KR20190033428A - 열 성형 어플리케이션을 위한 롤-투-롤 형식 프린터 내의 열 성형 가능 오버코트 - Google Patents

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Abstract

제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 열 성형 가능 기재 상에 적어도 하나의 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 시스템. 시스템은 언와인더, 인쇄 모듈 및 리와인더를 포함한다. 언와인더는 열 성형 가능 기재를 제1 롤로부터 인쇄 모듈로 공급하도록 배열된다. 인쇄 모듈은 열 성형 가능한 기재의 제1 표면 상에 코팅 층을 침착시키도록 배열된 범람 코팅기를 포함한다. 리와인더는 열 성형 가능 기재를 수용하고 열 성형 가능 기재를 제2 롤에 형성하도록 배열된다.

Description

열 성형 어플리케이션을 위한 롤-투-롤 형식 프린터 내의 열 성형 가능 오버코트{THERMOFORMABLE OVERCOAT IN ROLL-TO-ROLL FORMAT PRINTERS FOR THERMOFORMING APPLICATIONS}
현재 개시된 실시 예는 열 성형 가능한 기재 상에 연신성(stretchable) 및/또는 방사선 경화성(radiation curable) 잉크를 침착 또는 인쇄하는 데 사용하기 위한 인쇄 시스템 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
열 성형 공정(thermoforming processes)과 호환되는 인쇄 공정은 당 업계에 공지되어있다. 종래의 디지털 프린터는 즉, 종래의 잉크젯 프린터의 래스터와 유사한 기능과 유사하게 웹의 이동(travel)을 인덱싱(indexing)하면서, 미디어 웹을 통해 반복적으로 프린트헤드의 어레이를 스캐닝함으로써 작동한다. 이러한 종래의 인쇄 공정은 인쇄된 롤(roll)이 하나 이상의 열 성형 프레스들로 전달되어야 하는 제조 환경에서 매우 시간 소모적이다. 종종, 인쇄에 필요한 시간이 열 성형에 필요한 시간을 크게 초과한다.
다음은 열 성형 가능한 재료와 함께 사용되는 인쇄 시스템의 두 가지 예들이다. 'Electronics for Imaging'의 'VUTEk GS Pro-TF' 시리즈 디지털 잉크젯 프린터는 사용자 맞춤형 사인들(signs), 포장재(packaging), POP 디스플레이, 밴딩 패널 및 기타 열 성형 어플리케이션을 생산할 수 있다고 한다. 마찬가지로 'FUJIFILM'의 'Acuity Advance Select'는 인쇄된 열 성형물들을 생산하는 데 사용되는 플랫베드(flatbed) 잉크젯 프린터이다. 불행하게도, 두 시스템 모두 시스템 처리량(throughput)을 심각하게 제한하는 스캐닝 프린트헤드를 이용하는 단점이 있으며, 예를 들어 'FUJIFILM'의 시스템은 최대 32m2/hr의 처리량을 알린다.
열 성형 가능한 재료에 인쇄하는 공정을 더욱 복잡하게 만드는 것은 그 재료의 광학 특성(optical characteristics)이다. 많은 열 성형 가능한 재료는 투명하며, 예를 들어 투명한 플라스틱 용기에 담긴 딸기와 같이, 이는 소비자가 구매하기 전에 보고 싶어하는 제품을 보관할 때 바람직한 특성이다. 투명한 물질(clear materials)은 입사광이 잉크를 통해 전달되므로 일반적인 CMYK 이미지들(시안(cyan), 마젠타(magenta), 노랑색(yellow) 및 키(key)(검정색))을 인쇄하는 데 어려움을 겪는다. 가시성을 높이려면 반사율이 높은 흰색 배경에 CMYK 이미지를 인쇄하는 것이 일반적이다. 인쇄 시스템의 유용성을 최대화하고 비용을 최소화하기 위해, 바람직하게는 CMYK 인쇄에 사용된 동일한 인쇄 프로세스를 사용하여 흰색 배경이 생성된다.
열 성형 가능한 재료 상에 인쇄 한 후에, 재료는 롤로 다시 감겨진다. 경화된 잉크, 예를 들어 자외선 (UV) 경화된 잉크에서 낮은 가교-결합(가교-결합)을 필요로 하는 열 성형성으로 인해, 이러한 잉크들은 업계에서 "셋-오프(set-off)"이라고도 알려진 "롤 오프셋(roll offset)"오류가 발생하기 쉽다는 것이 발견되었다. 백색 잉크 및/또는 CMYK 이미지는 통상 셋팅 오프(setting off)로 알려진 프로세스에서 열 성형 가능 재료의 상부 표면으로부터 이미지에 직접 인접하게 위치된 롤 부분의 하부 표면으로 전사(transfer)될 수 있다. 즉, 롤 형태로 유지되는 동안 인쇄된 이미지가 의도된 위치에서 의도하지 않은 위치로 이동하여 용인할 수 없는 인쇄 품질을 초래할 수 있다. 오프셋으로 인하여, 상업용 열 성형 프린터는 일반적으로 와이드-포맷(wide-format)을 채택하고, 여기서 UV 경화된 잉크는 열 성형 전에 공기에 노출된 채로 유지된다. 전술 한 바는 열 성형 제품의 생산성을 크게 제한한다.
본 개시는 인쇄된 이미지들의 허용될 수 없는 셋팅 오프 없이, 열 성형 가능한 기재 상에 고 처리량 인쇄를 위한 시스템 및 방법을 다룬다. 즉, 열 성형 어플리케이션을 위한 고-용량 롤-투-롤(roll-to-roll) 포맷 시스템이 필요하다.
