專利名稱：在加熱的基底上的打印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨系統(tǒng)及其打印方法。
背景技術(shù)：
微滴噴射裝置被用于沉積微滴在基底上。噴墨打印機(jī)是一種類型的微滴 噴射裝置。噴墨打印機(jī)通常包括供墨至噴嘴路徑。噴嘴路徑終止在噴嘴開(kāi)口 中，墨滴從噴嘴開(kāi)口中噴射出。墨滴噴射通過(guò)用致動(dòng)器施壓墨^各中的墨，致 動(dòng)器可以是例如壓電偏轉(zhuǎn)器、熱泡式噴射發(fā)生器、或靜電偏轉(zhuǎn)元件。典型的 打印頭具有墨路陣列，墨路帶有對(duì)應(yīng)的噴嘴開(kāi)口和相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器，這樣使 得從每個(gè)噴嘴開(kāi)口的墨滴噴射能夠得以獨(dú)立控制。在按需供墨式
(drop-on-demand )打印頭中，每個(gè)致動(dòng)器被激發(fā)以在打印頭和打印基底相 對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)有選擇地噴射墨滴在圖像的特定像素位置處。在高性能打印 頭中，噴嘴開(kāi)口通常具有60微米或更小的直徑，例如大約為35微米，并以 50-300噴嘴/英寸的間距分離、具有100到3000dpi或更大的分辨率、并沖是供 大約1到100皮升的微滴尺寸。微滴噴射頻率能夠是10kHz或更大。
打印精度受若干因素的影響，包括由打印機(jī)中的噴頭的噴嘴和多個(gè)噴頭 之間的噴嘴所噴射的微滴尺寸和速度一致性。微滴尺寸和微滴速度一致性反 過(guò)來(lái)受到比如墨路尺寸一致性、聲干擾影響、墨流動(dòng)路徑中的污染、和致動(dòng) 器的致動(dòng)一致性的因素影響。
發(fā)明概述
在一個(gè)方面中，噴墨系統(tǒng)包括用于將溶態(tài)墨(solvent ink)打印在基 底上的噴墨打印頭；和加熱器，其相對(duì)于基底定位足夠用于加熱基底至預(yù)定 溫度以減慢溶態(tài)墨的微滴擴(kuò)散。
實(shí)現(xiàn)可以包括一個(gè)或多個(gè)如下特性。噴墨系統(tǒng)包括相對(duì)于打印頭定位的 加熱器。溶態(tài)墨包括具有大約308K到大約464K的沸點(diǎn)的溶劑。用于加熱 基底的加熱器加熱基底至溶劑的沸點(diǎn)的大約±25%的溫度。噴墨系統(tǒng)能夠包括與加熱器電連接的控制器?？刂破髂軌虼鎯?chǔ)關(guān)于溶態(tài)墨和基底的材料屬性 的信息。噴墨系統(tǒng)另外能夠包括相對(duì)于基底定位的風(fēng)扇。風(fēng)扇能夠與控制器 電連接。加熱器能夠包括傳感器用于^T測(cè)加熱器的溫度。
另外的實(shí)現(xiàn)能夠包括一個(gè)或多個(gè)如下的特性。噴墨系統(tǒng)能夠包括運(yùn)送裝 置用于相對(duì)于打印頭移動(dòng)基底。運(yùn)送裝置與控制器電連接。加熱器能夠包括 壓板，并且壓板能夠包括連通于真空源的開(kāi)口。加熱器能夠是輻射熱源、盒
式加熱器(cartridge heater )、或熱空氣源?；啄軌蚓哂写蠹s0.001 W/cmK 或更大的導(dǎo)熱率。
在另一個(gè)方面中，噴墨系統(tǒng)包括噴墨打印頭，其用于將溶態(tài)墨打印在 基底上；溶態(tài)墨，其包括具有沸點(diǎn)的溶劑；加熱器，其相對(duì)于打印頭和基底 定位用于加熱基底至大約溶劑的沸點(diǎn)的溫度；和控制器，其與加熱器電連接 用于調(diào)節(jié)加熱器的溫度。
仍是在另一個(gè)方面中，打印的方法包括加熱基底至預(yù)定溫度以減慢溶 態(tài)墨的微滴擴(kuò)散；及將溶態(tài)墨打印在基底上。
實(shí)現(xiàn)可以包括一個(gè)或多個(gè)如下的特性。打印的方法能夠包括用噴墨打印 機(jī)打印溶態(tài)墨。溶態(tài)墨能夠包括具有沸點(diǎn)(即，大約308K至大約464K)的 溶劑，及加熱基底至大約溶劑的沸點(diǎn)的溫度(即，溶劑的沸點(diǎn)的大約士25%)。 打印的方法能夠包括沿著運(yùn)送裝置移動(dòng)基底；檢測(cè)加熱器的溫度；加熱基 底大約15秒或更少時(shí)間；用盒式加熱器加熱基底，或用輻射熱源加熱基底。
另外的實(shí)現(xiàn)能夠另外包括一個(gè)或多個(gè)如下特性。方法能夠包括在將溶 態(tài)墨打印在基底上之前或之后加熱基底；加熱在壓板上的基底，該壓板具有 連通于真空源的開(kāi)口，或調(diào)節(jié)對(duì)于基底的加熱。
