在固体基片上连续形成染料升华图像的方法和设备的制作方法

专利名称：在固体基片上连续形成染料升华图像的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在固体塑料片上形成图像。具体地，本发明涉及一种在固体塑料片上连续形成染料升华图像或染色转印图像的方法。
背景技术：
自塑料出现以来，使用者和制造商就在寻找在塑料上印刷或形成图像的有效方法。适用于其它材料如金属、木材等类似物质的现有成像技术用于在塑料上形成永久图像时一般不成功。这类现有成像技术的实例包括但不限于涂料、贴花、油漆和染料。一般地，与现有成像或标记技术有关的问题集中表现在塑料的某些化学及物理特性上。
塑料的其中一个主要优点是可以形成具有十分平滑表面的复杂形状。虽然这是塑料物品制造方面的一个优点，但是十分光滑的和通常具有抗化学结合性质的塑性表面使得难于在上面涂刷油漆等类似物质。当塑料弯曲，或当图像受到物理损坏如磨损，或温度变化时，涂在塑料上的许多种油漆如瓷漆会开裂或剥落。
在寻找可形成塑料片永久性耐磨图像的方法的过程中，本领域的工作人员注意到塑料的分子结构与某些可采用“染料升华”染色法形成图像的物质结构类似。根据已知的染料升华法，图像如装饰图案是由染料载体上的升华印刷油墨形成的，染料载体有时也被称作转印纸或辅助载体。染料载体通常是用纸张制成的，但也并非只能用纸张制成。将图像印刷到染料载体上可以用若干种已知的印刷方法，这些印刷方法包括但不限于胶版印刷方法或轮转印刷方法。在染料载体上形成的印刷图像通过升华作用从染料载体转印到进行图案装饰的纺织品或织物上，这种方法也被称作转印法。
有几种已知的染料适用于染料升华印刷技术。实际使用的染料或染料载体对于本发明原理来说并不是本质性的，只要这种染料能够升华就可以。这就是说在加热时染料直接从固态升华到气态。有一种适用于升化印刷的印刷油墨是利用粘合剂和氧化添加剂由可升华的染料制备的。术语“可升华的”在这里定义为能够升华。
通常，在纺织品上形成染料升华图像，可将印有颜色的染料载体的颜色面放到纺织品的待印刷面上然后加热。一旦染料达到大约170-220℃的温度，就会升华到纺织品中而形成所要求的图像。
通过上述讨论，应当认识到染料升华印刷的一个优点是图像实际上是在所印刷的纺织品或基片的结构中形成。这与大多数印刷技术都不同，这些印刷技术只是在基片的表面上形成图像。虽然在表面上形成的图像适用于很多用途，但是对于某些用途来说并不是最佳的。举例来说，通过上述在纺织品中形成染料升华图像的讨论，应当认识到如果经常受到磨损的纺织品比如地毯，只是在地毯表面或地毯各纤维表面上形成的图像会很快磨掉。
还应当认识到适合于形成表面图像的大多数油墨往往是不透明的。同样，这也适合于很多用途。但是，当想要制成品具有光亮或透明特性时，使用这类不透明的油墨就不能得到所要求的透明图像。
Dybvig的美国专利No.3,649,332公开了一种早期的塑料转印方法。根据这个专利，将通过将带有图像的光敏染料载体对着真空压印板上的多孔纸临时接收片放置，并形成足够的真空使这两个薄片紧密接触并保持在固定位置上。转印片在与接收片接触的表面上带有染料涂层，而在外表面上带有光导氧化锌涂层。该外表面可暴露于来自正彩色原图的分色光图像而产生潜像。
带有高电位的辐射吸收着色微粒导电涂层的导电滚筒通过暴露表面而将着色微粒沉积在非光照射区域上。接着将该表面短暂地暴露在强烈的红外线辐射下，使染料转印到红外线吸收着色区域的吸收体上。接着释放真空，将感光片取下并更换为带有第二种染料的第二个感光片，然后用适当的分色滤光片来重复这一过程。用第三种滤光片和感光片再次重复这一过程而产生完整三色的中间片。
然后将中间片的一部分或多个部分剪下来。将这些片段按所要求的方式布置在透明的染料吸收薄膜上，并在上面覆盖带有蓝色染料涂层的染料源纸片，如同前面介绍的转印片那样，但是没有光导涂层。将这三层压在一起并短暂地加热。然后取下薄膜，可以发现在薄膜的蓝色背景上形成明亮的各细部的全色图像。
Haigh等人的美国专利No.4,059,471、4,202,663和4,465,728详细介绍了在塑料表面尤其是薄膜形成染色转印图像的方法。这些专利直接来自1975年1月13日提交的序列号为540,383的美国专利申请，或是该专利申请的分案或部分继续申请。这些专利中的每个都使用染色转印法，通过将载体薄片如聚烯烃载体薄片设置在染料吸收塑料薄片和带有分散染料的转印薄片之间，在染料吸收塑料薄片上，尤其是厚度从2密耳到20密耳的薄膜上，形成染色图案。然后，将这些薄片压紧密切接触并加热到染料的升华温度，使这些薄片保持在升华温度下直至相当大部分的染料通过聚烯烃薄片从转印薄片升华并转印到染料吸收薄片中。然后，将这些薄片冷却到染料吸收薄片的软化温度以下，将染料吸收薄片与其它薄片分开。
Glover的美国专利No.4,242,092介绍了在透气片状结构如地毯或瓷砖上进行升华印刷的方法。根据该专利，将一侧带有升华染料的可透气印刷薄膜面对面放置到可透气片状结构上，并使它们紧密接触。然后将薄膜加热到可使染料气化的温度并保持一段时间。同时，施加气体压差或蒸气压差从而薄膜上面的空间产生通过薄膜和片状结构的气流，从而使染料蒸气流入片状结构并在其中形成图像。
Sumi等人的美国专利No.4,662,966介绍了可转印多个物品如打字机键的设备，将这些物品在平面上排列然后加热。该专利的设备还包括用来输送多个物品到加热出口的传送装置，加热出口设有红外线辐射加热器。这种设备还包含用来使物品保持在相对物品支架预定位置的保持装置。另一个支架设计成能使转印片保持在第二预定位置上。转印片带有用热扩散染料形成的图案层。该专利还提供了将转印片压紧到物品上以转印图案的装置，以及传送装置，用来输送带有若干物品的物品支架通过加热器，和各种保持装置。
Krajec等人的美国专利No.4,664,672介绍了在塑料制品或带有塑料表面涂层的物品上进行转印的方法，该方法在染色转印过程中通过将薄的染料载体压在进行印刷的表面上进行转印。这是利用超过大气压的气压来实现的，其中塑料物品的表面保持在热塑性限度以下的温度。根据该专利的方法，染料载体如纸张染料载体在低于油墨升华温度的温度下预干燥。将染料载体夹在比如框架中，使其十分靠近但又不接触要印刷的表面。然后，将压力气体施加到载体的背面，使得在染料载体的背面直接或间接地产生略微超过大气压的压力，从而将载体压紧在所要印刷的物品上。然后，放置热源如热辐射器使辐射线照在染料载体的背面。
Claveau的美国专利No.5,308,426介绍了在十分不规则的非平面物体上形成升华图像的方法，这种方法利用可延伸和可透气的材料制成“油墨支承体”，其形状与所要印刷物品的形状一致。这种油墨支承体用来包围物品，然后放入真空机中。接着，将内部带有油墨支承体的真空机放入加热空间，使装饰图案转印到进行装饰的物品的整个表面。在此发明专利中适合用作油墨支承体的可延伸透气材料的实例包括机织物、针织物和无纺材料片。
Zaher的美国专利No.5,997,677介绍了在塑料基片上形成彩色装饰图案的方法，这种方法先加热载体，然后将载体放置到基片上并通过吸气使载体与基片接触，因此在载体和基片之间产生低于正常的压力。然后，向载体施加红外线不均匀照射，对染料的主要颜色部分进行辐射。
许多已知的应用于固体塑料的染料升华印刷方法对于压力、温度、染料批量、基片批量以及其它生产因素变化十分敏感，因此至少一个发明人已经专门研究染料升华印刷的塑料基片的预处理方法。这种预处理方法在Johnston的美国专利No.5,580,410作了介绍。
使固体塑料片形成精确、鲜明、耐久的图像是塑料成像工业长期追寻的目标，但是至今还没有任何一种方法可用来在固体塑料片上印刷图像，还没有塑料片能成为商品的。这些发明不能成功在很大程度上是因为，虽然前面介绍的发明专利在理论上可以实现，但是在实际操作中不能以商业可以接受的成本或产量生产出带有图像的塑料薄片。不能成功的原因有许多。
许多已知方法未能在商业上成功地制成带图像产品的第一个原因是处理速度很慢。当一种成像法需要很长时间或许多复杂精密的步骤才能成功地形成图像时，虽然可以成功地得到带有图像的塑料薄片，但是价格昂因而在商业上不可行。而且，上述成像法对温度变化十分敏感，加工温度稍有变化就会产生不合格的图像或使基片遭到破坏。
许多已知的方法不能成功的第二个原因与前面介绍的一些工艺变量紧密相关。许多现有的染料升华成像法的一个特别严重的缺点是，为了在固体塑料基片上形成染料升华图像，必须将基片的温度升高到热塑性限度以上。多数情况下，这会使基片液化，从而使染料载体粘结到液化的粘性基片上。当然，这会使至少一部分染料载体永久粘结到基片上。即使可以将粘结的染料载体从冷却的基片上刮掉，但是这种刮除不仅会破坏表面光洁度，而且还需要花费大量的额外工时成本。
为了防止染料载体粘结到粘性基片上，前面介绍的某些发明在基片和染料载体之间加入某种材料。这些材料的实例包括隔离化合物如滑石粉或可渗透织物。在某些情况下加入这类分离或隔离材料可以防止染料载体粘结到基片上，但是这会大大降低带图象物品的质量。这些方法会使基片的表面光洁度、图像分辨率或图像配准度变差。
最后但最重要的是，当已知的染料升华成像法应用于固体塑料片时往往会使那些塑料片收缩、翘曲和扭曲。这种收缩、翘曲和扭曲的程度因成像方法和基片而不同，因此已知的染料升华成像技术的这些缺点会使基片表面产生轻微皱褶甚至严重扭曲，具有薯片状的表面。由于固体塑料片的染料升华成像的目的是，在保持薄片不收缩、不翘曲和不扭曲的平面特性的同时在薄片中形成图像，因此已知的成像方法中没有一个可以说是完全成功的。而且，用已知的染料升华方法成像的塑料片在处理过程中往往会破坏一项或多项技术性能规范。这些技术性能规范包括但不限于收缩性、耐冲击性、尺寸和机械强度。
很显然，所需要的是一种可在固体塑料平直薄片中形成耐久清晰图像的染料升华方法，这种方法可防止塑料片产生收缩、翘曲和扭曲，而且还能保持原始塑料片的全部原有技术性能规范。
因此，最终所需要的是至少一种可在固体基片上连续形成染色转印图像的方法和能够实现该方法的设备。

发明内容
本发明提供了一种在基片上形成染料升华图像的方法，这种方法使用的染料载体带有可升华染料形成的图像。染料载体的图像对着基片的第一表面放置。基片和染料载体沿具有第一部分和第二部分的路径输送。在所述路径的第一部分和第二部分以及其间施加连续压力到基片的第一表面。在所述路径的第一部分将染料载体加热到升华温度。接着在路径的第二部分将染料载体冷却到凝固温度。
此外，本发明还提供了在基片的第一表面中形成染料升华图像的设备，这种设备使用的染料载体带有可升华染料形成的图像。传送装置用来沿具有第一部分和第二部分的路径移动基片和染料载体。连续压力系统将染料载体上的图像压在基片的第一表面上，其中，该连续压力系统在所述路径的第一部分和第二部分施加连续压力到基片的第一表面。加热器用来在基片和染料载体处于所述路径的第一部分时将染料载体加热到升华温度。冷却器用来在基片和染料载体处于所述路径的第二部分时将染料载体冷却到凝固温度，其中，加热之前直至染料载体冷却后一直施加有连续压力。
