ES2677234T3 - Procedimiento para transferir una sustancia de impresión a un sustrato por medio de un rayo láser - Google Patents

Procedimiento para transferir una sustancia de impresión a un sustrato por medio de un rayo láser Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la transmisión de una sustancia de impresión (2) preparada sobre un soporte (1) especialmente como un recubrimiento sobre un sustrato (3) por medio de un rayo láser (5) de una fuente de rayos láser que presenta un amplificador, con una potencia de salida (AL), en el que la radiación láser (5) y el soporte (1) se mueven relativamente entre sí y en este caso se modula temporalmente la potencia de salida (AL) de la fuente de rayo láser, de manera que exclusivamente en una fase activa (AP) se transmite la sustancia de impresión (2) y en una fase pasiva (PP) no se transmite ninguna sustancia de impresión (2), caracterizado por que al comienzo de la fase activa (AP) durante un primer periodo de tiempo (ZR1) se activa la transmisión de la sustancia de impresión (2) a través de una sobreelevación de corta duración de la potencia de salida (AL) por encima de un umbral de potencia superior (OLS) de la radiación láser del proceso de transmisión, y en un segundo periodo de tiempo (ZR2) de la fase activa (AP), que se conecta en el primer periodo de tiempo (ZR1) se ajusta la potencia de salida (AL) en la zona entre el umbral de potencia superior (OLS) y el umbral de potencia inferior (ULS) y por que o bien la potencia de un primer láser de siembra (SL1) o de un segundo láser de siembra (SL2) se acopla en un amplificador de la fuente de rayo láser y en la fase pasiva (PP) solamente se acopla la potencia de uno de los dos láseres de siembra (SL2) y en la fase activa (AP) se acopla exclusivamente la potencia del otro láser de siembra (SL1) en el amplificador y se genera y se ajusta la sobreelevación de la potencia de salida (AL) durante el primer periodo de tiempo (ZR1) a través de una fase oscura (DP) previa, en la que no se acopla ni una potencia de salida (AL1, AL2) del primer láser de siembra (SL1) ni del segundo láser de siembra (SL2) en el amplificador y a través de la duración de la fase oscura (DP) se ajusta la sobreelevación de la potencia de salida (AL) en la fase activa (AP).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para transferir una sustancia de impresion a un sustrato por medio de un rayo laser
La invencion se refiere a un procedimiento para la transmision de una sustancia de impresion preparada sobre un soporte especialmente como un recubrimiento sobre un sustrato por medio de un rayo laser de una fuente de rayos laser que presenta un amplificador, en el que la radiacion laser y el soporte se mueven relativamente entre si y en este caso se modula temporalmente la potencia de partida de la fuente de rayo laser, de manera que exclusivamente en una fase activa de la fuente de rayo laser se transmite sustancia de impresion por medio de rayo laser y en una fase pasiva de la fuente de rayo laser no se transmite ninguna sustancia de impresion.
Los procedimientos de impresion del tipo mencionado encuentran aplicacion, por ejemplo, en impresion digital de colores o pastas. En el llamado procedimiento de impresion de transparencia por laser se dirige la radiacion laser de una disposicion laser a traves de un soporte transparente de un medio de impresion, por ejemplo una pasta o una tinta contenida en una capsula. A traves de la entrada de energia se transmite el contenido de la capsula sobre un sustrato.
A tal fin se mueve la radiacion laser a traves del soporte por medio de una instalacion optica. Al mismo tiempo se modula temporalmente la potencia de salida de la fuente de rayo laser, de manera que solo en una fase activa se transmite sustancia de impresion y en una fase pasiva no se transmite sustancia de impresion.
El principio basico de tal procedimiento se conoce a partir del documento WO 2002/092674 A1. En este caso, frente a un soporte transparente para la radiacion laser, que esta recubierto, se encuentra un sustrato. Si se irradia la capa a traves del soporte con radiacion laser, entonces se evapora una parte del material de la capa. Esto activa una transferencia de la porcion no evaporada sobre el sustrato.
