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CN109803835B - 流体喷射系统和流体喷射方法 - Google Patents

流体喷射系统和流体喷射方法 Download PDF

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CN109803835B CN201680089857.2A CN201680089857A CN109803835B CN 109803835 B CN109803835 B CN 109803835B CN 201680089857 A CN201680089857 A CN 201680089857A CN 109803835 B CN109803835 B CN 109803835B
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Abstract

本公开涉及流体喷射系统和流体喷射方法。在示例性实施方式中，提供了一种系统。该系统包括加热器、能量源和至少一个流体喷射装置。所述至少一个流体喷射装置在基材输送过程中向基材分配去内容流体。所述加热器沿着基材输送路径布置在至少一个流体喷射装置之后。所述加热器去除所述基材上的去内容流体中的液体，以使得去内容流体的粒子保留在基材上。所述能量源沿着基材输送路径布置在所述加热器之后。所述能量源在基材输送过程中将能量施加到所述基材，以将基材加热到约为基材的熔化温度的温度，以将基材上的所述粒子熔融到基材中。

Description

流体喷射系统和流体喷射方法
技术领域
本公开涉及打印领域。
背景技术
去内容(de-contented)墨通常不用于在诸如纸的介质上打印。去内容墨具有理想的特性，例如更好的可喷射性、更长的保存期限和低挥发性有机化合物(VOC)排放。
诸如塑料的其他类型的介质使用含有非极性、非水溶性的高分子粘合剂的墨，所述非极性、非水溶性的高分子粘合剂与颜料着色剂一起喷射。这些类型的墨含有大量的助溶剂以促进喷射并使塑料基材膨胀(swell)。必须通过加热去除上述助溶剂。在此之后进行熔融(fuse)。这个过程会限制打印速度，并产生挥发性有机化合物问题。
发明内容
根据本公开的一方面，涉及一种流体喷射系统，包括：至少一个流体喷射装置，至少一个流体喷射装置用于在基材输送期间中将去内容流体分配到基材上；加热器，加热器沿着基材输送路径布置在至少一个流体喷射装置之后，加热器用于从基材上的去内容流体去除液体，使得去内容流体的粒子保留在所述基材上，其中去内容流体不包含任何粘合剂；和能量源，能量源沿着基材输送路径布置在所述加热器之后，能量源在基材输送期间将能量施加到基材上，以将基材加热到约为基材的熔化温度的温度，从而将基材上的所述粒子熔融到基材中。
根据本公开的另一方面，涉及一种流体喷射系统，包括：底层涂料施加装置，底层涂料施加装置用于将底层涂料施加到沿基材输送路径移动的基材上；至少一个流体喷射装置，至少一个流体喷射装置用于将去内容流体分配到沿着基材输送路径移动的基材上，其中去内容流体不包含任何粘合剂；加热器，加热器沿着基材输送路径布置在至少一个流体喷射装置之后，加热器用于从基材上的去内容流体去除液体，使得去内容流体的粒子保留在基材上；和能量源，能量源沿着基材输送路径布置在加热器之后，能量源在基材输送期间将能量施加到基材上，以将基材加热到约为底层涂料的熔化温度的温度，以将底层涂料上的粒子熔融到基材中。
根据本公开的另一方面，涉及一种流体喷射方法，包括：在塑料基材上施加去内容流体以打印图像；干燥所述去内容流体，以从去内容流体去除水，其中去内容流体不包含任何粘合剂；以及施加来自至少一个发光二极管的能量，以加热去内容流体，去内容流体被干燥至约为塑料基材的熔化温度的温度。
附图说明
图1是本公开一个示例性系统的框图；
图2是本公开的示例性系统的更加详细的框图；
图3是本公开的示例性系统的另一更加详细的框图；
图4是正被基材吸收(imbibed)的粒子的一个示例性特写图；
图5是表示不同的颜色在不同波长下的吸收百分比的示例性图表；和
图6是在塑料基材上打印去内容墨的一个示例性方法的流程图。
具体实施方式
本公开披露了在塑料基材上进行打印的系统及方法。如上所述，某些用于在塑料基材上进行打印的方法不能打印出耐久的图像。施加到塑料基材上的墨能够很容易被擦除。
