专利名称：借助液滴沉积设备进行印刷底版的数字产生的系统和方法
技术领域：
本发明涉及三维印刷的领域，更具体地涉及使用诸如喷墨印刷头的流体沉积设备在旋转的圆筒形支撑件上印刷浮雕特征的领域。甚至更具体地，本发明涉及借助印刷头在旋转滚筒上产生柔版印刷底版(print master)的领域，该印刷头在慢扫描方向上移动并且沉积诸如UV可固化液体的可固化液体。
背景技术：
在柔版印刷或柔性版印刷中，柔性圆筒形浮雕印刷底版被用于将快速干燥油墨从网纹辊转移到可印刷衬底。印刷底版可以是安装在滚筒上的柔性板，或者它可以是圆筒形套筒。浮雕印刷底版的抬升部分定义将被印刷的图像特征。因为柔版印刷底版具有弹性属性，该过程特别适合于在宽范围的可印刷衬底上进行印刷，该衬底例如包括波纹纤维板、塑性膜或者甚至金属片。用于产生印刷底版的传统方法使用光敏可聚合片，该光敏可聚合片通过定义图像特征的负膜或负掩模层("LAMS"系统)而被UV辐射源曝光。在UV辐射影响下，该片在膜的透明部分下方将聚合。其余部分被移除，并且保留下来的是正浮雕印刷板。在均转让 给Agfa Graphics NV并且具有优先权日期2008-12-19的申请EP-A2199065和EP-A2199066中，提出了一种使用流体液滴沉积印刷头产生浮雕印刷底版的数字方案。申请EP-A2199065教导了浮雕印刷底版可以由二维层的堆叠来数字地表示并且公开了用于计算这些二维层的方法。申请EP-A2199066教导了在二维层的堆叠的三个维度中在空间上分散喷嘴相关假象(artifact)的方法。两个申请均也教导了可以用于印刷浮雕印刷底版的流体的组成以及用于印刷这种浮雕印刷底版的方法和设备。图1示出这种设备100的实施例。140为由马达110驱动的旋转滚筒。印刷头150在平行于滚筒的轴的慢扫描方向Y上以线性速度移动，该线性速度与滚筒的旋转速度X锁定。印刷头将可聚合流体的液滴喷射在可移除套筒130上，该套筒安装在滚筒140上。这些液滴通过固化源160逐渐固化，固化源与印刷头一起移动并且提供局部固化。当浮雕印刷底版120被印刷时，固化源170提供可选和最终的固化步骤，该步骤确定浮雕印刷底版120的最终物理特性。印刷头的示例示于图3。印刷头300具有喷嘴310，其布置在单个轴320上并且具有周期性喷嘴节距330。喷嘴的孔口位于对应于喷嘴板的平面中。图2演示了，当印刷头210从左到右在方向Y上移动时，液滴250被喷射在套筒240上，其中印刷头210的〃前缘〃部分211印刷属于具有较小直径的层220的液滴，而印刷头210的〃后缘〃部分212在具有较大直径的层230上印刷液滴。
由于在图1和图2的设备中，在方向Y上印刷头的线性速度与圆筒形套筒130、240的旋转速度X锁定，印刷头的每个喷嘴沿着螺旋形路径在旋转滚筒上喷射流体。这在图4中说明，其中示出了喷嘴I喷射的流体液滴描述具有节距410的螺旋形路径420。在图4中，螺旋形路径420的节距410被选择为恰好是印刷头440的喷嘴节距430的长度的两倍。这的效应在于，具有奇数编号的喷嘴1、3、5的所有液滴落在第一螺旋形路径420上，而具有偶数编号的喷嘴2、4、6喷射的液滴落在第二螺旋形路径450上。螺旋形路径420和450均交织并且相隔均匀距离460，该距离对应于喷嘴节距430。诸如图2和图4所描述的现有技术系统遭受意想不到的问题。由印刷头210、440的喷嘴喷射的液滴在行进到它们着陆位置时具有有限的速度。结果它们花费一些时间到达它们在旋转滚筒上的着陆位置。这种效应可以被描述为〃着陆位置滞后"。此着陆位置滞后本身不构成问题。然而，在图2所示的现有技术系统中，印刷头的前缘211附近的喷嘴喷射液滴，着陆在具有较小直径的一层印刷底版上，而印刷头后缘212附近的喷嘴喷射液滴，着陆在具有较大直径的层上。这的效应在于，与由印刷头的后缘附近的喷嘴喷射的液滴相比，由印刷头的前缘附近的喷嘴喷射的液滴受到更多的着陆位置滞后。这导致构成浮雕印刷底版的三维格栅的畸变，因为不同层中旨在彼此堆叠的液滴将在X维度中相对于彼此偏移。此畸变弱化了构成浮雕印刷底版的液滴的矩阵。
发明内容