Se conoce a partir del documento DE 197 46 174 C1 un procedimiento, en el que la sustancia de impresion se aplica sobre una forma de impresion transparente cilindrica, que presenta una pluralidad de copitas. La sustancia de impresion se transmite desde las copitas sobre una sustancia de impresion, provocando por medio de una instalacion de cesion de energia, por ejemplo una fuente de rayo laser, una modificacion del volumen o posicion.
Se conocen a partir del documento GB 2 173 452 A un dispositivo y un procedimiento para la impresion laser. En este caso se utiliza un soporte de impresion, por ejemplo de papel, cuya superficie esta cubierta con microcapsulas, que contienen color de impresion. La radiacion laser que incide sobre tales microcapsulas hace explotar estas capsulas. La imagen impresa aparece, por ejemplo, a traves de reticulacion lineal, siendo generados los puntos de la imagen correspondientes a traves de la activacion por medio de radiacion laser. En muchos puntos de la imagen, el laser esta activo, en otras se interrumpe la emision, segun que deba transmitirse o no el color impreso en cada punto de la imagen.
Se ha revelado como inconveniente un efecto no deseado, designado como repunte, que aparece durante una fase de estabilizacion de un laser. Despues de que ha sido interrumpida la emision de un laser durante el periodo de unos pocos milisegundos, el primer pulso presenta una intensidad fuertemente oscilante, la mayoria de las veces caracterizada por una punta clara al comienzo, un llamado repunte. En el proceso de impresion, esto conduce a resultados muy diferentes, segun que se interrumpa o no la emision del laser.
Se conoce a partir del documento DE 198 29 684 B4 una disposicion laser, en la que se acopla la radiacion de dos diodos laser controlables en la intensidad en una fibra laser, que se bombea desde una segunda fuente de bombeo separada. Para la modulacion se activan los diodos laser a contrafase, es decir, alternando, de manera la suma de las potencias de los diodos laser es constante. La modulacion se realiza a traves del control de uno de los diodos laser, mientras que el otro diodo sirve para mantener constante toda la potencia en la fibra laser. En la fase activa de la disposicion de laser, en la que se emite la radiacion utilizada, el primer diodo laser esta activo, en la fase pasiva, en la que la radiacion de salida se desvia, por ejemplo, a una trampa del rayo y la fuente de rayo laser se desconecta efectivamente, el segundo diodo laser esta activo. Puesto que el amplificador de fibras impulsa siempre con una potencia constante y, por lo tanto, en mantiene en saturacion, se suprime totalmente la emision espontanea no deseada del amplificador de fibras y se obtiene un contraste alto.
Una mejora de la disposicion laser descrita se puede encontrar, entre otros, en el documento US 2011/0085149. Alli se describe que con altas densidades de potencia de la radiacion laser con anchura de banda mas reducida, como se emite por diodos laser, dentro de un amplificador de fibras aparece una dispersion de Brillouin, que puede conducir a una destruccion de los elementos opticos. Esto se puede evitar por que sobre la senal de control de los diodos laser se imprimen interrupciones, que conducen a una emision de banda claramente mas ancha.
El documento US 2003/071020 A1 se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la marca laser, en los que sobre la superficie se erosiona al menos una parte del material de destino. Ademas, se expone el material a una
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radiacion con un fluencia de energia por debajo del umbral de ablacion del material y de esta manera se induce una interaccion entre el material erosionado y la superficie. A tal fin, el dispositivo comprende un escaner-galvanometro y, ademas, un contador de energia, para medir la energia de la radiacion y transmitir los valores de medicion a la unidad de control.
Durante la utilizacion de la radiacion laser para la transmision de la sustancia de impresion desde el soporte sobre el sustrato es necesario impulsar primero este proceso y a continuacion garantizar una potencia de salida constante de la fuente de rayo laser, para mantener el proceso de transmision. En ensayos de laboratorio se ha mostrado de manera sorprendente que a tal fin no es adecuada optimamente una potencia de salida constante de la fuente de rayo laser.