如上所述，一些技术方案包括使用含有与颜料着色剂一起喷射的非极性、非水溶性的高分子量乳胶粘合剂的墨，以实现耐久性。但是，这些类型的墨含有大量的助溶剂，以促进喷射和使塑料基材膨胀。必须除去这些助溶剂，然后在高温下使墨膜熔融。但是，这个过程会限制打印速度，并产生挥发性有机化合物问题。
此外，非极性、非水溶性的高分子量乳胶粘合剂能够在打印喷嘴表面上产生不溶性外皮(crust)。该不溶性外皮能够逐渐堵塞喷射喷嘴。结果，可能无法维持喷射，并且可能无法实现可靠的喷射。
优选地，使用去内容墨在塑料基材上打印。去内容墨是指不包含任何粘合剂或溶剂的墨。去内容墨具有理想的特性，例如更长的保存期限、更好的可喷射性和低挥发性有机化合物排放。然而，由于没有粘合剂将颜料固定在塑料基材上，所以去内容墨不能在塑料基材上形成耐久的图像。
本公开提供了一种系统，该系统能够使用去内容墨在基材(例如，基于塑料的基材)上产生耐久的图像。耐久的图像可以被定义为能够抵抗橡皮擦拭、利用液体(例如70％异丙醇(IPA)或
Figure GDA0002641248760000021
)的擦拭、带粘合(tape adhesion)等的图像。
在一种实施方式中，激活(energizing)去内容墨膜(例如将去内容墨的粒子加热到接近或略低于塑料基材的熔化温度的温度)产生耐久的图像。加热去内容墨的粒子允许粒子扩散到或熔化到塑料基材的表面中。换言之，粒子能够被塑料基材吸收。也就是说，一些疏水性粘合剂可以转移到凝结的颜料基质内，从而产生耐久的图像。
图1示出了本公开的一个示例性系统100的框图。系统100包括流体喷射系统102、处理器104、存储器106和输入/输出(I/O)接口108。在一个实施例中，流体喷射系统102可用于在基材上进行打印。例如，流体喷射系统102可以是打印机、多功能设备、分布式打印系统等。
在一种实施方式中，流体喷射系统102可包括流体喷射装置110、加热器112和能量源114。下面描述流体喷射装置110、加热器112和能量源114的实施例和额外的细节。
应当理解，这里描述的流体喷射系统102可以选择性地喷射流体液滴，使得流体液滴可以沉积在基材上。在基材上图案化这些沉积的液滴可以在基材上生成图像。这种图像的形成可以称为打印。
在一个实施例中，处理器104可以控制流体喷射系统102以及流体喷射系统102内的各种部件的操作。在一个实施例中，存储器106可以是存储由处理器执行的指令的非暂态计算机可读介质。在一个实施例中，I/O接口108可以包括显示器、键盘、输入设备(例如鼠标或触摸板)等。所述I/O接口108可以允许使用者输入在处理器104的控制下由流体喷射系统102执行的打印作业。
应注意，系统100可包括未示出的附加部件。例如，系统100还可以包括反馈回路、通信模块等。
图2示出了示例性流体喷射系统102的框图。在一个实施方式中，流体喷射系统102可包括加热器204、能量源206和至少一个流体喷射装置202。在一个实施例中，能量源206可以是基于发光二极管(LED)的能量源，其包括一个或多个发光二极管。加热器204可以沿着基材输送路径218布置在流体喷射装置202之后。能量源206可以沿着基材输送路径218布置在加热器204之后。
在一个实施例中，基材208可以沿着基材输送路径218在流体喷射装置202、加热器204和能量源206下方移动。在一个实施例中，基材208可以是塑料。例如，塑料可以是聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯或任何其他塑料。
在另一实施例中，流体喷射装置202、加热器204和能量源206可以在基材208上方移动(例如，通过可移动支架)。应当注意，尽管基材输送路径218在图2中示出为从左向右移动，但是，重新排列流体喷射装置202、加热器204和能量源206的顺序，则基材输送路径218也可以从右向左移动。
在一个实施例中，流体喷射装置202可以将去内容流体210喷射或分配到基材208上。去内容流体210可以是不含任何粘合剂(例如聚氨酯、接枝聚氨酯(PUG)、乳胶)或者少量溶剂的墨。在一个实施例中，去内容流体210可以是水基墨，其易于喷射并且具有低挥发性有机化合物排放。
尽管图2中示出了单个流体喷射装置202，但应当注意，流体喷射系统102可包括多个流体喷射装置202。例如，流体喷射系统102可以是分布式打印系统，其使用多个流体喷射装置202以横跨基材208的宽度进行打印。换句话说，多个流体喷射装置202的数量可以对应于基材208的宽度。
在一个实施例中，单个流体喷射装置202可以分配多种不同颜色的去内容流体210。在另一个实施例中，多个流体喷射装置202中的每一个流体喷射装置202可以分配一种不同颜色的去内容流体210，或者每一个流体喷射装置202分配多种不同颜色的去内容流体210。