材料的熱特性、材料的溫度、和溶態(tài)墨的沸點(diǎn)能夠影響到打印在材料上 的圖像的微滴擴(kuò)散和圖像質(zhì)量?；椎臒釋傩阅軌虬豳|(zhì)；熱擴(kuò)散率； 及其熱質(zhì)和熱擴(kuò)散率的產(chǎn)物，導(dǎo)熱率。材料的導(dǎo)熱率越高，材料到達(dá)所希望 的溫度就越快。
溶態(tài)墨在基底上的微滴擴(kuò)散依賴于溶劑從基底上蒸發(fā)有多么快。通過(guò)加 熱基底至接近于溶劑的沸點(diǎn)，溶劑的快速蒸發(fā)使墨的擴(kuò)散更少并提高圖像質(zhì)量。
依據(jù)如下的詳細(xì)描述、附圖
、和權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面、特性、 和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明了。附圖描述
圖la和lb描繪了包括打印頭和加熱器的打印系統(tǒng)。
圖2描繪了使用在打印系統(tǒng)中的加熱器。
圖3a描繪了用溶態(tài)墨打印的加熱的測(cè)試圖樣。
圖3 b描繪了用室溫溶態(tài)墨打印的加熱的測(cè)試圖樣。
圖4a和4b描繪了包括打印頭和輻射熱源的打印系統(tǒng)。
詳細(xì)描述
參考圖la和lb,打印系統(tǒng)10包括用于打印來(lái)自儲(chǔ)墨器14的溶態(tài)墨 13的打印頭12;和用于在打印后加熱基底16的加熱器15。在圖la中，基 底16沿著運(yùn)送裝置18移動(dòng)，打印頭在基底16移動(dòng)經(jīng)過(guò)打印頭12時(shí)沉積溶 態(tài)墨13在基底16上，并且加熱器15隨后加熱基底以減慢微滴擴(kuò)散。風(fēng)扇 19在基底16被加熱時(shí)吹送空氣朝向基底16，這樣壓緊基底在加熱器上用于 緊密接觸。從風(fēng)扇19吹送的空氣另外運(yùn)離從溶態(tài)墨蒸發(fā)的蒸氣。加熱器15 具有壓板，其帶有連通于真空源24的開(kāi)口，其也有助于加熱器15和基底16 之間的緊密接觸。
可選地，圖lb示出了在打印之前加熱基底的加熱器15。加熱器15位于 距離打印頭12足夠的距離處，使得溶態(tài)墨不會(huì)在打印頭噴嘴中變干。圖lb 中的風(fēng)扇19也吹送空氣朝向基底用于更好地接觸于加熱器。圖lb示出了位 于打印頭12下的真空源24用以通過(guò)運(yùn)送裝置18中的開(kāi)口吸入空氣并抽吸
間偏移。
圖la和lb示出了用于檢測(cè)加熱器15的溫度的傳感器17。傳感器17 能夠提供反饋信息至控制器22,使得加熱器15能夠得以控制在恒定的溫度 或得以調(diào)節(jié)至新的溫度?？刂破?2另外能夠控制運(yùn)送裝置18的速率并發(fā)送 打印信息至打印頭12。例如，控制器22可以在具有高導(dǎo)熱率和低熱質(zhì)的基 底上打印時(shí)、或者在采用具有低的沸點(diǎn)的溶態(tài)墨打印時(shí)以提高的速率移動(dòng)運(yùn) 送裝置18,并且反之亦然。
術(shù)語(yǔ)"溶態(tài)墨"用以描述包括易揮發(fā)的揮發(fā)物的墨。溶態(tài)墨能夠是水性 的或非水性的。典型的溶劑包括水；乙醇；和曱乙酮(MEK), TorreyPinesResearch ( 2000 )的Pond,S.所撰寫(xiě)的《Ink Jet Technology and Product Development Strategies》中第153頁(yè)到第210頁(yè)。另外的溶劑包括乳酸乙 酯；和N,N 二甲基乙酰胺(DMPA)。然而一些溶劑能夠是高毒性，乳酸乙 酯具有相對(duì)低的毒性且被認(rèn)為是生物降解的。乳酸乙酯能夠在接觸食品或藥 品的基底上打印時(shí)得以使用。乳酸乙酯能夠由大豆或玉米制成。溶態(tài)墨另外 能夠包括揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)作為其主要成分。溶劑在溶態(tài)墨中的 重量百分比能夠是大約35wt。/。到95wt%。溶態(tài)墨能夠包括許多組分，比如色 素類、染料類、表面活性劑、和溶劑。
溶態(tài)墨中的溶劑的沸點(diǎn)(即,35°C-190°C, 308K-464K)用以確定所希 望的基底溫度。舉例來(lái)說(shuō)，水、曱乙酮、和乳酸乙酯的沸點(diǎn)分別為100°C、 大約65。C、和大約151-155°C?；妆患訜嶂两咏谌軇┑姆悬c(diǎn)的溫度(即， 溶劑沸點(diǎn)的±25%、 ±10%、 +10%到-25%)這樣使得溶劑快速蒸發(fā)并且減慢 了墨的微滴擴(kuò)散。例如，如果溶劑具有在大約308K-464K的范圍中的沸點(diǎn)， 則基底能夠加熱至溶劑沸點(diǎn)的±25%的溫度。如果溶劑的沸點(diǎn)是大約338K, 則基底能夠被加熱至大約253K-423K。另外的因素可以影響到基底的加熱程 度，比如墨中的其它組分和打印系統(tǒng)對(duì)于用戶的安全性。
