CN107433769A - 实时表面能预处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可印刷承印物的实时表面能处理***，包括：表面能修改装置，该表面能修改装置被布置成改变可印刷承印物的承印物表面能，以增强油墨对可印刷承印物的润湿和附着；全宽度阵列传感器，该全宽度阵列传感器被布置成测量承印物上的油墨的至少一个印刷质量特性；和***控制器，该***控制器与表面能修改装置和全宽度阵列传感器通信，并且被布置成基于该至少一个印刷质量特性来调节表面能修改装置的输入功率。

Description

实时表面能预处理***

技术领域

本发明所公开的实施例涉及提供用于可印刷承印物的实时可控表面能处理***及其相关方法。

背景技术

存在与生产包装应用相关的多种数字印刷工艺。一些应用需要在不同的介质(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)和聚丙烯(PP))上印刷不同的功能油墨。已发现需要结合表面能预处理、例如电晕预处理来控制油墨对特定介质类型的润湿和附着，并且预处理瓦特密度(输出功率)对最终图像质量有重要影响。然而，不同的油墨或介质，以及有时不同批次生产的相同的油墨或介质，呈现出显著的性能变化，例如，颜色、润湿性、附着性等。目前，达到可接受的图像质量需要进行离线测量。在进行完整印刷工作之前，制备用于每一个油墨-介质组合的表面能处理功率水平并且对其进行离线研究。该过程耗时、需要进行大量工作、并且可能引起操作员错误。

本公开提出了提供用于可印刷承印物与多种油墨的组合的实时可控表面处理的***和方法。简而言之，本***和方法实时控制油墨对可印刷介质和承印物的润湿和附着。

发明内容

总体而言，本***和方法使用全宽度阵列传感器来捕获印刷图像以用于自动分析图像质量(特别是油墨在承印物上的润湿)并且向控制***提供数据，该控制***改变向表面能处理***的功率输入，由此优化图像质量。与在印刷之前离线人工研究润湿特性和表面能预处理水平不同，本***使得能够在印刷期间在线实时检查并且自动调节表面能预处理，从而减少印刷的准备时间。此外，当印刷使用新的油墨或介质时，现有的印刷机需要专业人员来调节预处理和印刷***以实现最佳图像质量。通过将感测、优化和调节集成于其中的本***和方法，印刷器在最佳条件下运行，甚至无需对润湿、表面能处理和图像质量的全面了解。因此，本***和方法提供对油墨在介质上的润湿特性的实时检查和控制，从而使印刷期间图像质量变化最少。

总体而言，下文所讨论的***提供了一种用于可印刷承印物的实时表面能处理***，该***包括：表面能修改装置，该表面能修改装置被布置成改变可印刷承印物的承印物表面能，以增强油墨对可印刷承印物的润湿和附着；全宽度阵列传感器，该全宽度阵列传感器被布置成测量承印物上的油墨的至少一个印刷质量特性；和***控制器，该***控制器与表面能修改装置和全宽度阵列传感器通信，并且被布置成基于该至少一个印刷质量特性来调节表面能修改装置的输入功率。

根据本文中所述的方面，提供一种提供实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，包括：a)通过表面能修改装置对可印刷承印物的表面能进行修改；b)将油墨沉积在承印物的一部分上以形成印刷图像；c)固化印刷图像；d)通过全宽度阵列传感器来测量印刷图像的至少一个印刷质量特性；和e)基于该至少一个印刷质量特性来调节表面能修改装置的输入功率。

