JP2019505421A - ３次元物品への印刷 - Google Patents

Abstract

３次元物品に印刷するプロセスが説明される。画像は、第１の面および第２の面を有する伸縮性キャリア膜の第１の面に印刷される。膜は、膜の一方の面に画定された加熱チャンバと、膜の他方の面に画定された物品受け入れチャンバとの間のフレーム内の平面内に取り付けられる。印刷されるべき３次元物品は、物品受け入れチャンバ内で、任意選択的に物品のためのネストを上部に有する、上記平面にほぼ平行に位置決めされた概して平坦なプラテン上に配置される。物品を、膜上に印刷されている画像と見当合わせするために、および、物品を、上記平面を通じて加熱チャンバへと、膜と密着させて搬送するために、上記平面に対して垂直な方向において、膜に対してプラテンが相対的に移動する、熱および真空成形工程が実施される。真空源が上記他方の面から膜に適用され、上記一方の面から膜を軟化させるのに十分な第１の温度において熱が膜に加えられ、結果、膜が物品の表面詳細と密着した状態で、物品の周りに少なくとも部分的に熱および真空によって巻き付けられる。第１の温度を超える温度まで、印刷されている画像を物品の表面内に拡散させるのに十分であるが物品を損傷させるには不十分である時間にわたって、均一に実質的に半球状の立体角にわたって膜および物品の下になる表面を加熱するために、少なくとも２つの赤外線源を使用して、周りに膜が巻き付けられている物品に赤外線放射が加えられる、染料拡散工程が実施される。

Description

本開示は、３次元物品に印刷するための方法および装置に関する。

３次元物品への印刷については、長年にわたり多くの提案がなされてきた。このような印刷は、歴史的に最も成功している場合であっても、物品がわずかに湾曲している場合にすぎない。縁部領域がほぼ平坦な面から直角に湾曲している携帯電話のカバーのような単純な物品でさえも、縁部に印刷することは問題を生じる。オートバイのヘルメットまたはボーリングボールのような物品の露出面全体に、色ムラもしくは歪みを伴わずに、または、尖鋭な表面レリーフを有するおもちゃ銃もしくはキンバススポーツシューズなどのより複雑な物品に印刷することは非常により困難である。

これまでの試みは、可撓性膜に染料を塗布すること、その膜を加熱して軟化させること、印刷されるべき物品と接触するように、軟化した膜を下方に移動させることであって、物品は概して平坦なプラテン、任意選択的にネスト上に保持される、移動させること、任意選択的に真空を用いて、膜および物品を接触させたままにすること、ならびに、染料が膜から物品に転写されるまで膜および物品を加熱することを含んでいる。

これに類似した方法を用いてそこそこの成功を達成することができるが、特に、携帯電話ケースのような全体的に平らな物品ではなく、靴またはオートバイのヘルメットのような深さのある物品に染料を塗布する場合には、物品全体の周りに膜を巻き付けることでさえ達成が困難である。膜は不均一に伸張する傾向にあり、印刷された画像に歪みを生じる。単純な画像または単一の色が選択されたとしても、物品の２つ以上の表面に染料を塗布する必要が生じると直ちに、膜の伸張および染料転写段階の間の温度の変化に起因して、物品全体にわたって均一な色を得ることは非常に困難になる。

別の重要な問題は、選択された画像の正確な配置にある。物品上の必要な場所に画像を正確に位置決めすることは困難である。その結果、業界は、まだ許容できるものとして数センチメートルまたは数ミリメートルの誤差マージンを許容していることが多い。しかし、設計を一連のモジュール式部分に適用して全体的な効果を生成すべきである場合、または、対称性の理由から、または物品の形状の正確な詳細に位置整合するために、商品の中央などのように正確に適用しなければならない場合は、わずかミリメートルの誤差が、もはや販売可能ではない製品をもたらし、許容できない廃品をもたらす可能性がある。

