用于在亲水打印介质中形成疏水结构的系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种在亲水打印介质中形成疏水结构的方法，所述方法包括操作多个喷墨器以在以预定速度在过程方向上移动的打印介质的第一侧上形成疏水材料的布置。所述方法还包括以预定速度将打印介质移动通过对流加热器以使疏水材料能够穿透打印介质以在打印介质内形成疏水结构。
【专利说明】
用于在亲水打印介质中形成疏水结构的系统和方法
技术领域
[0001] 本公开总体上涉及用于控制多孔衬底中的疏水材料的淀积的系统和方法，并且更 特别地，涉及用于在喷墨打印系统中的亲水打印介质中形成疏水结构的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 纸基化学测定装置包括纸质衬底，在纸中形成流体通道和其它流体结构的蜡，以 及一种或多种试剂。纸基化学测定装置的普通例子包括由纸制造并且在测试流体(如血液、 尿和唾液）中执行生物化学测定和诊断的生物医学测试装置。装置是小的、轻质的和低成本 的，并且举例来说作为诊断装置在卫生保健、军事和国土安全中具有潜在的应用。由于蜡打 印在纸上之后蜡通道的不受控回流，现有技术的纸质诊断装置在流体特征分辨率和制造兼 容性方面被限制。
[0003] 图7A和图7B描绘用于在回流烘箱中熔化形成于纸质衬底上的蜡的现有技术的过 程。对于蜡穿透到纸中而不是保持在纸的表面上的层中而言，熔化过程是需要的。在图7A 中，回流烘箱将具有固化蜡的纸质衬底加热到大约150Γ的温度。整个纸和蜡以各向同性方 式被加热到相同温度。如图7B中所示，蜡熔化并且以大致均匀方式散布到多孔纸中和横越 纸的表面。现有技术的回流烘箱可以用于生物医学装置的小批量生产。当回流烘箱保持纸 时蜡在一分钟或多分钟的过程中熔化并且穿透到纸中。
[0004] 诸如图7A的烘箱的现有技术的烘箱不适合在包括形成于纸质衬底内的结构的生 物医学装置和其它装置的大规模生产中使用。例如，在一个实施例中切割片材喷墨打印机 在纸的单个片材上形成蜡或另一合适的疏水材料的打印图案，并且图7A中的回流烘箱加热 纸的片材持续两分钟以使蜡能够穿透纸。然而，以高效方式大量生产大量的生物医学装置 需要使用在大纸卷或其它合适的衬底上形成打印图案的大规模喷墨打印系统。现有技术的 回流烘箱对于用大规模打印系统大量生产生物医学装置是不切实际的。因此，不需要现有 技术的回流烘箱的用于生产生物医学装置的改进方法和系统将是有益的。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，已开发一种在亲水打印介质中形成疏水结构的方法。所述方法 包括:用介质输送装置在过程方向上以预定速度将由亲水材料形成的打印介质移动通过第 一打印区域和对流加热器;当所述打印介质移动通过所述第一打印区域时用控制器操作所 述第一打印区域中的第一多个喷墨器以在所述打印介质的第一侧的区域上形成疏水材料 的第一预定布置；以及当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加热器时操作所述对 流加热器以使所述疏水材料的第一预定布置能够穿透亲水衬底以在所述打印介质的所述 区域内形成至少一个疏水结构。
[0006] 在另一实施例中，已开发一种配置成在亲水打印介质中形成疏水结构的喷墨打印 机。所述打印机包括:第一打印区域，所述第一打印区域包括配置成将疏水材料的滴喷射到 由亲水材料形成的打印介质的第一侧上的第一多个喷墨器;对流加热器;介质输送装置，所 述介质输送装置配置成在过程方向上将所述打印介质移动通过所述第一打印区域和所述 对流加热器；以及控制器，所述控制器可操作地连接到所述第一打印区域中的所述第一多 个喷墨器、所述对流加热器和所述介质输送装置。所述控制器配置成:操作所述介质输送装 置以在过程方向上以预定速度移动所述打印介质；当所述打印介质移动通过所述第一打印 区域时操作所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器以在所述打印介质的第一侧的区 域上形成疏水材料的第一预定布置；以及当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加 热器时操作所述对流加热器以使所述疏水材料的第一预定布置能够穿透亲水衬底以在所 述打印介质的所述区域内形成至少一个疏水结构。