인쇄된 이미지의 상부 또는 상에 열 성형 가능한 투명한 잉크를 코팅하는 것은 롤 오프셋을 최소화하거나 방지하며, 이후에 인쇄된 이미지를 열 성형하는 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 예시적인 실시 양태에서, 플렉소그래픽 잉크가 오버코트로서 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌고, 따라서, 본 시스템 및 방법은 배경 층 및/또는 이미지를 형성하기 위해 잉크를 인쇄한 후에 이러한 유형의 잉크 또는 유사한 유형의 잉크, 예를 들어 CMYK 잉크를 범람 코팅하는 것을 제안한다.
본 명세서에 도시된 양상들에 따르면, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 열 성형 가능 기재 상에 적어도 하나의 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 언와인더, 인쇄 모듈 및 리와인더를 포함한다. 언와인더는 열 성형 가능 기재를 제1 롤로부터 인쇄 모듈로 공급하도록 배열된다. 인쇄 모듈은 열 성형 가능 기재의 제1 표면 상에 코팅 층을 침착시키도록 배치된 범람 코팅기를 포함한다. 리와인더는 열 성형 가능 기재를 수용하고 열 성형 가능 기재를 제2 롤로 형성하도록 배열된다.
본원에 개시된 다른 양태에 따르면, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 열 성형 가능 기재 상에 이미지를 적용하는 방법이 제공된다. 이 방법은 다음을 포함 한다: 범람 코팅기로 기재의 제1 표면의 일부분 상에 코팅 층을 침착하는 단계로서, 제1 부분은 이미지, 적어도 하나의 연신성 잉크를 포함하는 코팅층을 포함하고; 및 코팅 층을 적어도 하나의 방사선 경화 장치로 경화하는 단계.
본원에 개시된 다른 양태에 따르면, 제1 표면 및 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 열 성형 가능 기재 상에 이미지를 적용하는 방법이 제공된다. 상기 방법은; 열 성형 가능 기재를 제1 롤로부터 코팅 층을 갖는 인쇄 모듈로 언와인딩하는 단계; 적어도 하나의 제1 전폭 프린트헤드 어레이로 기재의 제1 표면의 일부분 상에 배경 층을 침착하는 단계로, 배경 층은 적어도 하나의 연신성 잉크를 포함하고; 적어도 하나의 방사선 고정 장치로 배경 층을 고정하는 단계로, 적어도 하나의 제1 방사선 고정 장치는 열 성형 가능 기재의 제1 표면 근처에 위치되고; 적어도 하나의 제2 전폭 프린트헤드 어레이로 배경 층 상에 전면(foreground) 층을 침착하는 단계로, 전면 층은 적어도 하나의 연신성 잉크를 포함하고; 적어도 하나의 방사선 경화 장치로 배경 및 전면 층들을 경화하는 단계; 범람 코팅기로 기재의 제1 표면의 부분 상에 코팅 층을 침착하는 단계로, 제1 부분은 이미지, 적어도 하의 연신성 잉크를 포함하는 코팅층을 포함하고; 적어도 하나의 방사선 경화 장치로 코팅 층을 경화하는 단계; 및 열 성형 가능 기재를 제2 롤로 리와인딩하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시 예들의 다른 목적, 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면 및 청구 범위로부터 용이하게 인식될 수 있을 것이다.
첨부된 도면들을 참조하여, 다양한 실시 예가 오직 예로서 개시되며, 대응하는 참조 부호는 대응하는 부분을 나타낸다;
도 1은 열 성형 가능한 기재 상에 연식 가능 잉크(stretchable ink)를 인쇄하기 위한 공지된 시스템의 일 실시 예의 개략도이다;
도 2는 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템의 실시 예를 포함하는 개략적인 공정 흐름도이다;
도 3은 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템의 일 실시 예의 개략도이다;
도 4는 범람 코팅기(flood coater)를 포함하는 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 본 시스템의 실시 예의 개략도이다;
도 5는 방사선 경화 장치 아래에서 1 회 통과 후에 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템을 사용하여 제조된 인쇄된 기재의 예이다;
도 6은 방사선 경화 장치 아래에서 2 회 통과 후에 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템을 사용하여 제조된 인쇄된 기재의 예이다;
도 7은 방사선 경화 장치 아래에서 3 회 통과 후에 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템을 사용하여 제조된 인쇄된 기재의 예이다;
도 8은 방사선 경화 장치 아래에서 4 회 통과 후에 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위한 공지된 시스템을 사용하여 제조된 인쇄된 기재의 예이다;
도 9는 최종 방사선 경화 장치 아래로 통과하기 전에 범람 코팅을 포함하는 열 성형 가능한 기재 상에 연신성 잉크를 인쇄하기 위해 본 시스템을 사용하여 제조된 인쇄된 기재의 예이다;
도 10은 도 9의 인쇄된 기재와 접촉 후의 열 성형 가능한 기재의 예이다; 그리고
도 11은 연신성 잉크 위의 범람 코팅된 층을 포함하는 열 성형 가능한 기재 상의 연신성 잉크를 도시하는 단면도이다.
도 12는 연신성 잉크 위의 범람 코팅된 층을 부분적으로 포함하는 열 성형 가능한 기재 상의 연신성 잉크를 도시하는 단면도이다.
