专利名称：用于在表面上印刷的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及在表面上直接印刷，更具体地，涉及用于在塑料表面上 使用紫外(UV)硬化墨水来进行直接印刷的方法和设备。
背景技术：
今天，塑料是一种用于制作各种物品的最广泛使用的材料。塑料产品通常由多种 涂层保护，包括铬和紫外(UV)涂布的纸料、玻璃、乙烯基、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚 酯、丙烯酸酯等。这种涂层确保塑料不受到环境特别是UV阳光损害。没有这种保护涂层， 塑料产品将会快速地分解、失色并变得易碎。为了识别、美观的目的等而在塑料产品上进行 印刷。在各种墨水选择中，UV硬化墨水正在越来越多地被用到。然而，使用UV硬化墨水在 塑料表面和/或保护涂层上进行直接印刷存在许多挑战。通常，涂布UV硬化墨水存在印刷图案不能附着到大部分塑料的表面并且特别难 以附着到保护涂层上的挑战。此外，一旦印刷之后，这种印刷图案通常表现出较差的耐久性 以及对于表面的短期附着性，即，印刷容易被刮掉。已经通过将液态溶剂涂布到涂层的表面 以增加涂层与墨水之间的附着力(即，溶剂使得涂层的表面变得粗糙)而解决了 UV硬化墨 水的这种问题。然而，涂布用于增加附着力的液态溶剂涉及麻烦的印刷过程并且也使得涂 布溶剂的表面变得暗淡。此外，即使利用液态溶剂的涂布，虽然相比于没有溶剂的印刷得到 改善，但是印刷图案仍然表现出较差的耐久性。因此，存在对于在各种表面上提供改善的印刷的方法和设备的需要。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种用于在塑料产品的表面上进行印刷的方法和设 备。将掩模膜涂布到产品表面上。通过掩模膜在产品表面中产生了符合期望的印刷设计的 蚀刻图案。例如通过激光蚀刻系统来产生蚀刻图案。将至少一种UV硬化墨水涂布到蚀刻 图案上，使得墨水图案比蚀刻图案宽。之后使UV硬化墨水硬化。将掩模膜移除以显露出在 产品上的、符合蚀刻图案的印刷图案。
通过参照实施例可以获得上面简要地总结的本发明的更具体的描述，使得可以更 详细地理解本发明的上述特征，实施例的一部分在附图中示出。然而，应当注意，因为本发 明可以提供其他等效的实施例，所以附图仅示出了本发明的典型实施例并且因此不被认为 是对本发明的范围的限制。图1示出了根据本发明的实施印刷的系统；图2A到图2F是根据本发明的一个或多个实施例在印刷过程的各个阶段的塑料产 品的一部分的截面图；图3A示出了根据本发明的一个或多个实施例的塑料产品上的蚀刻图案上的墨水
3图案的俯视图。图3B示出了根据本发明的一个或多个实施例在塑料产品上具有显露出的印刷图 案的蚀刻图案的俯视图；以及图4是示出了根据本发明的一个实施例的实施印刷的方法的流程图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的实施例的用于在表面上进行印刷的系统100。系统100 包括激光蚀刻系统110、印刷机120和计算机130 (例如，印刷控制器)。激光蚀刻系统110 构造为在产品114的表面148上产生蚀刻图案146。印刷机120构造为在产品114上例如 使用UV硬化墨水150来进行印刷。激光蚀刻系统110和印刷机120连接到计算机130。计 算机130构造为操作激光蚀刻系统110和印刷机120，以将印刷图案152涂布到产品114的 表面148上。根据各种实施例，产品114包括诸如塑料、塑料金属复合物、玻璃、乙烯基和各种 其他材料的材料。通常，可以使用本发明的实施例在可以被激光蚀刻的任何材料上进行印 刷。在一个实施例中，这种材料被用来制作各种电子物品(例如，手机、计算机、膝上型电脑 等)、用于汽车、飞机、轮船、机器、包装的组件以及其他制造产品。因此，本领域技术人员将 会明白所讨论的各种实施例可以应用到种类广泛的印刷应用。激光蚀刻系统110包括激光头112以及其他支持电路和电子元件(未示出)。激 光头112能够在产品114的表面148上形成蚀刻图案146。蚀刻图案146是通过从产品114 的表面148移除材料而形成的图案。印刷机120包括印刷头122。印刷头122包括墨水喷嘴124和紫外(UV)灯126。 