用于数字平版印刷的反向激光写入和转印方法与流程

本公开涉及标印和印刷系统，并且更具体地涉及采用反向激光写入的可变数据光刻系统。

平版胶印是当今常见的印刷方法。出于此目的，术语“印刷”和“标印”是可互换的。在典型的光刻工艺中，印刷板(可以是平板、滚筒表面、带等等)形成为具有由疏水和亲油材料形成的“图像区域”以及由亲水性材料形成的“非图像区域”。图像区域是与最终印刷品(即目标基材)上的区域相对应的区域，其被诸如油墨的印刷或标印材料占据，而非图像区域是与最终印刷品上未被标印材料占据的区域相对应的区域。

可变数据光刻(也称为数字光刻或数字胶印)印刷过程通常以用于抑制图像光鼓上的硅酮成像板的润版液开始。润版液在硅酮板上形成约一(1)微米厚的薄膜。光鼓旋转到“曝光”工位，其中使用高功率激光照排机在要形成图像像素的位置处移除润版液。此操作形成基于“潜像”的润版液。然后光鼓进一步旋转到“显影”工位，其中，类似于平版印刷的油墨与基于“潜像”的润版液接触，并且油墨“演进”到润版液已被激光移除的位置。油墨通常是疏水的，以便更好地放置在印刷板和基材上。可以施加紫外(uv)光，使得油墨中的光引发剂可以部分地固化油墨，以使油墨准备就绪以高效转印至诸如纸张的印刷介质上。然后光鼓旋转到转移工位，其中将油墨转印至诸如纸张的印刷介质上。硅酮板是柔性的，因此不使用胶印橡皮布来辅助转移。将uv光施加到带油墨的纸上以使纸上的油墨完全固化。油墨在纸上的厚度尺寸约为一(1)微米。

在印刷板上形成图像通常通过成像模块完成，每个成像模块使用线性输出高功率红外(ir)激光来照射数字光投影仪(dlp)多镜阵列，也称为数字微镜装置“dmd”。反射镜阵列类似于计算机投影仪和一些电视机中常用的反射镜阵列。激光为反射镜阵列提供恒定照射。反射镜阵列偏转各个镜子以在图像平面上形成像素，以蒸发(按像素)硅酮板上的润版液。如果不打开像素，则用于该像素的反射镜偏转，使得该像素的激光照射不会碰到硅酮表面而是进入冷却轻型收集器式散热器。单个激光器和反射镜阵列形成成像模块，其在横向处理方向上提供大约一(1)英寸的成像能力。因此，对于给定的扫描线，单个成像模块同时对图像的一(1)英寸x(1)像素线成像。在下一扫描线处，成像模块对下一个一(1)英寸x一(1)像素线段成像。通过使用包括若干激光器和若干反射镜阵列的对接在一起的若干成像模块，实现了用于非常宽的横向处理宽度的成像功能。

在上述光刻系统中，具有均匀和所需厚度的初始润湿液层是非常重要的。为实现这一点，使包括由溶液供应源供给的辊的成型辊压区润湿系统接近可再成像表面。然后将润湿液从成型辊转移至可再成像表面。然而，这种系统依赖于成型辊和可再成像表面的机械完整性、成型辊和可再成像表面的表面质量、保持成型辊和可再成像表面之间的间隔的安装的刚性等，以此才能获得均匀的层。机械对准误差、位置和旋转公差以及部件磨损都会导致辊表面间距的变化，从而导致润湿液厚度偏离理想值。

由于上述原因，并且出于下面陈述的其它原因，对于本领域技术人员而言，在阅读和理解本说明书后，这些原因将变得显而易见，本领域需要一种替代性的转印方法，其不需要施用和移除润版液，因此降低了数字平版印刷系统中印刷品的复杂性和成本。

根据实施例的各方面，本公开涉及一种印刷方法，其中油墨作为薄层转印至薄聚合物基材，然后聚合物基材的非图像区域被激光固化，然后其余的油墨(未固化的油墨)经历完全转印，转至目标印刷介质，从而形成数字印刷品。