Ｎｅｒｉ他（特許文献１）は、３次元物体上に印刷するための方法および装置を記載している。このプロセスは、印刷すべき対象物をプラテン上に配置すること、所望の画像（その鏡像）を含むキャリアシートをその対象物または各対象物上に配置すること、およびその後、さらなる膜をキャリアシートの上に降下させることを含む。真空が使用されて膜が引き下げられ、キャリアシートが物体（複数可）に圧接される。膜の他方の側の加熱チャンバが、放射熱を加える。圧力と熱との組み合わせにより、画像が物体に転写される。キャリアシート（複数可）が重ねられた物体に膜を単に移動させるこの方法は、問題を引き起こす可能性がある。膜は、移動中は柔軟で、伸縮可能であり、それによって、膜が接触したときにキャリアシートが対象物（複数可）に対して位置決めされる際に誤差を生じる現実的な危険性が存在する。

Ｈｏｗｅｌｌ（特許文献２）は、印刷されるキャリアシートとしての役割を果たす膜が静止して保持され、予熱ステップの間に、物体が上に移動されて、膜と接触する熱転写印刷のためのプロセスを開示している［段落１１２］。膜は、非常に低い降伏応力によって粘弾性になるまで、予熱ステップにおいて加熱される電気的要素を通過する空気によって駆動されるファンによって軟化される。それは、第２のステップにおいて熱を維持しながら真空が適用されるまで、最初は物品に対して「ゆるやかに垂れかかっている」と記載されている。このプロセスは、キャリアシート全体の望ましくない移動を避けることができるが、非常に低い降伏応力およびゆるやかに垂れかかることによって、真空を適用する前に、膜上の所望の画像が歪み、または、物体に対して移動する可能性があるため、見当合わせが困難である。

Ｈｏｇｇａｒｄ他（特許文献３）は、印刷されるべき３次元物体を、当該物体よりも著しく深いトレイ内に配置し、トレイの開口上部にわたって印刷フィルムを固定する。トレイの内部に真空が適用されて、フィルムがトレイの側面および物品の周りまで下がって伸張し、予熱ステップによりフィルムが物品の表面に熱成形される。高温における第２の加熱工程において、印刷フィルムからのインクが物品の表面上に昇華する。昇華は、液体状態を通過することなく、固体から蒸気に（およびその逆に）進行することと定義される。フィルムをトレイの側面および物品の周りまで下がって伸張させることは、色ムラおよび見当合わせの問題を生じさせる可能性がある。注目すべきことに、このプロセスの後のバリエーションにおいて、Ｈｏｇｇａｒｄは、特許文献４において、トレイの底部に印刷されるべき物品の縁部にフィルムシートを物理的に締結することを提案している。

米国特許出願公開第２００２／０１３１０６２号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２４５５２３号明細書 国際公開第２００７／０４９０７０号パンフレット 国際公開第２０１０／０３８０８９号パンフレット

本開示は、最終製品の品質と方法の信頼性の両方を改善するために、３次元製品に印刷する既存の方法を改良しようとする出願人の研究から生じる。

本開示の第１の態様によれば、３次元物品に印刷するためのプロセスが提供され、プロセスは、第１の面と第２の面を有する伸縮性キャリア膜の第１の面に画像を印刷するステップと、キャリア膜の上記第２の面である、膜の一方の面上に画定される加熱チャンバと、キャリア膜の上記第１の面である、膜の他方の面上に画定される物品受け入れチャンバとの間のフレーム内の平面内に上記膜を取り付けるステップと、印刷すべき３次元物品を、物品受け入れチャンバ内で、任意選択的に物品のためのネストを上部に有する、上記平面にほぼ平行に位置決めされた概して平坦なプラテン上に配置するステップと、熱および真空成形工程を実施するステップであって、物品を、膜上に印刷されている画像と見当合わせするために、および、物品を、上記平面を通じて加熱チャンバへと、膜と密着させて搬送するために、上記平面に対して垂直な方向において、膜に対してプラテンが相対的に移動し、真空源が上記他方の面から膜に適用され、上記一方の面から膜を軟化させるのに十分な第１の温度において熱が膜に加えられ、結果、膜が物品の表面詳細と密着した状態で、物品の周りに少なくとも部分的に熱および真空によって巻き付けられる、熱および真空成形工程を実施するステップと、染料拡散工程であって、第１の温度を超える温度まで、印刷されている画像を物品の表面内に拡散させるのに十分であるが物品を損傷させるには不十分である時間にわたって、均一に実質的に半球状の立体角にわたって膜および物品の下になる表面を加熱するために、少なくとも２つ、好ましくは２つを超える複数の赤外線源を使用して、周りに膜が巻き付けられている物品に赤外線放射が加えられる、染料拡散工程とを含む。