另外，本发明提供了一种形成带有升华图像的成形物品的方法。先形成带有图像的染料载体。将染料载体的图像对着基片的第一表面放置。在连续处理设备中将染料载体加热到基片的玻璃态转化温度以上。接着在该连续处理设备中将染料载体冷却到基片的玻璃态转化温度以下。然后将染料载体从基片上取下，这时所述图像已经升华到基片的第一表面中。对基片进行加热。基片热成形成为成形物品。然后对成形物品进行冷却。
另外，本发明提供了一种在塑料基片上形成升华图像的方法。在电脑上选择数字图像。电脑打印机在染料载体上用染料升华油墨打印所选择的数字图像。将染料载体的图像对着基片的第一表面放置。在连续处理设备中将染料载体加热到基片的玻璃态转化温度以上。接着在该连续处理设备中将染料载体冷却到基片的玻璃态转化温度以下。然后将染料载体从基片上取下，这时所述图像已经升华到基片的第一表面中。
另外，本发明提供了一种在层压基片上形成升华图像的方法。提供第一侧带有图像的薄膜。将薄膜的第一侧层压到基片上。使图像升华到基片上。
另外，本发明提供了一种带有升华图像的层压基片。提供第一侧带有图像的薄膜。将薄膜的第一侧层压到基片上。使图像升华到基片上。
通过阅读以下详细说明和研究所附各图，将对本发明的这些和其它的优点更加清楚地了解。


为了更加全面地了解本发明，下面将参考附图来详细介绍本发明。在附图中图1A-H是根据本发明的压印板组件的横断面视图，用来说明其使用方法；图2A-C是实现本发明方法的第一种设备的正视图；图3是实现本发明方法的第一种设备的透视图；图4A-C是实现本发明方法的第二种设备的正视图；图5A-B是实现本发明方法的第三种设备的正视图；图6是实现本发明方法的第二和第三种设备的透视图；图7是根据本发明一个实施例的采用主动冷却装置的热能头的横断面视图；图8是根据本发明另一个实施例的采用另一种主动冷却装置的热能头的横断面视图；图9是根据本发明另一个实施例的采用主动和被动冷却装置的热能头的横断面视图；图10是根据本发明一个实施例的采用被动冷却装置的热能头的横断面视图；图11A-F是另一种压印板组件的横断面视图；图12是内部装有若干个不同压印板组件的压印板架的立面图；图13是里面装有若干个不同压印板组件的压印板架的立面图，该压印板架放在炉中；图14A-E示出了本发明的使用真空袋的实施例；图15是染料升华成像周期中温度与时间的关系曲线图，上面还叠加为完成这一周期所需的若干个控制动作的时间线；图16A-H是根据本发明另一个实施例的上下压印板组件的横断面视图，用来说明本发明的连续染色转印方法；图17是一种用来实现本发明连续染色转印方法的设备的侧视图，示出了在上下压印板组件之间施加夹紧压力前的情况；图18是一种用来实现本发明连续染色转印方法的设备的前视图，示出了在上下压印板组件之间施加夹紧压力之前的情况；图19是一种用来实现本发明连续染色转印方法的设备的后视图，示出了在上下压印板组件之间施加夹紧压力之前的情况；图20是基片和图像的示意性顶视图；图21是基片和图像在热成形之后的示意性顶视图；图22是基片的侧视图；图23是基片热成形之后的侧视图；图24是另一连续处理系统的示意图；图25A和B是可用于本发明实施例的电脑的示意图；图26是用于本发明另一个实施例的处理过程的流程图；图27是在基片薄膜上进行打印的电脑和打印机的示意图；图28是热层压和升华系统的示意图；图29是冷层压系统的示意图；图30是升华系统的示意图。
在所有附图中相同的参考数字代表相同的部件。
具体实施例方式
下面的讨论集中在本发明一个或多个优选实施例上，这些实施例通过若干组成部分来实现。本领域的技术人员应当认识到在此介绍的实施例使用了可以买到的并只是作为示例的某些组成部分。本发明的原理能够以各种构造方式来实施，本发明的这些原理适用于所有这些实施例。
虽然下面的讨论涉及塑料片等类似物质的染料升华成像，但是本发明的原理也能很好地应用于各种人造和天然片材基片的染料升华成像，这些基片材料包括但不限于金属、石料、木材、蜡料、聚合物、单体、树脂、纺织品、织物、玻璃、矿物、皮革及其复合材料。本发明的原理适合于所有这些应用。
现在参考图1A至1H，图中示出了根据本发明的在基片尤其是固体塑料基片上形成染料升华图像的方法。图1A中示出了压印板10，上面叠加有被动冷却装置12。本发明可使用主动冷却装置和被动冷却装置的其中一种或两种，如后面所要介绍的。在本发明的一个实施例中，压印板10是扁平铝板，有许多抽真空口14从中穿过。抽真空口14还与真空系统240相连。放置在被动冷却装置12顶上的是要在其中形成染料升华图像的基片1。为了形成染料升华图像，带有图像5的染料载体3放置在基片1的顶上，其中图像5采用前面介绍的染料升华油墨印在染料载体3上。
本实施例中的被动冷却装置12由热容量很低的板构成，其原因将在后面解释。本发明的一个实施例中使用带有玻璃增强塑料上下表面的六角元铝芯复合夹心板。一种适合用作被动冷却装置12的板可以从堪萨斯州Wichita市Burnham Compound公司买到，名为Fiber-Lok No.2330夹心板。根据本发明的这一实施例，被动冷却装置12的表面尺寸小于压印板10的表面尺寸，但至少要与在上面进行处理的基片表面一样大。这是十分必要的，使得至少有一些抽真空口14可用来形成薄膜16的真空通道，如接下来所介绍的。
现在参见图1B，将薄膜16施加到由冷却装置12、基片1和染料载体3构成的叠层上。而且薄膜16还与压印板10的至少一部分交迭。为了便于操作，可以将薄膜16装在框架上，框架未在本图中示出。为了将基片-染料载体叠层更紧密地夹紧，薄膜16应当能够形成基本上气密的密封。薄膜16还应当具有足够的强度以防止基片1在形成染料升华周期的加热过程中产生翘曲，加热能够实现染料升华成像和除去染料载体，如后面将要介绍的。
希望薄膜16具有的其它特性不仅应与基片1和印在染料载体3上的可升华染料化学相容，而且还应与染料升华成像过程中从基片1或染料载体3中逸出的气体副产物化学相容。
在本发明的一个实施例中，薄膜16的下表面形成轻微纹理以形成穿过薄膜16和染料载体3之间界面的连续真空通道，使得不会在薄膜和染料载体之间产生气泡。这些气泡将妨碍染料载体3平整地夹紧到基片1上。这种纹理还起到真空释放的作用，当不再需要夹紧时可作为泄放机构来减小真空度。
而且，为了能平滑地贴合到冷却装置-基片-染料载体叠层的各组成部分以及压印板10上，薄膜16最好是用柔性材料制成。当在具有相当深度如厚度大于约1英寸的染料载体-基片-冷却装置叠层上使用时，还要求薄膜最好是用弹性材料制成，以更加平滑地贴合到这些组成部分上。由于本发明的成像法具有快速的温度变化，而且还要保持在高达600°F的温度下，所以还要求薄膜不仅耐热，而且还能够承受在高低温度之间重复的热循环，不会硬化、开裂、损失结构完整性，或损失前面介绍的任何特性。
通过上述讨论，应当认识到许多材料都适合于用作薄膜16。这类材料的实例包括但不限于硫化橡胶、硅树脂、丁基橡胶、聚合物、含氯聚合物、含氟聚合物、以及其它天然或人造的弹性材料薄片。薄膜16与染料载体3基本上连续接触，且基本上覆盖先前未被被动冷却装置12覆盖的所有抽真空口14。
现在参见图1C来介绍根据本发明一个实施例的夹紧步骤。此时向已经预先放置在染料载体-基片-冷却装置叠层以及至少一部分压印板10(包含至少一个抽真空口14，最好包含若干个抽真空口14)上的薄膜16施加用20表示的夹紧气压。在这里使用的术语“夹紧气压”表示利用环境气压和薄膜下的气压之间的压差来夹紧基片和染料载体。夹紧气压可以利用真空、气压或两者结合来实现。
在所讨论的实施例中，夹紧气压20是通过将若干个抽真空口14中的至少一个连接到真空系统240，然后对用18表示的薄膜16的下面抽真空来实现。应当认识到为了清楚起见已经将真空系统240从图1A-B和D-H中省略掉。当达到海平面上的基本完全真空时，理论上在染料载体-基片叠层的整个表面上可产生大约14.7磅/平方英寸的夹紧力。实际上，完全真空很难达到，而且一般来说也无必要。已经发现不完全真空情况下得到的等于14磅/平方英寸的夹紧力所产生的染色转印图像大大优于用其它任何方式所能获得的图像。取决于应用本发明原理而引起的基片机械性能、染色转印温度、以及加热性质，甚至可以使用更小的夹紧压力。
虽然上述实施例使用了真空夹紧，但是在其它实施例中也可以采用别的方法来实现通过真空夹紧提供的十分均匀的夹紧压力。这些方法包括但不限于使用带有压力均平层如泡沫橡胶或硬泡沫片的机械夹紧板，以及使用气压夹紧装置如袋式压力机。
还应当认识到夹紧压力，包括前面介绍的真空夹紧压力，可以用作过程控制变量。对于某些基片的成像过程来说，将夹紧压力调整到超过或低于上述名义上的一个大气压是十分有利的。低于一个大气压的夹紧压力可以利用真空调节器来实现和维持。大于一个大气压的夹紧压力可以通过用辅助夹紧力加强真空夹紧压力来实现。用来实现后一种选择的一种方法是在薄膜上叠加袋式压力机；袋式挤力机的膨胀力可增强薄膜单独实现的真空夹紧。
现在参见图1D，用来形成染料升华图像的第一加热过程是按如下方法作用到薄膜-染料载体-基片叠层上的热能通过薄膜16和染料载体3施加到基片1上。在本发明的这个实施例中，已经发现，对于提高生产效率和后来将染料载体3从基片1上取下的效率，最好将热能22尽可能快地提供到基片1上。可以用本领域中普通技术人员所知道的任何一种不会损坏薄膜16的方法将热能22施加到薄膜16上。此步骤中一直保持前面施加的夹紧气压。
适当的热传输方法的实例包括但不限于电阻加热，比如通过将电阻丝嵌入薄膜16中或是设置在薄膜16的上面或下面；将蒸汽施加到薄膜16的上表面；将包括蒸汽、火焰或热流体的热流施加到薄膜16的上表面；或者将辐射能投射到薄膜16顶上。这种辐射能的实例包括但不限于红外线灯的红外线能，以及紫外线辐射或微波辐射。用来施加热能22的另一种可供选择的方法是将导热源如热板设置在薄膜16的上表面。而且，可以用任何一种已知的加热方法，如前面介绍的那些方法，来加热热板，包括将热流体或热气流引入热板的中空内部。
塑料如热成形塑料根据其内部温度而具有不同的物理属性。在室温下，大多数可经商业途径买到的热成形塑料基本上是刚性的，比如可作为刚性薄片。在另一个极限温度下，热成形塑料加热到成形温度以上会液化，当塑料液化时会破坏塑料形成的结构。在这两个极限之间的中间温度时，塑料开始软化但还没有完全液化。本发明的染料升华方法在这些中间温度进行。
为了能够同时用机械和化学方式使染料进入基片1中，以及为了使成像染料能够从固态升华到气态，必须将基片和染料载体的温度升高超过塑料刚性的和感觉不到影响的状态，到达塑料开始软化的状态，升华的染料气化。为了保持塑料的结构完整性和符合技术性能规范，不能将塑料加热到液化点。当然，理想的温度因具体应用而不同，不仅取决于进行成像的塑料片的种类和厚度，而且还取决于成像染料的特性。
通过施加热能22提高基片1和染料载体3的内部温度将构成本发明的第一热事件。第一热事件的持续时间也因具体应用而不同，并且是靠经验来确定的。用来确定第一热事件持续时间的一个度量标准是要求的图像渗入塑料的程度。