처음에는, 상이한 도면에서 유사한 도면 번호는 여기에 설명된 실시 예들의 동일하거나, 또는 기능적으로 유사한, 구조 요소를 나타내는 것으로 이해해야 한다. 또한, 이들 실시 예들은 설명된 특정 방법론, 재료 및 변형에 제한되지 않고 물론 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 양태만을 설명하기 위한 것이며, 첨부된 청구 범위에 의해서만 한정되는 개시된 실시 예의 범위를 제한하려는 것이 아님이 이해된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 이들 실시 예가 속하는 기술 분야의 당업자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "전폭 어레이 센서" 및 "전폭 프린트헤드 어레이"와 같은 "전폭(full width)"은 기재의 현저한 폭을 커버하는 임의의 구조로 폭넓게 해석되도록 의도된다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 전폭 어레이 센서의 길이는 그것이 검사하는 기재의 폭의 대략 절반이다.
또한, 여기에서 사용된 "프린터", "프린터 시스템", "인쇄 시스템", "프린터 장치"및 "인쇄 장치"라는 용어는 임의의 목적으로 인쇄 출력 기능을 수행하는 디지털 복사기, 북 메이커, 팩시밀리 장치, 다기능 장치 등 과 같은 임의의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "웹", "기재", "인쇄 가능한 기재"는 정보 또는 표식을 시각화 및/또는 재생산할 수 있는 웹의 형태의, 예를 들어 종이, 투명 필름, 양피지, 필름, 직물, 플라스틱, 포토-피니싱 종이 또는 기타 코팅 또는 비-코팅된 미디어를 지칭하고, "열 성형 가능한 기재"는 인쇄 후에 열 성형될 수 있는 임의의 기재, 즉 열 및 압력의 사용에 의해 성형 될 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용된 바와 같이, '평균'이라는 용어는 결과 데이텀(datum) 또는 결정이 복수의 입력 데이터에 기초하여 얻어지는 임의의 계산을 포함하도록 넓게 해석되어야 하며, 이는 가중 평균, 롤링 입력에 근거한 예 또는 아니오 결정 등을 포함 할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용된 시스템 또는 요소와 조합하여 "적어도 하나를 포함한다"및 "적어도 하나를 포함하는"는 문구는 시스템 또는 요소가 그 구문 뒤에 나열된 하나 이상의 요소를 포함 함을 의미한다. 예를 들어, 제1 요소; 제2 요소; 및 제3 요소 중 적어도 하나를 포함하는 장치는 다음의 구조적 배열들 중 어느 하나로서 해석되도록 의도된다: 제1 요소를 포함하는 장치; 제2 요소를 포함하는 장치; 제3 요소를 포함하는 장치; 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 장치; 제1 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치; 제1 요소, 제2 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치; 또는, 제2 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치. 유사한 해석은 "적어 하나에서 사용되는"이라는 문구가 본 명세서에서 사용될 때 의도된다. 또한, 본원에 사용 된 "및/또는"은 인용된 하나 이상의 요소 또는 조건이 포함되거나 발생할 수 있음을 나타내는 데 사용되는 문법적 결합을 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 제1 요소, 제2 요소 및/또는 제3 요소를 포함하는 장치는, 다음의 구조적 배열들 중 어느 하나로서 해석되도록 의도된다: 제1 요소를 포함하는 장치; 제2 요소를 포함하는 장치; 제3 요소를 포함하는 장치; 제1 요소 및 제2 요소를 포함하는 장치; 제1 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치; 제1 요소, 제2 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치; 또는, 제2 요소 및 제3 요소를 포함하는 장치.
더욱이, 본원에 기술 된 것들과 유사하거나 동등한 임의의 방법, 장치 또는 재료가 이들 실시 예의 실행 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 방법, 장치 및 재료의 일부 실시 예가 이제 설명된다.
도 1은 공지된 인쇄 시스템, 즉 인쇄 시스템(50)의 일 실시 예의 개략도이다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC)와 같은 열 성형 등급 기재(52)은 언와인더(56)의 시스템(50)의 제1 단부(54)에서 풀려진다. 그 후, 웹(52)은 종래의 웹 드라이브 및 스티어링 서브시스템(steering subsystem), 즉 서브시스템(58)을 통과한다. 웹(52)은 표면 에너지 수정 장치(surface energy modification device)(60), 예를 들어 코로나 방전(corona discharge), 대기 플라즈마(atmospheric plasma) 또는 화염 처리(flame treatment)에 노출된다. 표면 에너지 수정 장치(60)는 웹(52)에 대한 잉크(62)의 습윤(wetting) 및 접착(adhesion)을 향상시킨다. 적합한 표면 에너지 수정 장치의 예는
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의 일반적인 출력 전력을 갖는 'Enercon of Milwaukee, Wisconsin'의 코로나 처리 장치이다. 일부 실시 예들에서, 인쇄 시스템(50)은 또한 기재로부터 과량의 입자들 및 정전기를 제거하기 위한 웹 세정 스테이션들(web cleaning stations)(64) 및 정적 중화 장치들(static neutralization devices)(66)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 스테이션들(64) 및 장치들(66)은 표면 에너지 수정 장치(60)와 프린트헤드 어레이(68) 사이의 웹(52)의 양 측에 위치한다. 그 후, 웹(52)은 하나 이상의 프린트헤드 어레이들, 예를 들어 프린트헤드 어레이들(68, 70, 72 및 74)를 통과한다. 일부 실시 예에서, 각각의 프린트헤드 어레이는 내부(inboard) 및 외부(outboard) 마진을 제외한 웨브 (52)의 전체 폭이 프린트헤드를 이동 시키거나 스캔할 필요 없이 적어도 하나의 프린트헤드에 의해 어드레싱(addressing)될 수 있도록 배열된 다수의 피에조 프린트헤드들로 구성된다. 전술한 프린트헤드들의 배열은 웹(52)이 프린트 존(76), 즉 웹(52)이 프린트헤드 어레이들(68, 70, 72 및 74)에 인접하여 통과하는 영역을 나타내는 영역을 통해 연속적으로 이동하는 '단일 패스(single pass)' 프린트 모드를 허용한다. 전술한 실시 예들은 분당 30-120 피트의 속도 범위에 걸쳐 인쇄할 수 있음이 밝혀졌다. 시스템(50)의 전폭(full width) 프린트헤드 어레이는 정지되어 있고, 즉 웹(52)을 가로질러 횡방향으로 스캐닝하지 않으며, 이는 종래의 프린터들보다 훨씬 높은 인쇄 처리량을 가능하게 한다.
