken ein
digitaler Druckprozess, bei dem schmelzbare Druckfarbe auf dem Druckfarbträger mittels
Laserstrahlung verflüssigt
oder erweicht wird, so dass die fluide Druckfarbe im flüssigen Zustand
auf den Bedruckstoff übertragen
werden kann (siehe dazu auch 4).
Jede VCSEL Lichtquelle oder jeder Emitter erzeugt eine ausreichend
hohe Ausgangsleistung, typischerweise 200 mW, in einem Strahl mit
ausreichender optischer Qualität.
Die VCSEL Lichtquellen sind einzeln ansteuerbar. Das Array ist aus
kleinen Modulen oder Unterarrays zusammengesetzt. Die Kanäle liegen
dicht, das heißt,
die Linien, welche von den Modulen während einer Zylinderumdrehung
geschrieben werden können,
bilden eine Vollfläche.
-
Die 8 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Eintragung von Energie 80 mit einer Anzahl von einzeln
ansteuerbaren Laserlichtquellen 82 in Form eines Array 84 aus Unterarrays,
wobei die Unterarrays VCSEL Barren 86 sind oder VCSEL Barren 86 umfassen.
Der Anzahl von einzeln ansteuerbaren Laserlichtquellen 82 gegenüberliegend
angeordnet ist ein zylinderförmiger
Druckfarbträger 10,
welche um eine Rotationsachse 88 drehbar ist. Die VCSEL
Barren sind um einen Neigungswinkel verkippt zur Rotationsachse 88 des
Druckfarbträgers 10 angeordnet.
Die Laserlichtquellen 82 können selektiv und unabhängig voneinander
gesteuert werden, insbesondere in Lichtausgangsleistung, zeitlicher
Auslösung
(Einschalten und Ausschalten) und Dauer der Lichtemission. Die Laserlichtquellen
sind mit einer Steuerungseinheit 814 verbunden. Das ausgesendete
Laserlicht bei verzögerter
oder vorgezogener Ansteuerung, das heißt, zeitlich variierter Auslösung, der
Laserlichtquellen 82 erzeugt auf der Oberfläche eine
Linie 810 gesetzter Bildpunkte gemäß der Vorgehensweise, wie sie
bereits anhand von 1 näher erläutert worden
ist. Das Array 84 ist seitenbreit. Anders ausgedrückt, der seitenbreite
Oberflächenbereich 812 des
Druckfarbträgers 10 wird
von den Bildpunkten der Laserlichtquellen 82 dicht beleuchtet,
so dass ein Energieeintrag für
die Druckpunkterzeugung über
die komplette Seitenbreite möglich
ist. Innerhalb des Druckwerks 816 der Druckmaschine 818 sind
hier nicht näher zeichnerisch
dargestellte Mittel vorgesehen, die durch Energieeintrag erzeugte
Struktur des Druckfarbträgers
beziehungsweise die Portionen von fluider Druckfarbe. auf einen
Bedruckstoff abzudrucken oder zu übertragen. Die Auslösung der
Laserlichtquellen 82 ist zu der Rotation des Druckfarbträgers 10 koordiniert.
Dazu stehen die Maschinensteuerung, der Antrieb für die Rotation
des Druckfarbträgers 10 und
die Steuerungseinheit 814 zum Austausch von Daten und/oder
Steuersignalen in Verbindung.
-
Es sei in diesem Zusammenhang noch
erwähnt,
dass, um mögliche,
beispielsweise alterungsbedingte Abweichungen der Leistungskennlinien
der VCSEL Lichtquellen auf einem Barren oder in einem Array zu kompensieren,
in regelmäßigen Abständen eine
automatische Kalibration durch die Steuerungseinheit 814 durchgeführt werden
kann. Es ist sogar möglich,
da Abweichungen der Leistungskennlinien einzelner Emitter eines
Arrays bei VCSEL Lichtquellen auf einem Barren selten vorkommen
beziehungsweise nur sehr gering sind, eine derartige Kalibration auf
jeweils nur einen Emitter oder eine geringen Anzahl von Emittern
eines Unterarrays zu beschränken. Der
resultierende Stromwert kann mit hinreichender Präzision für alle Lichtquellen
benutzt werden.
-
In der 9 ist
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche innerhalb des Druckfarbträgers 10 angeordnet
ist und den Druckfarbträger 10 von
seiner Unterseite 90 her beleuchtet, gezeigt. In dieser
Ausführungsform
wird ein seitenbreites Array 84 von VCSEL Lichtquellen
aus VCSEL Barren 86 in einer zweidimensionalen Anordnung
der Kanäle
oder Bebilderungsstrahlen für
ein variables Verfahren zum Drucken, wie sie anhand der 4, 5, 6 und 7 beschrieben worden sind,
verwendet. Innerhalb des Druckwerks 816 der Druckmaschine 818 sind
hier nicht näher
zeichnerisch dargestellte Mittel vorgesehen, die durch Energieeintrag
erzeugte Struktur des Druckfarbträgers beziehungsweise die erzeugten
Portionen von fluider Druckfarbe auf einen Bedruckstoff abzudrucken
oder zu übertragen.
