用于光泽控制的喷墨uv钉扎的制作方法

用于光泽控制的喷墨uv钉扎的制作方法
【专利摘要】光泽被控制在印刷系统之内的UV喷墨印刷中。控制的钉扎能量被用来调节在墨滴、基底、和油墨层之间的油墨相互作用的量，导致基本上消除光泽条带和从约85的光泽度到约5光泽度的成品光泽度的控制。
【专利说明】用于光泽控制的喷墨UV钉扎
【背景技术】【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷墨印刷。更具体地说，本发明涉及一种用于光泽控制的喷墨UV钉扎。
[0002]背景领域说明
[0003]印刷系统的某些类型适合于在大规模的基底(如博物馆展览、广告牌、帆，总线板和横幅)上打印图像。一些这样的系统在按需喷墨印刷上使用所谓的墨滴。在这些系统中，夹持住一组打印头的滑架横跨基底的宽度进行扫描，而当基底移动时打印头沉积油墨。
[0004]溶剂基油墨有时被用在这些系统中，其中在将油墨沉积到基底上之后，红外干燥器被用于干燥溶剂。使用溶剂基油墨的系统能够打印在柔性基底上，如PVC材料和增强的乙烯基。然而，溶剂基油墨通常被认为是不能使用用于在刚性基底(如金属，玻璃和塑料)上打印。因此，为了在刚性基底以及柔性基底上进行打印，辐射固化的油墨，如UV固化油墨通常是优选的。对于这些系统中，油墨被沉积到基底上，然后被在打印后阶段中固化。例如，在油墨的沉积之后，将基底移动到固化站。油墨稍后被固化，例如，通过将其暴露于UV辐射。在其它系统中，用于固化的UV辐射源被直接安装在同一个承载一组打印头的滑架。
[0005]UV喷墨点增益是很难控制的参数。沉积到基底上的油墨，直到它被UV能量固化，可以通过取决于油墨和基底的表面张力和表面能量扩展或收缩发生反应。滴对滴的相互作用也使点增益和光泽控制的情况复杂。相互作用的时间段是这样的，相对于固化光源的各种颜色和打印头位置导致差别光泽条带，令人讨厌的打印缺陷(artifact)。
[0006]纠正这个时间对光源的问题的方法已经被提出并实施。例如，Ink Jet Printerwith Apparatus for Curing Ink and Method (美国专利号 6,145,979)描述了一种方法用于通过使用与打印机滑架一起移动的镜子或后固化光源延长、均匀喷墨打印机的时间到光源的方法。
[0007]Image Forming Apparatus Having a Plurality of Printing Heads (美国专利号 7,152,970)描述了定位UV固化光源相邻于每一打印头的颜色以均衡打印头和颜色之间的时间到光源的方法。
[0008]Digital Ink Jet Printing Method and Apparatus and Curing RadiationApplication Method(美国专利号7，837，319)描述了应用第一和第二强度UV固化能量的方法，每一个都以恒定的时间在基底上的所有位置被应用。
[0009]用于减轻差别光泽条带的另一种方法是使用钉扎(又名设置)，低UV能量(固化能量的5%的数量级)的应用以在应用到介质之后尽快冻结或凝胶介质上的墨点，其中它们稍后被由高强度UV福射进行固化。这种方法的例子在Systems and Methods for Curinga Fluid (美国专利号6，739，716)中被公开，它描述了两种被应用作为喷墨油墨的引导两个不同的功率水平到基底上的UV固化光源或反射器。其结果是，冻结被应用的每一层油墨，以便禁止油墨层之间的相互作用的。[0010]Method of Printing Using Partial Curing by UV Light (美国专利号 7,152,969)同样描述了钉扎以允许很多遍的油墨应用而无需滴对滴的互动。
[0011]本申请的受让人(EFI)拥有该领域中的两项专利！Apparatus and Method forSetting Radiation Curable Ink (美国专利号 6,457,823)和 Radiation Treatment for InkJet Fluids (美国专利号7，600，867)，两者都旨在抑制墨对墨或墨对基底的相互作用。