도 1은 통상적으로 CMYK(cyan, magenta, yellow and black)라고도하는 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙의 4 개의 종래 컬러 각각을 위한 하나의 프린트헤드 어레이를 도시한다. 4 개의 프린트헤드 어레이는 각각 CMYK 컬러들에 대한 어레이들(68, 70, 72 및 74)로 표시된다. 추가적인 어레이 또는 복수의 추가 어레이들이 제5 컬러, 예를 들어 백색, 또는 복수의 추가 컬러들을 위해 포함될 수 있다. 프린트헤드 어레이는 패키지 그래픽(package graphics), 명령(instructions) 등과 같은 디지털 방식으로 정의된 이미지 컨텐츠를 기재(52)에 추가하는 역할을 한다. 프린트헤드 어레이는 후속 열 성형 공정, 절단 작업 또는 인쇄된 이미지에 대한 정렬을 필요로 하는 다른 사후 인쇄 공정에 대한 등록 마크들(registration marks)과 같은 비-이미지 마스크들(non-image marks)을 인쇄할 수도 있다.
각각의 프린트헤드 어레이에 대한 대응하는 잉크 공급 서브시스템은 일반적으로 액체 및 고체 잉크 인쇄 기술 분야에 알려져 있는바 도면에 도시되지 않았거나 본 명세서에서 상세히 논의 되지 않음을 이해해야 한다. 각 잉크 공급 서브시스템은 대응하는 프린트헤드 어레이에 방사선-경화형 열 성형 잉크를 공급한다. 적합한 잉크는 기재에 대한 균열 또는 접착 손실 없이 적어도 400% 신장(elongation)의 연신(stretching)을 허용하도록 제형화 되어야 한다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 필요한 연신의 정도는 열 성형 공정에 좌우되며, 기재(substrate)에 대한 균열 또는 접착 손실 없이 400% 미만의 신장을 제공하는 잉크는 또한 일부 어플리케이션에 적합할 수 있다.
모든 잉크가 기재 상에 침착된 후, 웹은 방사선 경화 영역을 통과하며, 여기서 방사선 공급원은 잉크를 완전히 경화시키는 요건에 기초하여 선택된다. 일부 실시 예에서, 비록 UV 스펙트럼 LED 어레이와 같은 다른 장치가 또한 사용될 수 있지만, 다수의 광역 스펙트럼 UV 램프는 잉크의 경화를 제공하며, 즉, 필요한 방사선 출력은 잉크의 경화 요건에 의존한다. 따라서, 방사선 경화 장치(78)는: 자외선 방사원; 적외선 방사원; 가시 광선 방사원; 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 연신성(stretchable) 잉크의 요건에 따라 선택될 수 있다. 웹(52)은 경화 영역(80)을 통과 한 후, 컬러-투-컬러 등록(color-to-color registration), 손실된 제트(missing jets) 및 다른 인쇄 품질 메트릭(other print quality metrics)을 검출하는데 사용될 수 있는 감지 서브시스템(sensing subsystem)(82)을 통과한다. 일부 실시 예에서, 감지 서브시스템(82)은 전폭(full width) 어레이 센서(84)를 포함한다. 이어서, 웹(52)은 인쇄된 웹(52)이 롤 형태, 예컨대 롤(88)로 복귀되는 리와인더(rewinder)(86)로 통과한다. 인쇄된 롤(88)은 열 성형 프레스에서 사용될 수 있고, 따라서 열 성형된 물체, 예를 들어 식품 포장 용기로 변환될 수 있다.
일부 실시 예에서, 다른 열 성형 가능한 플라스틱도 사용될 수 있지만, 웹 기재(52)는 0.014 인치 두께의 열 성형 등급 PET이다. 일부 실시 예에서, 600 dpi(dots per inch) Х 600 dpi의 인쇄 해상도가 허용되지만, 다른 인쇄 모드, 예를 들어, 300 dpi Х 300 dpi가 사용될 수도 있다.