印刷するステップは、好ましくは、デジタルマイクロピエゾヘッドプリンタを用いてデジタルで実行されて、染料のピクセルドットパターンとしてキャリア膜上に画像を形成するが、グラビア印刷、シルクスクリーン印刷またはリソグラフィ印刷が、すべて使用されてもよい

この説明に拘束されることは意図されていないが、例えば、金属もしくはプラスチックで形成された物品において、物品の表面が粒状もしくは結晶質である場合、または、例えば布地から形成されている物品において、表面が繊維状である場合、赤外線源は、その表面を粒子もしくは結晶境界において、または繊維間で開かせて、物品の表面への染料の拡散を助けると、出願人は考える。物品が、例えばガラス物品において粒子または結晶境界を有しない場合、染料は表面内に容易に拡散することができず、そのため、そのような物品は、粒子協会を呈する材料の透明コーティングで前処理され、そのため、このようなコーティングへの染料の拡散を可能にする。

このプロセスは、以下のステップの１つまたは複数を含むことができる。熱および真空成形工程の間、バッフル（複数可）、ファン（複数可）および／または反射器（複数可）の使用によって装置内の熱を制御するステップ。染料拡散工程の間、バッフル（複数可）、ファン（複数可）および／または反射器（複数可）の使用によって装置内の熱を制御するステップ。熱および真空成形工程中に赤外線熱源の強度、位置を調整すること、および／または断続的にスイッチオフすることによって、装置内の熱を制御するステップ。染料拡散工程中に赤外線熱源の強度、位置を調整すること、および／または断続的にスイッチオフすることによって、装置内の熱を制御するステップ。装置内の温度センサからのフィードバックに応答して各バッフル、反射器またはファンの位置を制御するステップ。装置内の温度センサからのフィードバックに応答して赤外線熱源の強度および／または位置を制御するステップ。熱および真空成形工程の間に物品の表面を、所定の最小許容温度と所定の最大許容温度との間に維持するステップ。染料拡散工程の間に物品の表面を、所定の最小許容温度と所定の最大許容温度との間に維持するステップ。フィルムの第１の面にコーティングが被着されたフィルムから膜を形成するステップ、画像はコーティング上に印刷される。使用される膜に使用される波長（または波長の範囲）を調整するステップ。低温で軟化するように設計された膜を使用するステップ。加熱するとその構造形態を保持するように設計された膜を使用するステップ。一貫した様式で伸張するように設計された膜を使用するステップ。使用される染料に合わせたコーティングによって物品を前処理するステップ。使用される染料に合わせたフィルムによって物品を前処理するステップ。フィルムに対して使用されるコーティングに合わせたコーティングによって物品を前処理するステップ。加熱チャンバ内で使用される赤外線放射の波長または波長範囲に合わせたコーティングを用いて物品を前処理するステップ。熱および真空成形工程は、物品が膜から約０．２ｍｍ〜１ｃｍのときにプラテンの動きを一時停止または遅らせること、膜の第１の面にわずかな真空を加えて膜を引き込んで物品と見当合わせすること、その後、わずかな真空を維持しながら、物品を上記平面に通すためにプラテンの動きを再開することを含む。熱および真空成形工程は、物品が上記平面の加熱チャンバ側にあることを受けて、より強い真空を生成するステップをさらに含む。熱および真空成形工程は、物品が上記平面の加熱チャンバ側にある間に、所定時間にわたってより強い真空を維持すること、次いで真空をより低い所定の強度に低下させることをさらに含む。