通过以下详细描述以及附图和权利要求书，能够易于理解一个或多个实施例的其它的目的、特征和优点。

附图说明

参照附图仅通过举例的方式公开了多个实施例，附图中相应的附图标记表示相应的部件，在附图中：

图1是用于在可热成型承印物上印刷可拉伸油墨的本***实施例的示意图；

图2是本印刷***的实施例的示意图，其包括对可印刷承印物的实时可控表面能处理；

图3是示出了可拉伸油墨与可热成型承印物的相互作用的横截面图，该可热成型承印物具有低表面能；

图4是示出了可拉伸油墨与可热成型承印物的相互作用的横截面图，该可热成型承印物所具有的表面能比图2中所示的表面能高；

图5是印刷在具有低表面能的承印物上的单个像素宽度线的例子；

图6是印刷在所具有的表面能比图5中所示的承印物的表面能高的承印物上的单像素宽度线的例子；

图7是绘制出单像素印刷线宽度相对于由表面处理装置赋予的承印物的瓦特密度的示例性图表；

图8是绘制出单像素印刷线宽度标准偏差相对于由表面处理装置赋予的承印物的瓦特密度的示例性图表；和

图9是流程图，其示出了用于检查印刷图像并且随后调节表面能处理装置的控制回路。

具体实施方式

首先，应当领会，不同附图中相似的附图标记表示本文中所述的实施例的相同或功能相似的结构元件。此外，应当理解，这些实施例不限于所描述的特定方法、材料和改型，而是可以相应地变化。还应当理解，本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定方面的目的，并不旨在对仅由所附权利要求书限定的所公开实施例的范围构成限制。

除非另有定义，否则本文中所使用的所有的技术和科学术语都具有与这些实施例所属领域内的普通技术人员通常理解的相同的含义。当在本文中使用时，“全宽度”(例如“全宽度阵列传感器”和“全宽度印刷头阵列”)旨在被广义地理解为遮盖承印物的大部分宽度的任何结构。例如，在一些实施例中，全宽度阵列传感器的长度大约为其检查的承印物的宽度的一半。

此外，当在本文中使用时，词语“印刷器”、“印刷器***”、“印刷***”、“印刷器装置”和“印刷装置”包括诸如数码复印机、装订机、传真机、多功能机之类的出于任何目的执行印刷输出功能的任何设备。此外，当在本文中使用时，“幅板”、“承印物”、“可印刷承印物”例如表示纸、幻灯片、羊皮纸、胶片、织物、塑料、照片洗印纸或者呈其上能够可见并且/或者复制信息或记号的幅板形式的其它的有涂层或无涂层承印物介质，而“可热成型承印物”旨在表示能够在印刷之后热成型(即能够通过使用热和压力成型)的任何承印物。当在本文中使用时，“过程方向”旨在表示承印物行进通过印刷器***的方法。当在本文中使用时，术语“平均”将被广义地理解为包括其中基于多个输入数据获得结果数据或决策的任何计算，其能够包括但不限于加权平均值、基于滚动输入的是否决策等。

此外，当在本文中使用时，短语“包括……中的至少一个”以及“包含……中的至少一个”与***或元件的组合旨在表示该***或元件包括该短语之后所列出的元件中的一个或多个。例如，包括第一元件、第二元件、和第三元件中的至少一个的装置应当被理解为以下结构布置中的任何一种：包括第一元件的装置、包括第二元件的装置、包括第三元件的装置、包括第一元件和第二元件的装置、包括第一元件和第三元件的装置、包括第一元件、第二元件和第三元件的装置、或者包括第二元件和第三元件的装置。当在本文中使用短语“用于……中的至少一个中”时，理解方式类似。此外，当在本文中使用时，“和/或”意指表示用于指可以包括或出现所列出的元件或条件中的一个或多个的语法关联。例如，包括第一元件、第二元件和/或第三元件的装置旨在被理解为以下结构布置中的任何一种：包括第一元件的装置、包括第二元件的装置、包括第三元件的装置、包括第一元件和第二元件的装置、包括第一元件和第三元件的装置、包括第一元件、第二元件和第三元件的装置、或者包括第二元件和第三元件的装置。