Esto se debe a que una potencia de salida siempre constante o bien es demasiado reducida para impulsar el proceso. Esto conduce a que el proceso de transmision no se inicia directamente al comienzo de la fase activa de la fuente de rayo, lo que empeora la resolucion espacial del proceso de transmision. O la potencia de salida constante es suficientemente grande para activar el proceso de transmision inmediatamente al comienzo de la fase activa. Despues de que se ha activado el proceso de impresion, la potencia es, sin embargo, demasiado grande, lo que conduce a una transmision inhomogenea de la sustancia de impresion.
Ante estos antecedentes, la invencion tiene el cometido de conseguir una transferencia de sustancia impresa, que es tanto constante en el tiempo como tambien posibilita una resolucion espacial grande.
El cometido se soluciona segun la invencion con un procedimiento segun las caracteristicas de la reivindicacion 1. La otra configuracion de la invencion se puede deducir a partir de las reivindicaciones dependientes.
Segun la invencion, esta previsto un procedimiento, en el que al comienzo de la fase activa se dispara el proceso de transmision durante un primer periodo de tiempo de la transmision de la sustancia de impresion a traves de un umbral superior de la potencia de la radiacion laser, y en un segundo periodo de tiempo de la fase activa, que se conecta al primer periodo de tiempo, despues de la sobreelevacion de corta duracion, se ajusta la potencia de salida especialmente constante, a partir de interrupciones de corta duracion para la supresion de la dispersion de Brillouin, en el intervalo entre el umbral superior y el umbral inferior de la potencia, de manera que o bien se acopla la potencia de un primer laser de siembra o de un segundo laser de siembra en un amplificador de la fuente de rayo laser y en la fase pasiva se acopla solamente la potencia de uno de los dos laseres de siembra y en la fase activa se acopla exclusivamente la potencia del otro laser de siembre y se genera y se ajusta la sobreelevacion de la potencia de salida duran te un primer periodo de tiempo a traves de una fase oscura previa, en la que no se acopla una potencia de salida del primer laser de siembre ni del segundo laser de siembre en el amplificador y a traves de la duracion de la fase oscura se ajusta la sobreelevacion de la potencia de salida en la fase activa.
La sustancia de impresion se transmite segun la invencion desde el soporte sobre el sustrato por medio de radiacion laser de una fuente de rayo laser, de manera que a traves de una sobreelevacion de corta duracion de la potencia de salida de la radiacion laser, que resulta a traves de la sobreelevacion de la inversion en el amplificador de la fuente de rayo laser, se activa el proceso de transmision. Directamente despues de esta sobreelevacion de corta duracion se mantiene constante la potencia de salida durante el tiempo de fase activa, que es menor que la sobreelevacion de corta duracion, que emiten esencialmente a contrafase entre si. La radiacion amplificada del primer laser de siembra se utiliza como radiacion util para el proceso de transmision, la radiacion amplificada del segundo laser de siembre se desvia, por ejemplo, a una trampa de rayo. Solamente sirve para mantener constante la inversion en el amplificador en saturacion en una frase pasiva de la fuente de radiacion. La sobreelevacion temporal de la potencia de salida de la fuente de radiacion, que es necesaria para la iniciacion el proceso de transmision, se consigue a traves de la sobreelevacion de la inversion en el amplificador, que aparece despues de una fase oscura. A tal fin, se desconectan durante corto espacio de tiempo ambos laseres de siembra de la fuente de radiacion antes del comienzo de una fase activa. Tan pronto como se conecta de nuevo el primer laser de siembra al comienzo de la fase activa, se anula la inversion sobreelevada en el amplificador y en este caso se emite durante corto espacio de tiempo una potencia de salida claramente mas elevada. Segun la invencion, se ajusta de esta manera la sobreelevacion de corta duracion, es decir, la amplitud de la potencia de salida sobre el umbral superior de la potencia a traves de la duracion de la fase oscura.
A continuacion de la sobreelevacion de corta duracion se impulsa el amplificador, ademas, con la potencia de salida constante del primer laser de siembra, con lo que la inversion en el amplificador adopta de nuevo un valor temporal constante. De esta manera, tambien la potencia de salida de la fuente de rayo laser es constante en el tiempo, pero a un nivel mas bajo que durante la sobreelevacion de corta duracion.