在一个实施例中，加热器204可以从施加到基材208上的去内容流体210去除液体212。结果，去内容流体210中的粒子214可以在去内容流体210干燥之后保留在基材208上。在一个实施例中，被去除的液体212可以是水。
随着基材208沿着基材输送路径218移动，保留在基材208上的粒子214可以在能量源206下方通过。能量源206可以发射被粒子214吸收的能量。粒子214可以被加热到略低于基材208熔化温度的温度。
使用基于发光二极管的能量源206相比其他加热方法具有许多优点。在一个实施例中，基于发光二极管的能量源206可以立即打开和关闭，以精确地控制所施加的能量大小，从而在基于发光二极管的能量源206被激活时精确地控制粒子214的温度。相比之下，诸如热熔融或红外加热的其他加热方法即使在能量源已关闭时也会继续加热粒子214周围的大气。
此外，基于发光二极管的能量源206可以更具选择性。基于发光二极管的能量源206可以指向基材208的特定区域。换句话说，基于发光二极管的能量源206可以提供更有针对性的加热。
此外，基于发光二极管的能量源206的不同发光二极管可以将能量施加到不同的特定颜色上。例如，流体喷射系统102可以是青色、品红色、黄色、键色(Key)(或黑色)(CYMK)彩色打印机。每种颜色(例如，青色、品红色、黄色和黑色)可以吸收不同波长的光以被激活或被加热。图5示出的示例性图表500示出了不同颜色在不同波长的吸收百分比。
图表500示出了一个示例性发光二极管的波长。图表500中的由示例性发光二极管发射的波长可以被示例性墨中的黄色和黑色高百分比地吸收。第二发光二极管可用于发射约520纳米至580纳米的波长，以加热青色和品红色。
结果，基于发光二极管的能量源206可以具有多个不同的LED灯，每个LED灯发射不同波长的能量。换句话说，多个不同LED灯中的每一个可以是不同颜色，其将不同波长的光照射到粒子214上。根据基材208上的粒子214的颜色，基于发光二极管的能量源206的不同的LED灯可以选择性地打开和关闭。
粒子214可以在基于发光二极管的能量源206下在一个循环(cycle)中被干燥。在另一个实施例中，粒子214可以在基于发光二极管的能量源206下经由多个循环被干燥。例如，每个循环可以使用基于发光二极管的能量源206的不同LED能量波长熔化不同颜色的粒子214。
在一个实施例中，粒子214可以由基于发光二极管的能量源206快速加热。例如，粒子214可以仅暴露于基于发光二极管的能量源206几秒钟。例如，基材输送路径218可以以大约每分钟七英尺的速度移动。
参见图2，在粒子214被熔化之后，粒子214可以被注入(infused)到基材208中或被基材208吸收。如上所述，粒子214可以被加热到约为基材208的熔化温度的温度。在一个实施例中，温度可以略低于基材208的熔化温度。在一个实施例中，基材208的熔化温度可以是大约150摄氏度(℃)。在基材208是聚丙烯或聚乙烯的另一个实施例中，熔化温度可低于150℃。
图4示出了由塑料基材402吸收的粒子404的示例性特写图。如上所述，先前使用去内容墨在塑料基材上打印的尝试不是非常成功。例如，可以很容易地去除去内容墨。
然而，通过将粒子404加热到恰好低于塑料基材402的熔化温度的温度，可以使粒子404熔化。由于基材402接近熔化温度，所以可以在塑料基材402的顶表面406中产生缺陷(imperfections)。熔化的粒子404可以扩散到塑料基材402的顶表面406的缺陷中或被所述缺陷吸收。结果，打印的图像与先前的方法相比可以更好地粘合到塑料基材402上，从而产生更耐久的打印图像。
然而，如果基材208的熔化温度高于150℃，则将粒子214加热到略低于该熔化温度的温度可能对粒子214产生负面作用。结果，对于熔化温度高于粒子214可能开始分解的温度(例如，高于200℃)的基材208，如图3所示，可以将底层涂料(primer)施加到基材208上。
图3中的示例性流体喷射系统102可包括底层涂料施加设备302、加热器306、发光二极管能量源310和至少一个流体喷射装置304。至少一个流体喷射装置304可以沿着基材输送路径314布置在底层涂料施加设备302之后。加热器306可以沿着基材输送路径314布置在流体喷射装置304之后。发光二极管能量源310可以沿着基材输送路径314布置在加热器306之后。
在一个实施例中，基材312可以沿着基材输送路径314在底层涂料施加设备302、流体喷射装置304、加热器306和发光二极管能量源310下方移动。