此外，尽管与本文中所描述的那些类似或等同的任何方法、装置或材料都能够用于这些实施例的实践或测试，但是现在对方法、装置、和材料的一些实施例进行描述。

图1示出了本印刷***、即印刷***50的实施例的示意图。热成型级别承印物52(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚氯乙烯(PVC))在退绕机56中在***50的第一端54处展开。幅板52随后通过传统的幅板驱动和转向子***(即，子***58)。幅板52暴露于表面能修改装置60，例如电晕放电、大气等离子体或火焰处理。表面能修改装置60增强了油墨62对幅板52的润湿和附着。合适的表面能修改装置的例子是来自威斯康星州密尔沃基的Enercon的电晕处理装置(具有的典型输出功率)。在一些实施例中，印刷***50还可以包括幅板清洁站64和静态中和装置66，以从承印物去除多余的颗粒和静电荷。在一些实施例中，站64和装置66在表面能修改装置60和印刷头阵列68之间定位在幅板52的两侧上。幅板52随后通过一个或多个印刷头阵列，例如印刷头阵列68、70、72和74。在一些实施例中，每一个印刷头阵列都包括多个压电印刷头，该多个压电印刷头被布置成使得除了内侧和外侧边缘之外，能够通过至少一个印刷头来处理幅板52的全宽度，而不必移动或扫描印刷头。上述的印刷头布置允许“单次通过”印刷模式，其中幅板52连续移动通过印刷区域76，即，幅板52邻近印刷头阵列68、70、72和74通过的区域。已发现上述实施例能够以30-120英尺/分钟的速度范围印刷。***50的全宽度印刷头阵列是固定的，即，不横向跨过幅板52扫描，从而能够实现相比传统印刷器高得多的印刷处理能力。

图1示出了用于四种传统颜色，即，青色、品红色、黄色和黑色(通常也被称为CMYK)中的每一种的一个印刷头阵列。四个印刷头阵列分别由用于CMYK颜色的阵列68、70、72和74来表示。能够包括用于第五颜色(例如白色)或用于多种另外的颜色的另外的阵列或多个另外的阵列。印刷头阵列负责向承印物52增加数字定义的图像内容，例如包装图形、指令等。印刷头阵列还印刷非图像标记，例如用于需要与印刷图像对准的后续热成型工艺、切割操作、或者其它的印刷后工艺的配准标记。

应当领会，附图中未示出或者本文中未详细讨论用于每一个印刷头阵列的相应的油墨传输子***，原因在于该等子***是液体和固体油墨印刷领域内众所周知的。每一个油墨传输子***都向其相应的印刷头阵列供给可辐射固化的热成型油墨。已发现，应当配制合适的油墨，以允许拉伸至少400％的伸长程度，而不造成开裂或失去与承印物的附着。然而，所需拉伸的程度取决于热成型工艺，并且提供小于400％的伸长程度而不造成开裂或失去与承印物的附着的油墨也可以适于一些应用。

在所有的油墨都已沉积到承印物上之后，幅板随后通过辐射固化区域，在该区域处，基于对油墨完全固化的需要来选择该等辐射源。在一些实施例中，多个宽光谱紫外灯提供油墨的固化，但是也可以使用诸如紫外光谱LED阵列之类的其它装置，即，所需的辐射输出取决于油墨的固化要求。因此，根据可拉伸油墨的要求，辐射固化装置78可以选自：紫外辐射源、红外辐射源、可见光辐射源、及其组合。在幅板52通过固化区域80之后，其通过感测子***82，该感测子***82能够用于检测颜色与颜色配准、喷射缺失、以及其它的印刷质量指标。在一些实施例中，感测子***82包括全宽度阵列传感器84。幅板52随后通入复绕机86中，印刷幅板52在复绕机86处回到辊、例如辊88的形式。印刷辊88能够用于热成型按压并且由此被转化成热成型物体，例如食品包装容器。

在一些实施例中，幅板承印物52是0.014英寸厚的热成型级别PET，但是也可以使用其它的可热成型塑料。在一些实施例中，能够接受600点每英寸(dpi)×600dpi的印刷分辨率，但是可以使用其它的印刷模式，例如300dpi×300dpi。