전술 한 견지에서, 시스템(50)은 열 성형 가능한 기재, 예를 들어, 기재(52) 상에 적어도 하나의 연신성 잉크를 인쇄할 수 있음을 알아야 한다. 일부 실시 예에서, 시스템(50)은 언와인더(56), 표면 에너지 수정 장치(60), 적어도 하나의 전폭 프린트헤드 어레이, 예를 들어 프린트헤드 어레이들(68, 70, 72 및 74), 적어도 하나의 방사선 경화 장치, 예를 들어 경화 장치(78), 전폭 어레이 센서(84), 및 리와인더(86)를 포함한다. 언와인더(56)는 열 성형 가능한 기재(52)를 제1 롤(90)로부터 웹 구동 서브시스템(58)으로 공급하도록 배치된다. 표면 에너지 수정 장치(60)는 적어도 하나의 연신성 잉크의 열 성형 가능한 기재(52)로의 습윤 및 접착을 향상시키기 위해 기재 표면 에너지를 변경 시키도록 배열된다. 전폭 프린트헤드 어레이는 열 성형 가능한 기재(52) 상에 적어도 하나의 연신성 잉크를 침착하도록 배열된다. 방사선 경화 장치(78)는 열 성형 가능한 기재(52)상의 적어도 하나의 연 신성 잉크를 경화 시키도록 배열된다. 전체 폭 어레이 센서(84)는 열 성형 가능한 기재(52) 상의 적어도 하나의 연신성 잉크를 모니터링하도록 배치되고, 리와인더(86)는 열 성형 가능한 기재(52)를 수용하고 열 성형 가능한 기재(52)를 제2 롤(88)로 형성하도록 배치된다.
일부 실시 예들에서, 적어도 하나의 연신성 잉크 각각은 자외선 경화형 잉크이고; 그러나, 다른 유형의 잉크가 또한 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 열 성형 가능 기재(52)는 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다: 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate); 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜-변성(polyethylene terephthalate glycol-modified); 폴리카보네이트(polycarbonate); 아크릴(acrylic); 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene); 폴리프로필렌(polypropylene); 및, 그들의 조합.
전술한 바와 같이, 표면 에너지 수정은 다양한 장치에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 표면 에너지 수정 장치(60)는 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다: 코로나 처리 스테이션(corona treatment station); 대기 플라즈마 처리 스테이션(atmospheric plasma treatment station); 화염 처리 스테이션(a flame treatment station); 과 그들의 조합. 일부 실시 예들에서, 열 성형 가능 기재(52)는 제1 폭을 포함하고 표면 에너지 수정 장치(60)는 제1 폭보다 큰 제2 폭/길이를 포함한다. 시스템 및 인쇄 요건에 따라, 열 성형 가능 또는 인쇄 가능한 기재(52)의 폭보다 더 작거나/더 짧은 표면 에너지 수정 장치를 갖는 것도 청구항의 범위 내에 있다.
유사하게, 일부 실시 예들에서, 각각의 전폭 프린트헤드 어레이는 독특한 연신성 잉크를 분배한다. 즉, 각 전폭 프린트헤드 어레이는 그 프린트헤드 어레이에 고유한 특정 컬러를 분배한다. 따라서, 제1 전폭 프린트헤드 어레이(68)는 시안 잉크를 분배할 수 있고, 제2 프린트헤드 어레이(70)는 마젠타 잉크를 분배할 수 있고, 제3 프린트헤드 어레이(72)는 옐로우(yellow) 잉크를 분배할 수 있고, 제4 프린트헤드 어레이(74)는 블랙(black) 잉크를 분배할 수 있다. 일부 실시 예에서, 열 성형 가능 기재(52)는 제1 폭을 포함하고, 적어도 하나의 전폭 프린트헤드 어레이, 예를 들어 어레이들(68, 70, 72 및/또는 74)는 제1 폭보다 작은 제2 폭/길이를 포함한다. 시스템 및 인쇄 요건에 따라, 일부 실시 예들은 열 성형 가능한 또는 인쇄 가능한 기재의 폭과 동일하거나 그보다 큰 프린트헤드 어레이를 갖는다. 그러나, 열 성형 가능한 기재의 폭/길이보다 큰 폭/길이를 갖는 프린트헤드 어레이들을 갖는 실시 예에서, 즉, 프린트헤드가 기재 외부로 떨어지는 경우, 잉크의 낭비 또는 전체 시스템의 손상을 피하기 위해 일부 피에조(piezo) 프린트헤드를 턴 오프해야 한다.
도 2는 완전한 열 성형 제조 공정의 예에서 프린터(50)의 공지된 실시 예의 개략도를 도시한다. 롤-투-롤(roll-to-roll) 모드로 인쇄 할 때의 이점은 완전히 통합된 인-라인 시스템(in-line system)에 비해 분명하다. 예를 들어, 압출기, 프린터 및 열 성형 프레스의 처리 속도에 따라 하나의 구성 요소가 서비스를 위해 작동하지 않거나 그렇지 않으면 전체 공정에 기여할 수 없는 경우 가동 시간이 높은 유연하고 재구성 가능한 제조 공정이 가능하다.
도 3은 인쇄 시스템, 즉 인쇄 시스템(100)의 다른 공지된 실시 예의 개략도이다. 열 성형 등급 기재(102), 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC)는 언와인더(106)의 시스템(100)의 제1 단부(104)에서 풀려진다. 그 다음, 웹(102)은 종래의 웹 드라이브 및 스티어링 서브시스템, 즉 서브시스템(108)을 통과한다. 도시되지는 않았지만, 여기에 기술된 모든 실시 예들은 표면 에너지 수정 장치, 세정 스테이션 및/또는 중화 장치를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 그 다음, 웹(102)은 하나 이상의 프린트헤드 어레이, 예컨대 프린트헤드 어레이들(118, 120, 122, 124 및 126)을 통과한다. 일부 실시 예에서, 각각의 프린트헤드 어레이는 내부 및 외부 마진 이외의 웹(102)의 전폭이 프린트헤드를 이동 시키거나 스캔할 필요 없이 적어도 하나의 프린트헤드에 의해 어드레싱될 수 있도록 배치된 다수의 피에조 프린트헤드들로 구성된다. 전술 한 프린트헤드 배열은 웹(102)이 프린트 영역(128), 즉 웹(102)이 프린트헤드 어레이들(118, 120, 122, 124 및 126)에 인접하여 통과하는 영역을 통해 연속적으로 이동하는 '단일 통과'인쇄 모드를 허용한다. 전술 한 실시 예들은 분당 30 내지 120 피트의 속도 범위에 걸쳐 인쇄할 수 있음이 밝혀졌다. 시스템(100)의 전폭 프린트헤드 어레이는 고정적이며, 즉 웹(102)을 가로 질러 가로축으로(transversely) 스캐닝하지 않으며, 종래의 프린터보다 훨씬 더 높은 인쇄 처리를 가능하게 한다.
