FR3028209A1 - Procede d'impression sans encre destine a etre utilise principalement sur du papier standart - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'impression thermique sans encre faisant appel à un laser de forte puissance pour éviter l'utilisation d'encres qui constituent un désastre écologique, mais qui plus est peuvent causer des problèmes de santé. Le laser est dirigé vers un point du papier par réflexion sur un miroir rotatif, l'énergie du laser est ainsi transmise au point du papier et provoque par brûlure son jaunissement local. L'assemblage de tous ces points va former l'image (pouvant être du texte...) à la surface du papier. Le papier pourra être préchauffé pour réduire la durée de montée en température d'un point du papier pour qu'il jaunisse par le laser. Réduisant ainsi la durée de stagnation du laser sur ce point et accélérant la vitesse globale d'impression. Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné à l'impression monochrome de textes, documents...sur du papier blanc standard.

Description

- 1 - La présente invention concerne le domaine de la bureautique, et plus généralement, tous les domaines ayant recours à des impressions monochromes à bas coût (foyers ...) et en grands volumes (presses, bureaux ...) ou qui doivent durer dans le temps et être résistants aux agressions extérieures (humidité, chaleur, UV...) ; le tout sur du papier standard, ne nécessitant donc aucun traitement spécifique de la surface, de couchage.. .etc. Depuis plusieurs dizaines d'années, l'impression jet d'encre et l'impression laser dominent le marché. Le point commun à ces deux technologies est le fait d'apporter de la matière (pigments ou colorants contenus dans l'encre, ou le toner) sur la surface à imprimer aux endroits idoines. Ce principe de fonctionnement nécessite donc l'utilisation de consommables qui sont souvent très chers et reviennent au final plus coûteux que le prix d'achat de l'imprimante. Notons que pour fabriquer une car- touche d'encre il faut près de 90mL de pétrole, et plus de 3 litres de pétrole pour un toner. De plus, les cartouches usagées sont classées comme des DIS (déchets industriels spéciaux) car elles contiennent beaucoup de produits toxiques et de métaux lourds nocifs pour l'environnement (aluminium, plastique non biodégradable, oxyde de fer, résidus d'encre...). Ainsi plus d'un milliard de ces cartouches sont ven- dues chaque année dans le monde ce qui constitue un vrai désastre écologique. En plus de constituer une vraie menace pour l'environnement, les imprimantes laser produisent de l'ozone (03) qui cause des irritations pulmonaires. Elles rejettent en plus de fines particules de toner dans l'air qui obstruent les bronches. Elles possèdent aussi quelquefois une courroie de transfert et un ou plusieurs tambours à changer de temps en temps ce qui augmente le coût à la page. Toutefois, les imprimantes à jet d'encre sont sujettes elles aussi à des problèmes comme notamment l'obstruction des buses par de l'encre séchée à cause d'une longue période d'inactivité, durant laquelle, le solvant de l'encre a eu le temps de s'évaporer. Mais il existe un mécanisme servant à prévenir cet incident, qui consiste à faire couler de l'encre de temps en temps, pendant toute la période où elle est sous tension, afin d'éviter qu'elle ne sèche à l'intérieur des buses de la tête d'impression. Nous pouvons noter que ce système est présent uniquement sur les imprimantes à têtes d'impression embarquées (solidaires de l'imprimante et non de la cartouche) et peut augmenter la consommation d'encre de près de 20% voire jusqu'à 100 % pour les petits utilisa- teurs occasionnels. Car dans ce cas, l'imprimante passe beaucoup plus de temps en attente d'impression, le cycle consistant à faire couler de l'encre continue, autant d'encre aura coulé pour empêcher la tête de se boucher que pour imprimer les - 2 - quelques pages par mois. En revanche, utiliser une tête d'impression déportée prévient cet inconvénient car s'il elle se bouche, il suffit de remplacer la cartouche. Toutefois, utiliser ces cartouches d'encre revient plus cher pour les gros utilisateurs. Car la cartouche comprenant la tête d'impression a un prix à l'achat plus élevé. Utiliser des encres présente aussi l'inconvénient de ne pas résister à l'eau. En effet, des risques de coulures sont présents dès lors que la surface imprimée du papier rentre en contact avec un liquide, le solvant contenu dans un surligneur, ou même des fois la graisse sur les doigts. Causant des coulures inesthétiques qui peuvent diminuer la lisibilité du document et nécessiter sa réimpression. Les documents imprimés avec les moyens traditionnels résistent aussi très mal dans le temps, les pigments et les colorants se détériorent avec le temps, la chaleur, l'humidité, les UV...etc. Certains fabricants se sont donc lancés dans la production d'imprimantes dites « sans encre », mais en réalité, toutes ces imprimantes utilisent un papier spécial (car il bénéficie d'une technologie complexe qui lui permet de contenir l'encre, un réactif...) qui réagit à la chaleur, aux rayons UV...pour former l'image à sa surface. Le grand inconvénient de ce papier est son coût qui reste extrêmement élevé rendant inutilisables ces imprimantes dans la plupart des domaines où elles pourraient être utilisées comme les administrations... etc. De plus, certains papiers résistent très mal aux rayons UV ainsi qu'à la lumière du jour devant laquelle ils s'ef- facent partiellement, voire totalement dans les cas extrêmes. D'autres s'effacent tout seul après une vingtaine d'heures à cause d'une technologie encore inachevée. Certains de ces papiers sont en plastique rendant encore une fois leur utilisation difficile dans les bureaux, administrations, particuliers.., car il est difficile d'écrire pardessus, impossible de les agrafer ensemble... etc.