El problema descrito de la dispersion de Brillouin se puede suprimir a pesar de todo a traves de interrupciones periodicas en la activacion de los diodos de laser, puesto que las interrupciones se pueden seleccionar tan cortas que no tengan ninguna repercusion sobre los procesos de transmision en virtud de la inercia de estos.
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La instalacion optica, con la que se mueve el rayo laser sobre el soporte, puede ser, por ejemplo, un escaner- galvanometro, un escaner poligonal, un deflector electo-optico o un deflector acusto-optico.
La instalacion optica desvia la radiacion laser esencialmente a lo largo de una linea. De esta manera, la zona de interaccion, en la que la radiacion laser interactua con el material del soporte o la sustancia de impresion, esta macada en forma de franja. La longitud de la zona en forma de franja es en este caso claramente mayor que su anchura.
El rayo laser se mueve con preferencia con una velocidad de avance de mas de 10 m/s sobre el soporte.
El soporte y la zona de interaccion en forma de franja se mueven relativamente entre si, para que se puedan generar con el proceso de transmision patrones bidimensionales de zonas, en las que se ha transmision sustancia de impresion, y zonas, en las que no se ha transmitido sustancia de impresion.
Con preferencia, el movimiento del soporte se realiza ortogonalmente a la dilatacion grande de la zona de interaccion en forma de franja.
El soporte esta recubierto durante el proceso de transmision con la sustancia de impresion. Para posibilitar una transmision continua, debe renovarse, por lo tanto, la sustancia de impresion sobre el soporte. A tal fin, se emplea, por ejemplo, un mecanismo de recubrimiento, por delante del que pasa continuamente el soporte. Para conseguir una resolucion espacial alta del proceso de transmision con una alta productividad, es ventajoso que la duracion minima de la fase activa no exceda de 10 ns, con preferencia aproximadamente 1 ns.
De manera correspondiente es ventajoso que la sobreelevacion de corta duracion de la potencia de salida tenga una duracion claramente inferior a 1 ns, Para posibilitar una trasmision de la sustancia de impresion, el soporte es con preferencia al menos parcialmente transparente para la longitud de onda de la radiacion laser. Esto posibilita una interaccion optima entre radiacion laser y sustancia de impresion. A traves de la entrada de energia en la sustancia de impresion se activa entonces el proceso de transmision.
Otra configuracion segun la invencion representa la utilizacion de una capa muy absorbente de la longitud de onda laser, que se aplica sobre el soporte. La sustancia de impresion se aplica entonces sobre esta capa. A traves de la actuacion de la radiacion laser sobre la capa absorbente, esta se calienta. La conduccion del calor a la sustancia de impresion activa entonces el proceso de transmision.
El proceso de transmision es posible, en general, con casi todos los materiales. Pero segun la invencion, se emplean con preferencia sustancias de impresion liquidas con una viscosidad inferior a 106 Pas.
La radiacion laser se mueva por medio de una instalacion optica sobre el soporte. Para activar el proceso de transmision con retardo reducido al comienzo de una fase activa, la fuente de radiacion laser emite al comienzo de una fase activa durante corto espacio de tiempo una potencia de salida mayor. A continuacion, la fuente de radiacion emite una potencia constante mas baja durante el tiempo de la fase activa.
La invencion permite diferentes formas de realizacion. Para la ilustracion adicional de su principio activo se representan algunas de ellas en el dibujo y se describen a continuacion.
La figura 1 muestra un esbozo de principio de un dispositivo para la transferencia de sustancia de impresion desde un soporte sobre un sustrato.
La figura 2 muestra una variante del dispositivo mostrada en la figura 1 con un soporte que circula sin fin.
La figura 3 muestra un desarrollo esquematico de la potencia de salida respectiva de dos laseres de siembra del dispositivo mostrado en las figuras 1 y 2.
La figura 4 muestra un desarrollo esquematico de una potencia de salida total resultante del dispositivo a partir del desarrollo mostrado en la figura 3.