图1示出了展示相关技术的基于油墨的数字印刷系统的系统框图；

图2是根据一个实施例的基于反向激光写入和转印方法的可变光刻系统的侧视图；

图3是根据实施例的基于反向激光写入和转印方法的可变光刻中的光学能量和基材相互作用的视图。

图4是根据实施例的用于在任意可再成像表面上进行反向激光写入的方法的流程图。

在一个方面，一种可变数据光刻系统，包括具有任意可再成像基材(基板)的成像构件；用于在基材上施加薄油墨层的上墨子系统；用于选择性地固化基材的部分的图案化子系统，使得至少一处其余的未固化部分在基材上形成着墨图像；以及用于将着墨图像转印至印刷介质的图像转印子系统。

在另一方面，其中基材是聚合物基材。

在又一方面，其中基材包括多层基底，所述多层基底具有下接触表面，所述下接触表面被配置成包裹在可变数据光刻系统的印刷滚筒上。

在另一方面，其中聚合物基材选自以下组成的群组：硅酮、聚氯酯、丁二烯橡胶、橡胶及其混合物。

在另一方面，其中选择性地固化基材的部分是将基材暴露于来自激光成像模块的激光辐射。

在又一方面，其中在25℃下，油墨组合物的粘度在1.5×10⁵厘泊和10×10⁵厘泊之间。

在另一方面，其中在45℃下，油墨组合物的粘性范围为40至60gm(60s)，并且其中在45℃下，油墨组合物的粘度在2×10⁴厘泊至5×10⁴厘泊之间。

在另一个方面，进一步包括：流变改性剂，其通过暴露于紫外线能量而硬化印刷介质上的着墨图像，并且其中在基材上的薄油墨层厚度小于一微米。

在再一方面，一种用于在可变数据光刻系统中形成图像的方法，包括使用具有任意可再成像基材(基板)的成像构件；通过上墨子系统在基材上施涂薄油墨层；使用图案化子系统选择性地固化基材的部分，使得至少一处其余的未固化部分在基材上形成着墨图像；将着墨图像从基材转印至图像接收印刷介质；从图像形成系统输出其上形成有着墨图像的图像接收印刷介质。

尽管为了清楚起见在随附描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在表示在附图中选择用于说明的实施例的特定结构，而不旨在限定或限制本公开的范围。在下面的附图和随附描述中，应理解，相同的数字标记指的是具有相同功能的组件。

术语“润湿流体”、“润湿液”和“润版液”通常是指诸如流体的材料，其提供表面能的变化。溶液或流体可以是水或水基润版液，其通常以空气传播状态施涂，例如通过蒸汽或通过一系列辊与成像构件直接接触，用于通过润湿液均匀润湿构件。溶液或流体可以是非水性的，例如，由硅酮流体(例如d3、d4、d5、0s10、0s20等)和多氟化醚或氟化硅酮流体组成。

结合数量使用的修饰语“约”包括所述值并具有上下文所指定的含义(例如，它至少包括与特定数量的测量相关的误差程度)。当使用特定值时，也应将其视为公开该值。例如，术语“约2”也公开了值“2”，范围“从约2到约4”也公开了“从2到4”的范围。

尽管本发明的实施例在这方面不受限制，但是这里使用的术语“多个”和“多种”可以包括例如“多个”或“两个或更多个”。在整个说明书中可以使用术语“多个”或“多种”来描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数等。例如，“多个工位”可以包括两个或更多个工位。本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元件与另一个元件。本文中的术语“一”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项目。

本文中的术语“印刷装置”或“印刷系统”是指数字复印机或印刷机、扫描仪、图像印刷机、数字生产印刷机、文件处理系统、图像复制机、制版机、传真机、多功能机等等，并且可以包括多个标印引擎、进给机构、扫描组件以及其它印刷介质处理单元(例如纸张进给器、装订器等)。印刷系统可以处理片材、卷筒、标印材料等。印刷系统可以在任何表面上放置标记等，并且是在输入片材上读取标记的任何机器；或这些机器的任何组合。