모든 잉크가 기재 상에 침착(deposition)된 후, 웹은 방사선 경화 영역을 통과하며, 여기서 방사선 공급원은 잉크를 완전히 경화시키는 요건에 기초하여 선택된다. 일부 실시 예에서, UV 스펙트럼 LED 어레이들과 같은 다른 장치들이 사용될 수도 있지만, 예를 들어, 'Type D UV Bulb Lamps'와 같은 다수의 광 스펙트럼 UV 램프는 잉크의 경화를 제공하며, 즉, 필요한 방사선 출력은 잉크의 경화 요건에 의존한다. 따라서, 방사선 경화 장치들(130 및 132)은 연신성 잉크의 요건에 따라 다음과 같이 구성을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다; 자외선 방사원; 적외선 방사원; 가시 광선 방사원; 및 이들의 조합. 웹(102)은 경화 영역(134)을 통과 한 후, 컬러-투-컬러 등록, 손실된 제트 및 다른 프린트 품질 메트릭을 검출하는데 사용될 수 있는 감지 서브시스템(136)을 통과한다. 일부 실시 예에서, 감지 서브시스템(136)은 전폭 어레이 센서(138)를 포함한다. 이어서, 웹(102)은 인쇄된 웹(102)이 롤 형태, 예컨대 롤(142)로 복귀되는 리와인더(140)로 통과한다. 인쇄된 롤(142)은 열 성형 프레스에서 사용될 수 있고, 따라서 열 성형된 물체, 예컨대 식품 포장 용기로 변환될 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(100)은 초기 배경(background) 층/이미지, 예를 들어 백색 배경을 침착 시키도록 배열된 프린트헤드 어레이(118)를 포함하고, 이는 기재(102)의 상부측(144)으로부터 UV LED 램프로 고정된다. 그런 다음, CMYK 잉크들과 같은 잔류 잉크들이 프린트헤드 어레이들(120, 122, 124 및 126)를 사용하여 연속적으로 인쇄된 다음 인쇄된 이미지 및/또는 배경을 중합(polymerize)하기 위해 UV 램프들(130 및 132)로 경화된다. 잉크가보다 적은 가교도(degree of crosslinking)를 갖기 때문에, 인쇄된 이미지를 손상시킬 뿐만 아니라 기재(102)의 하부 표면에 부착함으로써 인접한 이미지를 손상시킬 수 있고, 안전 문제를 야기할 수 있는 인쇄된 롤의 심각한 오프셋이 관찰될 수 있다(예를 들어, 도 5 내지 도 8 참조).
도 4는 본 인쇄 시스템, 즉 인쇄 시스템(200)의 실시 예의 개략도이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC)와 같은 열 성형 등급 기재(202)는 언와인더(206) 내의 시스템(200)의 제1 단부(204)에서 풀린다. 그 다음, 웹(202)은 종래의 웹 드라이브 및 스티어링 서브시스템, 즉 서브시스템(208)을 통과한다. 도시되지는 않았지만, 여기에 기술된 모든 실시 예들은 표면 에너지 수정 장치, 세정 스테이션 및/또는 중화 장치를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 그 다음, 웹(202)은 하나 이상의 프린트헤드 어레이들, 예컨대 프린트헤드 어레이들(218, 220, 222, 224 및 226)을 통과한다. 일부 실시 예에서, 각각의 프린트헤드 어레이는 내부 및 외부 마진 이외의 웹(202)의 전폭은 프린트헤드를 이동 시키거나 스캔할 필요 없이 적어도 하나의 프린트헤드에 의해 어드레싱 될 수 있도록 배치된 다수의 피에조 프린트헤드들로 배열된이다. 전술한 프린트헤드들의 배열은 웹(202)이 프린트 존(228) 즉, 웹(202)이 프린트헤드 어레이들(218, 220, 222, 224, 226)에 인접하여 통과하는 영역을 통해 연속적으로 이동하는 '단일 패스(single pass)' 프린트 모드를 허용한다. 전술 한 실시 예들은 분당 30 내지 120 피트의 속도 범위에 걸쳐 인쇄 할 수 있음이 밝혀졌다. 시스템(200)의 전폭 프린트헤드 어레이들은 고정적이며, 즉, 웹(202)을 가로 질러 횡방향으로 스캐닝하지 않으며, 종래의 프린터보다 훨씬 더 높은 인쇄 처리를 가능하게 한다.