La figura 1 muestra una realizacion sencilla del dispositivo para la realizacion del proceso de transmision segun la invencion. Un soporte 1 estacionario o fijo presenta un recubrimiento con una sustancia de impresion 2. Para la transmision de la sustancia de impresion 2 sobre un sustrato 3, una instalacion optica 4 desvia una radiacion laser 5 de una fuente de radiacion laser no representada sobre el soporte 1 con la sustancia de impresion 2. Como consecuencia de la entrada de energia termica, esta se transmite resuelta selectiva o bien localmente, por ejemplo de forma puntual o lineal desde el soporte 1 sobre el sustrato 3. De forma complementaria a la desviacion de la radiacion laser 5, adicionalmente tambien el soporte 1 y/o el sustrato 3 pueden estar realizados especialmente moviles en traslacion, para ampliar el espacio de trabajo disponible.
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La figura 2 muestra otra forma de realizacion del dispositivo. En este caso, el soporte 1 esta realizado como una cinta circulante sin fin y se conduce de manera especialmente continua sobre cuatro rodillos de desviacion 6. El soporte 1 esta recubierto en su lado dirigido hacia el sustrato 3 totalmente con la sustancia de impresion 2. Para posibilitar una transmision continua y especialmente para evitar una parada no deseada en el funcionamiento del dispositivo, se renueva la sustancia de impresion 2 sobre el soporte 1 ciclica o continuamente. A tal fin sirve un mecanismo de recubrimiento 7, por delante de cual se conduce continuamente el soporte 1.
La transmision sobre el sustrato 3 se activa de nuevo a traves de la entrada de energia termica de la radiacion laser 5, que se conduce a traves de la instalacion optica 4 sobre el lado del soporte 1 alejado del recubrimiento y de esta manera se transmite la sustancia de impresion 2 sobre el sustrato 3.
La figura 3 muestra esquematicamente el desarrollo de la potencia de salida respectiva de dos laseres de siembre SL1, SL2 activos alternos en una fase activa AP y una fase pasiva PP, que forman en comun la fuente de radiacion laser no representada en detalle. A traves de la operacion esencialmente a contrafase de los dos laseres de siembra SL1, SL2 con una potencia de salida AL1 o bien AL2 al menos esencialmente coincidentes se mantiene la inversion en un amplificador de la fuente de radiacion laser constante en saturacion.
Antes del comienzo de la fase activa AP se desconectan durante corto espacio de tiempo los dos laseres de siembra SL1 y SL2, lo que conduce a una fase oscura DP, en la que se impulsa el amplificador sin radiacion laser. Al comienzo de la fase activa AP se conecta el primer laser de siempre SL1. La potencia de salida total AL resultante del amplificador de la fuente de radiacion laser que se conduce como se muestra en las figuras 1 y 2 como radiacion laser 5 sobre el soporte 1 con la sustancia de impresion 2, se representa en la figura 4.
La fase oscura precedente DP conduce al comienzo de la fase activa AP durante un primer periodo de tiempo ZR1 a una sobreelevacion de la potencia de salida total AL del amplificador sobre un umbral superior de la potencia OLS y, por lo tanto, a una transmision de la sustancia de impresion 2 ya al comienzo de la fase activa AP en oposicion al retraso inevitable en el estado de la tecnica durante la transmision.
En el segundo periodo de tiempo ZR2 activos de la fase activa AP, que sigue al primer periodo de tiempo ZR1 despues de la sobreelevacion de corta duracion de la toda la potencia de salida, esta se mantiene en gran medida constante en el intervalo entre el umbral superior de potencia OLS y el umbral inferior de potencia ULS. Segun la invencion, la sobreelevacion de la potencia se ajusta a traves de la duracion de la fase oscura DP.
