水印形成元件的制作方法

本发明涉及用于将水印形成在纸中的水印形成元件、包括这种水印形成元件的网笼罩、制造这种网笼罩的方法、使用这种网笼罩来造纸的方法和由该造纸方法制造的纸。

背景技术：

在许多安全文件中使用水印是相当普遍的。高安全性的多色调水印通常使用网笼工艺来形成，这些水印通常称为圆网水印。圆网水印通过改变纸纤维的密度而形成，使得在一些区域中纤维比原纸层的纤维更致密、而在其它区域与原纸层的纤维相比较不致密，所述原纸层围绕所述更致密的区域和较不致密的区域并且将该更致密的区域与较不致密的区域分开。当在透射光中观察时，较不致密的区域比原纸亮，而较致密的区域比原纸暗，并且这些反差可非常清楚地看到。不同类型的水印具有不同的优点。圆网水印(通常在压花网笼罩上形成)通常是图形图像(例如肖像)，并且可以非常详细和复杂，这显著降低了伪造的风险。

在圆网造纸中，纸是形成在覆盖网笼的部分浸没的金属丝网上，网笼在含有包括纸纤维的稀释悬浮液的纸浆的槽中旋转。当网笼旋转时，水被抽吸通过金属丝网，从而将纤维沉积到网笼表面上。当网笼罩的金属丝网被压花时，纤维以较小或较大的厚度分别沉积在压花的凸起单元和凹陷单元上，以便将三维水印形成在成品纸中。

在最终水印中的纸厚度变化是纤维在水被抽吸通过金属丝网时从压花网目的凸起区域移动到压花网目的凹陷区域的结果。纤维的运动以及因此在水印中的色调变化由排泄速率决定，且其取决于压花的轮廓。这使得能够很好地控制水印图案的灰度，从而产生在压花圆网水印工艺中所特有的精细色调范围。

传统的压花圆网水印必须在由金属丝网的物理特性所施加的限制内进行。对网笼罩的金属丝网压花降低了其强度，并增加了在造纸过程中损坏网笼罩和纸的风险。如果从深的压花区域到显著升高的区域有急剧的过渡，则情况尤其如此。此外，在复杂的图形水印中，由于压花期间而被施加在网笼罩自身上的应力而难以将非常浅的色调并置于非常深的色调附近。在压花中的侧壁的“垂直度”的极限值约为70％，以避免这些问题。但是，侧壁越垂直，图像就越清晰，因为在明暗区域之间有更大的反差。围绕这些问题的一个途径是将在压花模上使用过切，这为金属丝网的变形提供了空间。但是，通常很难调整水印图像以提供这样的过切。

水印图像分辨率还受到金属丝网的网目的粗度的限制。此外，金属丝网将标记叠加在纸上(因为它是编织结构)。这也可能损害水印图像的分辨率和清晰度。

这些限制中的一些可通过使用更细的金属丝来降低，但是这导致降低的网笼罩耐用性(由于更细的金属丝磨损得更快)。

使用压花圆网技术生产展现很大表面积的浅亮水印区域也是非常困难的。

用于产生均匀的浅色调区域(并提供增强的水印安全性)的另一种工艺是电铸工艺。在电铸工艺中，薄金属片(一般以图形或字母的形式)一般通过缝合或焊接施加到网笼罩的金属丝网上。电铸引起排泄和纤维沉积的显著减少，从而在纸中形成浅亮水印。以这种方式形成的电铸水印可以比压花圆网水印的最浅区域更浅。电铸工艺在造纸中是公知的，并已描述于例如us-b-1901049和us-b-2009185中。

因此，电铸水印是纸厚度均匀减小的纸区域。该区域通常相当小，并且纸厚度(纤维密度)的变化是非常明显的，以便产生非常浅亮的区域。电铸工艺的局限性在于，如果电铸版太大，则可能在纸上产生孔。电铸版的典型宽度在0.2至1.2mm之间，厚度在500和700μm之间，以避免这些问题。

上述两种类型的水印具有安全防伪的优点，并为纸提供数百年安全防伪的支柱。但是，两者均可能有弱点，并且与所有的安全装置一样，需要改进它们。一种方法是提供更复杂和技术要求更高的设计。

这些复杂的设计可能需要在同一设计中组合压花圆网水印与电铸水印(或水印区域)。例如，电铸版已被用于在压花圆网水印内产生非常亮的光亮部分。一个这样的例子是呈动物头部形式的水印，其中狮子的明亮眼睛是电铸水印。在透射中，所述眼睛将显得比由压花产生的水印部分显得更明亮，从而将提供由压花水印自身通常不能实现的对比度。

将电铸水印集成到压花圆网水印中的一个问题在于：难以将电铸版附接到网笼的金属丝网的起伏的压花区域上。电铸版所附接的具体区域必须是平坦的，这当然在起伏的结构中是有问题的。但是，用于将电铸版放置在金属丝网的压花区域内的过程是非常困难的。通常需要增强的平台或其他形式的支撑并且同时电铸版需焊接到金属丝网上，以便防止金属丝网以及压花的变形。任何变形都可导致水印设计受到损害。但是，由于压花的性质，通常情况下难以提供适宜的支撑。

将电铸版添加到压花网笼罩也是耗时的过程。这增加了制造用于生产的网笼罩的时间及其成本。制造用于压花圆网水印的网笼罩的过程已经很冗长了。一旦艺术作品创作出来，其必须转换成程序，该程序操纵铣床，以便生产压花模具。然后，压花模具被用于对金属丝网进行压花。

作为将电铸版用于在圆网水印中产生光亮部分的替代方案，能够将关闭在某些区域中的丝网开口以防止排泄。但是，这并不产生利用电镀版能够获得的清晰对比。

圆网造纸机通常用于制造一个或多个纸幅。纸幅随后被切割成中间纸页，然后通常进一步切割成用于制作文件的更小纸页。纸在其上形成的网笼罩的长度由要生产的纸幅的数量确定，其中，每个纸幅的宽度对应于一个中间纸页的宽度。通常，所述长度将使得能够生产三个纸幅。网笼罩的周长相当于数个中间纸页的长度。作为非限制性示例，可以存在三个纸幅和六个中间纸页，因此，网笼罩的表面积将对应于18(3×6)个中间纸页的表面积。由于每个中间纸页随后被切割成多个更小的安全文件，因此在每个中间纸页中产生的水印的数量必须使得在每个成品文件中产生需要的水印。因此，典型的网笼罩可以具有用于约700个文件的压花/电铸版。

但是，可能方便的是，每个纸幅具有不同的水印。这使得能够在单次制造中生产例如用于护罩的所有页面，所述所有页面在每一页面上都具有不同的水印。在不同纸幅上需要不同水印增加了制造网笼罩的复杂性，因为难以机械地放置它们。这也因给每个变体制作单独的模具或电铸版的费用而显著增加了成本。

为了使由压花的赋形表面形成的水印的明暗区域之间的差异最大化，希望控制压花的凸起部分和凹陷部分中的排泄。目前在凸起区域中通过降低排泄速率(即在形成过程中水通过金属丝网的速率)而实现这一点，降低排泄速率通常是通过将不可渗透的元件(例如金属板或塑料元件)放置在金属丝网的最内层而实现。金属丝网的编织结构仍然使得水能够通过其侧向排出，尽管速度降低。但是，径向排泄被不可渗透的元件阻挡。