【附图说明】
[0007] 在结合附图进行的以下描述中解释在亲水衬底中形成疏水结构的装置的前述方 面和其它特征。
[0008] 图IA是在亲水打印介质中形成疏水结构的喷墨打印系统的示意图。
[0009 ]图IB是在亲水打印介质中形成疏水结构的喷墨打印系统的另一实施例的示意图。 [001 0]图2是在亲水打印介质中形成疏水结构的喷墨打印机的另一实施例的示意图。
[0011] 图3是图2的打印机中的介质路径的一部分的示意图。
[0012] 图4是用于在亲水打印介质中形成疏水结构的过程的方块图。
[0013]图5是描绘包含在图IA、图IB和图2的打印系统中的对流加热器的示意图。
[0014]图6是描绘在亲水打印介质的相对侧上形成的疏水结构的两个布置的图示。
[0015] 图7A是熔化形成于衬底的表面上的疏水材料的现有技术的回流烘箱的图示。
[0016] 图7B是描绘在现有技术的散布过程中在图7A的回流烘箱中的衬底上的疏水材料 的散布的图示。
【具体实施方式】
[0017] 为了本文中所公开的系统和方法的环境以及系统和方法的细节的一般理解，参考 附图。在附图中，始终使用相似的附图标记来表示相似的元件。当在本文中使用时，词语"打 印机"包含用树脂或着色剂在介质上产生图像的任何装置，如数字复印机、编书机、传真机、 多功能机等。在下面的描述中，打印机还配置成将熔融蜡、相变墨或其它疏水材料淀积到多 孔衬底(如纸)上。尽管下面所述的打印机是喷墨打印机并且在一些实施例中疏水相变材料 可以是相变墨，但是在一些配置中疏水材料是光学透明蜡或不具有特殊颜色的其它材料。 下面提供的疏水材料的视觉表示仅仅为了示例性目的，并且下面所述的不同实施例使用没 有着色或具有适合与化学测定装置一起使用的任何着色的疏水材料。
[0018] 打印机可选地配置成将温度梯度和压力施加到衬底，其散布疏水材料并且使疏水 材料能够穿透到多孔衬底中以形成控制通过衬底的液体(包括水）的毛细流动的疏水结构 (包括通道和屏障）。
[0019] 当在本文中使用时，术语"亲水材料"和"亲水衬底"指的是吸收水并且能够经由毛 细作用通过材料扩散水的材料。亲水衬底的一个普通例子是纸，如纤维素过滤纸、层析纸或 任何其它合适类型的纸。亲水衬底由允许水和包括水的其它生物流体(如血液、尿、唾液和 其它生物流体)扩散到衬底中的多孔材料形成。如下所述，疏水材料嵌入亲水衬底中以形成 流体通道屏障和控制流体通过亲水衬底扩散的其它疏水结构。
[0020]当在本文中使用时，术语"疏水材料"指的是抵抗附着到水并且通过毛细作用实质 上不透水流的任何材料。当嵌入多孔衬底(如纸）中时，疏水材料用作屏障以防止水通过包 括疏水材料的衬底的部分扩散。疏水材料也用作包括水的许多流体(如血液、尿、唾液和其 它生物流体)的屏障。如下所述，疏水材料嵌入多孔衬底中以形成包括通道壁和控制液体通 过衬底的毛细扩散的其它结构的疏水结构。在一个实施例中，衬底也包括用于测试流体样 本的各种性质的生物化学试剂。疏水材料形成通道以将流体引导到具有化学试剂的淀积物 的衬底中的不同位置。疏水材料也相对于通道中的流体是实质上化学惰性的，从而减小或 消除疏水材料与流体之间的化学反应。流体的单个样本通过衬底中的通道扩散以与衬底的 不同位置的不同试剂反应，从而提供用于对单个的流体样本执行多个生物化学测试的简单 和低成本装置。
[0021 ]当在本文中使用时，术语"相变材料"指的是在室温和标准大气压(例如，20 °C和一 个大气压)下具有固相并且在高温和/或高压水平下具有液相的疏水材料。本文中使用的疏 水相变材料的例子包括蜡和相变墨。当在本文中使用时，术语"相变墨"指的是在室温下基 本上为固体、但是在高温下软化和液化的一种类型的墨。一些喷墨打印机将液化相变墨滴 喷射到间接图像接收表面(如旋转鼓或环形带)上以形成墨潜像。墨潜像转印到衬底(如纸 片材）。其它喷墨打印机将墨滴直接喷射到打印介质（如纸片材或长形纸卷)上。在液态下， 相变墨材料可以穿透多孔衬底，如纸。