在另一个实施例中，底层涂料施加设备302、流体喷射装置304、加热器306和发光二极管能量源310可以在基材312上方移动(例如，通过可移动支架)。应当注意，尽管基材输送路径314被示出为在图3中从左向右移动，如果底层涂料施加设备302、流体喷射装置304、加热器306和发光二极管能量源310的顺序被重新布置，则基材输送路径314也可以从左向右移动。
在一个实施例中，基材312可以是熔化温度高于150℃的塑料基材。结果，将由流体喷射装置304分配的去内容流体318留下的粒子320加热到高于150℃的温度可能会破坏粒子320。例如，粒子可能在约200℃或更高的温度下分解。
因此，可以在分配去内容流体318之前将底层涂料316分配或施加到基材312上。底层涂料316可以是能够热熔的底层涂料。能够热熔的底层涂料可以是乳胶或蜡。
在另一个实施方式中，底层涂料层可以用不同的涂布方法涂布。例如，涂布方法可包括凹版涂布、逆转辊涂布、辊衬刮刀涂布(knife-over-roll coating)、计量棒涂布(metering rod coating)、狭缝式模头涂布(slot die coating)、幕式涂布(curtaincoating)、气刀涂布(air knife coating)等。涂层可以在到达流体喷射装置304之前被干燥。
然后，流体喷射装置304可以将去内容流体318分配到底层涂料316上，以打印图像。尽管图3中示出了单个流体喷射装置304，但是应当注意，流体喷射系统102可包括多个流体喷射装置304。例如，流体喷射系统102可以是分布式打印系统，其使用多个流体喷射装置304横跨基材312的宽度进行打印。换句话说，多个流体喷射装置304的数量可以对应于基材312的宽度。
在一个实施例中，单个流体喷射装置304可以分配多个不同颜色的去内容流体318。在另一个实施例中，多个流体喷射装置304中的每一个流体喷射装置304均可以分配一种不同颜色的去内容流体318，或每一个流体喷射装置304可以分配多种不同颜色的去内容流体318。
在一个实施例中，加热器306可以从施加到基材312上的去内容流体318中去除液体308。结果，去内容流体318的粒子320可以在去内容流体318被干燥之后保留在基材312上。在一个实施例中，被去除的液体308可以是水。
随着基材312沿着基材输送路径314移动，保留在基材312上的粒子320可以在发光二极管能量源310下方通过。发光二极管能量源310可以发射被粒子320吸收的能量。粒子320可以被加热到略低于底层涂料316的熔化温度的温度。在一个实施例中，温度可以是略低于底层涂料316的熔化温度(例如，略低于150℃)的温度。
在粒子熔化之后，粒子214可以注入到底层涂料316中。底层涂料316可以粘附到基材312上。底层涂料316的使用允许基材312可以是各种不同的材料。例如，除了熔化温度低于150℃的塑料之外，基材312也可以是金属、熔化温度高于150℃的塑料等。
图6示出了用于在塑料基材上打印去内容墨的示例性方法600的流程图。在一个实施例中，所述方法600的框图可以由系统100或流体喷射系统102执行。
在框602处，方法600开始。在框604处，方法600将去内容流体施加到塑料基材上以打印图像。例如，去内容流体可以是具有一种或多种不同颜色的墨，其由流体喷射装置施加以在塑料基材上打印图像。
在一些实施方式中，可在将去内容流体分配到塑料基材上之前将底层涂料施加到塑料基材上。底层涂料可以是能够热熔的底层涂料。
在框606处，方法600对去内容流体进行干燥，以去除去内容流体中的水。在一个实施例中，加热器可以向去内容流体施加热量，以从去内容流体中去除液体(例如水)。
在框608处，方法600施加来自至少一个发光二极管的能量，以加热去内容流体，该去内容流体被干燥至约为塑料基材的熔化温度的温度。在一个实施方式中，发光二极管可以是发光二极管能量源的一部分。发光二极管能量源可以具有多个不同的发光二极管，以发射不同波长的能量。在从去内容流体中除去液体之后，不同的波长可以被留在塑料基材上的不同颜色的粒子选择性地吸收。
发光二极管发射的能量可被粒子吸收，以加热粒子并熔化粒子。在一个实施例中，塑料基材的熔化温度可为约150℃，并且可将粒子加热至略低于熔化温度或略低于150℃的温度。在框610处，方法600结束。