Plus récemment (en 2011), le brevet W02012000427 présentait une tech- nique combinant une tête d'impression pouvant se rapprocher à une tête d'impression matricielle, car elle comporte de nombreuses petites aiguilles qui est chauffée à des températures très élevées (près de 1000 °C) . Le fait d'amener une de ces aiguilles au contact du papier le fera jaunir localement en un point. Malheureuse- ment ce système ne permet pas de forts volumes d'impression, car la tête d'impression est mobile et se déplace de gauche à droite. Ce qui rend le nombre de pages par minute (ppm) égal voire inférieur à celui d'une imprimante jet d'encre classique. Car en plus de posséder une tête d'impression mobile, cette technologie comporte des aiguilles et nécessite donc plusieurs passages dans des zones bien précises.

Peu importe la forme des aiguilles, un crénelage risque d'apparaître sur les bords de certains motifs (notamment les droites, les aplats de couleur ainsi que les diagonales...). Pour l'éviter, l'imprimante doit repasser à certains endroits, ou passer plus -3-. de temps à imprimer ceux-ci pour réduire cet effet en remplissant les bords crénelés avec d'autres points. Cette technologie ne permet pas non plus des impressions de bonne qualité, car la résolution des impressions dépend de la densité des aiguilles ainsi que de leur taille. Cela rend les caractères imprimés de très mauvaise qualité car principalement, ces aiguilles sont de grande taille, portant ainsi la taille du plus petit point pouvant être imprimé à celle de l'aiguille réduisant ainsi le nombre de points par pouce (ppp). Non seulement, ces systèmes produisent une impression de mauvaise qualité, et lente comme décrit précédemment. Mais ils peuvent être très dangereux et inefficients. Car d'une part, chauffer une tête d'impression à des tem- pératures pouvant aller jusqu'à 1000 °C augmente le risque d'incendie. En cas de défaillance du système d'impression ou de bourrage de papier, celui-ci risque de prendre feu. Car il sera maintenu trop longtemps à proximité de la tête d'impression. D'autre part, l'action de chauffer un élément d'une telle taille est très difficile à réaliser dans une imprimante de bureau (qui se veut compacte) et augmentera énormé- ment sa consommation électrique tout en faisant des pertes thermiques considérables. Il est intéressant de noter que de nos jours, l'impression et tout ce qui s'y rapporte dans une entreprise (toutes tailles confondues) représente un coût qui se situe environ entre 3 % et 5 % du chiffre d'affaires annuel. L'utilisation du procédé dont fait l'objet ce brevet permettrait de réduire ce pourcentage et donc d'augmenter les bénéfices des entreprises qui l'utiliseront. Plutôt que d'utiliser des consommables dévastateurs écologiquement et financièrement, nous n'en utiliserons pas. Et plutôt que d'utiliser des papiers aux coûts exorbitants, nous utiliserons du papier blanc standard. Le procédé selon l'invention consiste à exposer localement, pendant une courte durée et une forte intensité, un point du papier avec un rayon laser. Ce processus brûle localement la couche extérieure de la surface du papier afin de la colorer jaune très foncé proche du noir. Le fait d'appliquer une forte intensité pendant une courte durée empêche la brûlure de traverser le papier permettant ainsi de pouvoir avoir des documents recto verso (car le texte, l'image ne traverse pas le papier). Il permet aussi d'avoir une netteté d'impression supérieure. Les avantages de ce procédé sont qu'il ne consomme pas d'encre, car la couleur provient exclusivement du carbone contenu dans le papier, qu'il fonctionne avec du papier standard vu qu'on peut brûler unique- ment la couche extérieure du papier standard, et ne nécessite quasiment aucun entretient. Il n'y aura aucune pièce à