墨水喷嘴124构造为将墨水图案152涂布到产品114上。例如，对墨水图案152进行涂布 以使其与由激光蚀刻系统110产生的蚀刻图案146大致重叠。根据实施例，使用UV硬化墨 水150来制造墨水图案。UV灯126构造为在UV硬化墨水150被涂布到产品114的表面148 上时，使得UV硬化墨水150硬化。印刷头122构造为进行移动，以使得印刷头122对墨水 进行涂布并且之后UV灯126使得所涂布的墨水硬化。计算机130包括中央处理单元(CPU) 132 (例如，本领域公知的微处理器或微控制 器)、支持电路134以及存储器140。支持电路是有助于CPU工作的公知的电路。这种支持 电路可以包括但不限于包括时钟电路、缓存、电源、输入/输出电路、总线和/或网络接口卡 等。存储器可以包括随机存取存储器、只读存储器、盘驱动器、光学驱动器及其组合。存储器 140包括操作系统142和印刷控制软件144。在由CPU 132执行时，印刷控制软件144使得 计算机130根据本发明的方法实施例来对激光蚀刻系统110和印刷机120进行指示。计算 机130可操作地连接到激光蚀刻系统110和印刷机120，并且进一步地，计算机130控制激 光蚀刻系统110和印刷机120来在产品114的表面上实施印刷。本领域技术人员将会认识 到，计算机130的功能也可以至少部分地由一个或多个特定应用集成电路芯片来提供，并 且所有的这种变化在这里都可以预料到。虽然激光蚀刻系统110、印刷机120和计算机130 被示出为分离的组件，但是可以预料到，在本发明的一个实施例中，这些元件可以被结合以 形成集成的印刷系统。图2A到图2F示出了根据本发明的实施例的，在其上进行印刷的塑料产品114的一部分的各个阶段。印刷例如是通过图1的系统100来完成的。如图2A所示，在一个实施 例中，产品114包括塑料层202 (例如，聚碳酸酯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC ABS))、基色 涂层204以及透明涂层206(例如，UV保护层)。在另一个实施例中，产品表面可以是塑料 层202，即，层202可以不由涂层覆盖。如这里所述的，产品表面意图包括具有或不具有一个 或一个以上保护或上色涂层的塑料层。如图2B所示，将掩模膜208涂布到产品114的透明涂层206上。在其他实施例中， 将掩模膜208直接涂布到基色涂层204上，并且在这种实施例中，透明涂层206可以不存在 或者可以构造在基色涂层204中(或与其融合)，或者可以在完成了在产品上的印刷之后进 行涂布。在一个实施例中，掩模膜是具有低粘度粘合剂(例如，基于丙烯酸粘合剂)的聚酯 带。因为在一个实施例中将激光施加到掩模膜以对下层塑料材料进行蚀刻，所以掩模膜具 有较高的使用温度，例如，约350° F(177°C)。此外，为了促进激光蚀刻，掩模膜相对较薄， 例如，约1. 3密耳(0. 03mm)。可以买到的、可以用作掩模膜的膜的一个示例为可以从3M公 司获得的 Polyester Protective Tape 1675。图2C示出了在产品114上的表面中产生蚀刻图案146。例如使用图1的激光蚀 刻系统110来产生蚀刻图案146。穿过掩模膜208、透明涂层206 (如果存在)和基色涂层 204来形成蚀刻图案146。蚀刻图案146的深度可以按照期望变化，并且可以延伸到塑料层 202 (并且包括塑料层202的一部分)。图2D示出了将基础墨水212涂布到蚀刻图案146并且进行UV硬化。基础墨水 212可以是白色墨水或任何其他合适的颜色，以为期望印刷的颜色提供中性的基础。例如使 用图1的印刷机120来将基础墨水212涂布为基础墨水图案。基础墨水212可以具有比蚀 刻图案146更宽的涂布图案，S卩，将基础墨水212涂布到蚀刻出的图案210内以及涂布到掩 模膜208上作为基础墨水过度喷洒部分214。此外，基础墨水212涂布为使得只有蚀刻图案 210的部分深度被填充，而留下用于额外墨水的空间。之后例如使用紫外灯126(在图1中 示出)来使得基础墨水212 (以及基础墨水过度喷洒部分214)硬化。之后，如图2E所示，在蚀刻图案内将彩色墨水216涂布到基础墨水212上并使其 硬化。