本開示の第２の代替的な態様によれば、３次元物品に印刷するための装置が提供され、装置は、加熱チャンバ、物品受け入れチャンバ、および、物品受け入れチャンバから加熱チャンバを分離する平面内に第１の面および第２の面を有する伸縮性キャリア膜を取り付けるように適合されているフレームと、ここで、膜は、第１の面に画像を印刷され、物品受け入れチャンバ内で上記平面にほぼ平行に位置決めされた概して平坦なプラテンであって、プラテンは、任意選択的に物品のためのネストを上部に有する、プラテンと、プラテン上に取り付けられている物品を、フレーム内に保持されている上記膜の第１の面上に印刷されている上記画像と見当合わせするために、および、上記物品を、上記平面を通じて加熱チャンバへと、膜と密着させて搬送するために、上記平面に対して垂直な方向において、膜に対してプラテンを相対運動させるための機構と、物品受け入れチャンバと関連付けられ、物品受け入れチャンバの上記面からフレーム内に保持されている膜に真空を加えるように適合されている真空源と、膜を軟化させるのに十分な第１の温度においてフレーム内に保持されている膜に熱を加えるように適合されている、加熱チャンバ内の第１の熱源であって、結果、膜が物品の表面詳細と密着した状態で、上記物品の周りに少なくとも部分的に熱および真空によって巻き付けられる、第１の熱源と、赤外線放射の形態の第２の熱源であって、第２の熱源は、第１の熱源と同じであってもよく、周りに膜が巻き付けられている上記物品に赤外線放射を加えるように適合されている少なくとも２つ、好ましくは２つを超える複数の赤外線源を備えており、第２の熱源は、第１の温度を超える温度まで、画像を物品の表面内に液体状態において拡散させるのに十分であるが物品を損傷させるには不十分である温度まで、均一に実質的に半球状の立体角にわたって膜および物品の下になる表面を加熱することを可能にするために、位置と加熱の両方において調整可能である、第２の熱源とを備える。

この装置は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。各赤外線熱源は、独立して位置決め可能である。赤外線熱源の複数のグループがあり、各グループは独立して位置決め可能である。各赤外線熱源は、その強度を調整することができる。装置内で熱を方向付けるための少なくとも１つのバッフルがある。装置内で熱を方向付けるための少なくとも１つのファンがある。装置内で熱を方向付けるための少なくとも１つの反射器がある。赤外線熱源の強度および／または位置が、装置内の温度センサからのフィードバックに応答して制御可能である。バッフル（複数可）、反射器（複数可）および／またはファン（複数可）の配置は、装置内の温度センサからのフィードバックに応答して制御可能である。熱センサは受動赤外線センサである。当該熱センサまたは各熱センサからの情報は、熱源（複数可）、バッフル（複数可）、ファン（複数可）および／または反射器（複数可）の位置（複数可）を制御するために使用される。当該熱センサまたは各熱センサからの情報は、上記熱源または各熱源の強度を制御するために使用される。バッフル（複数可）、反射器（複数可）および／もしくはファン（複数可）の配置ならびに／または赤外線熱源の強度および／もしくは位置は、熱および真空成形工程の間、物品の表面を所定の最小許容温度と、所定の最大許容温度との間に維持するために制御可能である。バッフル（複数可）、反射器（複数可）および／もしくはファン（複数可）の配置ならびに／または赤外線熱源の強度および／もしくは位置は、染料拡散工程の間、物品の表面を所定の最小許容温度と、所定の最大許容温度との間に維持するために制御可能である。

キャリア膜はフィルムを含み、画像はフィルムの第１の面に印刷される。キャリア膜は、フィルムの第１の面に被着されたコーティングを有するフィルムを含み、画像はコーティング上印刷される。赤外線熱源によって放出される波長（または波長の範囲）は、使用されるキャリア膜に合わせて調整される。キャリア膜は、低温で軟化するように設計されている。キャリア膜は、加熱するとその構造形態を保持するように設計されている。キャリア膜は、一貫した様式で伸張するように設計されている。

ここで、以下に添付図面を参照して一例として説明する印刷装置の実施形態を参照することができる。
物品受け入れチャンバ内に印刷されるべき物品を有する印刷装置の断面図である。 物品がキャリア膜と接触して上昇した位置にある図１の印刷装置の断面図である。 物品が軟化した膜に接近した装置の一部分を示す図である。 軟化した膜を物品と接触するように引き込む、部分真空が生成された装置の一部分を示す図である。