在凹陷区域，通过提高整体排泄速率来实现控制，例如将真空施加到网笼罩，或通过在浆料水平之下启动排泄过程，例如通过使用网笼帘。另一种方法是增加成形表面的压花深度。但是，这使得网笼罩更容易受到损坏，可能导致难于将部分成形的纸释放到毯带(formex)上，毯带将纸从造纸机的湿端输送到压榨部。

两种解决方案都不是非常有效的。网下排泄限制受限于侧向排泄，其来源于金属丝网的3维结构。施加真空和网笼帘两者均同时影响凸起区域和凹陷区域，使得它们成为选择性排泄控制的粗略工具。

us-a-2010/0175843和us-a-2013/0092337提出了一种用于生产多色调水印的替代方法。在该方法中，代替压花网笼罩，穿孔的水印“插入件”被附接到提供多级浮雕的网笼罩。插入件可以被注射成型以便提供赋型表面穿孔。替代地，插入件被深拉或热冲压。

us-a-2013/0255896还提出了一种生产多色调水印的替代方法。在该方法中，将“部件”附接到网笼罩，该部件具有赋形表面和圆锥形穿孔，所述圆锥形穿孔从赋形表面延伸到相对的排泄表面。通过激光烧结法(例如slm或sls)制造该部件。

技术实现要素：

但是，总是需要改进形成水印的工艺。一个目的是提高水印的质量，特别是提高形成当前通过压花圆网水印和电铸水印所产生效果的能力，使得复杂的多色调的设计或图像能够形成为具有彼此相邻的鲜明对比的深浅区域。

另一个目的是提供一种用于生产网笼罩的方法，所述网笼罩使得每个水印或一些水印能够被单独地修改。

另一个目的是通过减少从产生艺术作品到完成网笼罩所花费的时间来改进生产网笼罩的工艺。

再一个目的是通过简化制造工艺来降低制造网笼罩的成本，同时保持由所得的网笼罩产生复杂的多色调设计或图像的能力，所述复杂的多色调设计或图像具有彼此相邻且鲜明对比的明暗区域。

又一个目的仍然是通过利用能够使用更便宜的材料并减少材料浪费的方法来降低网笼罩的生产成本。

因此，本发明提供了一种用于在纸中形成至少一个水印的水印形成元件，所述水印形成元件具有一体的本体，所述本体包括具有一个或多个水印形成区域的水印形成表面、以及排泄表面，所述水印形成元件具有多个排泄通道，所述排泄通道从所述水印形成表面中的前表面孔口延伸到所述排泄表面，其中，所述前表面孔口中的至少一些被成形为限定字母数字、符号或图形图像中的至少一种，所述水印形成元件还包括位于所述水印形成表面与所述排泄表面之间的过滤层，所述过滤层具有过滤层孔口，所述过滤层孔口的最大宽度小于限定字母数字、符号或图形图像中的至少一种的前表面孔口的最小宽度。

优选地，所述水印形成元件的形状是字母数字、符号或图形图像。

本发明还提供了一种用于在纸中形成至少一个水印的水印形成元件，所述水印形成元件具有一体的本体，所述本体包括具有一个或多个水印形成区域的水印形成表面、以及排泄表面，所述水印形成元件具有多个排泄通道，所述排泄通道从所述水印形成表面中的前表面孔口延伸到所述排泄表面，其中，所述前表面孔口被成形为限定至少两种不同的形状。

本发明还提供了一种用于在纸中形成至少一个水印的水印形成元件，所述水印形成元件具有一体的本体，所述本体包括具有一个或多个水印形成区域的水印形成表面、以及排泄表面，所述水印形成元件具有多个排泄通道，所述排泄通道从所述水印形成表面中的前表面孔口延伸到所述排泄表面，其中，所述水印形成元件的形状是字母数字、符号或图形图像。

优选地，所述前表面孔口中的至少一些被成形为限定字母数字、符号或图形图像中的至少一种。

优选地，由所述前表面孔口中的所述至少一些所限定的形状与所述水印形成元件的形状相同，或者连贯起来与所述水印形成元件的形状相关。

优选地，由所述前表面孔口中的所述至少一些限定的所述至少一种字母数字、符号或图形图像是负像的或者是正像的。

在一个优选实施例中，由所述前表面孔口中的所述至少一些限定的至少一种字母数字、符号或图形图像是正像的，并且由所述前表面孔口中的所述至少一些限定的至少一种字母数字、符号或图形图像是负像的。

优选地，所述水印形成元件由多个层形成，每个层设置有排泄孔口，每个层中的所述排泄孔口与任何相邻层中的排泄孔口至少部分地重叠，以便形成所述排泄通道。

优选地，每个层由多个子层形成。

优选地，所述层和/或子层被熔合在一起以便形成一体的本体。

优选地，所述水印形成元件通过3d打印形成。

所述水印形成元件可以由一种聚合物材料或多种不同的聚合物材料形成，或者由一种金属材料或多种不同的金属材料形成。

优选地，所述前表面孔口的最小横截面面积和所述排泄通道的任何一个截面的最小横截面面积为0.01mm²。

不同层中的排泄孔口的形状可以是不同的。

优选地，任意一个层可以具有横截面面积和/或形状不完全相同的排泄孔口。

优选地，所述前表面孔口的总横截面面积处在所述水印形成元件的总表面面积的1％至40％的范围内，优选地在15％至30％的范围内，更优选地在15％至25％的范围内。

所述层可以是平面的。

优选地，所述水印形成表面在所述一个或多个水印形成区域中被赋予一定形状，以便在形成于所述水印形成区域上的纸中提供色调变化。

在一个优选实施例中，所述排泄表面孔口的形状、尺寸、间距和/或分布在所述一个或多个水印形成区域内变化，以便在形成于所述水印形成区域上的纸中提供色调变化。

优选地，用于形成所述至少一种字母数字、图形图像或符号的所述前表面孔口的最小宽度处在0.1至5.0mm的范围内，更优选地处在0.3至3.0mm的范围内，最优选地处在0.3至1.0mm的范围内。

优选地，所述过滤层孔口37的宽度处在0.1至1mm的范围内，更优选地处在0.4至1.0mm的范围内。

从所述水印形成表面到所述过滤层的最大距离可以处在0.1至3.0mm的范围内，优选地处在0.3至2.00mm的范围内。

所述过滤层的厚度可以处在0.1至1.0mm的范围内，优选地处在0.3至0.6mm的范围内。

提供所述排泄表面的层的厚度优选地处在0.6至6.0mm的范围内，并且优选地处在1至3.0mm的范围内。

本发明还提供了一种用于制造具有至少一个水印的纸的网笼罩，所述网笼罩包括至少一个有孔层和附接至所述至少一个有孔层的至少一个水印形成元件。

优选地，所述水印形成元件位于在所述至少一个有孔层中形成的凹口中，或者位于在所述至少一个有孔层中形成的切去部分中。

替代地，所述水印形成元件位于在所述至少一个有孔层中形成的凹口中以及在另一个有孔层中形成的切去部分中。

本发明还提供了一种制造网笼罩的方法，其中，所述一个或多个水印形成元件由3d打印工艺形成。

所述一个或多个水印形成元件可以被形成并随后附接到所述至少一个有孔层上。

替代地，所述一个或多个水印形成元件直接形成在所述至少一个有孔层上。

本发明还提供了一种制造带水印的纸的方法，所述方法包括将纤维沉积在网笼罩上的步骤。

本发明还提供了由所述方法形成的纸。

本发明还提供了一种由这种纸制成的安全文件，所述安全文件包括钞票、护照、证书、票证等。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式来描述水印形成元件及其单元、网笼罩以及制造网笼罩、水印形成元件和纸的方法，附图中：