remplacer comme le toner, l'encre, le tambour, la courroie de transfert, la tête d'impression.. .etc. Il est aussi très robuste, car il est - 4 - composé entre autres d'un laser qui éclaire certaines zones spécifiques du papier, et possède peu d'autres pièces mécaniques complexes (pas de tête d'impression qui se déplace de gauche à droite ou de pompe à encre...). Il possédera toutefois quelques pièces mécaniques comme un système pour attraper la feuille de papier et la faire avancer dans l'imprimante ainsi qu'un miroir rotatif pour éclairer la surface du papier... etc. II pourra donc être considéré comme un investissement à long terme, car il suffit d'acheter une imprimante pourvue de ce système pour qu'elle puisse fonctionner pendant de nombreuses années sans aucun entretien. Il suffit de replacer des feuilles de papier dans le bac prévu à cet effet. Le coût à la page de cette imprimante sera nul (excepté l'électricité et le support d'impression). Il n'y aura aucune pièce mécanique à remplacer après un certain temps comme une courroie de transfert, un tambour, un tampon pour vider l'encre... etc. Par contre, vu son principe de fonctionnement (brûler la surface du papier), ce procédé ne permettra pas à lui seul d'assurer des impressions couleur, mais il pourra cependant être associé dans de grandes machines à d'autres technologies couleur et donc il permettra de remplacer le toner ou l'encre noire. De plus, l'impression d'un document avec ce procédé empêchera les coulures d'encre si le support rentre en contact avec de l'eau, un surligneur. ..car il n'y aura pas d'encre utilisant des solvants aqueux déposée sur le papier. Le papier sera en quelque sorte « imprimé dans la masse », car ce sont les fibres directement qui changent de couleur. Le document imprimé grâce à ce procédé sera aussi très résistant dans le temps, car il ne se détériora pas à cause de la chaleur, de l'humidité... etc. Il n,'y aura pas non plus de problèmes de consommables à remplacer, qui sont des fois très difficiles à retirer et à replacer. Il n'y aura aussi aucun risque de se salir avec de l'encre usagée stockée dans l'impri- mante. L'imprimante ne cessera jamais de fonctionner, car elle n'a plus d'encre... etc. Il n'y aura aussi pas besoin de stocker des grandes quantités d'encres dans le cas d'entreprises qui ne peuvent pas se passer d'imprimantes, de photocopieuses. Ce procédé apportera une sécurité à toutes les installations critiques, car il est extrêmement fiable et robuste.

Mais de plus, par rapport au brevet W02012000427, le procédé dont fait l'objet ce brevet aura l'avantage qu'il n'utilisera pas de tête d'impression matricielle chauffée à près de 1000 °C qui offre, en plus d'être dangereuse, une mauvaise qualité d'impression à cause de son mode de fonctionnement. Dans le cas de notre technologie, c'est un laser qui va éclairer la surface du papier à colorer pendant une durée inférieure à une milliseconde, ce qui supprime tous les inconvénients cités à propos du brevet W02012000427. Inconvénients qui sont le crénelage, la vitesse d'impression (ppm), la résolution d'impression (ppp) et donc par extension la nette- - 5 - té, ainsi que le risque d'incendie. L'utilisation d'un laser extrêmement fin rendra le crénelage presque inexistant, car il sera invisible à l'oail nu. Il accélérera l'impression, car la tête d'impression n'aura pas besoin de se déplacer de gauche à droite et repasser sur certains endroits pour masquer le crénelage. Ce sera un laser. Pour finir, la résolution d'impression sera supérieure. La taille du plus petit point pouvant être imprimé sera celle du laser qui est bien plus faible que celle d'une aiguille présentée dans le brevet W02012000427. Cela permet de placer plus de point par pouce carré donc d'augmenter la résolution d'impression (ppp).

