用于在柔性卷筒纸上喷墨打印的设备和方法

发明领域

本发明的领域涉及喷墨打印，尤其涉及使用基于溶剂的墨(尤其是基于水的墨)在柔性基底如柔性包装材料上进行喷墨打印。更具体地说，本发明的领域涉及使用基于溶剂的墨(例如基于水的墨)在柔性卷筒纸(flexible web)上的单程喷墨打印。

背景

在典型的使用基于水的墨打印的喷墨设备中，基底将首先在一系列喷墨打印头下方通过，接着具有打印部分的基底在包括例如一系列热干燥器的干燥站中被干燥。这种系统非常适用于相对较厚的吸墨基底。

另外的数字打印设备和方法是已知的，其使用可紫外固化的墨在薄的柔性基底如包装材料上打印。在这种数字打印设备中，打印头可以与固化装置结合，使得打印部分在打印后立即至少部分固化。在这种系统中，通常使用冷却滚筒，以避免薄的柔性基底在固化过程中变形(例如拉伸或卷曲)。

概述

本发明的实施方案的目的是提供一种喷墨打印设备和方法，其能够以改进的方式在不同类型的基底上(特别是在没有或仅有有限的溶剂吸收能力的薄的柔性基底上)使用基于溶剂的墨且特别是基于水的墨进行打印。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在基底上打印的喷墨打印设备，该基底通常是柔性基底，例如柔性非吸收性包装材料。该设备包括至少两个喷墨头、输送系统和至少一个干燥单元。至少两个喷墨头包括第一喷墨头和第二喷墨头，在基底经过打印设备的输送方向看，第二喷墨头布置在所述第一喷墨头下游。输送系统被构造用于将基底从与第一喷墨头相对的第一位置输送到与第二喷墨头相对的第二位置。至少一个干燥单元包括与第一干燥位置相对地布置的第一干燥单元，在基底的输送方向看，该第一干燥位置位于第一喷墨位置和第二喷墨位置之间，所述第一干燥单元被构造用于从由第一喷墨头施加的墨中物理地去除液体。输送系统被构造成在第一喷墨位置和第二喷墨位置之间大体上连续地支撑基底。

通过提供被构造成用于从由第一喷墨头施加的墨中物理地去除液体的第一干燥单元，当由第二喷墨头施加第二墨时，由第一喷墨头施加的第一墨部分将足够干燥，导致在基底上产生的打印图像的图像质量提高。此外，通过在第一喷墨位置和第二喷墨位置之间提供对基底的大体上上连续的支撑，在基底被良好支撑的同时进行干燥，使得在干燥过程中基底的任何变形(例如拉伸)被限制或不存在。

在本发明的实施方案中，通常使用基于溶剂的墨，例如基于水的墨，并且液体的物理去除意味着例如通过蒸发去除溶剂，例如水。换句话说，墨没有被固化，只是被干燥。在本发明的实施方案中，优选地，在第一喷墨头和第二喷墨头之间不发生墨的固化。在其他实施方案中，物理地去除可以包括通过与对溶剂具有选择性亲和力或粘附力的层滚动接触来去除溶剂。

根据优选实施方案，输送系统包括移动部分，该移动部分被构造为以移动速度移动，并且以与移动速度大体上相同的速度将所述移动部分上的基底从第一位置输送到第二位置。这样，移动部分的基底支撑表面和基底之间大体上上没有相对运动。术语“大体上相同”意味着平均移动速度和平均基底速度之间的差小于平均移动速度的5％，优选小于1％。移动部分可以是滚筒的一部分或带的一部分。

根据优选实施方案，输送系统包括至少第一滚筒，并且第一位置和第二位置以及第一干燥位置位于第一滚筒的外表面上，基底在该外表面上被输送。使用滚筒的优点是可以以廉价的方式提供连续的支撑。另外，滚筒具有可以很好地控制滚筒表面温度的优点。第一滚筒可以具有在0.5m和5m之间、更优选在0.5m和3m之间的直径。