图1是用于形成网笼罩的金属丝网的一部分的截面；

图2a和2b是不同的水印形成元件的平面图；

图3a是图2a的水印形成元件沿着线iii-iii的截面侧视图；

图3b至3d是图2b的水印形成元件的截面侧视图；

图4是图2的水印形成元件的水印形成表面中的前表面孔口的平面图；

图5a和5b是沿着线v-v通过限定图4的前表面孔口的一对相邻的两个不同孔口限定构件的截面图；

图6a至6e示出了替代水印形成元件的结构；

图7a至7d示出了另一替代水印形成元件的结构；

图8至图17是附接到网笼罩的金属丝网上的又一替代水印形成元件的截面侧视图；

图18是单个水印形成元件的平面图；

图19是由图18的水印形成元件构成的嵌装图案的纸页部分；

图20是用于生产具有相同水印的多个文件的单个水印形成元件；

图21至24和26至28是不同水印形成元件的不同水印形成表面的各部分；

图25是另一替代水印形成元件；

图29和30是具有过滤层的水印形成元件的截面侧视图；

图31是图29和30的水印形成元件的水印形成表面的平面图，示出了底层过滤层；以及

图32是具有过滤层的替代水印形成元件的截面侧视图。

具体实施方式

应当注意，在以下描述具体涉及造纸的时候，这应被解释为指由任何纤维基材制造的纸，由天然纤维和/或合成纤维制造均可。

带水印的纸通常形成于部分浸没的网笼罩上(在造纸机的湿端处)，此时它在含有纸浆的槽中旋转。纸浆通常包括纸纤维的含水悬浮液，所述纸纤维可以是天然纤维、合成纤维或两者的组合。在网笼旋转时，水被抽吸通过金属丝网10，从而将纤维沉积到表面网11上。

典型的现有技术的网笼罩由多层金属丝网10形成，如图1所示。这些层通常由金属丝网或别的有孔表面制成。最外层(当金属丝网10缠绕在网笼周围时)被称为表面网11，下一层是背衬层，本文称为第一背衬层12。表面网11和第一背衬层12是通常设置有形成水印的压花13的层。这些层11、12之后通常是第二背衬层14，该层通常具有切去区域15，切去区域容纳压花13的向内突出的区域。最内层(当金属丝网10缠绕在网笼周围时)通常是不被压花或不被切断的第三背衬层16，其向叠覆的各层11、12、14提供总体支撑和强度。通常，表面网11具有最小的网孔，第三背衬层(最内层)16具有最大的网孔。

为了形成电铸水印，电铸版17可以用适宜的方法(例如焊接或软钎焊)附接到表面网11。

对于某些类型的压花13，支撑元件18可以插入在最后的压花层(在本示例中为第一背衬层12)与下一相邻层(在本示例中为第三背衬层16)之间。支撑元件18通常由其中钻有孔的不锈钢制造，以供排泄。这些支撑元件18不像电铸版17的方式那样提供排泄限制，而是被设置成在造纸过程中当网笼罩受到压力时帮助防止压花13变形。

作为使用现有技术的压花13和/或电铸版17的替代方案，可以通过使用水印形成元件20形成水印。至少一个水印形成元件20优选地附接到网笼罩的金属丝网10上。应当注意，就层11、12、14、16的数量而言，金属丝网10可以具有与图1相似的结构，金属丝网10也可以具有不同数量的层。水印形成元件20具有水印形成表面21。水印形成表面21的至少一部分可以具有赋形轮廓，类似水印压花13的表面，其提供一个或多个水印形成部分52。纤维以较小或较大的厚度沉积在水印形成部分52的凸起单元和凹陷单元上，以便在成品纸中形成3维水印。水印形成表面21还可以具有非赋形部分(非水印形成部分)，在其上产生没有水印的纸。但是，可以通过其它手段和/或替代手段(例如通过改变液体从纸浆通过该水印形成元件的排泄速率)来控制纤维的沉积以便形成水印。这些手段如下所述。

水印形成元件20具有一体的本体(即，本体不包括可辨别的单独的层)，多个排泄通道22从水印形成表面21中的前表面孔口23延伸到相对的排泄表面25中的排泄表面孔口24(见图3a至3d)。排泄通道22不仅位于水印形成部分52中，而且位于非水印形成部分中。排泄通道22使得来自纸浆的液体能够通过水印形成元件20排出，以便使得纤维能够沉积在水印形成表面21上。每个排泄通道22的横截面面积优选地随着其从水印形成表面21延伸到排泄表面25而增加，以便促进液体的流动(如图6a至6e所示)。优选地，前表面孔口23的和排泄通道22的任何部分的最小横截面面积为0.01mm²。但是，当其从水印形成表面21延伸到排泄表面25时，一个或多个排泄通道22的横截面面积可以保持恒定，也可以减小。

每个前表面孔口23优选地具有弯曲边缘26，其从水印形成表面21延伸到排泄通道22的内壁29。边缘26的曲率半径(r)被选择为使纤维保留率随着液体通过水印形成元件20排出而降低和有助于净化水印形成元件20。边缘26的曲率半径(r)优选地处在0.05至0.25mm的范围内，更优选地处在0.1至0.15mm的范围内(见图5a和5b)。

液体通过排泄通道22的连续流动是重要的，因为堵塞可能导致水印的缺陷。排泄通道22的尺寸、数量、截面形状和/或轮廓优选地选择为在不同的区域中提供受控的排泄速率，以便形成所需的水印。因此，水印形成元件20和网笼罩提供具有可变孔隙率的成形表面，使得具有较低孔隙率的区域在纸中产生低克重区域(即具有较低的纤维密度的更亮的区域)，而具有更高孔隙率的区域使得产生更高克重的区域(即具有更高纤维密度的更暗的区域)能够产生。

从图3a到3d可以看出，由于水印形成表面21的变化的轮廓，一些排泄通道22可以比其它排泄通道长。与较短的排泄通道20相比，较长的排泄通道20对液流的流动提供了更大的阻力，因此在纸中产生了与由较短的排泄通道20产生的区域相比更亮的区域。因此，可以不仅通过水印形成表面21的轮廓的变化来控制纸密度的变化，而且可以(替代地或另外地)借助于通过排泄通道22的液体流速来控制纸密度的变化。

在前表面孔口23之间，水印形成表面21包括实心区域27。这些实心区域27还使得能够对纤维在水印形成表面21上的沉积进行控制。这些实心区域27可以是规则的和小的，也可以通过改变它们的尺寸和位置而被用于产生电铸水印的同等物，即明显更亮/更浅的区域。每个实心区域27上的纤维沉积是实心区域27的宽度(即相邻的前表面孔口23之间的距离)和实心区域27相对于水印形成表面21的相邻部分的高度的函数。为了产生水印，实心区域27的优选最大宽度约为2mm；否则纤维不能桥接实心区域21，这将导致纸中有孔。但是，如果希望在纸中形成孔，则实心区域27可以更大。

