热转印 【技术领域】
本发明涉及热转印，并涉及一种将图像从再转印中间薄板热转印到物品上的设备、一种印制方法和一种承载有印制图像的物品。
背景技术
热转印包括使用一种或多种可热转印染料在再转印中间薄板上形成图像(反向)。然后，通过使图像与物品的表面接触并施加热并且可能还有压力，将图像热转印到物品的表面。热转印对于不易直接印制的物品尤其有用，尤其是三维物体。例如，在WO 98/02315和WO 02/096661中，公开了使用升华染料通过染料扩散热转印的热转印。通过使用数字印制技术在再转印中间薄板上形成图像，可以较方便和经济地，甚至是在短周期内，将可能是照片品质的高品质图像印制到三维(3D)物品上。实际上，这些物体可以被经济地个性化。
使用合适的再转印中间薄板，可在3D物品上形成高品质图像，该3D物品可能具有包括复合曲线的弯曲形状(凹或凸)的复杂形状。当印制到3D物品上时，在施加到物品上前，通常将薄板预热到例如80℃至170℃范围内的温度，以软化薄板并使其可变形。然后，软化的薄板处于易于被施加并与物品的外形相符的状态。这可通过应用真空方便地实现，以使软化的薄板与物品吻合。当例如通过保持真空使薄板保持与物品接触时，将薄板和可能还有该物品加热至用于染料转印的合适温度——典型地在140℃至200℃范围内的温度——并保持合适时间——典型地在15秒至150秒范围内。在染料转印后，在移去再转印中间薄板前，允许物品冷却或使其冷却。例如在WO 01/96123和WO 2004/022354中公开了用于实施该再转印步骤的合适的设备。
薄膜的加热通过暴露于从加热装置产生的热空气流中方便地实现，加热装置包括风扇和加热元件。在薄板预热阶段，加热的薄板软化并变成黏弹性的，具有非常低的屈服应力。这意味着热空气的力有使薄膜变形和畸变并从而使薄膜向下胀裂的危险。这种畸变是不希望的，因为它将对薄板上的图像施加到物品上和图像逼真度产生不利影响。
【发明内容】
一方面，本发明提供一种用于将图像从热再转印薄板热转印到物品上的设备，其中，该设备包括适于以变化的流率(flow rate)供给加热气体的加热装置。
由于能够产生变化的流率的加热气体，可使用该设备以足以将薄板加热到软化的状态而不会对薄板造成不希望的畸变的低流率对薄板实施预热。在后面的染料转印步骤中，当薄板已经与物品紧密接触时(典型地通过使用真空形成装置)，可使用高气体流率(可能是较热的气体)以向薄板和物品提供有效和快速的热量输入，克服物品(可能还有用于物品的支承件)的热质(thermal mass)。只有薄板具有较低的热质，因此在预热步骤中低气体流率就能有效地加热薄板；而薄板、物品、可能还有支承件的热质较高，因此在染料转印步骤中高气体流率对于快速加热和因此染料转印是有益的。
加热装置方便地包括加热元件和变速风扇。加热装置希望包括用于改变供给到风扇的功率的转换器。
操作加热装置，以使薄板预热(典型地到80℃至170℃范围内的温度)以使薄板软化(低流率)，并也用于加热薄板(典型地到120℃至240℃范围内的温度，一般为大约160℃)以使染料转印(高流率)。加热装置也可用于对待处理物品进行可选的预热(典型地到100℃至120℃范围内的温度)(高流率)。
加热气体一般为空气。
该设备也可是传统的结构，并可以传统的方式使用。
该设备包括用于使薄板和物品紧密接触以便进行染料转印步骤的装置。该装置典型地包括真空装置，从而该设备是真空印刷机。该真空装置方便地包括真空泵和相关联的排出阀(bleed valve)。
该设备典型地包括用于保持一个或多个待印制物品的支承件，该支承件包括形状形成为与待印制物件互补的可选的模穴(nest)或模具(mould)，以用作所述物件的支承件并防止物件——例如在加热时可能发生畸变的薄壁塑料物品——畸变。
该设备适于包括用于将热再转印薄板在待印制物品上方保持就位的装置。
希望提供用于使物品和薄板相对运动以使薄板(在预热后软化的状态下)与物品接触的装置，并且支承件方便地包括用于使该支承件升起和落下的提升装置。
该设备方便地包括典型地以风扇的形式的冷却装置，用于在印制后引导冷空气在物品和薄板上方流动以冷却它们。
该设备适于包括计算机控制装置，用于调控加热装置(温度和气体流率)、真空装置、冷却装置和提升装置的运行。该控制装置可包括多个适于印制各种不同材料地预设程序，并且也可由用户编程以满足其它需求。
该设备可用于将图像印制到由较广范围的材料——包括塑料、金属、陶瓷、木材、复合材料等——制成的具有实心或薄壁结构的物品上。根据图像将印制到其上的物品表面的特性，可通过涂覆表面涂层或漆来适当地预处理该表面，以提高被转印染料的吸收。
该设备尤其用于印制到可能具有包括复合曲线的弯曲形状(凹或凸)的复杂形状的3D物品上。