모든 잉크가 기재 상에 침착된 후, 웹은 제1 방사선 경화 영역을 통과하며, 여기서 이러한 방사선 소스는 잉크를 완전히 경화시키기 위한 요건에 기초하여 선택된다. 일부 실시 예들에서, UV 스펙트럼 LED 어레이들와 같은 다른 장치들이 또한 사용될 수 있지만, 예를 들어 'Type D UV Bulb Lamps'와 같은 다수의 와이드 스펙트럼 UV 램프는 잉크의 경화를 제공하며, 즉, 필요한 방사선 출력은 잉크의 경화 요건에 의존한다. 따라서, 방사선 경화 장치(230)는 연신성 잉크의 요구 사항에 따라 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다: 자외선 방사원; 적외선 방사원; 가시 광선 방사원; 및 이들의 조합. 웹(202)이 제1 방사선 경화 영역(234)을 통과 한 후에, 웹은 범람 코팅기(236) 아래를 통과한다. 범람 코팅기(236)는 기재(202) 상에 이전에 침착된 인쇄된 이미지 및/또는 배경 위에 경화성 잉크, 예컨대 플렉소 그래픽 잉크(flexographic ink)의 코팅을 도포하도록 배열된다. 범람 코트(coat)(238)는 인쇄된 이미지의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다(예를 들어, 도 11 및 도 12 참조). 범람 코트(238)는 투명한 잉크를 포함 할 수 있거나 대안적으로 컬러 안료를 포함하는 잉크를 포함 할 수 있음을 이해해야 한다. 허용 가능한 투명한 코트 재료의 비-제한적 예는 'Inktech International Corporation of Toronto, Ontario'에 의해 생산되고 판매되는 'Thermoform TF'이다. 이어서, 기재(202)은 제2 방사선 경화 영역(240)을 통과하여 제2 방사선 경화 장치(242)가 범람 코트(238)를 경화시키고, 인쇄된 이미지 및 다른 시스템 배열에 따라 인쇄된 이미지/배경을 또한 경화시킬 수 있다. 그 다음, 기재(202)은 컬러-투-컬러 등록, 손실된 제트 및 다른 프린트 품질 메트릭을 검출하는데 사용될 수 있는 감지 서브시스템(244)을 통과한다. 일부 실시 예에서, 감지 서브시스템(244)은 전폭 어레이 센서(246)를 포함한다. 이어서, 웹(202)은 인쇄된 웹(202)이 롤 형태, 예를 들어 롤(250)로 복귀되는 리와인더(248)로 통과한다. 인쇄된 롤(250)은 열 성형 프레스에서 사용될 수 있고, 따라서 열 성형된 물체, 예를 들어 식품 포장 용기로 변환될 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(200)은 초기 배경 층/이미지, 예를 들어 백색 배경을 침착 시키도록 배열된 프린트헤드 어레이(218)를 포함하고, 이는 기재(202)의 상부측(252)으로부터 UV LED 램프로 고정된다. 그런 다음, CMYK 잉크들과 같은 잔여 잉크들이 프린트헤드 어레이들(220, 222, 224 및 226)을 사용하여 연속적으로 인쇄된 다음 UV 램프(130)로 경화되어 인쇄된 이미지 및/또는 배경을 중합시킨다. 인쇄된 이미지 및/또는 배경 위에 범람 코팅기(236) 및 연속적을 경화된 범람 코트(238)을 포함함으로써, 전술한 오프셋이 제거된다(예를 들어, 도 9 및 도 10 참조).
열 성형 가능한 오버코트 층(overcoat layer), 예를 들어 범 코트(238)를 포함하는 이점은 도 5 내지 도 10을 보면 쉽게 알 수 있다. 오버코트 또는 범람 코트가 없으면, 열 성형 가능한 기재 상에 인쇄된 백색 잉크 층의 오프셋을 방지하기 위해 D형 벌브 UV 램프(Type D Bulb UV lamps) 아래에 7 번 통과가 요구된다. 도 5에서 도 8까지는 D형 벌브 UV 램프 아래에 인쇄된 이미지를 각각 1, 2, 3 및 4 회 통과한 결과를 보여준다. 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 백색 잉크(260)의 일부분은 기재(262) 상에 잔류하고, 일부 분리 영역들, 예컨대 영역들(264)이 또한 발생한다. 그러나, 램프로부터의 열이 기재를 왜곡 시킬 뿐만 아니라 시스템의 비용을 크게 증가 시키므로 기재 경로 내에 7 개의 경화 램프들을 포함하는 것은 비현실적이다. 투명한 오버코트(266)가 잉크(260)에 포함되면, 어떠한 오프셋도 관찰되지 않았다. 도 10에 도시된 PET(268)를 덮기 위한 투명한 잉크(266) 오프셋의 흔적은 없었다. 최종 범람 코트를 포함하거나 포함하지 않는 인쇄된 기재의 일부 테스트 결과는 하기 표 1에 요약되어 있다.
오프셋 백색 TF 잉크 백색 TF 잉크 & 투명한 오버코트
D 벌브 UV 내의 프레스 샘플 1 샘플 2 샘플 1 샘플 2
1 실패 실패 통과 통과
2 실패 실패 통과 통과
3 실패 실패 통과 통과
4 실패 실패
5 실패 통과
7 통과 통과
10 통과 통과
전술 한 결과는 적어도 다음 두 가지 이유에서 기인할 수 있다. 첫째, 열성 형성 가능한 투명한 UV 잉크는 잉크젯 가능 잉크(ink-jettable inks), 예를 들어, 프린트헤드 어레이들(218, 220, 222, 224 및 226)로부터 분배된 잉크보다 훨씬 높은 점도(viscosity), 즉 더 높은 분자량을 갖는 플렉소 잉크(flexo ink)일 수 있다. UV 경화 후, 이 유형의 잉크에 있는 단량체(monomers)는 오프셋을 형성하기 위한 이동성이 훨씬 적다. 둘째, 투명한 잉크는 잉크를 경화시키는 데 사용되는 자외선을 흐리게 하는 안료가 없어 광이 전체 층을 통과하여 잉크의 표면 및 부피를 경화시킬 수 있다. 전술 한 방법은 다른 UV 분사(jetting) 어플리케이션에도 사용될 수 있다.
