DE10338015B4

DE10338015B4 - Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbenträger und Druckmaschine mit Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbenträger

Info

Publication number: DE10338015B4
Application number: DE10338015A
Authority: DE
Inventors: Dr. Beier Bernard; Bernd Vosseler
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: DE10338015B9; US20040046860A1; IL157737A0; JP2004098685A; DE10338015A1; IL157737A; CA2433715C; JP2009292159A; US7002613B2; CA2433715A1

Abstract

Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, wobei durch Energieeintrag auf einem Druckfarbträger (10) eine Anzahl von Portionen aus fluider Druckfarbe erzeugt wird und wobei die fluide Druckfarbe auf den Bedruckstoff übertragen wird, und wobei der Energieeintrag auf dem Druckfarbträger (10) durch eine Anzahl von Bildpunkten (12) eines Arrays (84) von einzeln ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen erzeugt wird, gekennzeichnet durch den Einsatz von Unterarrays von Lichtquellen in Form von VCSEL Barren (86), wobei Reihen von Bildpunkten b) geneigt zur Rotationsachse liegen.

Description

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.
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.
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.
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.
Ein weiteres variables Druckverfahren, ein sogenanntes Saugdruck-Verfahren, ist im Dokument WO 00/40423 A1 beschrieben. Ein Druckfarbträger weist Vertiefungen 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.
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.
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.
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.
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 kann das Bild zeitlich und räumlich parallel über die gesamte Breite des Bildes, auch als seitenbreit bezeichnet, erzeugt werden.
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 Scannen, 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.
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 × 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.
Im Zusammenhang mit den variablen Druckverfahren ist auch bekannt, beispielsweise aus dem Dokument WO 00/12317 A1 , seitenbreite Arrays oder Anordnungen von Fasern oder Lichtwellenleitern einzusetzen, mit deren Hilfe Licht von einer oder mehreren entfernten Lichtquelle(n), 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.
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.
Die EP 0 887 193 A1 beschreibt ein Drucksystem, in welchem ein Array von VCSEL-Lichtquellen in Form eines Barrens in einem Druckkopf Laserlicht direkt auf die Oberfläche eines Fotorezeptors sendet, wobei keine optischen Elemente in den Strahlengang gebracht werden. Die VCSEL-Lichtquellen erzeugen Lichtstrahlen, die nur sehr gering divergieren, so dass auf optische Elemente, wie erwähnt, verzichtet werden kann. Der Fotorezeptor wird in einem gewissen Abstand zu den VCSEL-Lichtquellen angeordnet, so dass die Lichtstrahlen auf der Oberfläche des Fotorezeptors die gewünschten Lichtflecke mit vorgegebenen Durchmessern erzeugen, welche zur Bebilderung der Oberfläche dienen.
Die EP 0 905 835 A1 beschreibt einzeln ansteuerbare VCSEL Arrays, welche durch einen lateralen Oxidationsvorgang hergestellt werden.
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 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
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.
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.
Das Array von VCSEL Lichtquellen ist ein VCSEL Barren mit einer Anzahl von einzeln ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen oder eine Anordnung einer Anzahl von derartigen VCSEL Barren.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Einsatz von Unterarrays von Lichtquellen in Form von VCSEL Barren, wobei Reihen von Bildpunkten bei gleichzeitiger Ansteuerung der VCSEL Barren geneigt zur Rotationsachse liegen.
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.
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.
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 ist, 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.
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.
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 A eine spezielle Resonatorform für eine VCSEL Schichtstruktur offenbart.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass aus der Literatur, beispielsweise dem Dokument US 5 477 259 A , 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 A gezeigte Array von Lichtquellen liegt auf Kreuzungspunkten eines parallelogrammförmigen Gitters.
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.
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.
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.
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 tanα = 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 tanα = b/na.
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.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eintragung von Energie sind die VCSEL Barren in wenigstens zwei im wesentlichen parallelen Reihen zueinander versetzt angeordnet.
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 Ausbau des Arrays von Lichtquellen.
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.
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.
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.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
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),
2 eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung von Bebilderungsmodulen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eintragung von Energie auf einen Druckträger,
3 eine vorteilhafte Ausführungsform von Bebilderungsmodulen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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,
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,
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,
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,
8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Druckwerk einer Druckmaschine, und
9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche innerhalb des Druckfarbträgers angeordnet ist und den Druckfarbträger von seiner Unterseite her beleuchtet.
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 α gegenüber der Rotationsachse 16 und der Normale (Senkrechten) 18 zur Rotationsachse gedreht: Aufspannungsrichtung 17 und Normale 18 schließen den Neigungswinkel α ein.
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 tanα = 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 Emitter. 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 Emitter 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 Emitter 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.
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 Emitter 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.
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.
Die 5 stellt schematisch zur Erläuterung eine Ausführungsform 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.
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 Emitter 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.
Bezugszeichenliste