合适的热再转印薄板可在市场上获得，例如来自ICI Imagedata的Pictaflex介质(Pictaflex是商标)。
图像可利用合适的可热转印染料通过打印、优选通过喷墨打印到再转印薄板上形成。
另一方面，本发明提供一种将图像从热再转印薄板印制到物品上的方法，该方法包括：通过暴露于第一较低流率的加热气体中预热薄板；使预热的薄板和物品接触；以及通过暴露于第二较高流率的加热气体中进一步加热薄板，以使染料从薄板转印到物品上。
第一较低流率适于小于或等于第二较高流率的50％，希望是第二流率的大约40％。
气体流率是通过改变形成加热装置的一部分的风扇的速度来方便地改变的。风扇速度可通过改变供给到风扇的功率或频率容易地控制，例如通过在合适控制下的转换器。对于第一流率，风扇适于以其额定设计速度的40％或20％运转；对于第二流率，风扇适于以其额定设计速度的100％运转。
该方法可包括预热物品的可选步骤。为了高效率，这适于在高气体流率——例如第二流率——下实施。
通过暴露于真空中，使预热的薄板和物品方便地接触。该真空适于在大气压以下30kPa至85kPa(例如大约50kPa)范围内的水平上。
该方法典型地包括最后的冷却步骤。
物品的预热典型地利用较高气体流率在100℃至120℃范围内的温度下保持大约30秒，具体情况取决于待印制物品表面的材料。
薄板的预热典型地利用较低气体流率在80℃至170℃范围内的温度下保持大约30秒，对于Pictaflex介质，在大约145℃或130℃的温度下保持30秒是合适的。
染料转印典型地通过利用较高气体流率在120℃至240℃范围内的温度下——通常大约160℃——保持在15秒到5分钟的范围内的时间实现，具体情况取决于包括染料、薄膜和物品的因素。
本发明在其范围内还包括承载有由本发明的设备或方法产生的印制图像的物品。
【附图说明】
下面将参考附图通过示例描述根据本发明的用于将图像从热再转印中间薄板热转印到3D物品上的真空印刷机的实施例，其中：
图1和图2是真空印刷机的透视图；
图3是印刷机内部部件的示意性剖视图；和
图4至图6是印刷机内部部件在不同工作阶段的示意性剖视图。
【具体实施方式】
示出的真空印刷机10是设计成用于与A3再转印薄板一起使用的A3版式台式机单元的形式。该印刷机总体为立方体形状，具有深800mm、高600mm和宽600mm的外形尺寸。该印刷机包括具有基座单元12和在后部铰接到基座单元12上的盖单元14的壳体，盖单元可以在初始打开位置(如图1所示)和用于使用的关闭位置(如图2所示)之间手动地移动。
基座单元包括凹部16，用于容纳待印制或装饰的3D物品的阵列的工作台18位于该凹部内。由多孔的铝或纤维制成的模穴板20靠在工作台18上，该模穴板具有形状形成为与待印制物件互补的模穴或模具22(为了简化，图3至图6仅示出其中的一个)，以用作所述物件的支承件并防止物件——例如在加热时可能发生畸变的薄壁塑料物品——畸变。在模穴板20的上表面上设置有周边橡胶密封件24，以在基座单元内密封。工作台18可通过举升缸机构(未示出)在轴26上从初始的落下位置(如图1、图3和图4所示)到升起位置(如图5和图6所示)升起和落下。
凹部16的周边被线性薄膜引导件(linear film guides)27(如图1所示)包围，该线性薄膜引导件用于使A3再转印薄板在凹部上方精确地定位，并保持该薄板就位，靠在周边橡胶密封件28上。
基座单元12包括用于在柔性软管30内产生真空的真空系统，该真空系统包括真空泵和排出阀(未示出)，柔性软管30穿过工作台18，以将空气从模穴板20下方抽走。
基座单元还包括带有相关联的电动机的冷却风扇32。
盖单元14包括凹部34，该凹部的周边被橡胶密封件36包围，当盖单元在关闭位置时，橡胶密封件36与基座单元的密封件28配合工作，以固定和密封在壳体内的位于它们之间的再转印薄板38。设置有磁性锁39(如图1所示)，以在关闭位置固定盖单元。
盖单元14包括加热装置，该加热装置包括带有相关联的电动机42的变速风扇40和用于引导热空气在盖单元内向下流动的下行电加热元件44，所述空气向上穿过通道46，以在壳体内再循环。风扇40接收来自转换器(未示出)的功率，转换器在计算机控制下能够调整供给到风扇的功率。
该设备包括计算机控制装置(未示出)和控制面板50，该控制面板包括在图1和图2中可看到的在基座单元的前部的显示装置。
在使用中，待印制到3D物品上的图像被印制(反向)到合适的再转印中间薄板38上。在一个实施例中，使用Artainium染料升华墨水(Artainium是商标)通过Epson 4400打印机(Epson是商标)的喷墨打印程序将图像打印到来自ICI Imagedata的Pictaflex A3+筒状介质(Pictaflex是商标)上，切成A3薄板尺寸并允许变干。