본 시스템 및 방법은 다양한 동시 이익을 가져 오며 그 중 일부는 다음과 같다. 투명한 열 성형 가능한 오버코트는 롤-투-롤 인쇄 시스템에서 상한(wounded) 롤의 오프셋을 방지한다. 플렉소그래픽 잉크는 내열성 잉크젯 잉크에 비해 내구성이 뛰어나므로 인쇄된 잉크의 내구성을 크게 높일 수 있다. 투명한 오버코트는 하프톤 인쇄 기술 때문에 이미지 높이 변화로 인한 CMYK 인쇄물의 광택 차이를 방지 할 수 있다. 고도로 경화되고 가교된(cross-linked) 투명한 층은 잠재적 안전 문제를 방지하는 장벽으로 작용할 수 있다.
상기 개시된 다른 다양한 특징들 및 기능들, 또는 이들의 대안은 바람직하게는 많은 다른 상이한 시스템들 또는 어플리케이션들로 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 당해 기술 분야의 당업자에 의해 이후에 청구 범위에 포함되는 것으로 의도되는 다양한 현재의 예기치 않은 또는 예상하지 못한 대안, 수정, 변형 또는 개선이 후속적으로 이루어질 수 있다.

Claims (8)

  1. 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 열 성형 가능 기재(thermoformable substrate) 상에 적어도 하나의 연신성 잉크(stretchable ink)를 인쇄하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 열 성형 가능 기재를 제1 롤(roll)로부터 인쇄 모듈로 공급하도록 배열된 언와인더(unwinder);
    상기 열 성형 가능 기재의 상기 제1 표면 상에 코팅 층을 침착(deposit)시키도록 배열된 범람 코팅기(flood coater)를 포함하는, 상기 인쇄 모듈; 및
    상기 열 성형 가능 기재를 수용하고 제2 롤에 상기 열 성형 가능 기재를 형성하도록 배열된 리와인더(rewinder)를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 모듈은,
    적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치(radiation curing device);
    적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치를 더 포함하되;
    상기 범람 코팅기는 상기 적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치와 상기 적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치 사이에 위치되는, 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 모듈은,
    이미지를 형성하기 위해 상기 열 성형 가능 기재의 상기 제1 표면 상에 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 제1 부분을 침착시키도록 배열된 적어도 하나의 제1 전폭 프린트헤드 어레이(full width printhead array);
    적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치;
    적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치를 더 포함하되;
    상기 적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치는 상기 적어도 하나의 제1 전폭 프린트헤드 어레이와 상기 범람 코팅기 사이에 위치되고; 및
    상기 범람 코팅기는 상기 적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치와 상기 적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치 사이에 위치되는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 코팅 층은 상기 이미지를 부분적으로 덮거나, 또는 상기 코팅 층은 상기 이미지를 완전히 덮는, 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 모듈은,
    베이스 층을 형성하기 위해 상기 열 성형 가능 기재의 상기 제1 표면 상에 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 제1 부분을 침착시키도록 배열된 적어도 하나의 제1 전폭 프린트헤드 어레이;
    이미지 층을 형성하기 위해 상기 베이스 층 상에 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 제2 부분을 침착시키도록 배열된 적어도 하나의 제2 전폭 프린트헤드 어레이;
    상기 제1 표면 근처에서 상기 적어도 하나의 제1 전폭 프린트헤드 어레이와 상기 적어도 하나의 제2 전폭 프린트헤드 어레이 사이에 위치되고, 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 상기 제2 부분이 상기 베이스 층 상에 침착되기 전에 상기 열 성형 가능 기재 상의 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 상기 제1 부분을 부분적으로 경화시키도록 배열된 적어도 하나의 방사선 고정(pinning) 장치;
    상기 제1 표면 근처에서 상기 적어도 하나의 제2 전폭 프린트헤드 어레이와 상기 범람 코팅기 사이에 위치되고, 상기 코팅 층이 상기 이미지 층 및/또는 상기 베이스 층 상에 침착되기 전에 상기 열 성형 가능 기재의 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 상기 제1 부분 및/또는 상기 제2 부분을 부분적으로 경화시키도록 배열된 적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치;
    상기 제1 표면 근처에 위치되고, 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 상기 제1 부분, 상기 적어도 하나의 연신성 잉크의 상기 제2 부분 및/또는 상기 코팅 층을 적어도 부분적으로 경화시키도록 배열된 적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치를 더 포함하되;
    상기 범람 코팅기는 상기 적어도 하나의 제1 방사선 경화 장치와 상기 적어도 하나의 제2 방사선 경화 장치 사이에 위치되는, 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 코팅 층은 상기 베이스 층 및 상기 이미지를 부분적으로 덮거나, 또는 상기 코팅 층은 상기 베이스 층 및 상기 이미지를 완전히 덮는, 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 연신성 잉크 각각은 자외 방사선 경화성 잉크인, 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 열 성형 가능 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜-변성(polyethylene terephthalate glycol-modified); 폴리카보네이트(polycarbonate); 아크릴(acrylic); 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride); 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene); 및 이들의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
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