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

Claims

Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff, wobei durch Energieeintrag auf einem Druckfarbträger (10) eine Anzahl von Portionen aus fluider Druckfarbe erzeugt wird und wobei die fluide Druckfarbe auf den Bedruckstoff übertragen wird, und wobei der Energieeintrag auf dem Druckfarbträger (10) durch eine Anzahl von Bildpunkten (12) eines Arrays (84) von einzeln ansteuerbaren VCSEL Lichtquellen erzeugt wird, gekennzeichnet durch den Einsatz von Unterarrays von Lichtquellen in Form von VCSEL Barren (86), wobei Reihen von Bildpunkten bei gleichzeitiger Ansteuerung der VCSEL Barren (86) geneigt zur Rotationsachse liegen.
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von aufgeschmolzenen Portionen aus fluider Druckfarbe (46) durch punktweises Schmelzen von auf dem Druckfarbträger (10) befindlicher, fester Druckfarbe (40) dargestellt wird und dass die fluide Druckfarbe auf den Bedruckstoff (410) abgedruckt wird.
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarbe einen Erstarrungsverzug aufweist.
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Portionen durch punktweises Einsaugen von fluider Druckfarbe (510) in Vertiefungen (52) bei Abkühlung der durch den Energieeintrag geheizten Volumina der Vertiefungen (52) dargestellt wird und dass die fluide Druckfarbe (510) auf den Bedruckstoff (516) abgedruckt wird.
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Portionen fluider Druckfarbe (66) durch Ablösen von einer Druckfarbschicht (60) dargestellt werden und dass die Portionen fluider Druckfarbe (66) aufgrund des Energieeintrags berührungslos auf den Bedruckstoff (68) übertragen werden.
Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einen Bedruckstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Portionen fluider Druckfarbe durch Austreiben aus Vertiefungen (72) im Druckfarbträger (10) dargestellt wird.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) mit einer Anzahl (82) von einzeln ansteuerbaren Laserlichtquellen, wobei die Laserlichtquellen modular aus Unterarrays bestehend in einem Array (84) angeordnet sind, und mit
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den VCSEL Barren (86) die Laserlichtquellen auf Kreuzungspunkten eines regelmäßigen kartesischen zweidimensionalen Gitters angeordnet sind.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (cc) zwischen der Aufspannungsrichtung (17) der Reihe von Bildpunkten der VCSEL Barren (86) und der Rotationsachse (16) derart gewählt ist, dass die projizierten Punkte (13) der Bildpunkte (12) auf einer Linie (14) parallel zur Rotationsachse (16) einen regelmäßigen Abstand benachbarter Punkte aufweisen.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckfarbträger (10) von seiner Unterseite (90) her durch die Laserlichtquellen beleuchtet wird.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die VCSEL Barren (86) in wenigstens zwei im wesentlichen parallelen Reihen zueinander versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, aufweist, von der wenigstens ein Teil auf dem Substrat 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.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druclkfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, welche Diamant und/oder Aluminiumnitrid aufweist.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, kontaktiert ist.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein VCSEL Barren (86) auf einer Oberfläche aufgebracht ist, in welcher oder auf welcher Leiterbahnen (38) zur Ansteuerung der einzelnen Lichtquellen aufgenommen sind.
Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbträger (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, der Bildpunkte auf einer Linie (810) parallel zur Rotationsachse (88) dicht liegen.
Druckmaschine (818), insbesondere Tief- oder Flachdruckmaschine, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vorrichtung (80) zur Eintragung von Energie auf einen Druckfarbenträger gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17.