应当理解，上述公开内容以及其他特征和功能的变型或其替代方案可以组合成许多其他不同的系统或应用。此外，当与值一起使用时，术语“约”可以对应于±10％的范围。本领域技术人员随后可以作出的各种目前无法预料到或想到的替代、修改、变型或改进，也被所附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种流体喷射系统，所述系统包括：
至少一个流体喷射装置，所述至少一个流体喷射装置用于在基材输送期间中将去内容流体分配到所述基材上；
加热器，所述加热器沿着基材输送路径布置在所述至少一个流体喷射装置之后，所述加热器用于从所述基材上的去内容流体去除液体，使得所述去内容流体的粒子保留在所述基材上，其中所述去内容流体不包含任何粘合剂；和
能量源，所述能量源沿着基材输送路径布置在所述加热器之后，所述能量源在基材输送期间将能量施加到基材上，以将基材加热到略低于所述基材的熔化温度的温度，从而将所述基材上的所述粒子熔融到基材中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个流体喷射装置包括多个流体喷射装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个流体喷射装置对应于所述基材的宽度。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个流体喷射装置中的每一个流体喷射装置均分配一种不同颜色的去内容流体。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量源包括多个发光二极管(LED)，其中所述多个发光二极管根据所述基材上的去内容流体的相应颜色的吸收百分比来发射不同波长的能量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基材包括塑料，其中所述塑料的熔化温度低于150摄氏度。
7.一种流体喷射系统，所述系统包括：
底层涂料施加装置，所述底层涂料施加装置用于将底层涂料施加到沿基材输送路径移动的基材上；
至少一个流体喷射装置，所述至少一个流体喷射装置用于将去内容流体分配到沿着基材输送路径移动的基材上，其中所述去内容流体不包含任何粘合剂；
加热器，所述加热器沿着基材输送路径布置在所述至少一个流体喷射装置之后，所述加热器用于从所述基材上的所述去内容流体去除液体，使得所述去内容流体的粒子保留在所述基材上；和
能量源，所述能量源沿着基材输送路径布置在所述加热器之后，所述能量源在基材输送期间将能量施加到基材上，以将基材加热到略低于所述底层涂料的熔化温度的温度，以将所述底层涂料上的所述粒子熔融到所述基材中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述基材的熔化温度高于150摄氏度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述底层涂料包括能够热熔的底层涂料，其中所述底层涂料的熔化温度低于150摄氏度。
10.如权利要求7所述的系统，其中，所述至少一个流体喷射装置包括多个流体喷射装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述多个流体喷射装置中的每一个流体喷射装置均提供一种不同颜色的去内容流体。
12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述能量源包括多个发光二极管(LED)，其中所述多个发光二极管根据所述基材上的所述去内容流体的相应颜色的吸收百分比来发射不同波长的能量。
13.一种流体喷射方法，所述方法包括：
在塑料基材上施加去内容流体以打印图像，其中所述去内容流体不包含任何粘合剂；
干燥所述去内容流体，以从所述去内容流体去除水；以及
施加来自至少一个发光二极管(LED)的能量，以加热去内容流体，所述去内容流体被加热到略低于塑料基材的熔化温度的温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，施加能量包括施加来自所述至少一个发光二极管中的多个发光二极管(LED)的不同波长的能量，使得每个发光二极管基于所述塑料基材上的去内容流体的多种不同颜色中的一种颜色的吸收百分比发射多种不同波长中的一种波长的能量。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述熔化温度为150摄氏度，并且所述去内容流体被加热到的温度低于150摄氏度。
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