现在参见图1E，在实际上对基片1进行染料升华成像的第一热事件之后，进行第二热事件或冷却事件，同时基片和染料载体保持在真空夹紧压力下。而且，先前施加的真空18在第二热事件中仍然保持，第二热事件包括使热能24消除。已经发现在真空夹紧压力下进行的快速冷却的第二热事件具有优于现有染料升华成像技术的优点。
这一步骤的第一个优点是与先有技术相比染料载体3从基片1上的分离得到很大改进。实际上，通过仔细调节第一热事件的温度和持续时间，以及利用第二热事件的快速冷却，可以完全避免染料载体3粘结到基片1上。尽管理论上不希望出现，可以认为由第二热事件引起的快速冷却会在染料载体3和基片1之间产生某些热冲击或机械冲击，使得这两个组成部分能够分开。这不需要有其它方法中所要求的特殊的中间染色转印薄片或费时的预成像调节处理。
这一步骤的第二个优点与前面讨论的基片变形问题有关，当没有强大均匀的夹紧力施加在基片整个表面上时，由于加热和冷却会引起这种不希望出现的基片变形。同样尽管理论上不希望出现，可以认为现有的染料升华技术由于在基片不受约束的状态下对基片进行加热和冷却会释放基片上的内力，使得基片在冷却时会扭曲、收缩和翘曲。通过使用带有坚韧弹性薄膜16的气压夹紧方法如前面介绍的真空夹紧技术，本发明可使基片在染料升华成像的这些热事件过程中保持基本上平整的形状，避免了这一问题。
现在参见图1F-1H，当第二热事件或冷却过程完成时，在26将真空释放，并在28将薄膜16从染料载体-基片叠层上取走。然后，将染料载体3和基片1从被动冷却装置12上提起。此时，染料载体3带有的图像已经在基片1中形成。塑料中的染色渗入程度取决于若干因素。这些因素包括升华温度、夹紧压力、以及施加热能和夹紧压力的持续时间。
现在参考图2A-2C和3来介绍实现根据本发明方法的第一种设备。染料转印设备200包括工作台组件202、至少一个压印板组件204、热成像单元206和真空系统240。工作台组件202支承成像单元206和压印板组件204。如后面将要介绍的，使用多个压印板组件204可以提高生产效率。因此，在该设备的一个优选实施例中，设有一对基本上相同的压印板组件204和204′。工作台组件202最好配备成压印板组件204和204′可以进入转动的热成像单元206中。可以用滚轮系统或滑动系统将压印板组件204和204′送入热成像单元206中。这些滚轮最好在工作台组件202上形成一系列滚轮220，压印板组件204和204′可在上面滑过。另一种方法是，滚轮或滑块可以设在压印板组件204和204′的底面上。当然还可以使用其它能减少滑动摩擦的方法，包括空气垫、抛光金属滑块和聚四氟乙烯滑块。
设备200还配备有真空系统240。真空系统240包括真空源如真空泵242和可选择的真空罐244，真空罐244通过管道245与真空泵242相连。真空源接着通过柔性管道246和真空阀248与压印板组件204相连，更具体地是与压印板组件204中的抽真空口14相连。另一套类似的管道系统246′和真空阀248′将真空源连接到压印板组件204′。真空阀248和248′可以手动、遥控或自动控制。在这种设备的一个优选实施例中，真空阀248和248′是由操纵台300控制的电动阀。
现在参见图2B，图中示出了热成像单元206和压印板组件204的细节。压印板组件204是带孔的铝制压印板10，在压印板10的顶上放置有被动冷却装置12。有时称作“镜框”的框架216的一侧通过铰链208固定到压印板10上。框架216上已经固定有前面介绍的弹性材料薄膜16，该薄膜覆盖框架上形成的开孔。在本发明的这个实施例中，薄膜16是由杜邦公司生产的商标为VitonTM的带纹理薄片。
在本实施例中的热成像单元206是基本上空心的箱形机箱207，里面安装有热源。该热源可以采用前面介绍的任何一种加热方法，而在本发明的这个实施例中，热源由至少一个最好多个红外线灯泡209构成。机箱207通过铰链210固定在工作台组件202表面以上的适当距离处，因此当机箱207向下闭合到压印板组件204上时，热成像单元206直接位于压印板组件204的顶上。
现在参考图2B-C进一步介绍设备200的工作过程。在成像周期开始时，将框架216打开，如图2B中左侧所示，并将塑料基片1插入冷却装置12的顶上。然后，将已经印有染色图像5的染料载体3放置到基片1上，使染色图像5与基片1直接接触。可以通过使用任何一种已知的升华染料将染色图像5印到染料载体3的表面上来方便地形成。然后，将框架216闭合到染料载体-基片-冷却装置叠层上，基本如图2B的右侧所示。然后，打开真空阀248，使真空系统240抽空薄膜16下面的区域，使得薄膜16密封到压印板10和前面介绍的叠层上，从而产生染色转印法所需的夹紧气压。还可以使染料载体3与基片1保持对齐，并以新颖方式防止基片1产生前面介绍的不希望的变形。
当达到适当的真空夹紧力之后，将压印板组件204滑动到热成像单元206的机箱207下面，而机箱207位于压印板组件204的顶上。应当认识到热成像单元206的机箱207和压印板组件204的框架216通过铰链的升降可以手动进行，或者最好可以通过本领域技术人员已知的任何一种提升方法来进行。这些提升方法包括但不限于气压缸、液压缸、伺服电动机、弹簧机构、平衡重物、螺纹或齿轮机构、以及本领域中普通技术人员知道的所有其它升降方法。
在将机箱207向下闭合到压印板组件204上后，接通红外线灯泡209，对薄膜16、染料载体3和基片1进行加热，而染料载体3和基片1保持在如前面介绍的夹紧真空下。薄膜16下面的温度可以用位于被动冷却装置12和薄膜16之间的热电偶212来监控。本领域中普通技术人员已知的其它温度监控方法当然也可以使用。红外线灯泡209保持规定时间的通电，这一时间依靠经验来确定，使基片、升华染料、以及所要求的染色转印成像的达到最佳程度。
当经过规定的热成像时间之后，可以将红外线灯泡209断电，提升机箱207，并将压印板组件204从机箱207下面取出，而薄膜16下面仍然保持真空。现在介绍这种具有两套压印板组件204和204′的设备实施例的优点。当压印板组件204在真空夹紧状态下冷却时，可将已预先加载和真空夹紧的压印板组件204′放到热成像单元206的机箱207下面。接着将机箱207降低到压印板组件204′的框架216上，并可重新接通热源如红外线灯泡209。因此，压印板组件204和204′其中一个在冷却时，另一个在加热，而两个装置中相应的基片/染料载体叠层都保持在夹紧压力下。
在采用被动冷却装置的本发明这个实施例中，冷却24是通过将压印板组件204暴露到环境气温下来实现的。这种暴露可通过引入流过压印板组件204表面的环境气流来增强，具体地可利用风扇或其它导流装置使环境气流通过薄膜16。被动冷却装置12按照以下方式被动冷却基片1、染料载体3和薄膜16的至少一部分由于具有很低的热容量，被动冷却装置只能保留很少的热量。当第一热事件完成之后，第二热事件开始时，只能提供很少热量的被动冷却装置12使薄膜以及在薄膜下面的组成部分能够快速冷却。
而且，薄膜16下面的温度通过热电偶212来监控，直至基片1冷却到足够低的可返回不会变形的刚性状态的温度。然后，启动真空阀248解除薄膜16下面的真空，从而释放对基片1和染料载体3的夹紧压力。一旦夹紧压力松开，提起框架216之后可以将基片1和染料载体3从压印板组件204上取下。通过使用两个压印板组件如204和204′并以这种方式交替加热和冷却基片，成像生产能力几乎翻番。
在本发明的这个实施例的应用中，80密耳的丙烯酸薄片用作基片1。丙烯酸薄片通过放置在被动冷却装置12上，然后在上面叠加染料载体3来成像。接着将框架216下放到丙烯酸薄片和染料载体3上，用薄膜16进行覆盖。在这个实施例中，硅橡胶薄片被用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空间之后，本实施例继续进行如前面所介绍的处理。在这种情况下，丙烯酸薄片在350°F温度下处理10分钟。在此第一热事件之后，进行如前面所介绍的冷却处理。
本发明的一个实施例使用辐射加热，如前面所介绍的，而在另一个实施例中使用传导加热。这种导热装置的实例在图4A-4C和6中示出。本实施例与前面介绍的设备有许多共同的特性，但存在一个显著的差异前面介绍的设备使用辐射加热，而本实施例使用传导加热板402。工作台202和真空系统240以及压印板组件204和204′与前面介绍的一样。然而，在本实施例中，热成像单元400设有穿过的横向通道450。
传导加热板402可伸缩地固定在通道450上面的热成像单元400的一部分中。本实施例中的传导加热板402一般通过收缩机构向上收缩，在本实施例中的收缩机构是一个或多个拉力弹簧406。也可以使用本领域中普通技术人员已知的具有同样功能的其它收缩装置，包括但不限于平衡重物、气压缸、真空气缸、链条、袋式压力机、索缆、液压缸和机电装置。
放置在传导加热板402上表面403和热成像单元400内表面401之间的是夹紧或加载装置，该装置的作用力与拉力弹簧406相反以推动传导加热板402与薄膜16接触。在所示实施例中的加载装置是袋式压力机404。袋式压力机404通过管道系统和阀门(未显示)与可控压力气体或空气源相连，用来推动加热板402与薄膜16接触。当然，也可以使用本领域中普通技术人员已知的其它夹紧或加载装置来实现这一功能。这类装置的非限制性实例包括液压缸、气压缸、磁力推动装置如电磁推动装置、凸轮轴、曲柄轴、楔形物、以及本领域中普通技术人员已知的可产生线性运动的其它方法。
现在参见图4B-4C和10，图中示出了热成像单元400的剖视图，用来说明本实施例的工作过程。在图4A中，压印板组件204刚从热成像单元400中取出。如前面所介绍的，压印板组件204′中已经装有基片1和染料载体3。此时，两个压印板组件204和204′通过与真空系统240相通的真空阀248和248′保持在真空夹紧压力下。应当注意到传导加热板402已经通过拉力弹簧406向上缩回，使得压印板组件204′能够通过通道450可滑动地插入热成像单元400中。
可以用本领域中普通技术人员所知的任何方法对传导加热板402加热，这些方法包括但不限于电阻丝加热；将加热气体或流体引入传导加热板402的空心内部403中；传导加热板的辐射或对流加热；一种或多种气体流的明焰加热，以及可控制加热导热金属板的其它任何方法。在附图所示实施例中，传导加热板402是局部空心的扁平铝板，带有至少一个迷宫通道。在附图所示实施例中，传导加热板402通过管道系统和阀门与带有油循环泵的油加热器相连。因此在加热传导加热板402时，油加热器形成通过传导加热板402内部迷宫的可控制热油流。可以通过热油阀和热油管道562对热油流进行恒温控制，使传导加热板402保持在所要求的温度或所要求的温度范围内。