本发明的目的是减小构成浮雕印刷底版并且遭受如图2所示那样的现有技术系统中着陆位置滞后效应的固化液滴矩阵的几何畸变。发现这种目的可以通过下述实现:在一方向上在包括旋转的圆筒形支撑件的中心轴的平面中旋转印刷头，并且旋转的·量减小或消除着陆位置滞后的效应。在独立权利要求中描述优选实施例。在从属权利要求中描述各种其它实施例。
图1示出用于在套筒上印刷浮雕印刷底版的设备的实施例；
图2示出用于在套筒上印刷浮雕印刷底版的设备的实施例的不同视图。图3示出具有单排喷嘴的印刷头；
图4示出两个螺旋形路径，由图3中的印刷头的喷嘴喷射的流体液滴着陆在该路径上。图5示出在Y-Z、X-Y和X-Z平面中的投影，其演示现有技术系统中着陆位置滞后的效应。图6示出在Y-Z、X-Y和X-Z平面中的投影，其演示如何通过在Y-Z平面中旋转印刷头而减小着陆位置滞后的效应。
具体实施例方式图4示出现有技术系统，其适合于产生浮雕印刷底版并且可以用作根据本发明的改进系统的基础。图5示出在图4中现有技术系统的相关部分的三个不同正交平面上的投影。
图4中的圆筒形支撑件400以频率NumberofRevolutionsperSecond沿着中心轴470旋转。在图4和图5中，印刷头单元440、520具有布置在喷嘴排530上的喷嘴。喷嘴排530和旋转的滚筒的中心轴之间的距离由变量NozzlePlateDistance表示。在图4和图5所示现有技术系统中，喷嘴排530平行于旋转的圆筒形支撑件400的中心轴470。印刷头440、520的每个喷嘴具有编号j，该编号在图4和图5中的范围为I至5。两个相邻喷嘴之间的距离为喷嘴节距，由变量NozzlePitch代表并且用附图标记430(图4中)和540(图5中)表示。在此文档的其余部分，具有编号j的喷嘴将称为"nozzle[j]〃。图4和图5中的Y维度平行于滚筒400的中心轴470 (图4中)。Y方向对应于印刷头在Y维度上的移动并且由图中箭头表示。印刷头440、520在Y维度上的移动速度与旋转的圆筒形滚筒支撑件的频率锁定。图4和图5中的X维度表示旋转滚筒的表面上的点相对于印刷头440、520移动的方向。因为在本发明的上下文中圆筒形支撑件的直径显著大于在圆筒形支撑件旋转的相关时间帧期间表面上点的位移，X维度可以局部地用直线来近似，该直线与滚筒的表面相切并且与圆筒形滚筒的中心轴正交。X维度的渲染在图5的X-Z投影(在右手侧)中表示，其中层511、512、513、514和515具有几乎平坦曲率。在下文计算中，X维度局部地由直线近似。Z方向正交于X和Y维度二者并且表示相对于X-Y平面中的参考表面的高度。在图5中，喷嘴平面，即喷嘴的孔口位于其中的虚拟平面，用作参考平面。在更广义实施例中，根据本发明的印刷头单元在喷嘴排上可以具有大于I的任意数目的喷嘴。另外，在更广义实施例中，印刷头单元可以可选地具有多个平行喷嘴排，这些喷嘴排可以交错例如用于与具有单排喷嘴的印刷头相比增大印刷头单元的分辨率。这种情况下，多个平行排位于平行于旋转的圆筒形支撑件的切面的平面中。
图5中印刷头单元520的喷嘴1、2、3、4和5喷射液滴，着陆在不同层511、512、513、514和515上。着陆位置用参考数字I’、2’、3’、4’和5’表示。着陆的液滴的这些位置I’、2’、3’、4’和5’可以用曲线550连接。印刷头440、520具有:前缘部，该前缘部含有喷射在具有较小直径的层上的喷嘴；以及后缘部，该后缘部包括喷射到具有(相对于属于前缘的喷嘴喷射在其上的层)较大直径的层上的喷嘴。例如在图5中，喷射在层514上的nozzle [4]将属于印刷头的前缘部，而喷射在层512上的nozzle[2]将属于印刷头的后缘部。数学分析的第I部分
在图5中，滚筒上的任何给定层511、512、513、514和515具有由变量Diameter[i]代表的直径，其中i为涉及层的编号。在说明书的其余部分，具有编号i的层将被称为〃layer[i]〃。这样的层i的周长由变量Circumference [i]代表并且具有等于下述的值: Circumference[i]=PI*Diameter[i]
套筒在X方向上以由变量NumberofRevolutionsperSecond代表的频率旋转。套筒的给定层i的圆周速度由变量CircumferentialSpeed[i]代表并且表达该层上的表面点在X维度上每时间单位的位移Ax[i]。CircumferentialSpeed [i] = A x [i] / At。