术语“印刷介质”通常是指用于图像的通常柔性的、有时卷曲的物理纸张、基材、塑料或其它合适的物理印刷介质基材，无论是预切割还是卷筒给纸。

如本文所用，术语“固化”是指材料中状态(比如，液体变为固体)、条件和/或结构的变化，例如通常是但不必须是由至少一种施加的变量，例如时间、能量、温度、辐射、所述材料中固化催化剂或固化促进剂的存在和量等，引起的可固化油墨组合物。术语“固化”或“被固化”包括部分固化和完全固化。在任何情况下发生固化时，例如已经选择性地放置在聚合物基材或卷筒上的此类油墨组合物的固化，这种组合物的组分可能经历一个或多个完全或部分施加的变量(例如uv辐射、交联或其它反应)，其取决于固化的油墨组合物的性质、应用变量以及可能的其它因素。应理解，本发明包括在施用后未固化或仅在施用后部分固化的油墨。

图1示出了根据本公开的一个实施例的用于可变数据光刻的相关技术的基于油墨的数字印刷系统。系统10包括成像构件12或任意可再成像的表面，因其可以在表面层上产生不同的图像，在该实施例中是光鼓上的橡皮布(但是可以等效地是平板、带等)，其由以下各系统包围：基于冷凝的润湿液子系统14(下方作进一步详细讨论)、光学图案化子系统16、上墨子系统18、用于将着墨图像从成像构件12的表面转移至基材24的转移子系统22、最后是表面清洁子系统26。其它可选的其它元件包括流变学(复合粘弹性模量)控制子系统20、厚度测量子系统28、控制子系统30等。还可以采用许多其它的可选子系统，但这些子系统超出了本公开的范围。如上所述，光学图案化子系统16复杂昂贵，并且占整个系统的总功耗的大部分。示例性系统10中的成像构件12用于在转印压印线112处将着墨图像施涂至目标图像接收介质基材24。转印压印线112由转印子系统22处的压印辊产生，作为图像转印机构的一部分，在成像构件12的方向上施加压力。

图2是根据实施例的基于反向激光写入和转印方法200的可变光刻系统的侧视图。注意，用于可变光刻的系统的与图1中相同的部分使用相同的附图标记表示，并且将省略与上面参照图1所描述部分的相同部分的描述。

所提出的实施例满足了本领域对于不需要施用和去除润版液的替代转印过程的需要，因此降低了数字光刻印刷系统中的印刷品的复杂性和成本。对于这种新的激光写入和转印方法，不再使用润版液施用和蒸发步骤。转印橡皮布12也不必是氟硅酮，并且可以是任何聚合物表面，以此生成油墨的有效转印。

如图所示，已经移除了润湿液元件并且已经将上墨元件移动到过程的开始，正如在待描述的过程中，在产生图像之前执行上墨。另外，可变光刻系统示出为具有聚合物基材(基板)210，所述基材可以形成橡皮布12的一部分或者可以形成在橡皮布12顶部上的裙部或片材/幅材。如图1中所示的油墨厚度数据28和诸如在任意空间内施涂的油墨的百分比的其它数据可用于提供反馈以控制(控制器300)计量施涂到聚合物基材210的油墨，因此，为制作可印刷图像，施涂油墨之后的基材210实际上是白板。该板仅受激光成像系统(lim)16产生的固化图案的限制。

在这种新描述的印刷方法中，油墨作为薄层(<1微米)转印至薄聚合物基材210上，然后非图像区域通过激光辐射(lim16)直接固化到聚合物基材表面上。该方法的第一部分被称为“反向激光写入”过程，其中首先施涂油墨，然后在油墨上创建图像。之后，聚合物基材210上其余的薄油墨层接触印刷介质24并完全转印至该基材上，从而形成数字印刷品。该方法的第二部分称为“转印”过程。在图1中反向激光写入的所示结构元件下方示出了反向激光写入和转印过程的示意图。在将着墨(未固化的油墨)图像转印至印刷介质24上之后，可以清洁26基材210，然后可以重新施涂油墨，使得lim16可以产生另一个反向激光写入图像。由于表面的耐久性，聚合物表面可以连续地写入，但磨损较小。在要重复图像的情况下，可以在进行印刷介质交换的那些部分中重新着墨基材。在替代方案中，可以通过使用另一过程清洁或弃用基材210。

控制器300可以在诸如台式计算机、膝上型计算机、手持式计算机、嵌入式处理器、手持通信设备或其它类型的计算设备等设备中体现。控制器300可以包括存储器、处理器、输入/输出设备、显示器和总线。总线可以允许控制器300或计算设备的组件之间的信号通信和传输。