在图4C中，压印板组件204′已经通过通道450滑动地插入热成像单元400中，并利用袋式压力机404迫使传导加热板402与薄膜16′的上表面紧密接触。这种挤压是通过压缩空气阀452和压缩空气管道450将压缩气体或空气的控制流引入袋式压力机404内部来实现的。传导加热板402加热到足以使基片1和染料载体3达到所要求的升华温度的温度，并在此温度下通过薄膜16对基片加热规定的时间。当以这种方式进行第一热事件时，已经从热成像单元400中取出的压印板组件204如前面所介绍的那样在24冷却。
袋式压力机404还可以用来增大染料载体3和基片1上的夹紧压力，超过单独通过真空夹紧可得到的名义上为一个大气压的夹紧压力。在本发明的一个实施例中，通过袋式压力机的挤压所能达到的附加夹紧压力可高达20个大气压，只要基片/升华染色组合体能够承受这种升高的夹紧压力。
在基片1的温度已经升到所要求的温度一段时间之后，还是通过压缩空气阀452和压缩空气管道450使袋式压力机404中的压力释放。接着用拉力弹簧406将传导加热板402缩回到图4B所示的位置。然后，将压印板组件204′从热成像单元400中取出到图4A所示的位置，在前次的印刷基片冷却之后已重新装载的压印板组件204准备好插入热成像单元400中。
在本发明的这个实施例的应用中，80密耳的Sintra薄片被用作基片1。Sintra薄片通过放置在被动冷却装置12上，然后在上面叠加染料载体3来成像，如图所示。接着将框架216下放到Sintra薄片和染料载体3上，以薄膜16覆盖它们。在这个实施例中，Viton含氟弹性材料薄片被用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空间之后，继续进行如前面所介绍的处理。在本例中，Sintra薄片在285°F的温度下被处理5-7分钟。在此第一热事件之后，进行如前面所介绍的冷却处理。
虽然前面介绍的本发明实施例采用滚轮系统如滚轮220，将压印板组件204和204′滑动地位于热成像单元的下面，本发明的原理允许采用其它方法来使压印板204和204`位于热成像单元400下面。这些方法包括但不限于，将一个或多个压印板组件204竖直移动到相对于热成像单元400适当的位置，然后转动这些压印板组件204使其位于热能头400下面。此外，虽然可以手动将压印板组件204滑动到相对于热能头400的适当位置上，但是本发明的原理允许使用定位件(未示出)来实现压印板组件204的可滑动定位。这类定位件的实例包括但不限于，气压缸、液压缸、齿轮、螺纹传动装置、齿轮传动装置、索缆、链条、电动线圈、机电装置、以及本领域中普通技术人员已知的其它定位方法。
现在参见图5A-5B、6和7，图中示出了采用主动冷却系统的本发明的另一个实施例。同样，工作台202、热成像单元400和真空系统240基本上与前面介绍的相同。然而，这一实施例采用主动冷却装置550以取代前面介绍的被动冷却装置12。根据本发明的一个实施例，主动冷却装置550由导热平板如铝板构成，并设有与冷却系统520相连的至少一个内部空腔551。冷却系统520包括将主动冷却装置550连接到冷却源522的管道524和阀门526。
冷却源522可以采用本领域中普通技术人员已知的任何一种冷却或冷冻方法。作为非限制性的实例，这类冷却方法包括但不限于使用冷却液流和气流，将过冷液体如液氮引入空腔551中，然后使膨胀气流通过小孔从空腔551排出，从而实现主动冷却装置550的冷却。
利用本实施例进行的方法是这样实现的在压印板组件204已经插入热能头500并与传导加热元件502对齐后，通过阀门452和压缩空气管道450将压缩气体流如压缩空气流引入袋式压力机404的内部，使袋式压力机404膨胀而向下推动传导加热元件502与薄膜16密切接触。通过维持袋式压力机404中的压力可使传导加热元件502与薄膜16保持密切接触。这一压力可以通过压力调节器来维持或调节，压力调节器未在图中示出。
在本实施例中，传导加热元件502的加热是通过对来自油加热器560的热油进行控制流动来进行的，热油通过热油管道562引入传导加热元件502内部503。热油流是通过热油阀门来控制的。回油管路(未示出)使冷却的油从传导加热元件502返回油加热器560中。热电偶212测量薄膜16下面的温度。
当薄膜16下面的温度达到所要求的升华温度之后，通过在第一热事件或加热期间持续流动的热油流可保持在该温度。然后，通过阀门452将袋式压力机404中的压力释放，拉力弹簧406向上缩回传导加热元件502，压缩袋式压力机404。接着通过冷却水管道524和冷却水阀门526将可控冷却水流从冷却源522引入主动冷却装置550的内部空腔551中，以实现快速冷却的第二热事件。回水管路(未示出)使温水返回冷却源522以重新冷却。而且，用热电偶212测量基片1的温度，当基片1恢复到基本上刚性的状态时，通过冷却水阀门526关闭进入主动冷却装置550的冷却水流。于是结束第二热事件或冷却过程。
此时，压印板组件204通过通道450从热成像单元500中滑动地缩回，并通过真空阀248和真空管道246使维持基片1和染料载体3上夹紧压力的真空释放。然后，将框架216从压印板10上提起，并将染料载体3和带有所要求图像的基片1从主动冷却装置550的顶上取下。然后，如上面所介绍的那样，可以将压印板组件204′插入热成像单元500中并重复处理过程。压印板组件204中可以重新装载另一个空白基片1和染料载体3，然后在前面介绍的真空夹紧处理之后，可以将准备好的压印板组件204插入热成像单元500中。
图8示出了还有一个可供选择的实施例。本实施例与图7所示实施例类似，但存在以下差异在本实施例中不使用主动冷却装置550，加热和主动冷却都是通过热板802进行。除了可以通过薄膜16对基片1和染料载体3进行加热和主动冷却之外，热板802与图7中所示的传导加热板502类似。这是通过以下方法来实现的为了对热板802进行加热，通过由热水阀门806控制的热水管道804将可控热流体，如百分之五十的乙二醇和水的混合物，引入热板802的内部空腔803中，这种混合物在下文中有时称作“水”。
这种加热流体可以用炉子、锅炉或本领域中普通技术人员已知的其它流体加热方法来加热。而且，为了达到高温并且热流体不沸腾，本发明的原理允许提高加热系统中的压力来防止热流体沸腾。继续进行如前面所介绍的处理，直至达到第一热事件所要求的持续时间。此时，用热水阀门806关闭通过热水管道804的热水流。然后，通过由冷却水阀门526控制的冷却水管道524将冷却液，如冷却水流，引入热板802的内部空腔803中，本实施例中的冷却水可以是前面介绍的水和乙二醇的混合物。这样可以使热板802快速冷却而转变为冷却板。此时可以用冷却的热板802对基片1和染料载体3进行冷却，直至基片1恢复到基本上刚性的状态。然后，如前面所介绍那样的继续进行处理。
在本发明的这个实施例中，60密耳的Kydex薄片用作基片1。Kydex薄片通过放置在压印板10上，然后在上面叠加染料载体3来成像，如图所示。接着将框架216下放到Kydex薄片和染料载体3上，以薄膜16覆盖它们。在本实施例中，覆盖有丁基橡胶的帆布片用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空间之后，继续进行如前面所介绍的处理。在本例中，Kydex薄片在335°F至370°F的温度下处理5到10分钟。在第一热事件之后，将冷却流体引入热板802的内部803，从而使Kydex薄片基本上冷却到室温。
本实施例还可以使用分开的加热板和冷却板，可设在同一个热成像单元中，或设在分开的加热单元和冷却单元。这些单元基本上是相同的，其唯一区别是所采用的板的类型不同，即可以是加热板也可以是冷却板。
图9示出了本发明的还有一个实施例。图9所示设备基本上与图8中示出的设备相同，但增加了被动冷却装置12。因此，应当认识到本实施例采用了主动冷却和被动冷却两种方式。不光使用热板802还使用被动冷却装置12的优点在于，使用被动冷却装置12可以使由第一热事件传输到压印板10的任何不希望有的热量减到最少。
图11A-F、12和13示出了本发明的另一个实施例。本实施例使用压印板组件1000，类似与于前面介绍的压印板组件中至少一种。然而，压印板组件1000设计成能容纳具有基片叠层1003形式的若干个基片-染色薄片对。在图11A中，基片1和染料载体3如前面所介绍的那样装入，其中染料载体3带有用前面介绍的染料升华油墨印上去的图像5。然后，装入基片1和染料载体3交替层直至形成具有要求厚度的基片叠层1003，如图11B所示。
在本实施例中，压印板组件1000包括基本上与前面介绍的压印板相同的压印板1001，但还结合了将框架1010固定到压印板1001的一些夹紧装置，如图11C所示。框架1010基本上与前面介绍的框架类似，但是带有夹紧到压印板1001上的装置。在图11A-F、12和13所示的实施例中，夹紧是通过将若干个螺栓1020穿过设在框架1010周边的孔中然后穿过设在压印板1001周围的配合孔中来实现的。然后，螺母1022拧到每个螺栓1020上从而将框架1010固定到压印板1001，从而将基片叠层1003固定在薄膜16下面。虽然本实例中通过使用若干个螺栓和螺母的简单方法将框架1010和压印板1001夹紧在一起，但是本领域中的普通技术人员应当认识到还可以采用各种已知的具有同样功能的夹紧方法。这些夹紧方法包括但不限于专用夹具、过中心夹具、楔形物、C形夹具和其它螺纹夹具、棘轮夹具、卡钩、磁铁夹、电磁夹紧机构等类似的装置。本发明可以采用所有这些已知的夹紧方式。
框架1010夹紧到压印板1001上之后，如图11D所示，通过抽真空口14施加真空，该真空形成前面介绍的在20的夹紧气压。在20施加夹紧气压之后，在22施加热能以提高基片叠层1003的温度到要求的升华温度。该夹紧气压在成像过程中一直保持在基片叠层1003上在成像过程进行平衡，直到成像处理后想要取下基片叠层1003时。在经过要求的染料升华成像时间之后，在24使热能消除，使各基片1能够恢复到基本上刚性的状态。然后，将螺母1022从螺栓1020上取下，从压印板1001和框架1010中抽出螺栓1020，并将框架1010从压印板1001上取走。使得能够将基片叠层1003从压印板1001上取下并将叠层分成各个基片1和染料载体3。此时，如前面所介绍的那样，由反像5形成的图像已经转印到基片叠层1003的若干个基片1上。
本发明的这个实施例能够有很长的成像时间。延长的成像时间带来了优点和难题。一个优点是可在基片的整个厚度上成像而得到特别丰富和清楚的图像。这种情况下的难题是要将图像限制在一个基片上。长时间成像会使染料从一个基片迁移到另一个基片。这不但会导致分辨率和对准精度的损失，而且还会在基片叠层的若干个基片上形成不均匀的图像。
为了防止染料在基片之间迁移，可以将染料挡板插入各个基片-染料载体对之间。通过在基片1和相邻基片的染料载体3之间放置这种染料挡板如一金属箔层，可以防止染料迁移。具有同样功能的染料挡板层可以通过在染料载体3上与图像相反一侧形成一层染料挡板，比如通过层压金属箔层，来实现。
在图11A-F中公开的压印板组件1000可以与前面介绍的任何一种设备一起使用，而且利用这种压印板组件可以大批量地处理基片材料。可实现这种大批量生产的装置使用至少一个而且最好是若干个可移动的压印板架1200。