实心区域27可以是圆形的(如图5a所示)或平坦的(如图5b所示)。如果水印形成表面21具有可变的轮廓，所述轮廓具有峰(该处纤维较不致密地沉积)和谷(该处纤维更致密地沉积)，则实心区域27可以位于峰或谷内，从而具有不同的效果。因此，峰单独地将产生明亮的区域，而位于峰内的高实心区域27将产生甚至更明亮的区域。谷单独地将产生深暗区域，而位于谷内的高实心区域27将产生与深暗区域直接相邻或完全被深暗区域包围的非常亮的高亮度部分。

水印形成元件20的实心区域27可以形成规则图案，例如如图2a和2b所示的网目状图案。它们也可以形成较大的区域，例如图2b中用附图标记28标示的区域。这些较大的实心区域28可以以数种不同的方式形成，这些方式的一些示例在图3b-3d中示出。在图3b所示的示例中，较大的实心区域28延伸跨越数个排泄通道22并封堵所述数个排泄通道。在图3c和3d所示的示例中，较大的实心区域28从水印形成表面21延伸到排泄表面25。在图3b和3c所示的例中，较大的实心区域28中的一个具有可变的轮廓(在这种情况下为阶梯轮廓)，而另一实心区域具有平坦表面。

排泄表面孔口24之间的较大实心区域28的横截面面积优选地至少三倍于排泄表面孔口24的横截面面积。

前表面孔口24限定一定形状，并且由前表面孔口24限定的形状可以从一组前表面孔口24到另一组而存在差异。该形状可以是矩形等几何形状。替代地，该形状可以是圆形、六边形或别的几何形状。作为另一替代方案，它们可以限定非几何的形状。由前表面孔口24限定的形状可以是规则的或不规则的。

由前表面孔口24限定的形状可以呈至少一个字母数字、图形图像或符号的形式。在图22所示的示例中，前表面孔口24本身呈苹果的形状。在图23和24中，前表面孔口24呈文本(在这个例子中为字母tnw)的形式。优选地，水印形成元件20具有限定至少两个不同形状的前表面孔口24。在这些示例中，前表面孔口24正像地限定各种形状。但是替代地，它们可以负像地限定各种形状，使得前表面孔口24之间的实心区域27具有上述形状。如上所述，排泄表面孔口24中的一些可以负像地限定各种形状，而一些可以正像地限定所述形状。

如果前表面孔口24为至少一个字母数字、图形图像或符号，则前表面孔口24的最小宽度优选地在0.1至5.0mm的范围内，更优选地在0.3至3.0mm的范围内，最优选地在0.3至1.0mm的范围内。特别地，如果前表面孔口限定字母数字，则任何字符(在该处其充当前表面孔口24)的干的宽度优选地不小于0.3mm，字符之间的空间(前表面孔口24之间的实心区域27)优选地不小于0.3mm。用于前表面孔口24的最小和最大字符尺寸也可以由字体类型确定。还应注意的是，尽管可能期望的是最小的前表面孔口24/干的宽度尺寸为0.3mm，但是在制造过程中，这些尺寸可以随用于制造水印形成元件的机器的公差、材料、机型的结构而变化。

如果前表面孔口24用于限定一个或多个字母数字、图形图像或符号以便使所得到的图像清楚地被限定，则前表面孔口24总体的开口横截面面积可以使得纸纤维可穿透和堵塞排泄通道22。这可能妨碍进一步的排泄和阻碍积聚起适当量的纤维，从而导致不良形成的图像。在一些情况下，纸纤维可一起穿过排泄通道22，这可导致纸中有孔。为了防止这种情况发生，至少一个过滤层36位于水印形成表面21与排泄表面25之间。过滤层36具有过滤层孔口37，其尺寸设计为防止纸纤维行进得太远而进入或通过排泄通道22，以防止发生该问题。

如果水印形成元件20由多个层构成，则过滤层36可以形成水印形成元件20的中间层之一(例如，代替下述图6a-6e的第二层31或第三层32)。过滤层36优选地是具有过滤层孔口37的网格件，过滤层孔口的最大宽度小于形成字母数字、图形图像或符号的前表面孔口23。参考图29和30，这些图示出了：第一层30(其本身可以由如下文描述的融合在一起的数个子层形成)，第一层30具有限定字母数字的前表面孔口23；过滤层36(其也可以由融合在一起的多个子层形成)，:过滤层36具有过滤层孔口37；和第三层32(其也可以由融合在一起的多个子层形成)，第三层具有排泄表面孔口24。该结构的平面图示于图31，其中过滤层36的网格可通过形成文本textmark的前表面孔口23看到。

用于形成字母数字、图形图像或符号的前表面孔口23的宽度优选地在0.1至5.0mm的范围内，更优选地在0.3至3.0mm的范围内，最优选地在0.3至1.0mm的范围内。过滤层孔口37的宽度优选在0.1至1mm的范围内，更优选地在0.4至1.0mm的范围内。但是，所选择的尺寸将取决于用于形成字母数字、图形图像或符号的前表面孔口23的宽度。在其中存在不用于形成字母数字、图形图像或符号的前表面孔口23的水印形成元件20的任何区域中，前表面孔口23的最小宽度可以相同于或小于过滤层孔口37的最小宽度。

过滤层36的有效性可受其与水印形成表面21的距离的影响。因此，优选的最大距离(其相当于第一层(30)的最大厚度)在0.1至3.0mm的范围内，更优选地在0.3至2.00mm的范围内。过滤层36的厚度优选地在0.1至1.0mm的范围内，更优选地在0.3至0.6mm的范围内。第三层32的优选厚度优选地在0.6至6.0mm的范围内，更优选地在1至3.0mm的范围内。

如图32所示，水印形成表面21可以具有变化的轮廓。在该实施例中字母数字、图形图像或符号所在的区域在具有变化轮廓的区域的任一侧(尽管在其他实施例中，它们可在与变化轮廓的区域相同的区域中)。在这种布置中使用的过滤层36在所有这些区域的下面。如果前表面孔口23的尺寸和间距没有变化，从而排泄通道22的上部分没有变化，则过滤层孔口37的尺寸和间距可以与前表面孔口23的尺寸和间距(例如在变化轮廓的区域中)相同。在所示的实施例中，第一层30(其在本实施例中包括位于第一层30与过滤层36之间的任何其它层)的厚度有所变化，使得其下表面(该下表面邻近过滤层36的上表面)是平面的，并且过滤层36的厚度优选地是恒定的。替代地，第一层30的厚度可以是恒定的和起伏的，在这种情况下，过滤层36起伏并跟随第一层30的轮廓。作为另外的选择，过滤层36的轮廓可以以与第一层30不同的方式变化。

水印形成元件20可以具有限定一个形状的一组前表面孔口23和限定一不同形状的另一组前表面孔口23。第一组可以位于第二组内。

在这些示例中，如果排泄表面孔口24的形状限定一个特定形状或一组形状，则水印形成部分52中的水印形成表面21就不需要被赋予一定轮廓，尽管它可以被赋予一定轮廓。

除了选择前表面孔口24的特定形状之外，水印形成元件20可以呈特定形状。例如，如图25所示，水印形成元件20具有苹果的形状。前表面孔口24的形状、水印形成元件20和/或所形成的水印的形状也可以被选择为彼此相同或连贯起来彼此相关。因此，在示例或图25中，排泄表面孔口24和水印形成元件20呈苹果的形式，而水印是艾萨克·牛顿先生的肖像。连贯起来相关的其他形状可包括一个国家的国徽或地理轮廓和表示其货币的字母；货币的性质和表示其价值的数字；国家的地理轮廓和来自其国旗的图像，例如加纳和星星、斯里兰卡和持剑狮、巴基斯坦和新月；肖像和语录或识别符号，例如丘吉尔和“在海滩上和他们奋战”这句话、林肯和葛底斯堡演说摘录、华盛顿或富兰克林和独立宣言、简·奥斯丁和羽毛笔。水印形成元件20的形状可以是符号、图形图像、字母数字或几何或非几何形状。在该例子中，第一水印形成部分52a以头部的形式形成具有浅和深色调的图形水印。水印形成元件20可以具有由较大的实心区域28提供的边界。这些可以提供将水印形成元件20锚定到表面网11的适宜手段。设置有第二水印形成部分52b，其以只有浅色调的苹果的形状形成电铸型水印。