まず図１を参照すると、加熱チャンバ２と、物品受け入れチャンバ３とを含む印刷装置１がある。キャリア膜４が、フレーム５内に取り付けられており、最初は加熱チャンバ２と物品受け入れチャンバ３とを分離する平面内にある。膜４の第１の面６は、デジタルマイクロピエゾヘッドプリンタを使用して、好ましくは染料のピクセルドットのパターンとして、画像をデジタル印刷される。代替的に、画像は、グラビア印刷、シルクスクリーン印刷またはリソグラフィ印刷によって生成されてもよい。印刷されるべき物品７は、膜４の平面にほぼ平行な平面内に取り付けられた概して平坦なプラテン８上に位置決めされる。いくつかの実施形態では、物品７をプラテン８上のネスト（図示せず）上に配置することができ、ネストは印刷プロセス中の物品の支持を提供する。プラテン８は可動であり、サーボモータ、ばね式装置、液圧式装置、空気式装置、またはカウンターウェイトを含むが、これに限定されない任意の適切な手段によって移動させることができる。

物品７は、ここでは図解を単純にするために、表面レリーフを一切有しない単純な３次元ブロックとして示されているが、キャンバススポーツシューズ、複雑な表面レリーフを有するおもちゃ銃またはオートバイヘルメットを含むが、これに限定されない任意の形態をとってもよい。

加熱チャンバ２は、複数の赤外線源、この場合は赤外線ランプ９を含む。この実施形態では、ランプはグループ９ａ、９ｂ、９ｃ等に構成され、各グループは独立して制御可能である。さらに、グループの各個別ランプ９は、（位置および強度の両方を）独立して制御可能であってもよい。熱センサ１０、ここではＰＩＲ（受動赤外線）センサは、加熱チャンバの温度を監視し、その情報をデータプロセッサ（図示せず）に供給する。ランプ９、チャンバ２内のモータ駆動ファン１１、反射器（図面では見えない）、およびバッフル（明瞭にするために図面から省略している）はすべて、使用される膜、使用されるインク、および印刷されるべき物体の性質に応じて、印刷プロセスの各段階において最適であることが判明している所定の最小温度および最大温度内に、チャンバ２の温度を維持するために、データプロセッサによって制御される。加熱されると、空気が循環するが逃げないように、チャンバ２はシールされる。任意選択的に、通気孔が挿入されてもよい。チャンバの異なる領域において温度をより良好に概観することを達成するために、必要に応じて複数のＰＩＲセンサ１０を加熱チャンバ２の異なる領域に使用することができる。加熱チャンバに必要とされる温度または温度範囲は、印刷されるべき物品７の性質、使用されるキャリア膜４の性質、および転写されているインクの性質によって決定される。

使用されるキャリア膜および使用されるインクの正確な性質は、物品の性質、所望の結果品質、およびプリンタの予算に適合するように選択することができるが、本発明者らは、米国の企業であるＪ−Ｔｅｃｋ ＵＳＡ， Ｉｎｃ．から入手される「昇華インク」とともに使用されることが提言されている、韓国の企業であるＳｏｎｇｊｅｏｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．製のいわゆる「３Ｄ昇華フィルム」、およびいわゆる「昇華インク」が良好な結果をもたらすことを見出している。ただし、染料転写は実際には昇華ではなく拡散によるものであることに留意すべきである。転写印刷の分野に携わる当業者は、代替のインクおよび膜を容易に調達することができ、膜がインクを受け入れるために追加のコーティングを必要とする場合には、適切なコーティングを容易に調達することができる。デジタル画像は、従来のマイクロピエゾヘッド印刷を使用して膜に印刷することができる。

物品に印刷するために、装置は概して図１に示すように設定される。この段階で、適切なキャリア膜４（この実施形態では、Ｓｏｎｇｊｅｏｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ製の「３次元昇華フィルム」）は、適切なインク（この実施形態ではＪ−Ｔｅｃｋ ＵＳＡ， Ｉｎｃ．製の「昇華インク」）を使用して所望の画像をすでに印刷されており、膜４はフレーム５を用いて装置内に適切に固定されている。物品７は、物品受け入れチャンバ３内のプラテン８上に位置決めされる。