[0022] 在传统喷墨打印机中，相变墨转印到衬底的一侧，可选地在双面打印操作中将不 同相变墨图像转印到衬底的两侧。打印机将相变墨滴散布在衬底的表面上，并且相变墨图 像在打印介质的表面上冷却和固化以形成打印图像。然而下面所述的实施例将热和压力施 加到衬底的表面上的相变墨或另一疏水材料以使疏水材料能够穿透通过衬底中的多孔材 料，从而形成控制通过衬底的流体的扩散的通过衬底的厚度的三维屏障。
[0023] 图IA描绘在亲水衬底中由疏水材料形成结构的喷墨打印系统100的示意图。系统 100包括第一侧打印区域104,第二侧打印区域108,两侧对流加热器112,和数字控制器120。 第一侧打印区域104和第二侧打印区域108均包括具有多个喷墨器的至少一个打印头。喷墨 器喷射疏水材料的滴以在亲水打印介质152的第一和第二侧上形成疏水材料的预定打印布 置。数字控制器120(如数字微处理器或微控制器)控制打印区域104和108中的打印头以及 打印机100中的其它部件的操作。在系统100中，打印介质152是连续打印介质，如纸或其它 亲水衬底材料的长形卷。在系统100中介质输送装置(未显示)将长形打印介质150在过程方 向P上移动经过第一侧打印区域104、第二侧打印区域108和两侧对流加热器112。介质输送 装置的典型实施例使用一个或多个辊和致动器来支撑并且在过程方向P上以预定速度移动 打印介质152。
[0024] 在操作期间，打印介质152在过程方向P上移动通过第一打印区域104和第二打印 区域108。第一打印区域104中的喷墨器喷射疏水材料的滴以在打印介质152的第一侧的区 域上形成第一预定布置160。打印介质152继续移动经过第二侧打印区域108,在该处第二多 个喷墨器喷射疏水材料的滴以在打印介质152的第二侧上形成第二布置162。在打印机100 中，打印区域104和108包括在打印介质152的相同区域的两个不同侧上形成疏水材料的打 印布置的独立打印头。在其它实施例中，介质输送装置包括双工装置，其将打印介质返回到 第一打印区域以便打印头在打印介质的第二侧上打印。尽管图IA描绘在打印介质的两侧上 形成疏水材料的打印布置的双面打印系统，但是替代打印机系统仅仅在打印介质的一侧上 形成疏水材料的布置。
[0025]打印区域104和108在打印介质152的两侧上以镜像布置形成疏水材料的打印布置 以使疏水材料能够从两侧穿透打印介质并且融合在一起以在打印介质152的亲水材料中形 成疏水结构。例如，图6描绘由疏水材料形成的流体测试室的两个打印布置604和608。布置 608中的打印图案沿着线612相对于布置604中的相应打印图案成镜像。控制器120操作打印 区域104和108中的喷墨器以在打印介质152的两侧上形成彼此对准的疏水材料的镜像布 置。
[0026] 再次参考图1A，打印介质继续在过程方向P上移动通过两侧对流加热器112。两侧 对流加热器112包括至少一个加热元件，如电加热器，和至少一个风扇。加热元件在对流加 热器112内生成热以将空气升温到预定温度，并且风扇在打印介质周围循环升温空气以促 进从加热器112到形成于打印介质的第一和第二侧上的疏水材料的对流热传递。图5更详细 地描绘两侧对流加热器112的一个实施例。在图5的实施例中，对流加热器112包括相应地位 于打印介质152的第一和第二侧的两个加热器元件504A和504B。对流加热器112也包括相应 地在打印介质152的第一和第二侧周围循环加热空气的两个风扇508A和508B。
[0027] 在对流加热器112中，形成于打印介质152的第一和第二侧上的疏水材料软化和熔 化。熔融疏水材料穿透到打印介质152的多孔亲水材料中以形成延伸通过打印介质152的厚 度的疏水结构。在打印介质152离开对流加热器112之后，疏水材料冷却和凝固以在打印介 质152中形成耐久疏水结构。液化疏水材料额散布距离L由Washburn方程i 提供，其 中Y是熔融疏水材料的表面张力，D是打印介质152中的孔隙的孔隙直径，t是衬底在对流加 热器中的停留时间，在此期间增加的温度减小疏水材料的粘度，并且η是熔融疏水液体的粘 度。表面张力γ和粘度η项从疏水材料的性质经验地确定。孔隙直径D从形成打印介质152的 纸或其它亲水材料的类型经验地确定。当疏水材料和衬底沿着介质路径移动通过对流加热 器时对流加热器对疏水材料的粘度η具有直接或间接控制。打印机控制承载疏水材料的两 个层的打印介质的速度以控制对应于疏水材料在液化状态下在对流加热器中保持多久的 时间t。