如果这种形状的水印形成元件20附接到网笼罩的表面网11上，则在其上制造的成品纸就可以具有两个不同的“网标记”。当基材的纸幅使用网笼罩形成时，表面网11的网目的轮廓产生跨越整个纸幅的所谓“网标记”。通常，在经丝(沿机器方向)与纬丝(沿横向方向)交叉之处，形成了相对于经丝和纬丝稍微升高的节。各节导致沉积在网笼罩表面上的基材纤维的密度非常微小的变化。表面网11的痕迹还导致成品基材的表面几乎不可察觉的起伏和实际上肉眼无法区分的整个基材的规则图案。如果水印形成元件20附接到表面网11，则成品纸将具有由表面网11的网目形成的一个网标记、和由前表面孔口23和水印形成元件20的实心区域27形成的任何规则图案形成的另一个网标记。

如上所述，排泄速率可通过数种不同的手段(单独地或组合地)来控制，并且这可用于在水印内提供色调变化。排泄表面孔口的尺寸和/或形状可以改变以便实现这一点。用于以肖像形式形成水印的水印形成元件20的一些示例示于图28a和28b。这些示例中的每一个中的水印形成表面21不必被赋予一定轮廓(尽管它也可以被赋予一定轮廓)，因为排泄表面孔口24的尺寸有所变化以便提供色调变化。在这些示例中，排泄表面孔口24具有相同的圆形形状，尽管形状可以改变。因此，排泄表面孔口24之间的实心区域27的尺寸也改变。

排泄表面孔口24可以正像地限定形状(例如图28a和28b中的圆形)，它们也可以负像地限定形状(因此它们之间的实心区域27正像地具有该形状)。替代地，水印形成部分52可以具有这样的排泄表面孔口24，排泄表面孔口中的一些正像地限定形状，而其中的一些负像地限定同一形状。

在图28所示的示例中，排泄表面孔口24具有圆形形状。但是，色调变化可通过改变符号的形状和/或尺寸、图形图像或字母数字形状来实现。例如，在具有字母形状的排泄表面孔口28的情况中，在水印中的最终半色调图像中形成较暗区域的水印形成元件20的区域将具有比形成半色调图像的较亮部分的排泄表面孔口24更大的干部宽度。

前表面孔口24之间的间隔也可以被改变，以便提供色调变化。因此，在成品纸中，由水印形成元件20中的间隔较近的前表面孔口24所在的区域形成的区域比由前表面孔口24在其中间隔较宽的区域形成的区域更暗。在图25所示的示例中，存在中心带x，其中前表面孔口24比位于带x的任一侧的那些孔口更靠近在一起。

这样的水印形成元件20可用于提供水印的色调从其具有最亮色调的一个部分(优选地端部或边缘)到具有最暗色调的相对的部分(优选地另一端或相对的边缘)的连续变化。这可通过使用任何前述的携带色调的方法来实现，例如通过改变水印形成表面21的至少一个水印形成部分52的高度/深度，或通过改变孔口，或两者的组合来实现。该特征的一个示例在图26中示出。在该示例中，水印形成部分52被配置为将至少一个水印产生在成品纸中，所述至少一个水印是连续的螺旋并且具有螺旋的一端(其为最暗区域)到另一端(其为最亮区域)的连续色调渐变。螺旋的亮端由较大的实心区域28产生，其相对于“正常”水平(即，水印形成表面21的非水印部分的水平)升高、以连续的速率逐渐降低高度直到达到水印形成表面21的正常水平(即非水印形成部分的水平)。这在图26中被标记为点a。在该点处，水印形成表面21开始下降到正常水平以下，从而形成以连续的速率增加深度的通道60。通道的最深端(即，在螺旋的另一端)产生螺旋的最暗区域。

具有连续色调变化的这种水印优选地呈连续线或带的形式，所述连续线或带可以是直的、弯曲的且其可以改变方向(例如单根直线、弧线、螺旋线、之字形线等)且其显然具有相对的端部。这样的水印可提供一种方便的检查伪造品的方法，因为其在单个水印内包括从浅到深连续渐变的所有多色调。

在一个示例中，成品纸在水印的最暗区域中的优选克重至少是非水印区域的克重的140％。因此，在100gsm背景纸的一个优选例中，其将是约140gsm，而对于90gsm的背景纸，其将是约126gsm。但是，这些区域可具有更高的克重(优选地为非水印区域的克重的至少160％，或更优选地至少180％)。水印的最亮区域的克重优选地不超过非水印区域的克重的50％，更优选地不超过40％，再优选地不超过25％。因此，在90gsm背景纸的一个优选示例中，最亮区域的克重为20gsm。

因此，对于90gsm纸，克重可以在约20gsm至高达约200gsm的范围内。

一种用于测量克重的技术如下。通过将样品纸页曝露于β射线源(c-14)并将通过纸页的辐射记录在x射线胶片上来产生射线照片。显影的胶片用平板扫描器扫描，图像的灰度级通过从已知克重的样品获得的校准刻度而转换为实际的克重值。

水印形成元件20还可以被配置为产生邻近另一个水印的连续渐变水印，这提供了另一种方便的防伪检查。连续渐变的水印提供了一个参考图表，其中，其最暗的端部与相邻水印中的最暗区域相匹配，而最亮的端部与其最浅的区域相匹配。连续渐变的水印还在中间具有原纸的颜色。

水印形成元件20还可以被配置为产生混合至另一水印的这种连续渐变水印。在图27所示的示例中，在水印形成元件20的一个区域中，第一水印形成部分52a产生从ep-a-1468142为人们所知的类型的角部增强水印，其具有由具有恒定深度的通道60形成的恰好较深的阴影。第二水印形成部分52b形成在第一水印形成部分52a附近，第二水印形成部分被配置成提供从通道60的端部到第三水印形成部分52c中的图形水印的连续色调渐变。

水印形成元件20还可以被配置为产生这样的连续渐变水印，其具有在连续带或线内的文本或图案。这些文本或图案可以是更暗的区域和/或更亮的区域。

水印形成元件20可以由多个单独的层形成，特别是如果使用如下所述的3d打印法来形成的话。但是，在成品水印形成元件20中，这些层可以整体地融合在一起，并且不能区分为单独的层。这些层形成有孔口，孔口组合形成排泄通道22。形成水印形成表面21的顶层中的孔口的横截面面积优选地比形成排泄表面25的底层的横截面面积小。但是，它们也可以具有更大的横截面面积或相同的横截面面积。