更优选地，与第一滚筒相关联的至少两个喷墨头和至少一个干燥单元定位成与第一滚筒的上段(upper segment)相对，所述上段描述小于240°的角度。如果三个或四个或更多个喷墨头与第一滚筒相关联，优选的是，所有三个、四个或五个喷墨头与第一滚筒的上段相对地定位，所述上段描述小于240°的角度。这样，由至少两个喷墨头施加的墨由于重力的流动受到限制，进一步提高了打印图像的图像质量。

甚至更优选地，输送系统包括第二滚筒，并且设备包括与第二滚筒相关联的至少一个另外的喷墨头。与第二滚筒相关联的至少一个另外的喷墨头可以包括至少第一喷墨头和第二喷墨头，在基底的输送方向看，第二喷墨头布置在所述第一喷墨头的下游，其中第二滚筒被构造为将基底从与第二滚筒相关联的第一喷墨头相对的第一位置输送到与第二滚筒相关联的第二喷墨头相对的第二位置，并且其中在基底的输送方向看，干燥单元被布置在所述第一喷墨头和第二喷墨头之间。优选地，与第二滚筒相关联的至少一个另外的喷墨头定位成与第二滚筒的上段相对，所述上段描述小于240°的角度。特别是，当需要在基底上施加4种以上的颜色时，使用两个滚筒可能是有利的，以避免滚筒的尺寸需要非常大。例如，第一滚筒和第二滚筒的直径都可以在0.5m和5m之间，更优选在0.5m和3m之间。较小滚筒的运输、安装、适用性和维护比较大滚筒更容易。此外，由于惯性较低，对于较小的滚筒，滚筒移动的开始和停止将更快。

根据优选实施方案，沿着基底的输送路径(T)看，在第一滚筒和第二滚筒之间不存在干燥功率大于第一干燥单元的干燥功率的50％的干燥单元。这样，第一滚筒和第二滚筒之间的输送路径不需要被连续支撑，并且可以使用例如一系列导辊以简单的方式实现。最优选地，在第一滚筒和第二滚筒之间不存在干燥单元。

根据优选实施方案，在第一滚筒和第二滚筒之间没有与基底的打印面接触的导向元件。以这种方式，避免了由与第一滚筒相关联的至少两个喷墨头打印的墨部分被导向元件干扰。

根据优选实施方案，该设备还包括位于运输系统下游的主干燥单元。这可以在第一滚筒的下游，并且如果第一滚筒和第二滚筒都存在，则在第一滚筒和第二滚筒的下游。在具有带系统的实施方案中，这可以在带系统的下游。主干燥单元将确保打印在基底上的墨部分完全干燥。

根据另一个示例性实施方案，输送系统包括带系统，该带系统具有带和固定装置，该固定装置被构造用于将基底固定在带上，并且其中第一位置和第二位置以及干燥位置位于带的外表面处，基底在该外表面上被输送。固定装置可以是真空装置，其被构造成通过抽吸将基底固定在带中。此外或可选地，固定装置可以包括能够粘附到基底的一层带。

根据另一示例性实施方案，至少两个喷墨头包括第三喷墨头，在基底经过打印设备的输送方向看，第三喷墨头布置在第二喷墨头下游。然后，该设备还包括第二干燥单元，在基底的输送方向看，该第二干燥单元布置在第二喷墨头和第三喷墨头之间。该输送系统被构造用于将基底从与第二喷墨头相对的第二位置输送到与第三喷墨头相对的第三位置，并在第二喷墨位置和第三喷墨位置之间大体上连续地支撑基底。至少两个喷墨头可以包括第四喷墨头，在基底经过打印设备的输送方向看，该第四喷墨头布置在第三喷墨头的下游，在基底的输送方向看，第三干燥单元布置在第三喷墨头和第四喷墨头之间。然后，输送系统可以被构造为将基底从与第三喷墨头相对的第三位置输送到与第四喷墨头相对的第四位置，并且在第三喷墨位置和第四喷墨位置之间大体上连续地支撑基底。优选地，第一、第二、第三和第四喷墨头被构造成打印四种不同的颜色。本申请中使用的术语“颜色”可以是例如青色、品红色、黄色、基调(key)(黑色)、白色或特定的专色，例如金属色、荧光色或定制的手工混合墨水。此外，第一、第二、第三和第四喷墨头的两个喷墨头可以打印相同的颜色，例如“前”白色和“后”白色。技术人员应理解，根据期望的应用，许多组合是可能的。