本实施例中的压印板架1200采取可移动搁架单元的形式，带有至少一个而且最好是若干个搁架1210，用来容纳至少一个而且最好是若干个压印板组件1000。由于在本发明的染料升华法整个热事件过程需要利用施加到抽真空口14的真空来维持夹紧气压，所以通过真空软管1204将若干个抽真空口14连接到真空罐1220，使得压印板组件1000能够从装载区域转移到成像区域。这些区域在图13中示出。
图13中示出了能够容纳至少一个而且最好是若干个压印板架1200的炉子1300。当所要求数目的压印板组件1000和压印板架1200已经容纳在炉子1300的中部后，将炉门1302关紧，并使炉子1300中的温度升高到足以对基片叠层1003中的若干基片进行热成像处理。这一温度同样可以用插在薄膜16下面的热电偶来监控。
当达到要求的成像温度并保持所要求的成像时间之后，可以使若干个压印板组件1000冷却以实现本发明染料升华成像法的第二热事件。冷却可以通过将压印板架1200从炉子1300中取出使压印板架1200和压印板组件1000通过自然空气循环冷却的简单方法来实现。或者，可以对其中装有压印板组件1000的压印板架1200进行主动冷却处理。这种主动冷却可以通过将压印板架1200插入制冷机或是浸入冷却流体槽来实现。或者，当炉子1300具有冷却能力时，可以利用炉子1300来实现主动冷却步骤。
在本发明的这个实施例的应用中，80密耳的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)薄片用作基片1。这些ABS薄片是通过将染料载体3和染料挡板层1003叠加到每一薄片的顶上来成像的。接着将这些ABS薄片放置在被动冷却装置12的顶上。然后放下框架1010，用薄膜16覆盖这些基片-染料载体-染料挡板叠层。在这个实施例中，硅橡胶薄片用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空间之后，继续进行如前面所介绍的处理。在本例中，ABS薄片在300°F的温度下处理三个小时。在此第一热事件之后，如前面介绍的那样进行冷却处理。
应当认识到本实施例中被动冷却装置12的使用是可选的。
图14A-E示出了本发明的还有一个实施例。本发明的这一实施例采用真空装袋方法来实现前面所介绍的真空夹紧。图14A中示出了真空袋或封袋600。真空袋600可以由各种不透气的耐热柔性材料制成。这类材料的实例包括但不限于硅橡胶片、丁基橡胶片、耐热塑料和其它聚合物、以及浸渍织物。一种特别适合制作本发明真空袋600的材料是可以从地址为宾夕法尼亚州18220-0210，Dlano市Lakeside大街，邮箱210的GEM Polymer公司买到的2密耳厚的高级尼龙薄片。这种材料可耐超过400华氏度的温度，而且可以通过定制的袋子的方式或是作为用户用来加工的薄膜卷的方式提供。
为了将真空袋600的内部抽真空，装有穿过的真空探头602。真空探头602以真空密封的形式穿过真空袋600并连接到真空源(未示出)，用来将真空袋600内部抽成真空。任何已知的真空探头都可以使用，一种真空探头是可从位于华盛顿州98001，Auburn市，第22西北大街1435号Torr Technologies公司得到的VP36型真空探头。当然也可以使用其它的真空探头。
成像叠层640是这样构成的将染料载体3叠加在基片1上，如前面所介绍的那样。然后将由铝箔构成的染料挡板652放置在染料载体3的顶上。或者，可以在染料载体3上与图像相反一侧层压或印制一层染料阻挡材料如金属箔。还可以将若干个成像叠层640再进一步叠加起来以形成成像主体650。
成像主体650可以选择性地包含一个或多个附加层654。这些附加层的实例包括但不限于加强板和压力均平层。作为非限制性的实例，加强板可以用夹板、金属片以及包括蜂窝板的复合材料制成。压力均平可以使用耐热的弹性泡沫垫或其它弹性材料来实现。同样，作为非限制性的实例，这种耐热泡沫材料是一层膨胀的硅橡胶泡沫材料。
当成像主体650形成之后，将其插入真空袋600的开口604中，如图14B所示。然后，如图14C所示，在606将开口604密封起来。密封606可以通过本领域中普通技术人员已知的任何一种真空密封方法来实现。同样，作为非限制性的实例，这类密封包括用密封压出胶、接合剂、胶带、胶合剂、夹具等将开口604的相邻部分热粘合起来，在把开口604的至少一部分卷到自身上后封闭开口604，然后用夹子夹紧该部分。另外，前面介绍的一些封闭方法可以使用密封化合物、油灰或粘稠物来实现所述的真空密封。
当形成真空袋600的密封606之后，在620通过真空探头602将真空袋600抽成真空，形成真空成像封装670。使用真空源(未示出)来实现这种抽真空。成像封装670的抽真空可以使用真空管道(未示出)，真空管道在成像过程中保留在原位，或者可以使用装有真空止回阀的截止阀。后一种选择使得能够在成像过程中将成像封装670从真空源上取下。
在成像封装670形成之后，对其加热进行前面介绍的第一热事件。在本发明的一个实施例中，加热是这样进行的，将成像封装670插入炉子700中，然后关闭炉门702，并将炉子700的内部加热到要求的成像温度。成像封装670在炉子700中保留要求的成像时间，然后将其冷却进行第二热事件。成像封装670的冷却可以如前面所介绍的通过从炉子700中取出成像封装670通过在自然空气循环中冷却来实现。或者，可以通过引入冷却气体、流体或空气流到成像封装670的周围，或是通过将成像封装670浸入冷却液中，来冷却成像封装670。
当完成成像之后，释放成像封装670中的真空，打开密封606，取出成像主体650，然后将其分成许多成像基片1。
在本发明的这个实施例的应用中，多个30英寸乘60英寸的40密耳聚碳酸酯薄片通过形成成像主体650进行成像的。成像封装670是通过将真空袋600基本上抽成完全真空而形成。然后，将成像封装670插入炉子700中，并在265°F下加热三个小时。成像之后，将成像封装670从炉子700中取出，并使其在自然空气循环下冷却。冷却之后，释放真空并将成像主体650分开成各个基片，如前面所介绍的。
前面介绍了根据本发明的染料升华成像周期中的热事件和用来控制这些热事件的操纵台。下面参考图15来进一步说明这些概念。图15是采用主动冷却方式的染料升华成像周期中温度与时间的关系曲线。
图15还包括表示完成染料升华成像周期所需的若干个控制动作的时间线。在时刻T1，将至少一个基片-染料载体对装入至少一个压印板中，如前面所介绍的。此时，基片-染料载体对的温度是环境温度。在时刻T2，将真空施加到压印板组件204的若干抽真空口14上以产生前面介绍的夹紧气压。然后，在时刻T3，将压印板组件204装入设备的热成像单元中。在时刻T4，通过薄膜16将热量施加到染料载体3和基片1上。在时刻T5，已经达到要求的染料升华温度。T4和T5之间的时间间隔表示将基片1和染料载体3的温度提高到要求的染料升华温度所需时间。因此，应当认识到T4-T6构成本发明的第一热事件。在时刻T6，已经达到要求的染料升华时间间隔，而T5和T6之间的时间表示这一间隔。在时刻T6，停止加热，并立即在T7对基片1和染料载体3进行冷却。在时刻T8，基片已经冷却到基本上刚性的温度而停止冷却。因此，应当认识到T7-T8表示本发明的第二热事件。然后，在时刻T9，将压印板组件204从热成像单元中取出。在时刻T10，解除薄膜16下面的真空，释放薄膜对基片1和染料载体3的夹紧压力。在时刻T11，可以将基片-染料载体对从压印板10上取下，并重新装入新的基片-染料载体对以开始另一个染料升华成像周期。
所述控制动作中的一个或多个可以手动、遥控或自动进行。手动控制动作的一个实例是操作员手动操作控制元件如前面介绍真空、加热或冷却阀门。遥控动作是操作员使用遥控装置如开关驱动遥控电动阀门来启动控制动作。自动控制动作是时序装置根据预定时间间隔或状态指示来启动控制动作。这种状态指示的实例是由热电偶212监测的温度，不但可以实现在T4和T5之间倾斜向上的温度以及在T7和T8之间倾斜向下的温度，而且还可以用来交替开启和关闭加热控制阀门以维持T5和T6之间规定的温度。
通过上述对成像时间、夹紧压力、成像温度、以及冷却时间的讨论，应当认识到本发明在这些变量的很大范围内都是适用的。任何给定的成像方法都具有很高的特殊性并且可以依靠经验来确定，但一般来说，对于大多数塑料基片，本发明的成像温度在200°F-600°F之间；更具体地在225°F和400°F之间，还更具体地在250°F和370°F之间。
类似地，已经证明对于本发明的某些实施例来说成像时间在15秒至12小时之间是有利的。成像时间在一分钟至一小时之间更为有利。对于某些成像方法，成像时间在90秒至15分钟之间比较适宜。
类似地，0.25大气压至20个大气压的成像压力是有利的。特别地，压力从0.5个大气压至5个大气压，更特别地，对于各种塑料基片来说0.7个大气压至1.5个大气压的成像压力比较适宜。
现在参考图16A-16H，图中示出了根据本发明的用来在基片，通常是固体塑料基片上连续形成染料升华图像的方法。图16A中示出了下压印板，上面叠加有基片61。在“A”，将上面印有染料升华图像65的染料载体63放置到基片61上，并使图像65与基片61接触。图16B中示出了叠加在成像对67上面的上压印板组件72，其中成像对67由基片61和染料载体63构成。如图所示，这里的上压印板组件72包括加热元件74和上压印板76。
图16C中，在“C”将连续的夹紧压力施加到上压印板组件72上。这种夹紧压力还连续通过成像对67而施加到下压印板70上。在本说明书和权利要求中，连续的夹紧压力被定义为对进行转印图像的基片的所有部分的空间连续压力。这种连续的夹紧压力在要转印图像的基片上不会形成任何空间间隙。这种连续的夹紧压力可以在5-50磅/平方英寸之间。特别地，这种连续的夹紧压力可以在9-20磅/平方英寸之间。这种连续的夹紧压力也是均匀的，使得每一压力点具有相同的压力。在施加夹紧压力“C”之后，如图16D所示在“D”将热量施加到加热元件74和上压印板76上，从而将热量施加到成像对67上。这种加热包括用来在基片1中形成染料升华图像的第一热事件。
第一热事件或加热过程在规定的温度下施加到成像对67上规定的时间。加热的程度及其持续时间因具体应用而大不相同。一般来说，可以加热到基片的玻璃态转化温度以上。基片在玻璃态转化温度TG以上将失去其刚性。
在施加第一热事件或图16D所示的热量“D”之后，进行第二热事件，如图16E所示。在此热事件中，通过冷却元件78使上压印板组件72中的热量消除，如“E”所示。在此处理阶段，加热元件74被冷却元件78取代。
夹紧压力“C”在第一热事件和第二热事件的过程中以及在这些步骤之间都一直保持，如图16D和16E所示。而且，应当认识到第二热事件或冷却步骤“E”可以在规定温度下进行规定的时间，这取决于所处理材料的种类。在此步骤，可以将基片冷却到玻璃态转化温度以下。基片在玻璃态转化温度以下是刚性的。