在一个示例中，如图6a至6e所示，存在多个第一层30、第二层31、第三层32和第四层33。第一层30中的每一个设置有一个尺寸的孔口，该孔口形成前表面孔口23。第二层31中的每一个设置有具有比前表面孔口23更大的横截面面积的孔口34。第三层31中的每一个设置有孔口35，孔口35具有比第二层31中的孔口34大的横截面面积。第四层31中的每一个设置有具有横截面面积比孔口35更大并且形成排泄表面孔口24的孔口。

尽管所示的例子示出的四个层30、31、32、33中的每一个层均为四层，但是形成水印形成元件20的层的数量不受限制，相同层的数量也可以变化。

不同层中的孔口23、34、35、24可以具有彼此相同的截面形状(尽管具有不同的横截面面积)，形状也可以从层到层而异。

任意一层中的孔口23、34、35、24的横截面面积也可以有变化，较大的孔口23、34、35、24提供的排泄能力和纤维沉积大于较小的孔口23、34、35、24。

前表面孔口23的总横截面面积优选地介于水印形成元件20的总表面面积的1％至40％之间，更优选地介于5％至30％之间，再优选地介于15％至25％之间。

图6a-6d和7a-7d中所示的层30、31、32、33被示出为平面。但是，这些层可以是非平面的，例如在一个或多个方向上弯曲。

通过水印形成元件20的排泄速率可另外由提供支撑结构的金属丝网10(或其他有孔表面)中的开口的开口面积和平均开口直径来控制。开口的平均直径优选地介于0.02-0.4mm之间，更优选地介于0.05-0.1mm之间。金属丝网10(或其它有孔表面)优选地用不受水印形成表面21的渐变速率约束的方法产生。这使得能够提高分辨率和对比度。

穿过水印形成元件20的排泄速度可进一步控制，办法是通过将水印形成表面21喷涂、涂覆或以其它方式覆盖一定材料，该材料改变制造水印形成元件20的材料的疏水性。疏水性可这样控制：利用具有不同的、能够广泛变化的亲水或疏水性质的两种或更多种不同的材料来打印水印形成元件20，所述材料具有不同的表面能/接触角。例如，如果蜡支撑材料(疏水性，非润湿性)没有从3d打印元件中完全去除，则水不易于通过某些排泄通道22排出。这是因为水滴的接触角太大，形成的水滴将不会通过排泄通道22。结果，纤维沉积在该区域中的程度不像沉积在亲水区域中的那样多，继而产生高亮部分。因此，如果两种结构聚合物用于形成水印形成元件20的不同区域(一个区域比另一个区域更疏水)，则尽管排泄通道22的尺寸在整个区域上可以均匀的，但是在使用疏水材料的位置处将沉积较少的纤维，因此图像密度能够被调制。

同样地，也能够通过用通过润湿作用鼓励排泄的亲水性树脂、或者不鼓励排泄的疏水性材料来涂覆、涂抹、打印或喷涂所需区域来调节在一些区域中的排泄。

水印形成元件20的结构也可以被设计成使得在水印形成表面21下面的液体能够向旁边(侧向)排出，其一个示例示于图7a至7d中。形成水印形成表面21的主要部分的第一层30具有网目状结构，其具有方形的前表面孔口23。下面的第二层31设置有孔口34，该孔口34呈通道的形式，孔口34的通道从第二层31的一个边缘伸到相对的边缘。在该实施例中形成排泄表面25的第三层32还设置有孔口35，该孔口35呈现通道的形式，孔口35的通道沿着与第二层31的通道方向相似的方向从层31的一个边缘延伸到另一个边缘。第三层的通道具有比第二层31的通道宽度更大的宽度。该结构产生具有如图7a所示的截面的水印形成元件20。因此，除了通过水印形成元件20从水印形成表面21延伸到排泄表面25的排泄通道22之外，还设置了一个或多个附加的排泄通道，该附加的排泄通道在水印形成元件20内在水印形成表面下方侧向地延伸。这些侧向延伸的排泄通道可以从水印形成元件20的一侧延伸到另一侧，如图7a-7d所示。替代地，它们可以简单地从水印形成元件20的周边上的一个点延伸到另一点。这些排泄通道可以是直的，有角度的，弯曲的或呈任何其它适宜的形状，并且可以沿机器或横向方向延伸。侧向排泄通道可以位于单一平面(或层30-33)中，它们也可以跨越两个层或更多个层30-33。

尽管图7a-7d中所示的水印形成元件被描述为具有单一的第一、第二和第三层30、31、32，但是上述情况也适用于以下场合：各层30、31、32中的每一个层由前面描述的多个层形成。此外，虽然所示例子示出了三个层30、31、32，但是形成水印形成元件20的层数不受限制。此外，与所示的层不同的层可以具有侧向延伸的孔口35。

因此，上述水印形成元件20可以将轮廓形成的水印(压花圆网水印)与受限排泄形成的水印(电铸水印)的优点结合起来，以获得水印的明暗区域与非常明亮区域之间的较大对比度。它们还可减轻起因于圆网水印和电铸水印的一些设计约束，特别是：

-与通常的电铸方法不同，水印形成元件20可用于形成水印的任何部分；

-水印形成元件20不限于具体尺寸，以便如传统电铸那样获得与背景相比的良好清晰度和对比度。使用这种水印形成元件20使得能够更灵活地使用更大的范围，以便实现更大范围的艺术效果。特别地，电铸图像对比度可通过减小厚度来减小，如果从美学的角度来看这样的效果是需要的话。这种细微差别也可通过增加图像色调的复杂性来增强安全性；

-在成品文件需要组合圆网水印与电铸水印的情况下，电铸版相对于压花的位置一直总是受到限制，这归因于制造问题和上面描述的问题。这些不再适用，因为单一的水印形成元件20可用于提供同等的水印。这一点不适用于本发明的水印形成元件20，因为本发明的水印形成元件能够在水印形成元件21的轮廓内产生更暗的区域，并在更暗的区域、以及更高的区域内提供实心区域；

-在具有电铸版的传统工艺中，每个网笼罩的电铸版的数量及其位置存在制造以及设计限制。这是因为它们通常使用机械臂来附接，这是一个耗时的过程。

与将网笼罩的金属丝网10压花或将电铸版附接到网笼罩的金属丝网上不同，使用水印形成元件20提供了产生复杂的多重色调设计的能力，图像也可以形成有彼此相邻的强烈对比的暗淡区域和非常亮的区域。但是，它带来一些额外的制造挑战。

形成的网笼罩的耐久性极为重要，因为网笼罩承受很大的应力。应力可起因于伏辊，水印辊或毯带(formex)，随造纸机的配置而定。例如，在使用伏辊的机器中，伏辊与网笼接触旋转，并用于将部分成形的纸幅从网笼罩转移到毯带(formex)，毯带将纸幅从造纸机的湿端传送到压榨部。因此，有很大的压力形成于网笼与伏辊之间。这意味着，在有任何元件从金属丝网10的表面伸出的情况下，将有不断重复的附加应力加到金属丝网10。

水印形成元件20还可以设置有减振性能，这使得水印形成元件20以及因此网笼罩能够耐受来自伏辊的压力。这可以通过用弹性材料(如橡胶)制造水印形成元件20的整体或一部分来实现。

替代地，水印形成元件20可以包括支撑层40，作为附加层加到前述层，支撑层处于水印形成元件20的背面，在排泄表面25的后面或形成排泄表面25。例如，参考前述实施例，支撑层40可以位于图6a-6e中的第四层33或图7a-7d中的第三层32的背,面。