上述数字印刷方法的优点是高速、高分辨率、低油墨消耗和低复杂性。油墨-聚合物基材210相互作用是确保完全图像转印，特别是当显示出与聚合物基材之间的高度可转印性的组合的油墨配方时，和没有油墨转印到非成像区域中的关键技术因素。用于该反向激光写入和转印方法的油墨配方必须在实现关键印刷功能所需的特定范围内显示粘度和粘性。

油墨属性应在下方所描述的范围内。可以合理地进行预期，由于基础配方的相似性，包括青色、品红色、黄色和黑色数字光刻印刷品的多种着色配方也将在所述方法中起作用。已经证明具有这些范围内的属性的油墨在高转印条件下经历从低表面能基材的完全油墨转印。

表1-油墨的流变学和粘性范围

为最大化油墨对印刷介质24的粘附性，在处理方向上位于油墨图像转印工位下游的粘度控制单元180增加了残余油墨凝聚强度，以产生硬化的残余油墨。特别地，粘度控制单元通过固化残余油墨来调节油墨，以增加残余油墨相对于印刷介质的凝聚强度。本领域技术人员将认识到，本发明范围内的粘度控制单元可包括辐射固化、光学或光固化、热固化、干燥固化或各种形式的化学固化。粘度控制单元也可以使用冷却来改变流变性，例如，通过物理和/或化学冷却机制。

图2中所示的粘度控制单元180是具有uv固化灯(例如，标准激光、uv激光、高功率uvled光源)的uv曝光工位，其将成像构件表面上的残余油墨暴露于一定量的uv光(例如，光子辐射的#)使油墨聚合。足以硬化残余油墨的紫外线剂量水平可能取决于若干因素(例如，uv光引发剂类型、浓度)、uv灯光谱、印刷机处理速度和成像构件110表面上的残余油墨量。虽然不限于特定范围，但对于示例性uv固化灯(例如，约395nmled)，发明人通过大量实验发现，从约30mj/cm2至600mj/cm2的一系列uv光光子可充分增加成像构件表面上的残余油墨的粘度，用于随后的去除。

这种反向激光写入和转印方法的应用包括：2d印刷、数字掩模的数字胶印或任何功能性油墨在表面(例如特殊效果材料或粘合剂层)上的数字印刷。

图3是根据实施例的基于反向激光写入和转印方法的可变光刻中的光学能量和基材相互作用的视图。注意，用于可变光刻的系统的与图1和图2中的部分相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略与上面参照图1和图2所描述部分的相同部分的描述。图3示出了诸如白色油墨的油墨至诸如黑纸之类的基材210的图像转印。当使用不足的光学能量(功率)对非图像区域进行固化时，发生一些油墨转印导致弱图像。然而，使用更高的光学能量(功率)导致高对比度图像，其中如参考图1和2所述，通过在压印线112处压缩基材210，仅油墨在图像区域转印。随后使用粘度控制单元180固化转印的油墨。用于最佳转印的示例性转印表面(基材210)是：硅酮、聚氯酯、填充硅酮、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、edmp橡胶和氟硅酮橡胶。

图4是根据实施例的用于在任意可再成像表面上进行反向激光写入的方法400的流程图。所述方法400包括两个部分，该方法的第一部分(操作410和420)被称为“反向激光写入”过程，而该方法的第二部分被称为“转印”过程。

第一部分从操作410开始，其中通过上墨子系统18将薄油墨层施涂到薄聚合物基材(如基材210)；然后在操作420中，使用诸如lim16的图案化子系统选择性地固化基材210的部分，使得至少一处其余的未固化部分在基材210上形成着墨图像。在将油墨施涂到基材上并固化基材的部分以使其硬化并防止转移之后，将基材移动至转印过程，如图2所示的转印子系统22。转印过程从操作430开始，其中着墨的基材和印刷介质24压在转印子系统22的辊上，使得着墨的介质的未固化部分转印至介质上。所述方法继续进行至操作440，其中在压印线122处施压基材和介质之后产生图像接收印刷介质。然后可以用光能照射所产生的具有图像的印刷介质，以在其上保持固化图像。