基底的導(dǎo)熱率影響需要用以加熱基底至預(yù)定溫度的熱量和時(shí)間。導(dǎo)熱率 k是材料傳導(dǎo)熱的能力。當(dāng)兩種熱質(zhì)接觸時(shí)，更熱的熱質(zhì)被冷卻同時(shí)較冷的 熱質(zhì)被加熱。在本實(shí)例中，當(dāng)墨滴接觸基底時(shí)，墨被加熱同時(shí)基底被冷卻。 導(dǎo)熱率和熱質(zhì)能夠用以決定加熱基底多長(zhǎng)時(shí)間。舉例來(lái)講，如果基底具有高 的導(dǎo)熱率和低的熱質(zhì)，則其花費(fèi)較少的時(shí)間用以加熱，并且反之亦然。在一 些應(yīng)用中，基底加熱大約15秒或更少的時(shí)間(即，10秒或更少，5秒或更 少，1秒或更少)。
例如，打印頭能夠打印包括乳酸乙酯的溶態(tài)墨在糖果鋁箔包裝上。乳酸 乙酯具有大約426K的沸點(diǎn)，并且由鋁制成的鋁箔包裝具有大約2.2W/cmK 的導(dǎo)熱率。由于鋁具有相對(duì)高的導(dǎo)熱率并且鋁箔包裝具有低的熱質(zhì)，包裝能 夠被加熱數(shù)秒就接近乳酸乙酯的沸點(diǎn)(大約383K-469K)以減慢墨滴擴(kuò)散。
圖la和lb中的打印系統(tǒng)的控制器22能夠存儲(chǔ)關(guān)于不同類型的溶態(tài)墨 的信息，比如它們的沸點(diǎn)，及關(guān)于不同類型的基底的信息，比如它們的熱質(zhì)、 熱擴(kuò)散率、和導(dǎo)熱率?？刂破?2能夠然后連通于加熱器15以基于被用于打 印工作的溶態(tài)墨和基底的類型而加熱基底16至預(yù)定溫度?？蛇x地，用戶能夠手工輸入墨和將要被打印的基底的材料屬性。加熱器15將然后基于存儲(chǔ) 在控制器中的沸點(diǎn)和導(dǎo)熱率數(shù)據(jù)而加熱基底至預(yù)定溫度。加熱器15的實(shí)例 示出在圖2中。
參考圖2，加熱器100包括壓板102,壓板102帶有穿過(guò)壓板102所形 成的能夠連通于真空源24的開(kāi)口 104，如圖la中所示。抽吸基底106至壓 板102能夠充足并均勻地加熱基底106。壓板102能夠由任何的導(dǎo)熱材料制 成，比如金屬(即，鋁)或陶資?？蛇x地，壓板102能夠是不帶開(kāi)口 104的 固體表面。多種類型的加熱器能夠包括盒式加熱器(可從美國(guó)密蘇里州圣 路易市的Watlow Electric Manufacturing Company購(gòu)得)；輻射熱源(即熱泵)； 或熱空氣源。
圖3a和3b示出了在20x放大倍率的顯微鏡下的打印圖樣的照片。圖樣 是用溶態(tài)食品級(jí)墨打印的鍍鎳帶。在圖3a中，用熱空氣槍加熱至大約50-60 。C的鎳帶400示出了打印區(qū)域401和未打印區(qū)域402。圖3b示出了在室溫下 打印的具有打印區(qū)域501和未打印區(qū)域502的鎳帶500。圖3a和3b中的照 片的右手側(cè)的標(biāo)尺具有l(wèi)mm的刻度。
在圖3b中，圖像質(zhì)量由于增加的在基底上的微滴擴(kuò)散量而比較糟糕。 在室溫下的斑點(diǎn)直徑大約為0.005英寸。邊纟^漠糊且未良好界定，墨流入未 打印區(qū)域502。在圖3b中的未打印區(qū)域之間的距離大于在圖3a中的加熱帶 中的未打印區(qū)域402之間的距離。
作為對(duì)比，圖3a中的加熱帶具有更好的圖像質(zhì)量，其斑點(diǎn)直徑大約為 0.002-0.0025英寸，是室溫帶的斑點(diǎn)直徑的一半。圖3a中的邊緣更為清晰， 并且墨沒(méi)有如圖3b中的室溫帶那樣多地流入未打印區(qū)域。加熱基底減慢了 溶態(tài)墨的微滴擴(kuò)散并產(chǎn)生了更好的圖像質(zhì)量。
參考圖4a和4b，打印系統(tǒng)200包括打印頭202;用于在打印前或打 印后加熱基底(即，織物)205的輻射熱源204;用以供應(yīng)墨至打印頭202 的儲(chǔ)墨器206;和電連接于運(yùn)送裝置212、打印頭202、和輻射熱源204的控 制器210。運(yùn)送裝置212能夠具有連通于真空源214的開(kāi)口 212用以抽吸所 述織物205至運(yùn)送裝置。這有助于打印及加熱基底。