替代地，支撑层40可以是这些前述的实施例的层30、31、32、33中的一个或多个。

支撑层40可以由弹性材料制成。在图8所示的实施例中，支撑层40是位于水印形成元件20背面的附加层。支撑层40可以通过任何适宜的手段(例如uv固化树脂)附接到水印形成元件20。

替代地，支撑层40可以具有弹性的结构。在图9所示的实施例中，支撑层40位于水印形成元件20的背面。支撑层40由一系列弹簧(可以是片簧、涡卷弹簧、螺旋弹簧、之字形弹簧或其他类型的弹簧构造)形成。

替代地，支撑层40可以具有蜂窝状或嵌装图案的结构。

重要的是，支撑层40具有这样的形状和/或配置，所述形状和/或配置不干扰通过水印形成元件20的排泄表面25或金属丝网10的背衬层的排泄流。在这些实施例中的任何一个中，支撑层40因此必须具有孔口，该孔口确保支撑层40不干扰上面认定的排泄要求，和/或该孔口形成排泄通道22的一部分。

在另一替代结构(参见图10)中，水印形成元件20包括围绕水印形成元件20的圆周延伸的环形弹性支撑层40。

用于将一个或多个上述水印形成元件20定位和/或附接到金属丝网10的方法也是确保网笼罩的耐久性的重要因素。以下描述涉及将单一水印形成元件20定位和/或附接到金属丝网10。在图8、9和11所示的实施例中，金属丝网10由表面网11、第一背衬层12、第二背衬层14和(仅在图10的情况下)第三背衬层16形成。表面网11和第一背衬层12分别具有切去区域15a、15b。表面网11中的切去区域15a小于第一背衬层12中的切去区域，并且其尺寸与水印形成元件20的上部部分41大体上相同或略大。这使得上部部分41能够通过切去区域15a。水印形成元件20的支撑层40和/或水印形成元件20的下部部分42具有至少一个截面尺寸，该截面尺寸比表面网11中的切去区域15a的截面尺寸大，但是相同于或略小于第一背衬层12中的切去区域15b。这使得水印形成元件20能够锚固在金属丝网10的各层之间。水印形成元件20的后表面(无论这是排泄表面25或支撑层40)被定位成抵靠第二背衬层14并由第二背衬层14支撑。

替代地，水印形成元件20可以至少部分地位于如图12所示的网笼罩的表面网11的凹口43中。凹口43优选地通过将表面网11(可能地，也将下面的第一背衬层12)压花来形成。凹口43优选地较浅(例如深度在0.5mm与2mm之间)。凹口43优选地布置成使得水印形成元件20被推靠在定位角部上。因此，水印形成元件20被凹口43的周围壁所保护。

图13示出了一个替代布置，其中表面网11设置有切去区域15(类似于图8和9所示的切去区域15)，水印形成元件20通过该切去区域15伸出。第一背衬层12设置有凹口43，水印形成元件20可以至少部分地位于该凹口中。

这些并不是唯一适用的结构。在其他变型中，金属丝网10的层中的一些或全部可以设置有切去区域15和/或凹口43。

一个或多个水印形成元件20也可以附接到金属丝网10的一个或多个层。将金属的水印形成元件20附接到金属丝网10的适宜方法是电阻或激光焊接和软钎焊。塑料焊接可以用于附接聚合物的水印形成元件20。替代地，水印形成元件20可以例如用细线缝合到金属丝网10上。水印形成元件20也可以例如用uv固化树脂或别的适宜的粘合剂粘附到金属丝网10上。

一个或多个固定件45可以用于将一个或多个水印形成元件20附接到金属丝网10的一个或多个层。这样的固定件45可以是螺纹金属插入件、可焊接金属插入件、带凸缘的塑料或金属部件、订书钉、或具有可弯曲的腿的部件，等等。固定件45优选地是多孔的或中空的(例如管状的)。

图14示出了一种类型的适宜的固定件45。该固定件包括柄部46，其可以是金属丝或塑料细丝或弹性线，其穿过金属丝网10的一层或多层和水印形成元件20的排泄通道22。柄部46的一端具有一体地形成在其上或附接到其上的脚部47。脚部47可以具有至少一个这样的尺寸，所述尺寸大于附接固定件45的最后背衬层(在所示示例中为第一背衬层12)中的金属丝网开口的尺寸。柄部46的相反端穿过排泄管道22，并且头部48附接到该相反端上或形成在该相反端上。头部48的尺寸大于排泄通道22的前表面孔口23的尺寸，以确保水印形成元件20牢固地保持就位。每个水印形成元件20可以使用一个或多个固定件45。

图15示出了使用的适宜固定件45的另一种形式。该固定件具有柔性柄部46，其可以是金属丝或塑料细丝或弹性线。柄部46这样穿过金属丝网10的一个或多个层11、12、14、16：沿一个排泄通道22向上，跨越水印形成表面21，沿相邻的排泄通道22向下，并回穿该金属丝网10的一个或多个层11、12、14、16。足部47形成在柄部46的每个端部上或附接到每个端部上，该足部47具有至少一个这样的尺寸，所述尺寸大于附接固定件45的最后背衬层中的金属丝网开口的尺寸。

图16示出了使用的另一种适宜形式的固定件45。该固定件包括管状或多孔的有倒钩的插头，其从水印形成元件20的排泄表面25延伸通过金属丝网10的一层或多层。在所示实施例中，水印形成元件20位于表面网11和第一背衬层12中的切去区域15a、15b中，因此插头被推动通过第二和第三背衬层14、16中的金属丝网开口。插头具有中心排泄通道50，并且其远端设置有一个或多个倒钩49，倒钩钩在插头所穿过的最后背衬层的金属丝上；在所示实施例中，最后背衬层是第三背衬层16。

图17示出了使用的再一种适宜的固定件45。这是一种呈金属丝形式的固定件，其从水印形成元件20的排泄表面25穿过金属丝网10的一层或多层延伸。在所示实施例中，水印形成元件20位于表面网11和第一背衬层12中的切去区域15a、15b中，而金属丝穿过第二背衬层14中的金属丝网开口。金属丝的端部被弯曲以形成钩51。

上述固定件45还可以粘附或焊接到金属丝网10上，以确保它们牢固地附接。

为了使得能够通过固定件将水印形成元件20附接到金属丝网10，形成金属丝网10的一个或多个层可能需要设置有用于接收固定件45的另外的或更大的孔。

上述水印形成元件20可通过3d打印或别的适宜的制造工艺(例如注塑成型、激光烧蚀、真空成形，机加工等)来制造。

3d打印，也称为快速成型或添加剂制造，是一种较新的技术，它使用通常由某种形式的计算机辅助设计(cad)软件包或3d扫描仪创建的数字模型来创建3维物体。3d打印机从cad绘图读取数据，并放置连续的材料层，以便从一系列截面构建实体物件。存在大量不同的3d打印工艺，包括(但不局限于)光固化立体成型(sla)，选择性激光烧结(sls)、选择性激光熔化(slm)、分层实体制造(lom)、熔融沉积制造(fdm)、实体磨削固化(sgc)、直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(ebm)和喷墨印刷技术。

3d打印方法可以用于由各种材料制造水印形成元件20。示例包括一种或多种聚合物材料、一种或多种金属、或者金属与聚合物的组合，例如具有包含到聚合物基材中的金属。选择用于水印形成元件20的一种或多种材料需要足够耐用，以便耐受网笼与伏辊之间产生的压力和来自该压力的连续冲击。一种或多种材料的选择还将取决于所使用的3d打印工艺。