在第二热事件后，将夹紧压力“C”从上压印板组件72上去掉，接着向上缩回上压印板组件72，如图16F所示。然后，将成像对67从下压印板70上取下，如图16G所示。接着可以将成像对67分开为染料载体63和基片61。基片61此时带有图像65，如图16H所示。应当认识到当如图16F所示已经缩回上压印板组件72之后，图16G和16H中示出的步骤可以相反的顺序进行。
现在参见图17，图中示出了一种用来实现本发明方法的设备7100。在下文中有时称作“连续染色转印成像设备”的该设备安装在由支腿7101支承的框架组件7102上。框架组件7102可以是热轧、冷轧或挤压成型的钢材制成的焊接件。当然也可以用其它材料制成。下压印板组件70安装在框架组件7102上。
在本实施例中，下压印板组件70包括支承下滑板7106的下压印板7104。本发明的一个实施例使用带有玻璃增强塑料上下表面的六角元铝芯复合夹心板作为下压印板7104。这种板是可从堪萨斯州Wichita市Burnham复合材料公司得到的Fiber-Lok No.2330夹心板。用这样的板制成的下压印板具有特别低的热容量，这有助于提高设备效率。
下滑板7106最好是用相对于下皮带7108表现出低摩擦系数的材料制成，如后面所要介绍的。下皮带7108形成围绕下压印板组件70、下从动滚轮7110和下驱动滚轮7112的连续环。下皮带7108装在框架7102中，而且在其返回路径上可选择性地由一个或多个下回程滚轮组件7114支承。利用驱动装置7200可使下皮带7108沿“M”所示方向移动，这将在后面介绍。
回程滚轮组件7114和7136可以是有动力或无动力的。这主要与生产规模有关在此介绍的较大型设备最好采用有动力的回程滚轮组件以促进皮带的移动。在所示实例中，回程滚轮组件7114和7136是无动力的，并且由装有轴承的支承座构成，其中轴承支承装有回程滚轮的惰轮轴。当要求一个或多个回程滚轮组件7114和7136是有动力的时，动力可以通过回程滚轮链条(未示出)从适当的下驱动链轮7208和上驱动链轮7214中得到。也可以使用本领域中普通技术人员已知的其它滚轮驱动机构。
上压印板组件72在框架组件7102内可移动地叠加在下压印板组件70上。利用一个或多个压印板定位装置7116可使上压印板组件72相对于下压印板组件70的移动限制在垂直于下压印板组件70平面的方向上。
在本发明的一个实施例中，压印板定位装置7116包括定位柱7118和定位支承7120构成。根据本实施例，用冷轧钢制成的定位柱7118固定在框架组件7102的下水平导轨7123和上水平导轨7125之间。这种固定可以使用焊接、机械紧固件或本领域中普通技术人员已知的其它固定方法。
定位柱7118可滑动地容纳在定位支承7120中。定位支承7120可以由简单的衬套如含油青铜衬套构成，或者可以采取滚球轴承组件的形式。也可以使用可减少载荷下滑动摩擦的其它支承方法。定位支承7120固定在上压印板组件72上，因此使上压印板组件72能够沿垂直于下压印板组件70的方向移动，从而使上压印板组件72和下压印板组件70保持对准。上压印板组件72包括上滑板7122、加热元件74、冷却元件78，而且在加热元件74和冷却元件78之间最好加入绝热体7124。也可以使用本领域中普通技术人员已知的其它定位方法。这些方法包括但不限于采用液压致动装置、气压致动装置、剪刀撑、滑动对接块、杠杆、曲拐、索缆、电磁致动装置、齿轮传动装置等。
适当的热传输方法的实例包括但不限于电阻加热，比如通过将电阻丝嵌入上皮带7134和下皮带7108中或是加在上皮带7134和下皮带7108的上面或下面；将蒸汽加到上皮带7134和下皮带7108的表面上；将包含蒸汽、火焰或热流体的热气流施加到上皮带7134和下皮带7108的表面上；或者将辐射能施加到上皮带7134和下皮带7108上。这种辐射能的实例包括但不限于用红外线灯施加的红外线能，以及紫外线辐射或微波辐射。
用来施加热能的另一种可供选择的方法是将导热源如热板加在上皮带7134和下皮带7108的表面上。而且，可以用任何一种已知的加热方法如前面介绍的那些方法来加热热板，包括将热流体或热气流引入热板的空心内部中。本发明的一个优选实施例采用传导加热和冷却，如图17所示。
这一实施例使用传导加热板作为加热元件74。在本实施例中，可以用本领域中普通技术人员所知的任何方法加热加热元件74，这些方法包括但不限于电阻丝加热；将加热气体或流体引入加热元件74的空心内部中；传导加热板的辐射或对流加热；一种或多种气体流的明焰加热，以及可控制地加热导热金属板的其它任何方法。在附图所示实施例中，加热元件74是局部空心的扁平铝板，带有至少一个迷宫通道。在该图所示实施例中，加热元件74通过管道和阀门与包含油循环泵的燃油加热器(未示出)相连。因此在要加热传导加热板时，燃油加热器可形成通过加热元件74内部迷宫的可控热油流。可以通过热油阀和热油管道(未示出)对热油流进行恒温控制，使加热元件74保持在要求的温度或要求的温度范围内。
利用压力机7126将上压印板组件72推到下压印板组件70上。在本发明的一个实施例中，压力机7126采取袋式压力机的形式。已经发现采用这种气袋压力机可以在上压印板组件72的整个表面上形成十分均匀和连续的夹紧压力，从而使染色转印图像的形成变得更加均匀。上述袋式压力机和气压夹紧系统利用气体压差来提供夹紧力。这种气体压差系统能提供均匀的压力，而且使基片和图像载体的加热和冷却更加容易，因为气体可以具有较低的热容量。当然也可以使用其它压紧方法。作为非限制性的实例，这些可供选择的压紧方法包括使用液压机、机械压力机、电磁致动器、以及本领域中普通技术人员已知的任何一种线性致动或推动装置。
虽然压力机7126将压力施加到上压印板组件72并使其向下移动，但是当设备不使用时最好还是将上压印板组件72提升到下压印板组件70的上方。因此，可以选择性地使用比如在上压印板组件72和上水平导轨7125之间的提升装置来使上压印板组件72向上移动。这些提升装置包括但不限于弹簧、气压缸、液压缸、伺服电动机、平衡重物、螺纹或齿轮装置、包括电磁铁的磁铁、以及本领域中普通技术人员知道的所有其它升降方法。
连续上皮带7134布置在上滑板7122的下表面并且围绕上驱动滚轮7130和上惰辊7132。上皮带7134容纳在框架7102中，而且在其返回路径上可以选择性地由一个或多个上回程滚轮组件7136支承。利用驱动装置7200可使上皮带7134沿“N”所示方向移动，这将在后面介绍。
上皮带7134和下皮带7108应当具有足够的强度以防止基片61在染料升华周期的热事件过程中产生翘曲，这些热事件能够进行染料升华成像和除去染料载体，如后面将要介绍的。
上皮带7134和下皮带7108所应具有的其它特性是不仅应与基片61和印在染料载体63上的可升华染料化学相容，而且还应与染料升华成像过程中从基片61或染料载体63中逸出的气体副产物化学相容。
在本发明的一个实施例中，上皮带7134和下皮带7108中至少一个的表面上轻微地形成纹理以提供穿过上皮带7134和下皮带7108与染料载体3之间界面的连续真空通道，使得不会在皮带和染料载体之间形成气泡。这些气泡会妨碍染料载体63均匀和连续地夹紧到基片61上。
为了能平滑地围绕本发明的这些滚轮、惰轮和滑板移动，上皮带7134和下皮带7108最好用柔性材料制成。由于本发明的成像法进行快速温度变化，而且还要保持在高达600°F的温度下，所以还要求皮带不仅是耐热的，而且还能够承受在高低温度之间重复的热循环，不会硬化、开裂、破坏结构完整性或损失前面介绍的任何特性。
通过上述讨论，应当认识到许多材料都适合用作上皮带7134和下皮带7108。这类材料的实例包括但不限于硫化橡胶、硅树脂、丁基橡胶、聚合物、含氯聚合物、含氟聚合物、以及其它天然或人造的弹性材料片。
当本发明原理应用于小型设备如用来制作证章的设备时，上皮带7134和下皮带7108与上滑板7122和下滑板7106、以及上驱动滚轮7130和下驱动滚轮7112之间的摩擦可以忽略。而当应用于较大型的设备如用来在四英尺乘八英尺甚至更大的塑料片上形成图像的设备时，必须考虑这些部件之间的摩擦。
在这类大型设备中，必须使皮带和滑板之间的摩擦系数尽可能地低。与此相反，皮带和成像对之间的摩擦应当足够高，使得能够在设备的进料口侧夹住成像对而将其拉入设备中。
为了实现这些目的，上皮带7134和下皮带7108的其中一个或两个可以由两层构成与滑板7122或7106接触的一层具有较低的摩擦系数，而与成像对67接触的另一层具有较高的摩擦系数，因此较低的摩擦系数小于较高的摩擦系数。这样理想的结果可以通过制成具有两层的皮带来实现，其中每一层具有不同的摩擦系数。根据本发明的一个实施例，皮带7134和7108由层压有一层杜邦的TyvekTM的帆布带制成，帆布带接触并拉住成像对，而TyvekTM使与对应滑板的摩擦减小。为了进一步减小滑板/皮带对之间的摩擦，可以加工或涂覆滑板的接触表面，在本发明的一个实施例中，这可以通过用抛光不锈钢薄片制成至少一个滑板7122和7106来实现。在另一个实施例中，将杜邦的TeflonTM涂覆到皮带和滑板的至少一个上以进一步减小摩擦。还可以使用本领域中技术人员已知的其它减小摩擦的方法。
与此相反，皮带与驱动滚轮7130和7112之间的摩擦应当很高，使得能够精确可靠地驱动皮带通过所述设备。这可以通过将至少一个驱动滚轮7130和7112的表面弄粗糙来实现。或者，这可以通过在驱动滚轮7130和7112的表面上形成嵌齿来实现，这些嵌齿与设在皮带7134和7108边缘上的一串孔啮合，与大家都知道的35毫米照相软片非常相象。还可以使用本领域中技术人员已知的其它增大摩擦的方法。
现在参见图18，图中示出了本发明设备7100的前视图。视图示出的本发明设备的这一面显示出设备的进料口以及回程滚轮组件7114和7136的某些细节。从图18中可以看到，皮带7108和7134向内部移动，如“N”和“M”所示。而且在这两个方向上皮带的前进速度是精密相配的，因此皮带7108和7134同步移动。所以，当通过压力机7126将压力施加到上压印板组件72上之后，皮带7108和7134的动作可用来夹住排列好的成像对67并将其拉入设备7100中，还可以在成像周期的第一和第二热事件中对成像对保持连续的压力，最后，还可以在成像周期的第一和第二热事件中使染色转印薄片63与基片61保持对齐。
在本图中还示出了与回程滚轮组件7114和7136的构造有关的细节。在这种无动力回程滚轮组件7136的实例包括支承座7135，里面装有可转动地支承回程滚轮轴7137的轴承，回程滚轮7139安装在回程滚轮轴7137上。回程滚轮组件7114具有类似的结构。
图19示出了根据本发明这一实施例的设备7100的出料口或后侧面。同样，可以看到皮带7134和7108在图像处理的这一阶段沿所示“N”和“M”方向移动，用来使成像对穿过所述设备并释放夹紧压力。通过这种方法，能够以连续的方式使由基片61和染色转印薄片63构成的成像对67通过设备7100并成像。