圖4b中的打印系統(tǒng)另外包括在運(yùn)送裝置212上方的傳感器208用以4全 測(cè)織物205在加熱之后的溫度。傳感器208發(fā)送溫度讀數(shù)至控制器210。控 制器210能夠使用溫度讀數(shù)以被動(dòng)監(jiān)測(cè)織物是否被加熱到受控溫度，或者主動(dòng)監(jiān)測(cè)織物是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定溫度并準(zhǔn)備打印?？刂破?10能夠使用溫度讀 數(shù)以調(diào)節(jié)加熱器的溫度?？刂破?10另外能夠使用溫度讀數(shù)以移動(dòng)運(yùn)送裝置
212,如果織物205已經(jīng)達(dá)到所希望的溫度。
輻射熱源204另外能夠用于在不能平置于壓板上的非平面基底上的打 印，因?yàn)槠桨鍫顭嵩床豢梢阅軌蚩焖偌訜犴敱砻?。輻射熱源能夠定位熱至?平面基底上的特定區(qū)域并快速加熱該區(qū)域。
平板狀熱源另外能夠用以加熱非平面基底，并且輻射熱源能夠用以加熱 平面基底。輻射熱源能夠包括紅外光和白熾光。
回頭參考圖la、 lb、 4a和4b，打印系統(tǒng)能夠可選地包括或去除所示出 的一些特性。這些特性也能夠以不同的構(gòu)造布置。例如，打印系統(tǒng)能夠包括 更多的傳感器或去除控制器。打印頭、風(fēng)扇、傳感器和加熱器能夠定位在不 同位置中，比如在基底下方、在基底上方、或鄰接于基底。
圖la、 lb、 4a和4b中的基底能夠是分散的物體或連續(xù)的織物，能夠是 平面或非平面的、對(duì)稱或非對(duì)稱的?；啄軌蛴扇魏尾牧匣虿牧系慕M合制成， 比如紙、乙烯樹(shù)脂、金屬、木材、玻璃、或塑料?；椎膶?dǎo)熱率包括對(duì)于 紙和乙烯樹(shù)脂為大約0.001 W/cmK到0.0015W/cmK;對(duì)于織物增強(qiáng)塑料為大 約0.002W/cmK到0.007W/cmK;對(duì)于高密度聚合物為大約0.0033W/cmK到 0.0052W/cmK;對(duì)于玻璃為大約0.008W/cmK到0.0093W/cmK;并且對(duì)于多 種金屬為大約0.14W/cmK到4.29W/cmK。關(guān)于導(dǎo)熱率的更多信息，參見(jiàn)美 國(guó)化學(xué)橡膠公司(CRC)出版的《化學(xué)和物理手冊(cè)(Handbook of Chemistry and Physics )》及Young, Hugh D.所編著的《大學(xué)物理(University Physics )》第7 版中的表15-5。
用于打印系統(tǒng)的打印頭可以從美國(guó)的Lebanon,NH的Dimatix, Inc購(gòu)得， 比如Nova J A 256/80 AAA。
其它的實(shí)現(xiàn)和這些實(shí)現(xiàn)的組合在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種噴墨系統(tǒng)，其包括噴墨打印頭，其用于將溶態(tài)墨打印在基底上；和加熱器，其相對(duì)于所述基底定位并足夠用于加熱所述基底至預(yù)定溫度以減慢所述溶態(tài)墨的微滴擴(kuò)散。
2、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器相對(duì)于所述打印 頭定位。
3、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述溶態(tài)墨包括具有大約308K 至大約464K的沸點(diǎn)的〉容劑。
4、 如權(quán)利要求3所述的噴墨系統(tǒng)，其中，用于加熱基底的加熱器加熱 所述基底至所迷溶劑的所述沸點(diǎn)的大約±25%的溫度。
5、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，還包括與所述加熱器電連接 的控制器。
6、 如權(quán)利要求5所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述控制器存儲(chǔ)關(guān)于溶態(tài)墨 和基底的材料屬性的信息。
7、 如權(quán)利要求5所述的噴墨系統(tǒng)，其中，還包括相對(duì)于所述基底定位 的風(fēng)扇。
8、 如權(quán)利要求7所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述風(fēng)扇與所述控制器電連接。
9、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器包括用于檢測(cè)所 述加熱器的溫度的傳感器。
10、 如權(quán)利要求5所述的噴墨系統(tǒng)，其中，還包括用于相對(duì)于所述打印 頭移動(dòng)基底的運(yùn)送裝置。