彩色墨水216可以具有比蚀刻图案210更宽的涂布图案宽度(彩色墨水图案)，即， 彩色墨水216涂布到蚀刻图案210上以及掩模膜208上，而在掩模膜208上产生彩色墨水 过度喷洒部分218。使用紫外(UV)辐射来使得彩色墨水216 (包括彩色墨水过度喷洒部分 218)硬化。包括彩色墨水216 (以及彩色墨水过度喷洒部分218)、基础墨水212 (以及基础 墨水过度喷洒部分214)的墨水图案形成在产品114和掩模膜208上。在下一个步骤中，如 图2F所示，将掩模膜208与基础墨水过度喷洒部分214和彩色墨水过度喷洒部分218 —同 移除。彩色墨水216和基础墨水212保留在蚀刻图案210中。掩模膜208 (与基础墨水过 度喷洒部分214和彩色墨水过度喷洒部分218 —同)的移除使得在产品200上展现出整齐 的印刷图案。图3A和图3B示出了例如以与由图2A到2F所示的类似的方式，从产品300上移除 印刷到其上的掩模膜。如图3A所示，产品300具有掩模膜330和蚀刻图案310。墨水(包 括基础墨水和彩色墨水)在掩模膜330上以墨水图案320涂布到产品300。已经涂布墨水 来填充蚀刻图案310并且形成过度喷洒区域340。图3B示出了在已经与墨水图案320的墨水过度喷洒区域340 —同移除了掩模膜330之后的产品300，由此显露出整齐地沉积在蚀刻图案310内的墨水。因此，完成了精确并整齐的印刷。如上所述，将墨水沉积在蚀刻图案中，并且因此 显著地增加了印刷的耐久性。因此，如所述的各种实施例在表面上使用UV硬化墨水提供了 耐久的印刷。本领域的技术人员将会认识到，虽然已经参照具有PC ABS基础层、彩色涂层 和透明涂层的塑料产品讨论了图2A-图2F和图3A-3B的实施例，但是这里讨论的技术可以 相等地扩展到在具有一个或多个构成层的其他材料上印刷，并且全部这种变化包括在本发 明的范围和精神内。此外，前述实施例包括在印刷基础墨水之后印刷彩色墨水。在其它实 施例中，可以在单个步骤中涂布单色墨水。图4是示出了根据本发明的实施例的用于印刷的方法400的流程图。根据实施例， 在印刷控制软件144由图1的CPU 232执行时，方法400部分地由印刷控制软件144实施。方法400在步骤402开始，并且前进到步骤404，在步骤404处将掩模膜涂布到产 品。之后将产品放置到激光蚀刻系统中。在步骤406处，执行印刷控制软件144，以使得方 法400在产品表面和掩模膜上产生激光蚀刻图案。在蚀刻之后，可以将产品移动到印刷机。 在步骤408处，将基础墨水涂布到蚀刻图案并且利用紫外(UV)辐射硬化。在一个实施例中， 将基础墨水涂布为使得蚀刻图案的至少部分体积保持未填充。涂布基础墨水以相对于蚀刻 图案来产生过度喷洒部分。在步骤410处，将彩色墨水涂布到产品的蚀刻图案并且利用UV 辐射硬化。将彩色墨水涂布到基础墨水上。涂布彩色墨水以相对于蚀刻图案产生过度喷洒 部分。方法400的、通过执行印刷控制软件而执行的部分在步骤408处结束。在步骤412， 将掩模膜与基础墨水过度喷洒部分和彩色墨水过度喷洒部分一起从产品移除，而在产品上 显露出整齐的印刷。方法400在步骤414处结束。如所述的，根据这里公开的系统和方法的各种实施例的直接印刷提供了印刷图案 的增加的耐久性。此外，如所述的直接印刷技术增加了印刷图案对于产品的附着力，而不需 要额外的材料(诸如，溶剂)。通过本发明的各种实施例而能进行的印刷非常适合于各种 产品的高光泽抛光的表面。此外，各种实施例在数个优点中，提供了增加的耐刮擦和磨损性 (例如，通过在印刷品上进行前后移动100次的刮擦激励来进行测试)以及改善的耐醇性 (例如，通过利用醇前后摩擦印刷品15次来进行测试)。同时，结合各种附图的优选实施例 来描述本发明。应该理解，可以使用其他类似的实施例。可以对于描述的实施例进行修改/ 增加以执行本发明的相同功能，而不从其偏离。因此，本发明不限于任何单个实施例，而是 根据权利要求在广度和范围方面进行构造。
权利要求