[0028] 在对流加热器中，疏水材料(如蜡或相变墨)基于材料的温度过渡到具有变化粘度 水平的液态。液化疏水材料的粘度与材料的温度逆相关。对流加热器施加受控加热过程以 使形成于打印介质的两侧上的疏水材料能够以可控方式穿透到打印介质中。疏水材料的两 个层在亲水打印介质内融合以形成延伸通过打印介质的大致整个厚度的流体通道和其它 疏水结构。
[0029] 如上所述，打印系统100控制对流加热器112中的温度和空气流以及打印介质152 的每个区域在对流加热器112中花费的时间的量以控制疏水材料熔化和散布到打印介质 152中。在一个配置中，对流加热器112升温具有大约1.6米的长度的打印介质152的区域。打 印介质在对流加热器112中的"停留时间"指的是打印介质上的每个位置在对流加热器112 内花费的时间的量。例如，在介质输送装置以1.65米每秒的速率移动打印介质152的实施例 中，在对流加热器112中的停留时间为大约0.97秒。在一个配置中，加热器504A和504B将对 流加热器112中的空气加热到大约190 °C并且风扇508A和508B以大约325立方米每分钟的速 率循环加热空气。在替代配置中，加热器504A和504B将空气加热到在大约180摄氏度（°C)到 200 °C的范围内的温度并且风扇508A和508B在大约300立方米每分钟到350立方米每分钟的 范围内循环空气。
[0030] 图IB示出喷墨打印系统150的另一实施例的示意图。喷墨打印系统150也包括打印 系统100的第一打印区域104,第二打印区域108,两侧对流加热器112,和控制器120。在图IB 的配置中，第一打印区域104和第二打印区域108配置成同时将疏水材料的滴相应地喷射到 打印介质152的第一侧和第二侧上。因此，在图IB的配置中，与第二打印区域108的喷墨器形 成疏水材料的第二侧布置162的操作同时地，第一打印区域104中的喷墨器形成疏水材料的 第一侧布置160。
[0031] 在图IA和图IB的两个实施例中，介质输送装置以大致均匀的速度将连续打印介质 152移动经过第一打印区域104、第二打印区域108和两侧对流加热器112以在打印介质152 的亲水材料中形成打印疏水结构170。当打印介质152继续在过程方向P上移动时两侧对流 加热器112控制第一侧布置160和第二侧布置162两者中的疏水材料的熔化以使疏水材料能 够以受控方式穿透打印介质152。在系统100和150的一个实施例中，介质输送装置以大约 1.65米每秒的速率移动打印介质152,并且打印介质152的每个位置在大约一秒内移动通过 两侧对流加热器112。因此，两侧对流加热器112在大约一秒而不是现有技术的回流烘箱所 需的若干分钟内熔化第一布置160和第二布置162中的疏水材料以使熔融疏水材料能够形 成延伸通过打印衬底152的厚度的疏水结构170。
[0032] 图2描绘配置成在亲水连续打印介质中形成疏水结构的喷墨打印机5的另一实施 例。图2是面向片材、连续介质、相变喷墨打印机5,其配置成使用定位在打印机中的打印区 域中的多个打印头生成疏水材料的打印布置。介质供应和操作系统配置成供应来自介质源 (如安装在幅条辊8上的介质的卷筒10)的"衬底"的介质14的长(即，基本上连续的）幅条。例 如，对于单面打印，打印机包括幅条辊8,介质调节器16,打印区域或打印站20,和复卷单元 90。对于双面操作，幅条反转器84用于翻转幅条以在由复卷单元90卷取之前将介质的第二 侧提供给打印站20。在单面操作中，介质源10具有的宽度基本上覆盖介质在其上行进通过 打印机的辊12和26的宽度。在双面操作中，介质源具有的宽度是辊的宽度的大约一半。因 此，幅条在由反转器84翻转并且横向地移位一定距离之前可以在打印站20中的辊的长度的 大约一半上行进，所述距离使幅条能够在打印站20中的辊的长度的另一半上行进。复卷单 元90配置成将幅条卷绕到辊上以便从打印机去除并且随后处理。