将用物品52表示的待印制物件放置在基座单元12内，每个物件都靠在各自的模穴22上，使待装饰的表面位于最上面。根据将在其上形成图像的物品表面的特性，可通过涂覆表面涂层或漆来适当地预处理表面，以提高被转印染料的吸收。
将盖单元14手动地移动到关闭位置。
在物品预热步骤中，启动加热装置，风扇40使温度为大约110℃的热空气在壳体内循环大约30秒。风扇以其额定设计速度的100％运转，以快速加热。这用于预热待装饰的物品。
然后，将盖单元14手动地移动到打开位置。
将印制好的A3 Pictaflex薄膜薄板38放置在基座单元12上引导件内的凹部16上方并靠在密封件28上的适当位置处，印制面朝向物品。将盖元件手动地移到关闭位置，通过磁锁保持，将薄板38密封在密封件28和密封件36之间的适当位置处，如图3和图4所示。
在薄膜预热步骤中，启动加热装置，风扇使温度为大约145℃的热空气在该设备内再循环大约30秒。在此温度下，薄膜薄板38软化，变成黏弹性的，并具有非常低的屈服应力。在薄膜预热步骤中，风扇以其额定设计速度的40％运转，以防止软化的薄膜发生不想要的畸变和鼓胀。
在保持加热时，升起工作台18，以便物品52穿过软化的薄膜38，如图5所示，薄膜松散地覆盖在物品周围。
在真空步骤中，当保持加热时，在基座单元12内的真空系统工作，通过用于逆着物品抽吸薄膜的软管30在薄膜下面产生大气压以下15英寸Hg柱(大约50kPa)的真空，如图5所示，密封件24和28用于维持真空。软化的薄膜与物品52的形状相符。在染料转印步骤中，加热装置的温度升高，以产生温度为大约160℃的热空气，保持温度在这个水平上大约120秒，风扇以其额定设计速度的100％运转，以便进行高效的热传递。在这升高的温度下，染料从薄膜扩散到相邻接的物品表面上。
根据本发明，在预热薄板时，使用低的风扇速度，以避免黏弹性的并具有非常低的屈服应力的软化薄板产生不希望的畸变和鼓胀。不过，所述薄膜的低热质意味着低的气体流率就能够容易地使薄板快速达到所希望的温度。在其它阶段，当预热物品以及染料转印步骤中，因为必须克服物品和支承模穴的较高热质，所以使用最大风扇速度，以快速加热以用于转印。
经过适当的时间后，降下工作台18，并释放真空。在冷却步骤中，冷却风扇32在基座单元12内向上吹冷空气大约20秒，以从下面影响物品52。这用于冷却物品和薄板。
然后，将盖单元14手动地移动到打开位置。移去并丢弃薄膜薄板38，移去物品52。
加热装置(温度和风扇速度)、真空系统和冷却风扇在计算机控制装置的控制下运行。该设备包括多个适于印制各种不同材料的预设程序，并且也可由用户编程以满足其它需求。
示例1
试验图像形成为在均匀的中灰色的背景下的浓度递增(25％，50％，75％，100％)的块。使用Artainium UV+墨水通过Mimaki JV5-130S喷墨打印机(Mimaki是商标)将试验图像印制到Pictaflex薄膜薄板上。使用上述印刷机将图像转印到带聚酯涂层的0.5mm厚的铝板上。印刷机情况如下：
试验序号 1 2 3 4 预热 未 未 未 未 薄膜软化 145℃下30s 145℃下30s 145℃下30s 145℃下30s 薄膜软化 风扇RPM 1050 1050 2700 2700 图像转印 170℃下120s 180℃下120s 170℃下120s 180℃下120s 图像转印 风扇RPM 1050 1050 2700 2700
测量在被转印图像中各步骤的光密度(OD)，且记录平均值如下：
实验序号 1 2 3 4 25％ 0.18 0.22 0.32 0.315 50％ 0.295 0.39 0.64 0.64 75％ 0.4 0.535 1.045 1.115 100％ 0.57 0.795 1.595 1.775
这表明，在图像转印过程中，高水平的染料转印只能在最高风扇速度下实现，与空气的温度无关。
示例2
试验图像形成为排列成均匀的半英寸网格图案的实心的狭窄的水平和垂直黑线。使用Artainium UV+墨水通过Mimaki JV5-130S喷墨打印机将试验图像印制到Pictaflex薄膜薄板上。使用上述印刷机将图像转印到带聚酯涂层的0.5mm厚的铝板上。印刷机情况如下：
实验序号 1 2 3 预热 未 未 未 薄膜软化 145℃下30s 145℃下30s 145℃下30s 薄膜软化风扇RPM 1050 2100 2700 图像转印 180℃下120s 180℃下120s 180℃下120s 图像转印风扇RPM 2700 2700 2700
测量被转印图像的宽度和高度增加的百分数。
实验序号 1 2 3 宽度 0.0 0.7 2.1 高度 0.4 3.1 5.5
这表明，在薄膜软化阶段，低的风扇速度避免了图像的畸变。