鉴于以上，应当领会，***50能够在可热成型承印物、例如承印物52上印刷至少一种可拉伸油墨。在一些实施例中，***50包括退绕机56、表面能修改装置60、至少一个全宽度印刷头阵列(例如印刷头阵列68、70、72和74)、至少一个辐射固化装置(例如，固化装置78)、全宽度阵列传感器84和复绕机86。退绕机56被布置成将来自第一辊90的可热成型承印物52进给到幅板驱动子***58中。表面能修改装置60被布置成改变承印物表面能，以增强至少一种可拉伸油墨对可热成型承印物52的润湿和附着。全宽度印刷头阵列被布置成使至少一种可拉伸油墨沉积到可热成型承印物52上。辐射固化装置78被布置成将至少一种可拉伸油墨固化到可热成型承印物52上。全宽度阵列传感器84被布置成监测可热成型承印物52上的至少一种可拉伸油墨，并且复绕机86被布置成接收可热成型承印物52并且将可热成型承印物52形成第二辊88。

在一些实施例中，至少一个可拉伸油墨中的每一个都是可紫外辐射固化油墨；然而，也可以使用其它类型的油墨。此外，在一些实施例中，可热成型承印物52选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯、二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯酸类、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯、及其组合。

如上所述，可以通过多种装置来提供表面能修改。在一些实施例中，表面能修改装置60选自：电晕处理站、大气等离子体处理站、火焰处理站、及其组合。在一些实施例中，可热成型承印物52包括第一宽度并且表面能修改装置60包括比第一宽度大的第二宽度/长度。根据***和印刷要求，具有比可热成型或可印刷承印物52小/短的表面能修改装置也属于权利要求书的范围内。

类似地，在一些实施例中，每一个全宽度印刷头阵列都分配独特的可拉伸油墨。换句话说，每一个全宽度印刷头阵列都分配对于该印刷头阵列而言独特的特定颜色。因此，第一全宽度印刷头阵列68可以分配青色油墨，而第二印刷头阵列70分配品红色油墨，第三印刷头阵列72分配黄色油墨，并且第四印刷头阵列74分配黑色油墨。在一些实施例中，可热成型承印物52包括第一宽度并且至少一个全宽度印刷头阵列(例如，阵列68、70、72和/或74)包括比第一宽度小的第二宽度/长度。根据***和印刷要求，具有与可热成型或可印刷承印物的宽度相等或更大的印刷头阵列也属于权利要求书的范围内。然而，在印刷头阵列具有比可热成型承印物的宽度/长度大的宽度/长度的实施例中，必须关闭一些压电印刷头，即，落入承印物外侧的印刷头，以避免浪费油墨或损坏整体***。

图2示出了包括可印刷承印物的实时可控表面处理的本印刷***、即印刷***100的实施例的示意图。图2示出了印刷***100的实施例的示意图，该印刷***100包括实时自动调节表面能处理***102，并且印刷器50的一部分图示为单个方框，即方框104。被包括在方框104内的印刷器50的一部分包括图1中所示的除去辊88和90、表面能修改装置60和感测子***82之外的元件，原因在于该等元件或其等同形式在图2中单独示出。介质/承印物106在***100的第一端112处由退绕机110从辊108展开。随后通过表面能修改装置102、例如电晕处理单元对承印物106进行预处理。印刷器100将图像114沉积和固化在承印物106上，并且随后由全宽度阵列传感器116对图像114进行扫描。由传感器116获取的信息被送回到***控制器118，以用于分析和优化决策。应当领会，***控制器118可以是具有特殊编程的传统计算机以用于接收和处理图像扫描数据，或者***控制器118可以是被构造成具有相同功能的编程控制器硬件。下文更详细地讨论了所获取的数据类型以及在接收该等数据类型后所进行的考虑。

在传统印刷器中，优化信号被发送至印刷引擎、例如印刷器50，以控制印刷头阵列用于改进图像质量。然而，传统印刷器并不主动控制油墨在介质上的润湿性能。已发现，当在塑料上印刷(例如，印刷包装材料)时，油墨在介质上的润湿性能通常起到重要作用。尽管针对具体油墨-介质组合预设定了介质/承印物的表面能水平(瓦特密度)，但是介质或油墨的任何变化将需要对表面能处理进行调节。如上所述，传统印刷器需要专业人员进行大量工作以更新预处理参数，这是非常耗时和不方便的。