[0012]控制油墨交互以由时间到光源、钉扎和固化减少光泽带打印缺陷的方法仍可导致因其他因素的打印缺陷。短的时间到光源或钉扎导致用厚墨的低点增益是由于小圆点的大小建立和色彩的损失。光泽条带仍然存在由于墨滴的双向沉积，从而导致其定向观看相关的物理反射率。

【发明内容】

[0013]在印刷过程中，可UV固化油墨必须在其已经沉积在基底上之后的很短时间内进行固化，否则具有正点增益的墨可伸长和流洞，或具有负点增益的墨可能堵塞。安装在滑架的UV辐射源能够以足够高的能量发射辐射以在这样的时间范围内固化油墨。然而，显著的功率量必须被提供给UV辐射源以使其能够发射这些高能量。典型的UV辐射源是非常低效的，因为大多数所发射的辐射是不可用的。所发射的辐射的相当大的比例不被使用，因为该源以跨越一频谱的波长发出辐射，其比可用频谱宽得多。此外，为了确保所需的辐射量被发送到油墨，滑架必须以中等速度跨越基底，即使打印头是能够以高得多的滑架速度沉积油墨到基底上。
[0014]因此，理想的是，为了设置或预固化而不是完全固化油墨，因为油墨沉积在基底上，从而使油墨不会扩散或堵塞，即使它仍然是在准流体状态，即，油墨没有完全固化。这种布置需要较少的功率，并且，因此，有利于使用更小的UV射源。此外，较低的能量输出需求可允许滑架以更高的速度运行。因此，可以以更高的速度打印图像，从而导致更高的吞吐量。
[0015]本发明的实施例实现用于设定沉积在基板上的辐射固化型油墨的装置和方法。具体地，在本发明的一个方面，喷墨打印系统包括UV能量源，其发射UV辐射以聚合或钉扎由一个或多个喷墨打印头沉积到基底上的流体。该流体可以是UV固化油墨，或者流体可以是任何其它类型的并不一定包含染料或颜料的可聚合流体。
[0016]本发明的一个实施例使用受控的钉扎能量来调整墨滴、基底和油墨层之间的油墨相互作用的量，从而基本上消除了光泽带和从约85的光泽度到约5光泽度的成品光泽度的控制。这是在UV喷墨印刷中的显著特征，即能够在打印系统内控制光泽。
[0017]本发明因此提供在设置(又名钉扎)和固化UV墨的技术中的显著改善。也就是说，通过控制钉扎能量，滴对滴的相互作用的量可以以允许最终图像的被控制的成品光泽或亚光含量的程度被控制。这种光泽控制的另一个好处是，光泽带或差别光泽带的众所周知的劣迹已显著降低。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是显示专有油墨(v3.1油墨)的光泽与最大印刷光源能量的图表；
[0019]图2是打印机的立体图，其包括钉扎光源用于结合本文中所公开的发明使用；[0020]图3是图2中所示的打印机的示意框图；
[0021]图4是显示v3.1油墨的平均光泽与钉扎能量的图表；
[0022]图5是显示v3.1油墨的光泽与按颜色的LED管脚的图表；
[0023]图6是显示v3.1油墨的光泽与按颜色的汞弧针能量的图表；
[0024]图7是显示光泽与钉扎光源类型和油墨类型的图表；
[0025]图8是显示3种油墨的光泽度与汞电弧能量的图表；
[0026]图9是显示3种油墨的光泽度与LED能量的图表。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供了设置(又名钉扎)和固化UV墨的技术中的显著改善。也就是说，通过控制钉扎能量，滴对滴的相互作用的量可以以允许最终图像的被控制的成品光泽或亚光含量的程度被控制。这种光泽控制的另一个好处是，光泽带或差别光泽带的众所周知的劣迹已显著降低。
[0028]米尔斯等人的Radiation treatment for ink jet fluids,美国专利号 7,600,867 (2009年10月13日)(通过引用其全文并入本文)公开了一种用于设定沉积在基底上的辐射固化型油墨的装置和方法。具体地，在一个方面，一种喷墨打印系统包括发射脉冲UV辐射以聚合流体的UV能量源，其由一个或多个喷墨打印头沉积在基底上。在某些情况下，由能量源发射的辐射是可调节的。能量源发射低能量UV辐射以设置流体，以及更高的能量UV辐射以固化流体。在某些情况下，流体首先被设置并随后被固化。因此，已知的是使用不同水平的能量来设置流体，并通过共同的辐射源来固化流体，但并不控制钉扎来影响最终图像的完成的光泽或亚光含量。