根据另一个示例性实施方案，可以提供与输送系统相关联的一个或更多个附加施加单元，以便在用喷墨头打印之前或之后在基底上施加涂层。附加施加单元可以被构造成施加例如亮光漆或清漆或底漆。施加单元可以是被构造成施加大致均匀的涂层的辊，但是也可以是被构造成施加图案化涂层的施加单元。至于喷墨头，施加单元也可以与干燥单元结合。

根据优选实施方案，输送系统被构造成以0.5m/s和10m/s之间的速度将基底输送经过打印设备，并且优选地大体上上连续地进行。基底可以以大体上恒定的速度移动，但是也可以在打印操作的某些时间段期间逐渐增加或降低速度。优选地，该设备被构造用于单程打印，并且至少两个喷墨头和可选的另外的喷墨头是能够在基底的大体上整个宽度上打印的固定喷墨头。

干燥单元优选为非接触式干燥单元，其被构造为蒸发墨的溶剂(例如水)。根据优选实施方案，至少一个干燥单元包括以下任一种：紫外线(UV)干燥器、热空气干燥器、红外(IR)或近红外(NIR)干燥器、微波干燥器或其任意组合。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在基底上喷墨打印的方法，该基底优选地为柔性基底，例如柔性包装材料，该方法包括以下步骤：

-使用第一喷墨头在第一位置处将墨施加在基底上；

-在干燥位置处从由第一喷墨头施加的墨中物理地去除液体；

-在去除步骤之后，使用第二喷墨头在第二位置处施加墨。

在从第一位置到干燥位置以及从干燥位置到第二喷墨位置的输送过程中，基底被大体上连续地支撑。

优选地，基底大体上连续地从第一位置输送到第二位置，例如以大体上恒定的速度，例如以0.5m/s和10m/s之间的速度。优选地，该方法使用单程打印，其中第一喷墨头和第二喷墨头是能够在基底的大体上整个宽度上打印的固定喷墨头。

根据优选实施方案，基底在滚筒上被输送，并且在支撑在滚筒上的基底的部分上执行施加和去除步骤。更优选地，将基底从滚筒被输送到第二滚筒，并且在支撑在第二滚筒上的基底的部分上执行以下步骤：使用第一喷墨头施加墨；从由第一喷墨头施加的墨中物理地去除液体；在所述去除步骤之后，使用第二喷墨头施加墨。

优选地，基底是柔性基底，例如柔性包装材料。通常，基底将不吸收基于溶剂的墨，或者将仅吸收所施加墨的非常有限量的溶剂。优选地，基底是非纤维基底。基底可以包括合成聚合物层，例如普通或浇注的聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。例如用于标签中的这种塑料具有非常低的吸油能力。在其他实施方案中，基底可以具有吸收能力非常低的涂层。基底可以是标签基底，其包括布置在基底一侧处的胶层。基底通常很薄，例如厚度在10微米和100微米之间。

上面公开的设备的其他优点和特征在细节上作必要的修改后适用于该方法。

附图简述

附图用于说明本发明的装置的当前优选的非限制性示例性实施方案。当结合附图阅读时，通过下面的详细描述，本发明的特征和目的的上述和其他优点将变得更加明显，并且将更好地理解本发明，其中：

图1是具有单个滚筒的喷墨打印设备的示例性实施方案的示意图；

图2是具有带输送系统的喷墨打印设备的示例性实施方案的示意图；

图3是具有第一滚筒和第二滚筒的喷墨打印设备的示例性实施方案的示意图；以及

图4是具有三个滚筒的喷墨打印设备的示例性实施方案的示意图。

实施方案的描述

图1示出了喷墨打印设备的第一示例性实施方案，该喷墨打印设备使用基于溶剂的墨水，通常是基于水的墨水，在诸如薄的柔性包装材料的基底上进行打印。该设备包括输送系统100，该输送系统100包括滚筒101、四个喷墨头1、2、3、4、四个干燥单元11、12、13、14和主干燥单元300。