印刷***100通过用由全宽度阵列传感器所捕获的图像对油墨在经表面能处理的承印物上的润湿性能进行主动分析来改进印刷器50的生产率和自动化。在通过全宽度阵列传感器116检查图像114时，与该检查相关的数据被提供给***控制器118。***控制器118随后对检查数据进行分析并且基于该分析对表面能修改装置102的功率输入进行调节，从而随后调节预处理能量水平以获得承印物106上的最佳油墨润湿。

鉴于上文，应当领会，用于可印刷承印物的本实时表面处理***、例如***100包括表面能修改装置102、全宽度阵列传感器116和***控制器118。表面能修改装置102被布置成改变可印刷承印物106的承印物表面能，以增强油墨62对可印刷承印物106的润湿和附着。全宽度阵列传感器116被布置成测量油墨62在承印物106上的至少一个印刷质量特性。***控制器118与表面能修改装置102和全宽度阵列传感器116通信并且被布置成基于该至少一个印刷质量特性来调节表面能修改装置102的输入功率。在一些实施例中，该至少一个印刷质量特性选自：线宽、线宽标准偏差、及其组合。

图3是其中示出了可拉伸油墨62与具有低表面能的可热成型承印物52的相互作用的横截面图，而图4是其中示出了可拉伸油墨62与具有比图3中所示的表面能高的表面能的可热成型承印物52的相互作用的横截面图。表面能修改、例如电晕处理增大可印刷承印物的表面能，以改进油墨和涂层的润湿以及附着。一些可印刷承印物、例如聚合物膜具有化学惰性和无孔表面，该表面的表面张力低，从而导致对印刷油墨和涂层的接收欠佳。表面张力表示表面能，通常也被称为达因水平。诸如电晕处理之类的表面处理使可印刷承印物的表面能增大，由此通过油墨改进的润湿性和附着来改进印刷质量。总体而言，据信如果其表面能高于油墨的表面能，承印物将被润湿。表面能修改的水平取决于多种因素，包括但不限于所使用的处理的类型、承印物和油墨特性。因此，针对承印物和油墨的每一个组合最佳地确定所需的处理强度，即瓦特每分钟每承印物表面积的数值。在对相同的承印物和/或油墨使用不同的生产过程时，同样应当进行确定，以实现最佳印刷结果。

已发现，油墨62在介质/承印物106上的润湿对于印刷图像质量具有显著影响。在一些实施例中，通过印刷具有单像素处理方向宽度的线来评价油墨润湿在介质上的表现。使用对印刷线宽度和印刷线宽度标准偏差(STDEV)的测量结果来量化印刷表现，如示于图5-8。应当领会，线宽表示沿处理方向所测量的线的尺寸。图5和图6示出了在两个不同的表面能水平下获得的不同的线的质量的比较，即，图5是相对较低的表面能水平并且图6是相对较高的表面能水平。已发现，当油墨62扩散至相对较大的印刷线宽(例如，大约100μm)并且印刷线宽STDEV相对较小(例如，大约3μm)时，实现良好图像质量。量化油墨/承印物组合的例子示于图7和图8中，即，图7示出了扫掠表面能水平相对于印刷线宽并且图8示出了扫掠表面能水平相对于印刷线宽STDEV。电晕预处理以及其它类型的表面能修改处理是控制油墨在各种介质上的润湿的有效方法。如图7和图8中可见，电晕处理器的能量水平显著影响润湿表现。印刷线宽随着电晕瓦特密度的增大而增大，但是最小印刷线宽STDEV可仅在之间获得。使瓦特密度增大和减小到上述范围以上和以下都使印刷线宽STDEV增大，从而降低印刷图像质量。