[0029]与此相反，本发明的实施例在此由钉扎能量的控制来管理喷墨滴相互作用(光泽)。先前，钉扎被用来防止喷墨滴与低UV能量的应用相互作用。本发明的一个优选实施例中通过调整应用的钉扎能量的量允许UV油墨滴的相互作用的控制。此处提及的钉扎或设置要冻结或胶凝油墨以防止相互影响。
[0030]图1是Iv图表，显不专有油墨(v3.1油墨)的光泽与最大印刷光源的能量。如图1所示，这对应于高于50毫瓦的亮度等级。墨滴交互控制的区域是低于50毫瓦。可以从图1中看出，在光泽值和钉扎光源能量之间存在直接关系。发明人发现与本文中并在此教导一技术，该技术利用一关系来控制UV喷墨印刷中的光泽。对于本发明的目的，用于测量光泽度的仪器是BYK-Gardner micro-TR1-光泽度仪，由马里兰州哥伦比亚市21046-2729，河流园II，吉尔福德路9104号的美国BYK-Gardner出售的目录编号4446的产品。光泽度是在85度角被测量。该仪器能够测量在20、60和85度角测量，并符合DIN67530，IS02813和ASTM D-523，其定义测量镜面光泽的方法。本领域技术人员将会理解，其它仪器可以用于结合本文中所公开的本发明的实践一起测量光泽度。
[0031]图2是包括与本文所公开的发明一起使用的钉扎光源的打印机的立体图。示例性的打印机20适于在各种基底上打印图像。典型基底是聚氯乙烯(PVC)和增强的乙烯基，其可以被设置在剥落的背衬上以暴露压敏粘合剂。打印机能够在柔性以及非柔性基底(例如，金属，玻璃和塑料)之上印刷。沉积在基底上的油墨是UV可固化的。也就是说，油墨含有粘合剂和着色剂，以及光引发剂和表面活性剂。表面活性剂是存在于油墨中以确保油墨是稳定的，当处于液体状态时。粘合剂一般由单体和低聚体的混合组成，而光引发剂是用于催化聚合反应，在聚合反应期间，单体和/或但具体连接在一起以被成为聚合物粘合剂。聚合反应通常是通过自由基反应过程发生。当来自UV光源的能量接触光引发剂时，光引发剂分解单体和/或低聚体中的双键。这将产生新的是自由基的分子，其与其他自由基链接在一起，直到长链聚合物经历终止反应，或自由基被耗尽。在这一点上，粘合剂现在是固定着色剂(由颜料和/或染料组成)至基底的聚合物的固体膜。
[0032]典型的打印机包括以下部件(未示出):基部、移动基底通过打印系统的输送皮带、和连接到基部的导轨系统。滑架24被连接到导轨系统。滑架固定一系列喷墨打印头和一个或多个辐射源，如UV辐射源，并且被连接到一个带，其环绕一对设置在轨道系统的任一端上的滑轮。滑架马达被耦合到滑轮中的一个且在打印过程中转动该滑轮。这样，当滑架马达使滑轮旋转时，滑架直线地来回沿轨道系统移动。
[0033]在图2中，打印机20包括打印头23的阵列和紫外线辐射源，即针光源21和固化光源22。在本发明目前优选的实施例中，单独的针光源和固化光源的使用，尽管这种布置对于实施本发明是没有必要的。这在下面结合图3的讨论进行更详细地解释。在一些实施例中，UV辐射的单一光源发出这样的UV辐射以由多个喷墨打印头实现钉扎和聚合沉积在基底上的打印流体以固化所述印刷流体。在一些实施例中，这种单一的源是包括多个光源LED阵列，当光源是相对于基底的前缘的尾光源时，其中每个所述光源被调制到一个低的，受控制的能量水平以固定(针扎)在基底上的打印流体，以及当光源变成相对于所述基底的前缘的引导光源时，其中每个光源被以增加的能量电平调制以固化印刷流体在基底上。
[0034]打印头和UV辐射源被安装到滑架上。UV辐射源被连接到并被定位在滑架框架的任一侧上。一系列的在所需喷墨打印头23上的墨滴也安装在滑架框架上并被定位在UV辐射源之间。在实施例中，该系列喷墨打印头包含一组黑色(K)打印头，一组黄色(Y)打印头，一组品红(M)打印头，以及一组青色(C)打印头。各组打印头被定位在基本上与滑架沿其横越的轴正交的轴的任一侧上。在一个实施例中，打印头被设置成使得在印刷过程中的黑色打印头首先沉积黑色油墨，稍后黄色打印头沉积黄色油墨，并伴随来自品红打印头的品红油墨的沉积，最后青色打印头沉积青色油墨。这些颜色单独和组合地被用来在基底上形成期望的图像。因此，该图像是由具有无油墨或一至四个油墨层的区域所构成。例如，该图像的绿色区域是通过沉积两层墨，即，黄色和青色油墨层而产生的。以及图像的强烈的黑色区域是通过分配所有四色，即青色、品红、黄色和黑色产生的。正因为如此，这种强烈的黑色区域是由四个油墨层构成。