膜４は赤外線ランプ９を用いて加熱されて軟化される。膜は、５０〜８７℃になるまで約５〜１０秒間加熱される。異なる膜が使用される場合、異なる最適な温度範囲が存在し、異なる加熱時間が必要とされ得る。膜４の温度はこの段階の間ＰＩＲセンサ１０によって監視され、この情報はデータプロセッサに供給される。膜が不均一に加熱されていることが判明するか、または過度に急速にもしくは過度に低速に加熱されている場合、データプロセッサは個々のランプ９またはランプグループ９ａ、９ｂなどの強度または位置を調整することができる。膜４が適切に軟化されると、プラテン８は、図２に示すように、物品７を、加熱チャンバよりも低温である物品受け入れチャンバ３内のその位置から、そのフレーム内の膜の平面にほぼ垂直なにおいて、膜４に向けて上昇する。

図３に示すように、物品の最も近い部分が膜から約０．２ｍｍ〜１ｃｍのところにあるとき、物品が膜４と接触する前に、プラテン８の移動が一時停止される。

図４に示すように、物品保持チャンバ３内にわずかな真空が生成されている間、物品７は、軟化した膜４の下方０．２ｍｍから１ｃｍの間に保持され、真空は、軟化した膜４の第１の面６を物品７に向かって下方に、物品の上部と接触するように引き込み、物品７との画像の正確な見当合わせをもたらす。図３および図４は原寸に比例せず、図４では膜の曲がりが深刻に見えることに留意されたい。図面は、純粋に例示的なものである。膜および物体が互いからわずか０．２ｍｍ〜１ｃｍであるとき、真空によって膜に生じる曲がりは明らかにはるかに穏やかである。次いで、わずかな真空が維持されている間にプラテン８の上方への移動が再開され、プラテン８は、物品７を膜４が元々存在する平面を通って加熱チャンバ２内に移動させ、膜４の残りの部分が物品７に接した状態でその周りに巻き付くようにする。この時点で物品７は加熱チャンバ内にあるため、物品自体の表面が、実質的に半球状の立体角にわたって配置された赤外線ランプ８のアレイによって膜を通して加熱される。より強い真空が生じ、膜４を物品と密着するように引き込む。熱および真空巻き付けの組み合わせは、物品が相当の表面レリーフを有する場合であっても、染料キャリア膜と物品の表面詳細との良好な接触を可能にする。膜４と物品７との密接な接触と、ＰＩＲセンサの制御下でのランプ９からより高い温度への加熱との組み合わせによって、染料が物品７の表面へと拡散することが可能になる。

本出願人は、上記のより強い真空がキャリア膜を物品の表面と密着するように引き込むのに有用であるが、真空強度を低下させる前にこの強い真空を約１５秒間だけ保持することが好ましいことを見出した。染料拡散工程全体を通してより弱い真空を保持することにより、膜は物品と接触した状態に保たれるが、真空および熱成形工程の間に使用される強力な初期真空よりも膜の引き裂きまたは穿孔が起こりにくい。

説明され、図４に示されているように、出願人の膜４と物品７との間の最初の接触の採用は、単純に上述のＮｅｒｉ、ＨｏｗｅｌｌおよびＨｏｇｇａｒｄの従来技術では可能でなかったように、物品７との膜の第１の面６上の画像の見当合わせを正確に制御することを可能にする。

膜４および物品７の表面は、染料のピクセルドットを液体の形態で物品の表面に拡散させるが、物品を損傷するには不十分である時間および温度まで加熱チャンバ２内で加熱される。ＳｏｎｇｊｅｏｎｇのフィルムをＪ−Ｔｅｃｋのインクと併用する場合、表面温度は１〜４分間にわたって１２０〜１７０℃、より好ましくは１４３〜１５５℃に保持する必要がある。

外線放射の加熱効果は焦点距離の影響を受けやすい。したがって、出願人は、ランプ９またはランプ群９ａ、９ｂを移動可能に配置して、物品７の表面が均一に加熱されることを保証する。複雑な形状を有する物体が印刷されるべきである場合、バッフルおよび反射器の使用が、均一な表面温度が依然として得られ得ることを保証することができる。ランプ、バッフル、反射器、およびファン１１の位置調整は、必要に応じて染料拡散工程の全体にわたって行うことができる。熱および真空成形工程の場合と同様に、この工程全体にわたる温度は、１つの（好ましくは２つ以上の）ＰＩＲセンサ９によって監視され、データプロセッサに供給される。データプロセッサは、必要に応じて、赤外線ランプまたは赤外線ランプのグループに結合されて、それらの位置および強度を調整する。図１および図２に示すように、赤外線ランプ９は、膜の初期平面を通過して、加熱チャンバ２内のその位置において物品７の周りの実質的に半球状の立体角の周りに分布している。