1.一种在产品上进行印刷的方法，所述方法包括在掩模膜中蚀刻出蚀刻图案，并且将蚀刻图案蚀刻到所述产品的表面中，其中，所述掩 模膜附着到所述产品的所述表面上；并且在所述蚀刻图案上以墨水图案涂布至少一种墨水，其中，所述墨水图案比所述蚀刻图 案(310)略宽，以在所述掩模膜上形成过度喷洒区域。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述至少一种墨水暴露到紫外(UV)辐射，以 使所述至少一种墨水硬化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，涂布至少一种墨水包括涂布基础墨水，并且其 中，所述方法还包括使所述基础墨水硬化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，涂布至少一种墨水还包括在所述基础墨水上涂 布彩色墨水，并且其中，所述方法还包括使所述彩色墨水硬化。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括移除所述掩模膜以在所述产品上显露出印刷图 案，所述印刷图案基本包含在所述蚀刻图案中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模膜包括聚酯。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用激光来产生所述蚀刻图案。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产品的所述表面包含保护涂层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产品的所述表面包括包含彩色涂层和透明 涂层的层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产品还包括聚碳酸酯丙烯腈-丁二烯-苯 乙烯(PC ABS)层。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述蚀刻图案具有穿过所述保护涂层的深度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述蚀刻图案具有至少部分地进入所述PC ABS层的深度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模膜含有丙烯酸粘合剂。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述掩模膜具有约华氏350度(177摄氏度)的使用温度。
15.一种用于在产品上进行印刷的设备，包括激光蚀刻系统，其用于在掩模膜中蚀刻出蚀刻图案并且将蚀刻图案蚀刻到产品的表面 中，其中，所述掩模膜附着到所述产品的所述表面上；以及印刷机，其用于在所述蚀刻图案上以墨水图案涂布至少一种墨水，其中，所述墨水图案 比所述蚀刻图案略宽，以在所述掩模膜上形成过度喷洒区域。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述掩模膜包括聚酯。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述掩模膜包括丙烯酸粘合剂。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述掩模膜具有约华氏350度(177摄氏度) 的使用温度。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述产品的所述表面包含保护涂层。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述激光蚀刻图案穿过所述掩模膜和所述保 护涂层，并且与所述产品的塑料材料相接触。
全文摘要
本发明公开用于在表面上印刷的方法和设备。本发明的实施例主要包括用于在产品上执行印刷的方法和设备。具体地，本发明的实施例包括用于在产品表面上进行印刷的印刷设备和方法。此外，印刷设备包括激光蚀刻系统和印刷机。将掩模膜涂布到将要在其上进行印刷的产品上。激光蚀刻系统通过掩模膜在将要在其上进行印刷的产品中产生蚀刻图案。将墨水图案涂布到蚀刻图案。之后将掩模膜移除以显露出产品上的印刷图案。
文档编号B41F19/00GK101992585SQ201010254648
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者克里斯多佛·瑞索, 杰丽·金 申请人:索尼公司