图19中还示出了与驱动装置7200有关的细节。在该附图所示的本发明实施例中，驱动装置7200包括旋转动力源如电动机7202，其输出轴连接在电动机链轮7204上。电动机链轮7204通过下传动链条7206和下驱动链轮7208使下驱动滚轮7112转动。下驱动链轮7208通过下传动轴7209使下驱动滚轮7112转动。下传动轴7209的两端可转动地安装在轴承组件7211中。
中间传动链轮7210还安装在下传动轴7209上。中间传动链轮7210通过上传动链条7212使上驱动链轮7214转动。应当认识到在本发明的这个实施例中，下驱动链轮7208、中间传动链轮7210以及上驱动链轮7214的大小相同。通过这种方式，使上下皮带7134和7108的前进速度相配，因此上下皮带同步移动。
为了使上下传动皮带7134和7108之间产生反向转动，采用一对换向齿轮，即第一换向齿轮7216和第二换向齿轮7218。第一换向齿轮7216由上驱动链轮7214驱动。第一换向齿轮7216与第二换向齿轮7218啮合而产生所需要的反向转动。而且，应当认识到第一换向齿轮7216和第二换向齿轮7218的大小相同，以保持上皮带7134和下皮带7108之间的等速移动。
在基片已经冷却到玻璃态转化温度以下之后，可以去掉夹紧压力，然后将图像载体从基片上取下。在取消压力之前将基片冷却到玻璃态转化温度以下的温度，使夹紧压力能够防止基片产生翘曲，并且使得可以更加容易地将图像载体从基片上取下。
接下来可以将基片重新加热到275°F和400°F之间的温度，使得能够对基片进行热成形。当基片某区域伸长超过40％时，可对基片进行热成形。45-60％之间的伸长率不会使伸长区域中的图像变淡(使图像强度显著降低)。图20是得到的带有图像2050的基片61的顶视图。可以将基片61加热到玻璃态转化温度以上进行热成形延伸，然后将其冷却。图21示出了已经被加热和热成形延伸大约50％后的基片61。50％的延伸率被定义为最终长度比原始长度大了约50％。图像2050也延伸。由于升华图像染入基片上若干毫米，所以可以认为伸长的图像至少具有原始图像75％的强度。人们普遍认为这种伸长不会明显降低图像强度(使图像变淡)，因此伸长的图像的强度甚至可以超过原始图像强度的90％或99％。图22是区域长度为LR的基片61的侧视图。基片61被加热到玻璃态转化温度以上并热成形弯曲，使得区域长度LR增大超过50％，如图23所示。本发明的升华图像在此区域中不会明显降低图像强度。
从加热区域到冷却区域设置的连续压力有助于形成所要求的图像。尽管理论上不成立，可以认为由于基片从加热区域传送到冷却区域时压力没有消除，所以提高了图像质量。而且，如果先取消压力，然后在基片和图像载体从加热区域传送到冷却区域后再重新施加压力的话，图像质量将会降低，且更难将染料载体从基片上取下。还可以认为连续压力有助于防止基片在至少一个方向或所有方向上产生收缩、扩张、突出或翘曲。基片的收缩、扩张、突出和翘曲还可以通过本发明所要求的较低温度和较低压力来限制。连续压力还可以在加热和冷却周期中保持基片与染料载体之间的相对位置。
虽然在本实施例中用上皮带和下皮带来形成使基片沿某一路径移动的输送系统，但是在其它实施例中可以使用别的输送系统。
图24是本发明另一个实施例的示意图。电脑系统2404提供打印指令给电脑打印机2408。电脑打印机2408可以是喷墨打印机、激光打印机或其它类型的电脑打印机，能够打印来自自电脑的数字图像，在染料载体2412上形成染料升华染料的图像。在本实施例中，打印机2408的打印速度足够快，使得能将染料载体直接送入连续图像转印系统2416中。进料滚轮2420将基片薄膜2424提供给连续图像转印系统2416。基片薄膜2424和染料载体2412被连续压力系统2428的连续压力压在一起。在连续压力系统2428的第一部分中，基片2424和染料载体2412被加热器2432加热到升华温度，该温度高于基片的玻璃态转化温度。基片2424和染料载体2412接着移动到连续压力系统2428的第二部分中，在那里基片2424和图像染料载体2412被冷却器2436冷却到低于基片2424玻璃态转化温度的温度。接着将基片2424和图像染料载体2412从连续压力系统2428中取出，其中基片2424与染料载体2412分开并被放置到输出滚轮2440上。用过的染料载体也可以收集在载体输出滚轮2444上。如上面所介绍的那样，连续压力系统2428从加热直至冷却之后都提供连续的压力。载体输出滚轮2444可以是带动力的用来帮助输送基片和染料载体通过连续压力系统2428，使载体输出滚轮2444成为传送装置的一部分。
喷墨打印机能够形成便宜的染料升华墨水图像。用电脑打印机如喷墨打印机打印的图像使得用户不必存储和运送任何带有图像的染料载体。而是在有需要时立即将图像打印到染料载体上。由于打印在染料载体上的染料升华油墨是不经久的，易受湿度和温度的影响，所以最好不要存储和运送这种物品。可以将大量的数字图像存储在电脑2404上或输送到电脑中，而且可以用电脑对数字图像进行处理以形成定制图像，使得系统能够提供大量可升华到基片上的可用图像而无需任何存货。电脑打印机能够将不同的数字图像和定制的数字图像从电脑打印到染料载体上。
可以将得到的基片薄膜2424层压到较厚的基片上，使图像位于基片薄膜和较厚的基片之间，或者可以将得到的带有图像的基片薄膜2424放入注射塑模中，使图像对着模具的内部。可在图像转印到基片薄膜上之后，但在基片薄膜放入模具之前对基片薄膜2424进行成形，使预成形的薄膜能够更加容易地放到模具中。接着可以将塑料注入注射塑模中。图像将升华到注入的塑料中，而基片薄膜可以起到图像保护层的作用。使塑料和基片薄膜冷却然后从模具中取出。一般来说，这种基片薄膜应足够透明，图象可通过基片薄膜看到。
在另一个实例中，可将染料载体放入注射塑模中，使图像对着注射塑模的内部。接着可以将塑料注入模具中。使塑料冷却然后从模具中取出。然后可以将染料载体从塑料上取下，使升华图像留在塑料中。
图25A和25B示出了适用于本发明实施例的电脑系统900。图25A示出了电脑系统的一种可能的实物形态。当然，电脑系统可以具有许多物理形态，从集成电路、印刷线路板、小型手提装置到庞大的超级计算机。电脑系统900包括监视器902、显示屏904、机箱906、磁盘驱动器908、键盘910和鼠标912。磁盘914是电脑系统900中用来输入和输出数据的电脑可读介质。
图25B是电脑系统900方框图的一个实例。连接在系统总线920上的是各种子系统。处理器922(也被称作中央处理器或CPUs)连接到包括存储器924的存储装置上。存储器924包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本技术领域中众所周知的，ROM用来单向传输数据和指令到CPU，而RAM一般用来以双向方式传输数据和指令。这两种存储器可以包括下面所要介绍的任何适当类型的电脑可读介质。固定磁盘926也以双向方式连接到CPU922；它提供了额外的数据存储容量而且也可以包括下面所要介绍的任何电脑可读介质。固定磁盘926可以用来存储程序、数据等，而且一般来说是速度低于主存储器的辅助存储介质(如硬盘)。应当认识到保留在固定磁盘926中的信息在适当的情况下可以以标准方式加入存储器924的虚拟存储器中。活动磁盘914可以采取下面所要介绍的任何一种电脑可读介质的形式。
CPU922还连接到各种输入/输出设备如显示屏904、键盘910、鼠标912和扬声器930。一般来说，输入/输出设备可以包括视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触控式显示器、转换卡阅读器、磁带或纸带阅读器、图形输入板、输入笔、语音或笔迹识别器、生物测定读取器、或其它电脑。CPU922可以选择性地通过网络接口940连接到另一电脑或远程通信网络。借助于这种网络接口，在进行上面所介绍方法的各步骤中CPU可以从网络接收信息或是输出信息到网络中。而且，本发明的方法可以单独依靠CPU922执行或是可以在网络如国际互连网上与远程CPU一起执行，远程CPU可分担一部分处理工作。
而且，本发明的实施例还与带有电脑可读介质的计算机外部存储产品有关，这些产品包括用来执行各种电脑运算的计算机代码。介质和计算机代码可以是专门为本发明设计和构造的，或者也可以是计算机软件领域中技术人员所熟知的类型。电脑可读介质的实例包括但不限于磁介质，如硬盘、软盘和磁带；光介质，如光盘只读存储器(CD-ROMs)和全息照相装置；磁光介质，如可光读软盘；以及专门设计成能存储和执行程序代码的硬件装置，如专用集成电路(ASICs)、可编程逻辑器件(PLDs)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机代码的实例包括机器代码比如由编译器产生的代码以及含有高级编码的文件，这些文件通过电脑中的解释器来执行。电脑可读介质还可以是通过计算机数据信号传送的载波形式的计算机代码，它代表可由处理器执行的指令序列。
图26是本发明另一个实施例的流程图。首先在电脑上选择数字图像。图27是电脑2704的示意图。可以将数字图像存储在电脑2704上或输送到电脑中，而且可以用电脑对数字图像进行处理以形成定制图像，使得系统能够提供大量定制图像。从电脑发出指令到打印机2708以打印所选择的图像(步骤2608)。一般来说，电脑打印机如喷墨打印机和激光打印机从电脑接收指令并将其中用计算机数据表示的数字图像翻译和打印出来。这种数据可以用像素点或光栅点表示，或者可以用向量格式表示。打印机2708将选择的数字图像2712打印到基片薄膜2716上(步骤2612)。打印机2708使用升华染料将数字图像2712打印到基片薄膜2716上。在本实例中，基片薄膜2716以分开的薄片提供。在另一个实施例中，基片薄膜可以是一卷连续薄膜。接着将基片薄膜2716层压到目标基片上，并使图像2712升华到目标基片上(步骤2616)。
图28是基片薄膜2716在层压装置2808中被层压到目标基片2804上的示意图。在本实例中，层压装置2808是热层压装置，包含上压印板2812、下压印板2816和加热装置2820。上压印板2812和下压印板2816形成压力机构，可将基片薄膜2716压紧到目标基片2804上，因此图像2712位于基片薄膜2716和目标基片2804之间。加热装置2820加热薄膜基片2716和目标基片2804以形成热层压。加热还可以用来使图像2712升华到目标基片2804中，因此层压和升华是同时进行的。然后可以将层压起来的带有升华图像的薄膜基片2716和目标基片2804从层压装置中取出并加以冷却。
最后得到的产品是具有染料升华图像的目标基片，并带有薄膜基片覆盖保护层。这种薄膜基片可以至少是半透明的，使得能够看到染料升华图像。可以用图20-23所示方式对所得到的产品进行加热和热成形(步骤2620)。这种染料升华图像可防止图像变淡。
或者，层压可以通过冷层压装置2908来进行，如图29所示。这种冷层压装置2908可以包括上压力机构2912和下压力机构2916，用来将基片薄膜2716的图像2712侧压紧到目标基片2904上。可以用粘合剂代替加热来形成层压。接着可以将层压起来的基片薄膜2716和目标基片2904放入升华装置3008中。上压印板3012和下压印板3016可以夹紧基片薄膜2716和目标基片2904，而加热器3020提供产生染料升华的热量。