Der zylinderförmige
Druckfarbträger 10 ist
um eine Rotationsachse 88 drehbar. Die VCSEL Barren der
Lichtquellen 82 sind um einen Neigungswinkel verkippt zur
Rotationsachse 88 des Druckfarbträgers 10 angeordnet
(siehe dazu auch die 1 und 8). Die Laserlichtquellen 82 können selektiv
und unabhängig voneinander
gesteuert werden, insbesondere in Lichtausgangsleistung, zeitlicher
Auslösung
(Einschalten und Ausschalten) und Dauer der Lichtemission. Die Laserlichtquellen
sind mit einer hier nicht zeichnerisch dargestellten Steuerungseinheit
verbunden. Das ausgesendete Laserlicht bei verzögerter oder vorgezogener Ansteuerung,
das heißt,
zeitlich variierter Auslösung,
der Laserlichtquellen 82 erzeugt auf der Oberfläche eine
Linie 810 gesetzter Bildpunkte gemäß der Vorgehensweise, wie sie
bereits anhand von 1 näher erläutert worden
ist. Der Druckfarbträger 10 ist
derart ausgeführt,
dass er für
die eingesetzte Wellenlänge
des Laserlichtes der VCSEL Barren transparent ist, so dass die Druckfarbe
auf der Oberfläche
des Druckfarbträgers 10 beziehungsweise
die Vertiefungen der Oberfläche
des Druckfarbträgers 10 vom
Laserlicht erreicht werden. Das Array 84 ist seitenbreit.
Anders ausgedrückt,
der seitenbreite Oberflächenbereich 812 des
Druckfarbträgers 10 wird
von den Bildpunkten der Laserlichtquellen 82 dicht beleuchtet,
so dass ein Energieeintrag für
die Druckpunkterzeugung über
die komplette Seitenbreite möglich
ist.
-
- 10
- Druckfarbträger
- 11
- Ausschnitt
der Oberfläche
des Druckfarbträgers
- 12
- Bildpunkt
- 13
- projizierter
Punkt eines Bildpunkts
- 14
- Linie
- 15
- Projektion
- 16
- Rotationsachse
- 17
- Aufspannusgsrichtung
- α
- Neigungswinkel
- 18
- Normale
zur Rotationsachse
- 20
- Bebilderungsmodul
- 21
- erster
VCSEL Barren
- 22
- zweiter
VCSEL Barren
- 23
- dritter
VCSEL Barren
- 24
- vierter
VCSEL Barren
- 25
- vom
ersten VCSEL Barren bebilderter erster Streifen
- 26
- vom
zweiten VCSEL Barren bebilderter zweiter Streifen
- 27
- vom
dritten VCSEL Barren bebilderter dritter Streifen
- 28
- vom
vierten VCSEL Barren bebilderter vierter Streifen
- 31
- VCSEL
Barren
- 32
- erster
Treiberelektronik
- 33
- zweiter
Treiberelektronik
- 34
- zweite
Verbindungsleitung
- 35
- zweite
Elektronikplatine
- 36
- erste
Elektronikplatine
- 37
- erste
Verbindungsleitung
- 38
- parallele
Leiterbahnen zu VCSEL auf Barren
- 40
- feste
Druckfarbe
- 42
- Laserlichtquelle
- 44
- Laserlicht
- 46
- aufgeschmolzene
Portionen von fluider Druckfarbe
- 48
- übertragene
Druckfarbe
- 410
- Bedruckstoff
- 412
- Gegendruckzylinder
- 414
- Druckspalt
- 416
- Regenerationseinrichtung
- 50
- Oberfläche mit
Vertiefungen
- 52
- Vertiefungen
- 54
- Laserlichtquelle
- 56
- Laserlicht
- 58
- Reservoir
- 510
- fluide
Druckfarbe
- 512
- mit
Druckfarbe gefüllte
Vertiefungen
- 514
- übertragene
Druckfarbe
- 516
- Bedruckstoff
- 518
- Druckspalt
- 520
- Gegendruckzylinder
- 522
- Reinigungseinrichtung
- 60
- Druckfarbschicht
- 62
- Laserlichtquelle
- 64
- Laserlicht
- 66
- Portion
von fluider Druckfarbe
- 68
- Bedruckstoff
- 610
- Regenerationseinrichtung
- 70
- Oberfläche mit
Vertiefungen
- 72
- Vertiefungen
- 74
- mit
Druckfarbe gefüllte
Vertiefungen
- 76
- Laserlichtquelle
- 78
- Laserlicht
- 710
- ausgetriebene
Portion fluider Druckfarbe
- 712
- Bedruckstoff
- 714
- Regenerierungseinrichtung
- 80
- Vorrichtung
zur Eintragung von Energie
- 82
- Anzahl
von einzeln ansteuerbare Laserlichtquellen
- 84
- Array
aus Unterarrays
- 86
- VCSEL
Barren
- 88
- Rotationsachse
- 810
- Linie
der gesetzten Bildpunkte
- 812
- seitenbreiter
Oberflächenbereich
- 814
- Steuerungseinheit
- 816
- Druckwerk
- 818
- Druckmaschine
- 90
- Unterseite
des Druckfarbträgers