[0035]虽然图像的某些区域由油墨的多个层制成，并且所有的四组打印头可以同时沉积油墨到基底上，仅一层的油墨在给定时间被沉积在基底上，随着滑架扫描穿过基底，其被定位在各自组的打印头的下面。随着油墨被施加到基底上，本发明的实施例在选定的时间应用选定能量的量以选定的时间间隔至钉光源以钉扎油墨从而防止光泽。固化光源被用于实施油墨固化和钉光源，以及固化光源的使用都可以被协调以优化打印质量。
[0036]图3是图2所示的打印机20的示意框图。在图3中，打印头23的阵列被固定在滑架(未示出)。在图3所示的实施例中，6个打印头被提供给在CMYK印刷方案中的每个颜色，其中每个打印头具有本机180dpi的分辨率。这意味着，图3的示例性打印机可以以180、360、540、720、900和1080dpi的分辨率进行操作。本领域技术人员将会理解，本发明可以使用打印头的任何期望的布置在任何选定的分辨率进行实施。
[0037]在图3中的箭头表示滑架运动方向(滑架运动方向)。在油墨其上被沉积的介质被移动经过打印头阵列，如图3的另一个箭头所示(介质运动的方向)。可以看出，介质首先通过钉扎光源21，然后前进到固化光源22。本领域技术人员将会理解，钉扎光源和固化光源的实际布置是打印机的设计和其它因素的函数。在这种布置的中变化都被认为是在本发明的范围之内。例如，固化光源可与钉扎光源集成；钉扎和固化光源可以被放置到介质和/或上述介质的一侧；等等。但是，目前优选的实施例放置钉扎光源在打印头的旁边以基于基底上的沉积立即稳定油墨滴；固化光源被放置在打印头阵列的端部，基底在油墨沉积后通过。因此，在本实施例中，基底行程的时间是受光源放置缓和的一个因素。也就是说，钉扎光源基于沉积稳定油墨，同时基底仍然被移动经过打印头阵列，并且为基底的任何部分在油墨沉积完成之后固化光源冻结墨滴。另外，单独的钉扎光源和固化光源的使用允许不同类型的光源被用于每个函数，从而优化了光源的函数。
[0038]典型参数
[0039]下面的讨论及所附表格和图示提供了在实施本发明的一个或多个实施例中使用的示例性参数。这些参数不是意图限制本发明的范围。
[0040]在本发明示例性实施例中，在下面表1中列出的光源和剂量可用于钉扎。这种光源的操作电路是已知的，例如，来自米尔斯等人的Radiation treatment for ink jetfluids，美国专利号7，600，867 (2009年10月13日)(通过引用将其全文并入本文)。
[0041]表1LED针扎光源比较
[0042]
【权利要求】
1.一种打印系统，包括: 打印头阵列，包括用于沉积打印流体到基底上以形成在所述基底上的图像的多个喷墨打印头；和 第一源，发射UV辐射以由所述多个喷墨打印头聚合所述沉积在所述基底上的所述印刷流体，所述多个喷墨打印头足以固定，但不足以固化所述打印流体； 用于调节由所述第一源发射的事实辐射的能级的结构，其中所述流体被选择性地由所述第一源固定以展现光泽所期望的程度或不足。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一源被定位成靠近所述打印头阵列。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一光源发射UV辐射，以由所述多个喷墨打印头聚合沉积在所述基底上的打印流体以固化所述印刷流体。
4.如权利要求3所述的系统，所述第一源包括LED阵列，所述LED阵列包括多个光源，其中当所述光源是相对于所述基底的前缘的尾光源时，每个所述光源被调制到低的、受控制的能量水平以固定所述印刷流体到所述基底上，以及其中当所述光源成为相对于所述基底的前缘的引导光源时，每个所述光源被调制在增加的能量水平以固化所述印刷流体到所述基底上。