[0033]介质可以在需要时从源10解卷并且由旋转一个或多个辊的各种马达(未显示）推 进。介质调节器包括辊12和预加热器18。当介质沿着通过打印机的路径移动时辊12控制解 卷介质的张力。在替代实施例中，介质可以沿着路径以切割片材的形式被输送，在该情况下 介质供应和操作系统可以包括使切割介质片材能够沿着通过成像装置的预期路径输送的 任何合适的装置或结构。预加热器18使幅条达到针对对应于正在打印的介质的类型以及正 在使用的墨的类型、颜色和数量的期望图像特性选择的初始预定温度。预加热器18可以使 用接触、辐射、传导或对流热使介质达到目标预热温度，在一个实际的实施例中所述目标预 热温度在约30 °C到约70 °C的范围内。
[0034]介质被输送通过包括一系列颜色单元21A、21B、21C和21D的打印站20,每个颜色单 元有效地延伸横越介质的宽度并且能够将标记剂直接(即，不使用中间或偏移部件)置于移 动介质上。控制器50通过控制线22可操作地连接到颜色单元21A-21D。颜色单元21A-21D的 每一个包括在交叉过程方向上以交错布置定位在介质幅条14上方的多个打印头。在一些实 施例中颜色单元21A-21D中的至少一个将疏水材料的滴喷射到介质幅条14的表面上。在一 些实施例中，多个颜色单元喷射疏水材料以在形成于介质幅条14的表面上的打印布置中形 成疏水材料的更厚层。在一些实施例中，颜色单元21A-21D中的一个或多个喷射墨或其它标 记剂的滴，其在介质幅条的表面上形成打印文本和图形，以及在介质幅条14的亲水材料内 形成疏水结构的疏水材料的布置。
[0035]在操作期间，打印机的控制器50接收来自邻近定位在与四个打印头相对的路径的 部分的任一侧的辊安装的编码器的速度数据以计算当移动经过打印头时的幅条的位置。控 制器50使用这些数据生成定时信号以便致动打印头中的喷墨器以使颜色单元21A-21D能够 以可靠程度的精度将疏水材料的滴喷射到介质幅条14的第一和第二侧上从而在介质幅条1 内形成疏水结构。由触发信号致动的喷墨器对应于由控制器50处理的图像数据。图像数据 可以传输到打印机，由作为打印机的部件的扫描仪(未显不)生成，或者以另外方式电子地 或光学地生成并且传送到打印机。在各种替代实施例中，打印机5包括不同数量的颜色单 J L 〇
[0036]相应的背衬部件24A-24D相应地与颜色单元21A-21D的每一个关联。背衬部件24A-24D典型地呈杆或卷筒的形式，其与打印头大致相对地布置在介质的后侧。每个背衬部件用 于将介质定位在离与背衬部件相对的打印头预定距离处。在图2的实施例中，每个背衬部件 包括加热器，所述加热器发射热能以将介质加热到预定温度，在一个实际的实施例中，所述 预定温度在约40°C到约60°C的范围内。可以单独地或集体地控制各种背衬部件。预加热器 18、打印头、背衬部件24(如果加热的话）以及周围空气组合以将沿着与打印站20相对的路 径的部分的介质保持在约40°C到约70°C的预定温度范围内。
[0037] 当部分成像介质幅条14移动以接收来自打印区域20的打印头的各种颜色的墨时， 打印机5将介质幅条的温度保持在指定范围内。颜色单元21A-21D中的打印头以典型地明显 高于介质幅条14的温度的温度喷射疏水材料。因此，墨加热介质。所以，其它温度调节装置 可以用于将介质温度保持在预定范围内。例如，在介质前面和后面的空气温度和空气流量 也可以影响介质温度。因此，吹风机或风扇可以用于便于介质温度的控制。因此，打印机5将 介质幅条14的温度保持在适合于从打印区域20的打印头喷射所有墨的范围内。温度传感器 (未显示)可以沿着介质路径的该部分定位以允许介质温度的调节。
[0038] 在打印机5中，介质输送装置针对第一和第二侧打印将介质幅条14移动通过打印 区域20两次。在第一次穿过打印区域20之后幅条反转器84翻转介质幅条14并且介质输送装 置将介质幅条14返回到打印区域20,第二侧面对颜色单元21A-21D中的打印头以用于第二 侧打印。图3描绘打印机5中的介质路径的一部分的示意图。在图3中，打印区域20的双并双 串配置包括经过颜色单元21A-21D的每一个中的第一组打印头的介质幅条的第一侧14A。第 一组打印头包括以预定图案在介质幅条14的第一侧上形成疏水材料的布置的多个喷墨器。 幅条反转器单元84翻转介质幅条14并且介质输送装置将第二侧14B返回到颜色单元21A-21D中的第二组打印头的打印区域20以在介质幅条14的第二侧上形成疏水材料的布置。在 图3的配置中，在第一侧14A上打印的第一组打印头形成第一打印区域并且在第二侧HBl 打印的第二组打印头形成第二打印区域。