Un des moyens de réalisation de ce procédé pourra être un laser d'une forte puissance associé à un élément chauffant. Le rayon dudit laser va transmettre de l'énergie en éclairant un point du papier. Ce qui aura pour effet de brûler sa surface et de provoquer son jaunissement. Un jaunissement plus intense produira de la couleur noire, qui est celle recherchée. Mais aussi, par un temps d'exposition réduit, on pourra obtenir toute une palette de nuances de gris. Évitant ainsi l'emploi de trames inesthétiques pour obtenir ces couleurs. Pour réduire le temps d'exposition d'un point du papier par le laser, le papier pourra être « préchauffé » par l'élément chauffant, ce qui aura pour but d'augmenter la température du papier. L'élément chauffant sera placé avant la zone d'exposition du papier par le laser, sur toute la largeur de laize de l'imprimante, parallèlement au sens de défilement du papier et proche de sa surface. Il ne se déplacera pas, seul le papier le fera. Il balayera le papier pour le chauffer au fur à mesure qu'il est entraîné par les galets d'entraînement de l'imprimante en direction de la zone d'impression. Étant donné que le papier sera déjà chaud, la durée nécessaire à la montée en température du point de la surface du papier (pour qu'il jaunisse) par le laser sera réduite diminuant ainsi le temps de stagnation du laser au-dessus du point à imprimer. Cela aura pour conséquence générale d'accélérer la vitesse d'impression globale de l'imprimante. Le fait que la durée de stagnation du laser sera diminuée va aussi éviter le risque que la brûlure ne traverse le papier. Si elle le traversait, on pourrait voir l'image imprimée au verso du papier ce qui empêcherait les impressions recto verso. De plus, ça rendrait le papier plus cassant aux endroits imprimés, car il ne resterait presque, voire plus de fibres non brûlées dans ces zones. Le laser aura une position statique, son rayon sera dirigé vers un miroir rotatif monté sur un moteur qui fera tourner ce dernier. Le miroir réfléchira le rayon du laser en direction du papier de sorte que toute la largeur du papier puisse être balayée sans que le laser n'ait besoin de se déplacer. Au fur et à mesure que le miroir va se tourner, l'angle avec lequel il réfléchira le rayon laser va changer, dépla- - 6 - çant ainsi le point éclairé horizontalement sur le papier. Le laser va s'allumer au moment où l'angle du miroir lui permet de frapper le point adéquat (le point qui doit être imprimé) sur le papier, puis il s'éteindra. Une fois arrivé en bout de ligne, le laser s'éteindra, cependant le miroir continuera de tourner jusqu'à revenir en posi- tion initiale. C'est à ce moment que le cycle va recommencer et ainsi jusqu'à ce que l'impression de la page soit terminée. Une fois l'impression terminée, la page sera éjectée de l'imprimante en direction du bac de sortie, et une nouvelle sera prise dans le bac d'alimentation à papier. L'autre avantage de ce système est que deux têtes d'impression peuvent être combinées ensemble pour imprimer des pages rec- to verso en une seule passe. Les deux têtes d'impression fonctionneront simultanément, une première imprimera la face supérieure, tandis que l'autre, la face inférieure. Multipliant ainsi par deux la vitesse d'impression de l'imprimante (ppm).

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'impression thermique sans encre sur du papier pouvant être entre autres standard, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un laser qui éclaire 5 les points à imprimer à la surface du papier.
2. 2. Procédé d'impression selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser soit fixe. 10
3. 3. Procédé d'impression selon la revendication 2, caractérisé en ce que les points du papier à colorer sont éclairés par réflexion du rayon du laser sur un réflecteur rotatif.
4. 4. Procédé d'impression selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit 15 laser s'allume au moment où l'angle du réflecteur lui permet d'éclairer le point du papier à colorer, puis il s'éteint, puis se rallume de nouveau pour colorer le point suivant, puis le cycle se répète jusqu'à l'impression de tous les points nécessaires.
5. 5. Procédé d'impression selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit 20 laser chauffe les points du papier à colorer en les éclairant afin de provoquer leur jaunissement pour former, par assemblage de tous les points obtenus, une image.
6. 6. Procédé d'impression selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par la présence facultative d'un élément chauffant linéaire, de la largeur de la laize de 25 l'imorimante. parallèle à la feuille et perpendiculaire au sens de défilement de cette