11、 如權(quán)利要求10所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)送裝置與所述控制 器電連接。
12、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器包括一壓板。
13、 如權(quán)利要求12所述的噴墨系統(tǒng)，其中所述壓板包括與真空源連通 的開(kāi)口 。
14、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器是輻射熱源。
15、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器是盒式加熱器。
16、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述加熱器是熱空氣源。
17、 如權(quán)利要求1所述的噴墨系統(tǒng)，其中，所述基底具有大約0.001 W/cmK 或更大的導(dǎo)熱率。
18、 一種噴墨系統(tǒng)，其包括噴墨打印頭，其用于將溶態(tài)墨打印在基底上，所述溶態(tài)墨包括具有沸點(diǎn) 的溶劑；加熱器，其相對(duì)于所述打印頭和所述基底定位，用于加熱所述基底至大 約所述溶劑的沸點(diǎn)；和控制器，其與所述加熱器電連接，用于調(diào)整所述加熱器的溫度。
19、 一種打印的方法，其包括 加熱基底至預(yù)定溫度以減慢溶態(tài)墨的微滴擴(kuò)散；和 將所述溶態(tài)墨打印在所述基底上。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括用噴墨打印機(jī)打印所述溶態(tài)墨。
21、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述溶態(tài)墨包括具有沸點(diǎn)的溶 劑，并且加熱所述基底至大約所述溶劑的沸點(diǎn)。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述溶劑的沸點(diǎn)大約為308K至 大約464K。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，加熱所述基底至所述溶劑的所 述沸點(diǎn)的大約±25%。
24、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括沿著運(yùn)送裝置移動(dòng)基底。
25、 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，還包括^^測(cè)所述加熱器的溫度。
26、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括加熱所述基底大約15秒 或更少的時(shí)間。
27、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括用盒式加熱器加熱所述基底。
28、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括用輻射熱源加熱所述基底。
29、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括在將所述溶態(tài)墨打印在 所述基底上之前加熱所述基底。
30、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括在將所述溶態(tài)墨打印在所述基底上之后加熱所述基底。
31、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括在壓板上加熱基底，所述壓板具有連通于真空源的開(kāi)口 。
32、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，還包括調(diào)整所述加熱器的加熱。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及一種噴墨系統(tǒng)(10)，所述噴墨系統(tǒng)包括噴墨打印頭(12)，其用于將溶態(tài)墨(13)打印在基底(16)上；和相對(duì)于基底(16)定位的加熱器(15)，其足夠用于加熱基底至預(yù)定溫度以減慢溶態(tài)墨(13)的微滴擴(kuò)散。
文檔編號(hào)B41J2/01GK101489792SQ200780027665
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
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