いくつかの理由から、物品６の平均温度をあまり上げないで効率的な染料転写を達成することが望ましい。第１に、色素拡散工程が完了すると、物品および膜を冷却し、膜４を除去しなければならない。冷却工程には時間がかかることがあり、物体の平均温度が高いほど、冷却工程が長くかかることになることは明らかである。高すぎる温度が長時間要求される場合、特定のタイプの物品、限定ではないが、特に加熱されたときに軟化して歪む可能性があるプラスチックには、プロセスは適しない場合がある。

赤外線ランプ９、ファン１０（およびより複雑な形状の物品についてはバッフル、反射器など）の出願人の注意深い配置によって、それらが物品の全体を加熱しすぎることなく、色素拡散工程の間に膜および物品の最外面を加熱することを可能にする。さらに、熱および真空成形のための膜の最初の加熱は、物品が加熱チャンバから膜の他方の面にあり、何らかの方法で外方に保持された状態で実施される。従来の印刷方法では、物品全体を長期間加熱する必要があった。

改善された結果は、赤外線ヒートランプ９によって放出される波長（または波長の範囲）を使用されるキャリア膜４に合わせることによって達成される。膜が使用される放射線の影響をより受けやすい場合、物体全体の温度が熱くなり過ぎる前に、効率的な染料転写が達成され得る。

物品が拡散した染料を受け入れるようにコーティングされる場合、コーティングは、赤外線が、下にある物品の材料を著しく加熱することなく加熱するように、赤外線の波長を考慮して選択される。

Claims (13)