[0039] 在移动通过对流加热器112之后，介质输送装置在冷却辊33之间移动介质幅条14 并且移动到复卷单元90。例如，冷却辊33是当介质幅条14在过程方向上移动时保持均匀温 度的两个金属辊。冷却辊33从介质幅条14和介质幅条14中的疏水材料抽取热以将疏水材料 冷却和固化成穿透通过介质幅条14中的亲水材料的厚度的耐久结构。复卷单元90包括卷轴 或其它合适的装置从而在打印机5已在介质幅条14中形成疏水材料结构之后将连续介质幅 条14返回到卷轴形式。卷轴介质幅条从打印机5被去除并且被送至进一步处理，如将大纸卷 切割成包含一个或多个化学测定装置的更小片材，所述化学测定装置包括在打印机5中形 成的疏水结构。
[0040] 沿着介质路径在打印区域20之后，介质幅条14移动到对流加热器112。在图2的配 置中，对流加热器仅仅在介质幅条14已第二次穿过打印区域20以用于第二侧打印之后接收 介质幅条14。对流加热器112是以与上面关于图1A-1B和图5相同的方式操作的两侧对流加 热器。在打印机5中，对流加热器112将介质幅条14周围的空气加热到在大约180°C到200°C 的范围内的温度并且对流加热器112中的风扇在大约300立方米每分钟到350立方米每分钟 的范围内循环加热空气。打印机5中的介质输送装置以大约1.65米每秒的速率移动介质幅 条14,并且对流加热器112配置成具有沿着过程方向P的大约1.6米的长度以提供在对流加 热器112中的略小于一秒的停留时间。对流加热器112熔化第一侧和第二侧打印布置中的疏 水材料以使疏水材料能够从两侧穿透介质幅条14并且形成延伸通过介质幅条14的整个厚 度的疏水结构。
[0041] 借助于控制器50执行打印机5的各种子系统、部件和功能的操作和控制。控制器50 用执行编程指令的通用或专用可编程处理器实现。存储器52存储包含执行编程功能所需的 指令的指令代码62。控制器50可操作地连接到存储器52。存储器52包括易失性数据存储设 备，如随机存取存储器(RAM)，和包括磁和光盘或固态存储设备的非易失性数据存储设备。 处理器、它们的存储器和接口电路将控制器和/或打印引擎配置成执行上述的功能，如差异 最小化功能。这些部件设在打印电路卡上或作为专用集成电路(ASIC)中的电路被提供。在 一个实施例中，电路的每一个用独立的处理器装置实现。替代地，电路可以用分立部件或设 在VLSI电路中的电路实现。而且，本文中所述的电路可以用处理器、ASIC、离散部件或VLSI 电路的组合实现。
[0042]如下面更详细地所述，控制器50执行存储器52中的存储程序指令62以参考对应于 疏水材料的第一侧和第二侧打印布置的图像数据64在介质幅条14上形成打印图案。控制器 50操作打印头和颜色单元21A-21D中的相应喷墨器以参考图像数据64在介质幅条14上形成 疏水材料的打印布置。控制器50以壁、孔、流体通道和控制通过介质幅条14的疏水材料的流 体的扩散的其它结构的形状形成打印布置。在打印机5中，第一侧和第二侧图像数据以类似 于图6的图示的方式成镜像以对准打印介质14的两侧上的疏水材料的打印图案。
[0043]图4是用于在亲水打印介质中产生疏水结构的过程400的方块图。在下面的论述 中，对执行功能或动作的过程400的引用指的是操作控制器以执行存储程序指令从而与打 印机中的其它部件协同执行功能或动作。结合图1A、图1B、图2和图3的打印系统实施例描述 过程400。
[0044]过程400开始于介质输送装置在过程方向上以预定速度移动打印介质经过第一打 印区域、第二打印区域和对流加热器(方块404)。如上所述，打印机实施例100、150和5的每 一个以预定速度(如大约1.65米每秒)移动打印介质。打印介质在过程400期间保持运动而 不必停止或改变速度从而使打印疏水材料能够穿透到打印介质中以形成疏水结构。
[0045]过程400继续进行打印机在打印介质的第一侧上形成疏水材料的第一打印布置 (方块408)。在打印机5中，控制器50操作与介质幅条14的第一侧对准的打印区域20中的喷 墨器以参考存储在存储器52中的第一侧图像数据64形成疏水材料的打印布置。疏水材料的 打印布置对应于形成于打印介质中的壁、通道、室和其它疏水结构。