上述对表面能预处理的实时自动调节控制改善了平均线宽，同时将线宽STDEV保持在低水平。所提出的控制***的实施例示于图9中。介质106由表面能修改装置102进行处理，并且随后被输送至印刷引擎，在该印刷引擎处通过单像素线、例如线120和122印刷介质106。通过全宽度阵列传感器116由感测子***124来捕获线120和122。感测子***124向***控制器118发送线120和122的图像，以用于对线宽和线宽STDEV进行分析。***控制器118基于分析结果对印刷***100的表现进行优化，即，***控制器118通过使被提供到表面能修改装置102的输入功率增大或减小来增大或减少从表面能修改装置102输出的瓦特密度。通过该闭环控制，通过实时和自动调节的方式获得了印刷***100中的最佳油墨润湿。

鉴于上述，应当领会，用于对可印刷承印物的表面能处理进行实时监测的本方法的一些实施例包括以下步骤。首先，通过表面能修改装置102对可印刷承印物106的表面能进行修改。然后油墨62沉积在承印物106的一部分上，以形成印刷图像114，例如线120。印刷图像114固化并且通过全宽度阵列传感器116来测量印刷图像114的至少一个印刷质量特性。响应于测量结果，基于该至少一个印刷质量特性通过***控制器118来调节表面能修改装置102的输入功率。可以重复以上步骤，直到确定用于表面能修改装置102的最佳功率输入。

上文公开了用于响应于印刷图像的反馈通过实时控制表面能预处理来自动调节介质油墨的本***和方法。尽管通过改变表面能进行表面能预处理以改进润湿性是本领域内众所周知的，但是尚未构想出或提供基于图像反馈的实时控制。本***和方法使用对印刷线宽和印刷线宽标准偏差的测量结果来获得油墨-介质组合润湿性的特性。

本***和方法的一些益处包括大大减少了手动调节表面能预处理水平的准备时间。此外，本***和方法通过校正由于制造偏差或环境变化而在整个印刷过程中材料性能的改变来改进质量，即，在整个印刷过程中实时进行调节。

Claims (10)

1.一种用于可印刷承印物的实时表面能处理***，包括：

表面能修改装置，所述表面能修改装置被布置成改变所述可印刷承印物的承印物表面能，以增强油墨与所述可印刷承印物的润湿和附着；

全宽度阵列传感器，所述全宽度阵列传感器被布置成测量所述承印物上的油墨的至少一个印刷质量特性；和

***控制器，所述***控制器与所述表面能修改装置和所述全宽度阵列传感器通信，并且被布置成基于所述至少一个印刷质量特性来调节所述表面能修改装置的输入功率。

2.根据权利要求1所述的用于可印刷承印物的实时表面能处理***，其中所述至少一个印刷质量特性选自：线宽、线宽标准偏差、及其组合。

3.根据权利要求1所述的用于可印刷承印物的实时表面能处理***，其中所述油墨是可拉伸油墨。

4.根据权利要求3所述的用于可印刷承印物的实时表面能处理***，其中所述可拉伸油墨是可紫外辐射固化油墨。

5.根据权利要求1所述的用于可印刷承印物的实时表面能处理***，其中所述承印物是可热成型承印物。

6.一种用于实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，包括：

a)通过表面能修改装置对所述可印刷承印物的表面能进行修改；

b)将油墨沉积在所述承印物的一部分上以形成印刷图像；

c)固化所述印刷图像；

d)通过全宽度阵列传感器来测量所述印刷图像的至少一个印刷质量特性；和

e)基于所述至少一个印刷质量特性来调节所述表面能修改装置的输入功率。

7.根据权利要求6所述的用于实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，其中所述至少一个印刷质量特性选自：线宽、线宽标准偏差、及其组合。

8.根据权利要求6所述的用于实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，其中所述油墨是可拉伸油墨。

9.根据权利要求8所述的用于实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，其中所述可拉伸油墨是可紫外辐射固化油墨。

10.根据权利要求6所述的用于实时监测可印刷承印物的表面能处理的方法，其中所述承印物是可热成型承印物。