以下给出适宜的聚合物材料的一些示例，尽管该列表并不详尽：

用于熔融沉积制造(fdm)：

-丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)

-聚苯砜(pps，ppsu或ppsf)

-聚乳酸(pla)

-聚酰胺(pa)

-聚碳酸酯(pc)

-各种材料的混合物(例如pc-abs)

用于选择性激光烧结(sls)：

-尼龙，特别是pa12

-玻璃填充pa12

用于喷墨或“photojet”型工艺(uv固化树脂)：

-丙烯酸

-模拟abs

-模拟聚丙烯(pp)

-橡胶类级

-牙科级

-生物相容性级

以下给出适宜的金属的一些示例，尽管该列表并不详尽：

用于金属粉末的选择性激光烧结(sls)或选择性激光熔化(slm)：

-钛，纯钛和钛合金

-钢，包括不锈钢

-镍铬合金

-铝，纯铝和铝合金

-钴铬合金

-铜和铜合金

有益的是，包括多于一种的不同材料的水印形成元件20可使用单一装置(例如3d打印机)形成，因为一些商用3d打印机(例如stratasys的objet350connex机型)能够打印多种材料。这使得多色产品和复合结构(例如组合的刚性和橡胶状聚合物)能够在单一过程中生产出来。

使用3d打印工艺来形成水印形成元件20的重要优点在于，与传统工艺相比，制造网笼罩所花费的时间以及成本大大降低，因为工艺图直接用于形成水印形成元件20。不再需要生产压花模具，原来必须使用压花模具，以便为网笼罩压花。使用一种用于形成每个单独的水印形成元件20的计算机控制工艺使得能够定制每个单独的水印，例如用于唯一的护照页或钞票序列号的水印。

3d打印技术的另一个优点是它使得适应收缩相当容易。随着纸幅通过造纸过程的各个阶段，其会收缩。纸幅边缘处的收缩程度大于中心的收缩程度，并且可以根据具体的机器、湿度、使用的浆料处理速度的类型而变化。为了获得均匀的成品文件宽度，制造过程期间网笼罩上的实际文件宽度必须改变以补偿收缩。任何水印的设计也必须允许收缩。使用3d打印意味着水印形成元件20可根据它们在网笼罩的宽度上所处的位置来容易地进行调整。

3d打印的另一个优点是，上述方法中的许多方法可用于直接在网笼罩的金属丝网10上形成水印形成元件20，而不需要附加的固定件45。

替代地，一个或多个水印形成元件20可以形成在金属丝网的一部分上，所述部分随后用适宜的固定件45附接到网笼罩的金属丝网10上(例如附接到表面网11上)。

3d笔也可行，比如3doodler(tm)或lixpen(tm)。这些笔可用于通过拉拽环圈而将水印形成元件20附接到金属丝网10所述环圈从3d打印的水印形成元件20开始围绕表面网11的金属丝并返回到水印形成元件20。这样的3d笔也可以与通过3d打印以外的方法制造的水印形成元件20一起使用。

作为另一种替代方案，水印形成元件20可以附接到装配在传统金属丝网10上的穿孔蒙皮或套筒上。

3d打印的另一个优点是，其提供了灵活性。例如，所得到的网笼罩可以以规则的间隔将数个离散的水印形成元件20附接到其上，每个水印形成元件20被设计成产生单一水印。水印形成元件20可以全部被设计成产生同一水印、或产生不同的水印。

如前所述，可以同时在圆网造纸机上产生数个纸幅。纸幅被切割以便形成数个较小的中间纸页，中间纸页被切割以便形成数个较小的文件(通常在印刷以后)。每个水印形成元件20可以与单一文件(参见图18)具有相同的尺寸，并被设计成产生单一文件所需的所有水印(和孔或孔口)。这可以包括多个不同的水印52a、52b、52c、52d。这些水印52a、52b、52c、52d尤其可以是图形水印，角部增强水印，安全线迹和/或电铸类型的字母数字水印。足够相同的水印形成元件20可以彼此相邻地附接到金属丝网10(以便形成如图19所示的嵌装图案纸页部分)，以便产生中间纸页，所述中间纸页被切割时将形成数个相同的较小文件，所有的较小文件均具有相同的水印52a、52b、52c、52d组合。这可以围绕网笼罩的圆周重复，使得至少一个纸幅可被切割，以便形成相同的中间纸页以及相同的文件。

在制纸时，在每张纸被设计成产生多个水印52a、52b、52c、52d的情况下，使用上述水印形成元件20是特别有益的。在造纸过程中，纸以不均匀的速度横跨纸幅收缩。因此，为了确保成品文件中的水印52a、52b、52c、52d被正确地定位，产生各单独水印52a、52b、52c、52d的水印形成表面21的元件的位置可以根据纸幅上水印形成的位置而改变。采用3d打印简化了这个过程。

图21清楚地示出了水印形成元件20的水印形成表面21的一部分，该部分具有赋予一定形状的轮廓。在这个例子中，一个水印(呈鸟的形状，其中鸟翼的一部分被示出)具有凸起单元和凹陷单元。这产生了与现有技术的圆网水印相似的水印。另一个水印由呈数字“0”形式的实心区域21形成，数字“0”凸起到水印形成表面21的其余部分之上。这产生了与现有技术的电铸水印相似的水印。

也可使用不同套水印形成元件20来形成不同的纸页或纸幅，这意味着多于一种类型的文件可以在单个网笼上同时生产。

替代地，不是通过将数个单独的相同水印形成元件20嵌装布置以便使得能够生产中间纸页，可以制成单个水印形成元件20，该单个水印形成元件被设计成生产所有的用于多个文件所需的水印52a、52b、52c、52d(见图20)。此外，水印形成元件20可用于提供用于帮助精确切割纸幅/纸页的切割机/截断引导标记52e。页边空白也可以包括在将形成单独的文件的区域之间，其可用作固定点。需要固定点来将用于形成不同纸幅的不同套水印形成元件20附接在一起或附接到网笼罩。这些将在纸被切割成单独的中间纸页以及然后切割成文件时被切掉。

作为另一替代方案，网笼罩的整个表面网11可以是通过3d打印形成的水印形成元件20。此外，背衬层12、14也可以是3d打印的。

在使用压花网笼的传统工艺中，许多压花的存在可能使得当金属丝网10被压花时难以牢固保持网笼。使用水印形成元件20可克服此缺点，因为网笼和水印形成元件是分开形成的。

有益地，水印形成元件20被制造成不具有与表面网的编织金属丝网目相关联的节。这消除了由纸中不可避免地产生的金属丝节的图像对水印图像的干扰。

在水印要与其它安全特征(例如在ep-a-1468142中描述的传统地形成的角部增强水印，或安全线)组合的情况下，可能出现其它的制造问题。在这些情况下，制造金属丝网的顺序或步骤是重要的。例如，这些其他安全特征所需的任何压花可能需要在形成任何切去区域15(例如通过激光切割)之前进行，以便防止金属丝网出现变形，变形可能影响水印形成元件20。水印形成元件20于是可以根据需要插入凹口43中或穿过切去区域15。

这样产生的带水印的纸适用于许多应用，包括用于钞票、护照、证书、票据和更多应用的纸。其特别便于生产用于护照的纸，护照具有复杂的布局并且每页上需要不同的水印。