[0046]过程400继续进行打印机在打印介质的第二侧上与疏水材料的第一打印布置对准 形成疏水材料的第二打印布置(方块412)。如上所述，过程400的一些实施例省略疏水材料 的第二侧打印并且仅仅使用在打印介质的一侧上形成的疏水材料的一个布置在打印介质 中形成疏水结构。第一打印区域和第二打印区域中的喷墨器在沿着过程方向彼此对准的打 印介质的相同区域中形成疏水材料的第一侧和第二侧打印布置。另外，打印机以镜像配置 (如来自图6的打印布置604和608的配置)形成疏水材料的第一侧和第二侧布置，从而使打 印介质的第一侧上的疏水材料与打印介质的第二侧上的相应疏水材料对准。
[0047]过程400继续进行打印机将具有疏水材料的第一侧和第二侧打印布置的打印介质 移动通过对流加热器以使疏水材料能够穿透亲水打印介质(方块416)。如上所述，对流加热 器112将空气加热到预定温度(如在180°C到200°C的范围内），并且对流加热器112中的风扇 以大约300到350立方米每分钟的速率循环加热空气。打印介质的每个区域在对流加热器中 的停留时间由对流加热器的长度和在过程方向上的打印介质的预定速度确定。例如，在图 1A、图IB和2的实施例中，对流加热器具有大约1.6m的长度并且介质输送装置以大约1.65 米/秒的速度移动打印介质持续大约0.97秒的停留时间。对流加热器112使打印介质的一侧 或两侧上的疏水材料能够熔化并且以受控方式穿透打印介质从而形成延伸通过打印介质 中的亲水材料的厚度的疏水结构。本领域的技术人员将认识到上述的温度、空气流和停留 时间参数仅仅是本文中所述的实施例的举例说明，并且替代的对流加热器和打印系统实施 例可以配置成具有不同参数。
【主权项】
1. 一种在亲水打印介质中形成疏水结构的方法，其包括： 用介质输送装置在过程方向上以预定速度将由亲水材料形成的打印介质移动通过第 一打印区域和对流加热器； 当所述打印介质移动通过所述第一打印区域时用控制器操作所述第一打印区域中的 第一多个喷墨器以在所述打印介质的第一侧的区域上形成疏水材料的第一预定布置;以及 当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加热器时操作所述对流加热器以使所 述疏水材料的第一预定布置能够穿透亲水衬底以在所述打印介质的所述区域内形成至少 一个疏水结构。2. 根据权利要求1所述的方法，其还包括： 用所述介质输送装置在过程方向上以所述预定速度将所述打印介质移动通过第二打 印区域； 当所述打印介质移动通过所述第二打印区域时用所述控制器操作所述第二打印区域 中的第二多个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的第二侧上形成疏水材料的第二预定 布置；以及 当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加热器时操作所述对流加热器以使所 述疏水材料的第一预定布置和所述疏水材料的第二预定布置能够穿透亲水衬底以在所述 打印介质的所述区域内形成所述至少一个疏水结构。3. 根据权利要求2所述的方法，所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器的操作和 所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器的操作还包括： 在操作所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的 第二侧上形成所述疏水材料的第二预定布置之前用所述控制器操作所述第一打印区域中 的所述第一多个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的第一侧上形成所述疏水材料的第 一预定布置。4. 根据权利要求2所述的方法，所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器的操作和 所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器的操作还包括： 用所述控制器同时操作所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器和所述第二打印 区域中的所述第二多个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的第一侧上形成所述疏水材 料的第一预定布置并且在所述打印介质的所述区域的第二侧上形成所述疏水材料的第二 预定布置。