四个喷墨头包括第一喷墨头1、布置在第一喷墨头1下游的第二喷墨头2、布置在第二喷墨头2下游的第三喷墨头3、布置在第三喷墨头3下游的第四喷墨头4。术语“下游”和“上游”界定了当沿基底S通过打印设备的输送方向看时在设备中的相对位置。喷墨头1、2、3、4可以是固定的喷墨头，其能够在基底S的大体上整个宽度上打印。

输送系统100被构造成用于将基底从与第一喷墨头1相对的第一位置L1经由分别与第二喷墨头2和第三喷墨头3相对的第二位置L2和第三位置L3输送到与第四喷墨头4相对的第四位置L4。输送系统100被构造成在第一喷墨位置L1和第四喷墨位置L4之间大体上连续地支撑基底S。第一位置至第四位置L1-L4位于滚筒101的外表面处，基底S在该外表面上被输送。滚筒101形成被构造为以移动速度移动的移动部分，并且输送系统100被构造为以与移动速度大体上相同的速度输送基底S。优选地，输送系统100被构造成以0.5m/s和10m/s之间的大体上恒定的速度将基底S输送经过打印设备。

四个干燥单元11、12、13、14包括与位于第一喷墨位置L1和第二喷墨位置L2的之间的第一干燥位置D1相对地布置的第一干燥单元11、与位于第二喷墨位置L2和第三喷墨位置L3之间的第二干燥位置D2相对地布置的第二干燥单元12、与第三干燥位置D3相对地布置的第三干燥单元13、以及与第四干燥位置D4相对地布置的第四干燥单元14。每个干燥单元11、12、13、14被构造为例如通过蒸发从由相应的喷墨头1、2、3、4施加的墨中物理地去除液体。以这种方式，打印的墨部分在其打印之后和打印下一部分之前立即至少部分干燥。注意，在图1的实施方案中，第四干燥单元可以省略，因为干燥也可以在主干燥单元300中进行。然而，为了减少第四喷墨头4和主干燥单元300之间的任何墨流动，在第四干燥单元104中执行部分干燥可能是有利的。每个干燥单元11、12、13、14可以包括以下任何一种：紫外线(UV)干燥器、热空气干燥器、红外(IR)或近红外(NIR)干燥器、微波干燥器或其任意组合。

与滚筒101相关联的四个喷墨头1、2、3、4和四个干燥单元11、12、13、14定位成与滚筒101的上段相对。上段可以描述小于240°、优选小于200°的角度α。第一滚筒101可以具有0.5m和5m之间的直径。第一喷墨头1、第二喷墨头2、、第三喷墨头3和第四喷墨头4可以被构造成打印四种不同的颜色。

主干燥单元300位于输送系统100的下游，以便对基底上的打印部分进行完全干燥。

图2示出了喷墨打印设备的另一个示例性实施方案，该喷墨打印设备使用基于溶剂的墨(通常是基于水的墨)在基底(S)上进行打印。该设备包括输送系统100，该输送系统100包括带系统201、三个喷墨头1、2、3、两个干燥单元11、12和主干燥单元300。类似的部件已经用与图1中相同的附图标记表示，并且将不再描述。

输送系统100包括带系统201，带系统201具有带和被构造用于将基底S固定在带上的固定装置。第一位置L1、第二位置L2和第三位置L3以及第一干燥位置D1和第二干燥位置D2位于带的外表面上，基底S在该外表面上被输送。

图3示出了喷墨打印设备的另一个示例性实施方案，该喷墨打印设备使用基于溶剂的墨(通常是基于水的墨)在基底(S)上进行打印。该设备包括输送系统100，该输送系统包括第一滚筒101和第二滚筒102、与第一滚筒101相关联的五个喷墨头1、2、3、4、5和五个干燥单元11、12、13、14、15、与第二滚筒102相关联的四个另外的喷墨头1’、2’、3’、4’和四个另外的干燥单元11’、12’、13’、14’、以及主干燥单元300。类似的部件已经用与图1中相同的附图标记表示，并且将不再描述。