5.如权利要求1 所述的系统，还包括: 第二源，其被定位成沿基底行程的轴远离所述打印头阵列，其发射UV辐射以由所述多个喷墨打印头聚合沉积在所述基底上的所述打印流体以固化所述印刷流体。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述能量水平在设置所述流体以展现高的光泽度的低水平和设置所述流体以展现低的光泽度的更高水平之间是可调节的。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述流体是油墨。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述第一源包括一个或多个UV光源。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述第一源包括一个或多个LED。
10.如权利要求1所述的系统，所述第一源包括一个或多个汞弧光源。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述打印头阵列包括滑架，其在基本上垂直于所述基底的所述运动方向的方向上进行扫描。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述滑架被构造为进行双向运动。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一源相对于所述滑架在基本上平行于所述基底的所述运动方向的方向上是可移动的。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述第一源包括安装到所述打印系统的滑架的一对光源，所述滑架被连接到轨道系统，以使所述滑架沿所述轨道系统移动以扫描整个所述基底。
15.—种打印系统,包括: 打印头阵列，包括用于沉积打印流体到基底上以形成在所述基底上的图像的多个喷墨打印头；和 源，发射UV辐射以由所述多个喷墨打印头聚合沉积在所述基底上的所述印刷流体； 其中所述流体被首先固定且随后被固化； 其中所述源包括固定液体的第一 UV和固化所述液体的第二 UV能量源，所述第一 UV源被定位成邻近所述打印头以及所述第二 UV源被定位成邻近于所述第一 UV能源的尾侧；其中由所述第一源发射的辐射的能量水平是可选择性地被调节，以选择性地用所述第一源固定所述流体以展现光泽所期望的程度或不足。
16.如权利要求15所述的系统，其中由所述第一源发射的辐射的能量水平被通过改变所述第一源的所述脉冲率来调节。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述流体是油墨。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述第一源包括一个或多个UV光源。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述第一源包括一个或多个LED。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述第一源包括一个或多个汞弧光源。
21.如权利要求18所述的系统，其中所述光源相对于所述滑架是可动的。
22.如权利要求18所述的系统，其中由所述第一源发射的辐射的能量水平在每平方厘米约5.8至约36毫瓦之间是可调的以在85度产生对应的约76.2至约37的光泽度。
23.如权利要求20所述的系统，其中由所述第一源发射的辐射的能量水平在每平方厘米约27至约250毫瓦之间是可调的以在85度产生对应的约73.8至约5.5的光泽度。
24.如权利要求15所述的系统，其中参数，除了辐射从第一源发射的辐射的能量水平，可选择性地调节以选择性地由所述第一源固定所述流体以展现光泽的期望的程度或不足，包括任何油墨的组成、光源管波长、照明光源时间间隔、光源阵的长度、提供给一个或多个光源的能量被增加的速率、提供给一个或多个光源的能量被减小的速率，和一个或多个光源的可选择性操作。
【文档编号】B41J2/01GK104023983SQ201280052612
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年8月25日
【发明者】约瑟夫·A·拉胡特, 德怀特·克拉姆, 约翰·达菲尔德, 彼得·西斯 申请人:图像电子公司