5. 根据权利要求2所述的方法，所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器的操作和 所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器的操作还包括： 用所述控制器操作所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器以在所述打印介质的 第二侧上形成所述疏水材料的第二预定布置，所述疏水材料的第二预定布置与所述打印介 质的第一侧上的所述疏水材料的第一预定布置成镜像布置。6. 根据权利要求1所述的方法，所述对流加热器的操作还包括： 操作所述对流加热器以在第一预定温度的所述打印介质周围以第一预定空气流量产 生处于所述第一预定温度的加热空气以使所述疏水材料的第一预定布置能够穿透亲水衬 底以在预定时期内在所述打印介质的所述区域内形成所述至少一个疏水结构。7. 根据权利要求6所述的方法，所述对流加热器的操作还包括： 产生在大约180摄氏度到200摄氏度之间的范围内的所述第一预定温度的加热空气。8. -种喷墨打印机，其包括： 第一打印区域，所述第一打印区域包括配置成将疏水材料的滴喷射到由亲水材料形成 的打印介质的第一侧上的第一多个喷墨器； 对流加热器； 介质输送装置，所述介质输送装置配置成在过程方向上将所述打印介质移动通过所述 第一打印区域和所述对流加热器；以及 控制器，所述控制器可操作地连接到所述第一打印区域中的所述第一多个喷墨器、所 述对流加热器和所述介质输送装置，所述控制器配置成： 操作所述介质输送装置以在过程方向上以预定速度移动所述打印介质； 当所述打印介质移动通过所述第一打印区域时操作所述第一打印区域中的所述第一 多个喷墨器以在所述打印介质的第一侧的区域上形成疏水材料的第一预定布置;以及 当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加热器时操作所述对流加热器以使所 述疏水材料的第一预定布置能够穿透亲水衬底以在所述打印介质的所述区域内形成至少 一个疏水结构。9. 根据权利要求8所述的打印机，其还包括： 第二打印区域，所述第二打印区域包括配置成将所述疏水材料的滴喷射到所述打印介 质的第二侧上的第二多个喷墨器;并且 所述控制器可操作地连接到所述第二多个喷墨器并且还配置成： 当所述打印介质移动通过所述第二打印区域时操作所述第二打印区域中的所述第二 多个喷墨器以将疏水材料的第二预定布置喷射在所述打印介质的所述区域的第二侧上；以 及 当所述打印介质的所述区域移动通过所述对流加热器时操作所述对流加热器以使所 述疏水材料的第一预定布置和所述疏水材料的第二预定布置能够穿透亲水衬底以在所述 打印介质的所述区域内形成所述至少一个疏水结构。10. 根据权利要求9所述的打印机，所述控制器还配置成： 在操作所述第二打印区域中的所述第二多个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的 第二侧上形成所述疏水材料的第二预定布置之前操作所述第一打印区域中的所述第一多 个喷墨器以在所述打印介质的所述区域的第一侧上形成所述疏水材料的第一预定布置。
【文档编号】B41J2/01GK106042666SQ201610160599
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月21日 公开号201610160599.4, CN 106042666 A, CN 106042666A, CN 201610160599, CN-A-106042666, CN106042666 A, CN106042666A, CN201610160599, CN201610160599.4
【发明人】J·M·小费拉拉, J·周, W·A·布加, N·Y·贾
【申请人】施乐公司