第二滚筒102与四个另外的喷墨头相关联，包括第一另外的喷墨头1’、布置在所述第一另外的喷墨头1’下游的第二另外的喷墨头2’、布置在所述第二另外的喷墨头2’下游的第三另外的喷墨头3’以及布置在所述第三另外的喷墨头3’下游的第四另外的喷墨头4’。第二滚筒102被构造成用于将基底S从与第一另外的喷墨头1’相对的第一位置L1’输送到与第二、第三和第四另外的喷墨头2’、3’、4’相对的相应的第二、第三和第四位置L2’、L3’、L4’。另外的干燥单元11’、12’、13’、14’直接布置在相应的另外的喷墨头1’、2’、3’、4’的下游。优选地，与第二滚筒102相关联的另外的喷墨头1’、2’、3’、4’都定位成与第二滚筒102的上段相对，所述上段描述的角度α小于240°，更优选小于200°，在剩余的下段中没有喷墨头。

如图所示，沿着基底S的输送路径T看，优选地，在第一滚筒101和第二滚筒102之间不存在干燥单元，使得基底S不必连续支撑在第一滚筒101和第二滚筒102之间。此外，优选地，在第一滚筒101和第二滚筒102之间没有与基底S的打印面接触的导向元件。

在图3中，基底S在第一滚筒101的下段处离开第一滚筒101，并在第二滚筒102的下段处到达第二滚筒102。导辊401、402接触基底S的背面，即基底S的非打印面。可选地，在第一滚筒101和第二滚筒102之间可以进行具有减少的电功率的一些干燥(未示出)。

图4示出了喷墨打印设备的另一个示例性实施方案，该喷墨打印设备使用基于溶剂的墨(通常是基于水的墨)在基底上进行打印。该设备包括输送系统100，该输送系统100包括第一滚筒101、第二滚筒102和第三滚筒103、与第一滚筒101相关联的两个喷墨头1、2和干燥单元11、与第二滚筒102相关联的另外两个喷墨头1’、2’和另外的干燥单元11’、以及与第三滚筒103相关联的另外两个喷墨头1”、2”和另外两个干燥单元11”、12”。类似的部件用与图1和图3中相同的附图标记表示，将不再描述。

如图所示，沿着基底S的输送路径T看，优选地，在第一滚筒101和第二滚筒102之间以及在第二滚筒102和第三滚筒103之间不存在干燥单元，使得基底S不必连续支撑在第一滚筒101和第二滚筒102之间以及第二滚筒和第三滚筒之间。此外，优选地，在第一滚筒101和第二滚筒102之间以及在第二滚筒102和第三滚筒103之间没有与基底S的打印面接触的导向元件。

图1-4还示意性示出了本发明的方法的示例性实施方案。该方法包括以下步骤：使用相应的喷墨头1、2等在L1、L2等相应的位置处将墨施加在基底上；以及在相应的干燥位置D1、D2等处从由各个喷墨头1、2等施加的墨水中物理地去除液体；其中基底大体上上连续支撑在相应的位置L1、L2等之间。在图1、图3和图4中，基底在一个或更多个滚筒101等上输送，并且在支撑在一个或多个滚筒101等上的基底S的部分上执行施加和去除步骤。基底S在移动部分(例如，滚筒101的外表面的一部分)上以与移动部分的移动速度大体上相同的速度被输送。一个或更多个滚筒101等的温度可以被控制以避免基底变形。例如，可以控制温度，使得基底温度不超过预定值，例如30℃和90℃之间的值

还应注意的是，应用转向杆或转向辊允许轴线大体上上不平行的两个、三个或更多个滚筒的构造，以便使实施方案更紧凑，或者增加滚筒周围的包角。例如，在图3的实施方案中，也可以将第二滚筒102定位成其轴线相对于第一滚筒101的轴线成一角度，并在第一和第二滚筒之间使用转向杆或转向辊。此外，在图4的实施方案中，第二滚筒102和/或第三滚筒103可以定位成使得其轴线相对于第一滚筒101的轴线成一角度。

尽管上面结合具体实施方案阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅仅是作为示例而不是作为对由所附权利要求确定的保护范围的限制。