上述热层压装置2808和冷层压装置2908还可以用来将带有升华图像的基片薄膜层压到较厚的基片上，如前面所介绍的。
可以用于上述实施例的塑料基片包括聚氯乙烯(PVC)、聚氟乙烯(PVF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚脂、聚碳酸酯、丙烯酸混合物、通用电气公司的LexanTM、通用电气公司的ValoxTM、Atoglas Solar KoteTM、PlexiglasTM、杜邦公司的TedlarTM、以及KoradTM聚合物挤塑产品。
上述对本发明若干实施例的讨论示出了这些实施例组成部分的排列顺序或空间布置。应当认识到它们只是作为实例而非限制性的，在本发明范围之内可对其进行修改。
最后，虽然某些塑料基片作为实例在此示出，但是本发明可用在很多种不同的塑料上进行成像。因此，本发明的原理可应用于各种塑料，而在此示出的实例只是用于说明而非限制性的。
本发明是参考某些优选实施例进行具体说明和介绍。但是，本领域的普通技术人员应当认识到在不违背如所附权利要求所述的本发明精神和范围的情况下，可以对其形式和细节作出许多修改和变化。具体地，可以将在此介绍的本发明许多特征和优点的其中一种或多种应用于各种染料升华设备中。
虽然已经在此示出了本发明的一些可供选择的实例，但是所属领域的技术人员应当认识到对各组成部分的排列方向、加热和冷却方法、夹紧方法、以及压印板组件的定位和分度移动方法可以采用具有同样功能的其它方法来实现。类似地，虽然在此公开的本发明说明书介绍了在固体塑料片中形成染料升华图像的方法，但是所属领域的技术人员应当认识到本发明的这些原理可应用于各种基片，包括天然和人造的物质，如薄膜和聚合物涂层材料，包括聚酯。本发明的原理对于所有这些可供选择的方法都是适用的。
权利要求
1.一种用染料载体在基片上形成染料升华图像的方法，所述染料载体上带有用可升华染料形成的图像，所述方法包括以下步骤将所述染料载体的所述图像对着所述基片的第一表面放置；将所述染料载体加热到升华温度；在加热所述染料载体之后将所述染料载体冷却到凝固温度；和在所述加热和冷却步骤及其之间施加连续压力到所述基片的所述第一表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括沿具有第一部分和第二部分的路径输迭所述基片和染料载体，所述加热是在所述染料载体和基片处于所述路径的所述第一部分时进行，而所述冷却是在所述染料载体和基片处于所述路径的所述第二部分时进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连续压力在所述基片的所述第一表面的每一点上提供5-50磅/平方英寸的压力，所述基片将升华有图像。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述连续压力可防止所述基片在所述加热和冷却过程中产生收缩、扩张、突出和翘曲。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述连续压力可防止所述基片在所述加热和冷却过程中沿各个方向产生收缩、扩张、突出和翘曲。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的方法，其特征在于，所述升华温度在玻璃态转化温度以上。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的方法，其特征在于，所述凝固温度在所述玻璃态转化温度以下。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的方法，其特征在于，所述连续压力是由气体压差提供。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤加热所述基片；将所述基片热成形为成形物品；和冷却所述成形物品。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的方法，其特征在于，所述染料载体的所述加热和冷却是在连续处理设备中进行。
11.一种通过染料载体在基片的第一表面上形成染料升华图像的设备，所述染料载体带有可升华染料形成的图像，所述设备包括加热器，用来将所述染料载体加热到升华温度；冷却器，用来在所述染料载体加热到所述升华温度之后冷却所述染料载体；和连续压力系统，用来将所述染料载体的所述图像压在所述基片的所述第一表面上，其中，所述连续压力系统在所述加热和冷却过程及其之间施加连续压力到所述基片的所述第一表面上。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，还包括用来沿具有第一部分和第二部分的路径移动所述基片和染料载体的传送装置，所述加热器靠近所述路径的所述第一部分，而所述冷却器靠近所述路径的所述第二部分。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述传送装置包括上传送带；和下传送带。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述上传送带和所述下传送带同步移动。
15.如权利要求11-14中任何一项所述的设备，其特征在于，所述连续压力系统向所述基片的所述第一表面的每一点提供5-50磅/平方英寸的压力，所述基片将升华有图像。
16.如权利要求11-15中任何一项所述的设备，其特征在于，所述连续压力系统可防止所述基片在所述加热和冷却过程中产生收缩、扩张、突出和翘曲。
17.如权利要求11-16中任何一项所述的设备，其特征在于，所述连续压力系统可防止所述基片在所述加热和冷却过程中沿各方向产生收缩、扩张、突出和翘曲，所述冷却器是被动冷却系统。
18.如权利要求11-17中任何一项所述的设备，其特征在于，所述升华温度在所述玻璃态转化温度以上。
19.如权利要求11-18中任何一项所述的设备，其特征在于，所述凝固温度在所述玻璃态转化温度以下。
20.如权利要求11-19中任何一项所述的设备，其特征在于，所述压力系统利用气体压差来提供连续压力。
21.一种形成带有升华图像的成形物品的方法，包括以下步骤形成带有图像的染料载体；将所述染料载体的所述图像对着基片的第一表面放置；在连续处理设备中将所述染料载体加热到所述基片的玻璃态转化温度以上；在所述连续处理设备中将所述染料载体冷却到所述基片的所述玻璃态转化温度以下；将所述染料载体从所述基片上取下，其中，所述图像已经升华到所述基片的所述第一表面上；加热所述基片；将所述基片热成形为成形物品；和冷却所述成形物品。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述基片的模制成形会使所述基片的某区域延伸超过40％，且所述升华图像不会变淡。
23.一种在塑料基片上形成升华图像的方法，包括以下步骤在电脑上选择数字图像；利用电脑打印机在染料载体上用染料可升华油墨打印所选择的数字图像；将所述染料载体的所述图像对着基片的第一表面放置；在连续处理设备中将所述染料载体加热到所述基片的玻璃态转化温度以上；在所述连续处理设备中将所述染料载体冷却到所述基片的所述玻璃态转化温度以下；和将所述染料载体从所述基片上取下，其中，所述图像已经升华到所述基片的所述第一表面上。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述基片是基片薄膜。
25.如权利要求23-24中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述基片薄膜层压到较厚的基片上。
26.如权利要求23-25中任何一项所述的方法，其特征在于，还包括从加热前直至冷却后在所述基片的所述第一表面的每一点上提供5-50磅/平方英寸的压力，所述基片上将升华有图像。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述连续压力可防止所述基片在所述加热和冷却过程中沿各个方向产生收缩、扩张、突出和翘曲。
28.一种在层压基片上形成升华图像的方法，包括以下步骤提供第一侧带有图像的薄膜；将所述薄膜的所述第一侧层压到基片上；和使所述图像升华到所述基片上。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述形成带有图像薄膜的步骤包括将所述薄膜放置在打印机；和将所述图像打印在所述薄膜的所述第一侧上。
30.如权利要求28-29中任何一项所述的方法，其特征在于，所述提供带有图像薄膜的步骤还包括在电脑上选择数字图像；和发送指令到所述打印机打印所述数字图像。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述选择数字图像的步骤包括定制数字图像。
32.如权利要求28-31中任何一项所述的方法，还包括热成形所述薄膜和基片。
33.如权利要求28-32中任何一项所述的方法，其特征在于，所述将薄膜第一侧层压到基片上的步骤和所述使图像升华到基片上的步骤是同时进行的。
34.一种利用所述方法形成的带有升华图像的层压基片，所述方法包括以下步骤提供第一侧带有图像的薄膜；将所述薄膜的所述第一侧层压到基片上；和使所述图像升华到所述基片上。
35.如权利要求34所述的层压基片，其特征在于，所述提供带有图像薄膜的步骤包括将所述薄膜放置在打印机；和将所述图像打印在所述薄膜的所述第一侧上。
36.如权利要求35所述的层压基片，其特征在于，所述形成带有图像薄膜的步骤还包括在电脑上选择数字图像；和发送指令到所述打印机打印所述数字图像。
37.如权利要求36所述的层压基片，其特征在于，所述选择数字图像的步骤包括定制数字图像。
38.如权利要求34-37中任何一项所述的层压基片，还包括热成形所述薄膜和基片。
39.如权利要求34-38中任何一项所述的层压基片，其特征在于，所述将薄膜第一侧层压到基片上的步骤和所述使图像升华到基片上的步骤是同时进行的。
全文摘要
本发明提供了一种在基片上形成染料升华图像的方法，这种方法使用的染料载体上带有可升华染料形成的图像。染料载体的图像对着基片的第一表面放置。基片和染料载体沿具有第一部分和第二部分的路径输送。在所述路径的第一部分和第二部分以及它们之间施加连续的压力到基片的第一表面。在所述路径的第一部分将染料载体加热到升华温度。接着，在路径的第二部分将染料载体冷却到凝固温度。
文档编号B41M5/025GK1511209SQ02810536
公开日2004年7月7日 申请日期2002年3月29日 优先权日2001年3月29日
发明者J·C·德拉克, R·埃泽尔特, R·W·肖, J C 德拉克, 肖, 蠖 申请人:弗雷斯科塑料有限责任公司