1. ３次元物品に印刷するためのプロセスであって、第１の面と第２の面を有する伸縮性キャリア膜の第１の面に画像を印刷するステップと、前記キャリア膜の前記第２の面である、前記膜の一方の面上に画定される加熱チャンバと、前記キャリア膜の前記第１の面である、前記膜の他方の面上に画定される物品受け入れチャンバとの間のフレーム内の平面内に前記膜を取り付けるステップと、印刷すべき３次元物品を、前記物品受け入れチャンバ内で、任意選択的に前記物品のためのネストを上部に有する、前記平面にほぼ平行に位置決めされた概して平坦なプラテン上に配置するステップと、熱および真空成形工程を実施するステップであって、前記物品を、前記膜上に印刷されている前記画像と見当合わせするために、および、前記物品を、前記平面を通じて前記加熱チャンバへと、前記膜と密着させて搬送するために、前記平面に対して垂直な方向において、前記膜に対して前記プラテンが相対的に移動し、真空源が前記他方の面から前記膜に適用され、前記一方の面から前記膜を軟化させるのに十分な第１の温度において熱が前記膜に加えられ、結果、前記膜が前記物品の表面詳細と密着した状態で、前記物品の周りに少なくとも部分的に熱および真空によって巻き付けられる、熱および真空成形工程を実施するステップと、染料拡散工程であって、前記第１の温度を超える温度まで、前記印刷されている画像を前記物品の前記表面内に拡散させるのに十分であるが前記物品を損傷させるには不十分である時間にわたって、均一に実質的に半球状の立体角にわたって前記膜および前記物品の下になる表面を加熱するために、少なくとも２つ、好ましくは２つを超える複数の赤外線源を使用して、周りに前記膜が巻き付けられている前記物品に赤外線放射が加えられる、染料拡散工程とを含む、プロセス。
2. 前記熱および真空成形工程は、前記物品が前記膜から約０．２ｍｍ〜１ｃｍのときに前記プラテンの動きを一時停止または遅らせること、前記膜の前記第１の面に部分的な真空を加えて前記膜を引き込んで前記物品と見当合わせすること、その後、前記部分的な真空を維持しながら、前記物品を前記平面に通すために前記プラテンの動きを再開することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記熱および真空成形工程は、前記物品が前記平面の前記加熱チャンバの側にあることを受けて、前記部分的な真空より強い真空を生成するステップをさらに含む、請求項２に記載のプロセス。
4. 前記熱および真空成形工程は、前記物品が前記平面の前記加熱チャンバの側にある間に、所定時間にわたって前記より強い真空を維持すること、次いで前記真空をより低い所定の強度に低下させることをさらに含む、請求項３に記載のプロセス。
5. 前記装置内の前記熱は、熱センサからの情報に応答して、前記／各熱源の強度および／または位置を変更することによって制御される、任意の先行する請求項５に記載のプロセス。
6. 前記装置内の前記熱は、熱センサからの情報に応答して、バッフル（複数可）、および／または反射器（複数可）および／またはファン（複数可）を使用することによって制御される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記膜が、前記膜の残りの部分に接着された前記第１の面上のコーティングを有し、前記コーティングは、前記印刷工程において前記画像を受け入れるように選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. 前記印刷すべき３次元物品の表面特徴が前記印刷されている画像を受け入れることができず、追加の予備的ステップが、前記物品を前記表面特徴に付着するコーティングによって被覆するために行われ、前記予備工程の前記コーティングは、前記染料拡散工程において前記コーティングの材料中への拡散によって前記印刷画像を受容することができる。請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. ３次元物品に印刷するための装置であって、加熱チャンバ、物品受け入れチャンバ、および、前記物品受け入れチャンバから前記加熱チャンバを分離する平面内に第１の面および第２の面を有する伸縮性キャリア膜を取り付けるように適合されているフレームと、ここで、前記膜は、第１の面に画像を印刷され、前記物品受け入れチャンバ内で前記平面にほぼ平行に位置決めされた概して平坦なプラテンであって、前記プラテンは、任意選択的に前記物品のためのネストを上部に有する、プラテンと、前記プラテン上に取り付けられている前記物品を、前記フレーム内に保持されている上記膜の前記第１の面上に印刷されている前記画像と見当合わせするために、および、前記物品を、前記平面を通じて前記加熱チャンバへと、前記膜と密着させて搬送するために、前記平面に対して垂直な方向において、前記膜に対して前記プラテンを相対運動させるための機構と、前記物品受け入れチャンバと関連付けられ、前記物品受け入れチャンバの前記面から前記フレーム内に保持されている前記膜に真空を加えるように適合されている真空源と、前記膜を軟化させるのに十分な第１の温度において前記フレーム内に保持されている前記膜に熱を加えるように適合されている、前記加熱チャンバ内の第１の熱源であって、結果、前記真空源とともに、前記膜が前記物品の表面詳細と密着した状態で、前記物品の周りに少なくとも部分的に熱および真空によって巻き付けられる、第１の熱源と、赤外線放射の形態の第２の熱源であって、前記第２の熱源は、前記第１の熱源と同じであってもよく、周りに前記膜が巻き付けられている前記物品に赤外線放射を加えるように適合されている少なくとも２つ、好ましくは２つを超える複数の赤外線源を備えており、前記第２の熱源は、前記第１の温度を超える温度まで、前記画像を前記物品の前記表面内に液体状態において拡散させるのに十分であるが前記物品を損傷させるには不十分である時間にわたって、均一に実質的に半球状の立体角にわたって前記膜および前記物品の下になる表面を加熱することを可能にするために、位置と加熱の両方において調整可能である、第２の熱源とを備える、装置。
10. 前記装置内で熱を方向付けるためのバッフル（複数可）および／または反射器（複数可）および／またはファン（複数可）をさらに備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記装置は、少なくとも１つの熱センサをさらに備え、前記熱源または各熱源の強度および／または位置は、前記熱センサまたは各熱センサからのフィードバックに応答して制御可能である、請求項９または１０に記載の装置。
12. 前記装置は、少なくとも１つの熱センサをさらに備え、前記ファン（複数可）の強度ならびに／または前記バッフル、および／もしくは前記反射器（複数可）および／もしくは前記ファン（複数可）の位置は、前記熱センサまたは各熱センサからのフィードバックに応答して制御可能である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記機構は、２つの段階、すなわち、前記物品が前記膜から０．２ｍｍ〜１ｃｍのところにあるときに終了する第１の段階と、前記膜の前記第１の面上の前記真空源によって生成される部分的な真空によって前記膜が前記物品と見当合わせされるように引き込まれているときに開始し、前記物品が前記平面を通過したときに終了する第２の段階とにおいて、前記相対移動を引き起こすように適合されている、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置。
    
    

Images