Lista de signos de referencia
1 Soporte
2 Sustancia de impresion
3 Sustrato
4 Instalacion
5 Rayo laser
6 Rodillo de desviacion
7 Mecanismo de recubrimiento
AP Fase activa
PP Fase pasiva
DP Fase oscura
ZR1 Primer periodo de tiempo
ZR2 Segundo periodo de tiempo
SL1 Laser de siembre
SL2 Laser de siembra
AL Potencia de salida general
ALi Potencia de salida
AL2 Potencia de salida
OLS Umbral superior de potencia
ULS Umbral inferior de potencia
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Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Procedimiento para la transmision de una sustancia de impresion (2) preparada sobre un soporte (1) especialmente como un recubrimiento sobre un sustrato (3) por medio de un rayo laser (5) de una fuente de rayos laser que presenta un amplificador, con una potencia de salida (AL), en el que la radiacion laser (5) y el soporte (1) se mueven relativamente entre si y en este caso se modula temporalmente la potencia de salida (AL) de la fuente de rayo laser, de manera que exclusivamente en una fase activa (AP) se transmite la sustancia de impresion (2) y en una fase pasiva (PP) no se transmite ninguna sustancia de impresion (2), caracterizado por que al comienzo de la fase activa (AP) durante un primer periodo de tiempo (ZR1) se activa la transmision de la sustancia de impresion (2) a traves de una sobreelevacion de corta duracion de la potencia de salida (AL) por encima de un umbral de potencia superior (OLS) de la radiacion laser del proceso de transmision, y en un segundo periodo de tiempo (ZR2) de la fase activa (AP), que se conecta en el primer periodo de tiempo (ZR1) se ajusta la potencia de salida (AL) en la zona entre el umbral de potencia superior (OLS) y el umbral de potencia inferior (ULS) y por que o bien la potencia de un primer laser de siembra (SL1) o de un segundo laser de siembra (SL2) se acopla en un amplificador de la fuente de rayo laser y en la fase pasiva (PP) solamente se acopla la potencia de uno de los dos laseres de siembra (SL2) y en la fase activa (AP) se acopla exclusivamente la potencia del otro laser de siembra (SL1) en el amplificador y se genera y se ajusta la sobreelevacion de la potencia de salida (AL) durante el primer periodo de tiempo (ZR1) a traves de una fase oscura (DP) previa, en la que no se acopla ni una potencia de salida (AL1, AL2) del primer laser de siembra (SL1) ni del segundo laser de siembra (SL2) en el amplificador y a traves de la duracion de la fase oscura (DP) se ajusta la sobreelevacion de la potencia de salida (AL) en la fase activa (AP).
  2. 2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la duracion del primer periodo de tiempo (ZR1) es inferior a 1 ns.
  3. 3. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la potencia de salida (AL) se ajusta constante durante el segundo periodo de tiempo (ZR2).
  4. 4. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la potencia de salida (AL) durante el segundo periodo de tiempo (ZR2) corresponde al 50 % a 80 % de la potencia de salida (AL) durante el ultimo periodo de tiempo (ZR1).
  5. 5. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la duracion de la fase activa (AP) es inferior a 10 ns, en particular es 1 ns.
  6. 6. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la potencia de salida (AL) de la fuente de rayo laser durante la fase pasiva (PP) y la fase activa (AP) se mantiene constante a traves de la conexion y desconexion a contrafase del laser de siembra (SL1, SL2), cuya emision se amplifica en un amplificador comun.
  7. 7. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la activacion de diodos laser de la fuente de rayo laser se interrumpe para la supresion de la dispersion de Brillouin durante menos de 100 ns, en particular menos de 20 ns.
  8. 8. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la velocidad del movimiento relativo del punto de incidencia de la radiacion laser (5) sobre el soporte (1) es mayor que 10 m/s.
  9. 9. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte (1) es parcialmente transparente para la longitud de onda de la radiacion laser (5).
  10. 10. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte (1) esta recubierto con una capa absorbente de longitud de onda laser, que convierte la energia de radiacion en calor.
  11. 11. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte (1) esta recubierto con una sustancia de impresion liquida (2), que presenta una viscosidad inferior a 106 Pas.
  12. 12. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la zona de interaccion de la radiacion laser (5) con el soporte (1) esta en forma de franja y por que la radiacion laser (5) se desvia esencialmente a lo largo de la dilatacion mayor de la zona de interaccion.
  13. 13. - Procedimiento segun al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la fase pasiva (PP) se desvia la potencia de salida (AL2) en la trampa del rayo.
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