CircumferentialSpeed[i]的值等于:
CircumferentialSpeed[i]
=Circumference[i]^NumberofRevolutionsperSecond=PI*Diameter[i]*NumberofRevolutionsperSecond。数学分析的第2部分
nozzle [j]在时间点tl以等于在Z维度上的DropletVelocity的速度喷射液滴。速度DropletVelocity的值是印刷头单元的特性并且由下述表达:
DropletVelocity= A z/ At。Az[i] [j]为nozzle [j]和nozzle [j]喷射的液滴着陆在其上的layer [i]的表面之间的距离。例如在图5中 ，A z [3] [3](由附图标记560表示)为nozzle [3]和nozzle [3]喷射的液滴着陆在其上的layer[3](由附图标记513表示)之间的距离。如果假设液滴速度在轨迹A z [i] [j]上恒定，液滴行进经过距离A z [i] [j]的时间A t[i] [j]由下述表达:
A t[i][j] = A z[i][j]/DropletVelocity。nozzle [j]喷射的液滴在时间t2到达layer [i]的表面,该时间等于: t2=tl+ A t[i][j]=tl+ A z[i][j]/DropletVelocity。数学分析的第3部分
参考图5，noZZle[j]的位置的x坐标(沿着X维度)可以称为x
[j]。它实际上由X坐标确定，在该X坐标处包括喷嘴的径向平面与X轴相交。类似地，nozzle [j]喷射并且已经着陆在layer[i]上的液滴的x坐标可以称为x[i] [j]。它实际上由X坐标确定，在该X坐标处包括着陆液滴位置的径向平面与X轴相交。nozzle [j]的x坐标x
[j]和x坐标x[i] [j]之间的差值称为A x[i] [j]并且被定义为:
Ax[i][j]=x[i][j]-x
[j]。当nozzle[j]喷射的液滴从喷嘴的孔口行进到滚筒的layer[i]的表面时,此表面在时间段At[i] [j]期间在x维度上已经移动的距离Ax[i] [j]等于:
A X [i] [j] =CircumferentialSpeed [i] * At[i][j]。替换上述表达式中的变量CircumferentialSpeed[i](来自第I部分)和At[i][j](来自第2部分)得到:
A X[i][j]=CircumferentialSpeed[i]* ( A z[i][j]/DropletVelocity),
A x [i] [j]=PI^Diameter[i]*NumberofRevolutionsperSecond* ( A z[i] [j]/DropletVelocity)。如果印刷头的喷嘴板位于与滚筒的轴相距具有值NozzlePlateDistance的距离处，并且滚筒上的layer [i]具有等于Diameter [i]的直径,则nozzle [j]和layer [i]之间的距离Az[i][j]可以表达为:
Az[i][j]=NozzlePlateDistance-(Diameter[i]/2)。通过将Az[i][j]的此表达式替换为Ax[i][j]的表达式，获得用于Ax[i][j]的下述新表达式:
A X[i][j]=PI^Diameter[i]^NumberofRevolutionsperSecond*(NozzlePlateDistance-(Diameter[i]/2))/DropletVelocity。上述表达式为着陆位置的x坐标提供值: x[i][j]=x
[j] + Ax[i][j]，
x[i] [j]=x
[j] +PI*Diameter [i]*NumberofRevolutionsperSecond* (NozzlePlateDistance-(Diameter[i]/2))/DropletVelocity。定义常数·K具有等于下述的值:
K=PI氺NumberofRevoIutionsperSecond/DropIetVe1city，
可选地将Ax[i] [j]的表达式简化为:
A x[i] [j] =K*Diameter [i]* (NozzlePlateDistance-(Diameter [i]/2))。第4部分:数学分析的解释
对于给定nozzle[j], A x[i] [j]的表达式为喷嘴喷射的液滴着陆在其上的layer [i]的Diameter[i]的二次函数。K为常数,其符号取决于变量NumberofRevolutionsperSecond的符号。在下文假设变量NumberofRevolutionsperSecond以及因此K都具有正号。滚筒和印刷头之间的结构关系规定对于任意层，下述约束必须被满足:
Diameter[i]/2〈=NozzlePlateDistance。在下述特殊情况下，Ax[i] [j]值变为0:
Diameter[i]/2=NozzlePlateDistance。当层的直径的值Diameter[i]线性减小时，Ax[i][j]的值按二次方关系增大。第5部分:校IH
参考图5，由noZZle[l]喷射的液滴在layer[l]上的着陆位置在相反的X方向上偏移了距离A X [I] [I](附图标记562),而由nozzle [5]喷射的液滴在layer [5]上的着陆位置在相反X方向上偏移了距离A X [5] [5](附图标记563)。使用前一方程,距离Ax[l][l]和A X[5] [5]可以表达为:
A X[I][I]=K^Diameter[I](NozzlePlateDistance-Diameter[I]/2)
A X[5][5]=K^Diameter[5](NozzlePlateDistance-Diameter[5]/2)
由nozzle[l]和nozzle[5]喷射的液滴的着陆位置之间在x维度上的差值(Ax[5]-Ax[l][l])由下述表达:
(A x [5] [5] - A x [I] [I]) =K^NozzlePlateDistance* (Diameter [5] -Diameter [I]) _K* (Diameter [5] [Diameter [I]2) /2
上述表达式中的所有值为系统的设计参数，使得(Ax[5] [5]-Ax[1][1])的值可以容易估计。在图6中，直角三角形570具有平行于Y维度的第一中直线571和平行于Z维度的第二中直线572。a是指直角三角形570的第一中直线571和斜边573之间的角度。图5中a的值如下被确定。在图5中，nozzle [4]属于印刷头510的前缘部。它在具有直径值等于Diameter [4]的layer [4]上喷射流体液滴,而nozzle[2]属于同一印刷头510的后缘部并且在具有直径值等于Diameter [2]的layer[2]上喷射流体。
y [2]为沿着Y维度的坐标,其由正交于Y轴以及通过nozzle [2]的平面之间的横截面确定。y [4]为沿着Y维度的坐标,其由正交于Y轴并且通过nozzle [4]的平面之间的横截面确定。y[2]和y[4]之间的差值Ay [2] [4]对应于图5中直角三角形570的第一中直线571的长度并且等于:
Ay [2] [4]=y[4]-y[2]。图5中Z坐标z[2]具有等于Diameter [2]/2的值，其中Diameter [2]等于layer [2]的直径。图5中Z坐标z[4]具有等于Diameter [4]/2的值，其中Diameter [4]等于layer [4]的直径。直角三角形570的第二中直线572具有等于下述的值:
Az[2][4]=z[4]-Z[2]=Diameter[4]/2-Diameter[2]/2。直角三角形570中角度a被表达为Ay [2] [4]和A z [2] [4]的函数: a =artan ( A z [2] [4] / A y [2] [4])。图6示出通过在Y-Z平面中将印刷头520旋转角度a，印刷头中的喷嘴排平行于三角形570的斜边。 这的效应在于，液滴从喷嘴的孔口到层必须行进的距离变得基本上相同。其结果为，由不同喷嘴喷射的液滴的着陆位置滞后变得基本上相同。实际上，所有液滴经历基本上相同着陆位置滞后，这在图6中的X-Z横截面中也示出。在图6中，nozzle[4]被选择为印刷头的前缘部的部件，并且nozzle[2]被选择为印刷头的后缘部的部件。在更一般情形中，nozzle[J2]为印刷头的前缘部的部件并且喷射在具有diameter [i2]的 layer [i2]上。nozzle [jI]为印刷头的后缘部的部件并且喷射在具有diameter [iI]的layer[il]上。y[j2]为沿着Y维度的坐标,其由正交于Y轴并且通过nozzle [j2]的平面之间的横截面确定。y [jl]为沿着Y维度的坐标,其由正交于Y轴并且通过nozzle [jI]的平面之间的横截面确定。y[j2]和y[jl]之间的差值Ay[jl][j2]对应于直角三角形570的第一中直线571，并且由下述表达:
这种情况下直角三角形的第一中直线的长度被定义为:
Ay[jl] [j2]=y[j2]-y[jl]。值Ay[jl] [j2]对应于为印刷头的后缘部的部件的nozzle[jl]和为印刷头的前缘部的部件的nozzle[j2]之间的距离。图5中的Z坐标z [i2]具有等于Diameter [i2]/2的值，其中图5中印刷头520的喷嘴排平行于滚筒的中心轴。图5中的Z坐标z [il]具有等于Diameter [il]/2的值。
z[i2]和z[il]之间的差值由下述表达:
A z[il][i2]=z[i2]-z[il]=Diameter[i2]/2-Diameter[il]/2。这为角度a提供优选值:
a =artan( Az[il] [i2]/Ay[jl] [j2])。可能存在这样的情形，其中不需要或甚至不期望将印刷头严格旋转上述表达式中的a。这种情况下，下述表达式可以用于角度a
a =r*artan( Az[il] [i2]/Ay[jl] [j2])，
其中:
0.1 ≤r ≤ 2.00在又一实施例中，该角度a的旋转满足下述约束: a =r*artan( Az[il] [i2]/Ay[jl] [j2])，
其中:
0.5 ≤ r ≤ 1.50在又一实施例中，该角度a的旋转满足下述约束: a =r*artan( Az[il] [i2]/Ay[jl] [j2])，
其中:
0.9 ≤ r ≤ 1.10在又一实施例中，该角度a的旋转满足下述约束: a =r*artan( Az[il] [i2]/Ay[jl] [j2])，
其中:
0.99 ≤ r ≤ 1.01。
权利要求
1.一种用于制备圆筒形浮雕对象的系统(100)，该系统包括: -围绕其中心轴旋转的圆筒形支撑件(140)，该中心轴与Y维度平行； -包括一排(320)喷嘴(310)的流体喷射印刷头(300)，所述喷嘴朝圆筒形支撑件(140)的表面喷射可固化流体液滴，该印刷头在Y维度以被锁定到旋转的圆筒形支撑件的频率的速度移动； -固化源(150)； -其中印刷头(520)具有后缘部，该后缘部包括将流体液滴喷射在第一层〃layer[il]〃(512)上的第一喷嘴〃nozzle [jl] 〃 (2)，该第一层(512)具有第一直径"Diameter[iI]〃 ； -其中印刷头(520)具有前缘部，该前缘部包括将流体液滴喷射在第二层"layer [i2] 〃 (514)上的第二喷嘴"nozzle [j2] 〃(4),该第二层具有大于 Diameter [il]的第二直径"Diameter [i2]"； -〃nozzle[jl] 〃和〃nozzle[j2]〃 之间的距离存储于变量 Ay[il][j2]； -layer[il]和layer[i2]的直径之间的差值存储于变量A z [il] [i2]，该差值等于(Diameter[i2]-Diameter[iI])/2 ； -变量 Az[il] [i2]和 Ay[il] [j2]定义角度 a ,该角度等于 a =artan ( A z [il] [i2]/Ay[il] [j2])； 该系统特征在于: 这排喷嘴在包括该中心轴的平面中旋转， 〇相对于该中心轴旋转的量等于r*{artan(Az[il] [i2]/Ay[il] [j2])}；〇其中 0.l<r<2.0。
2.根据权利要求1所述的系统，其中0.5<r<l.5。
3.根据权利要求1所述的系统，其中0.9<r<l.1。
4.根据权利要求1所述的系统,其中0.99〈r〈l.01。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的系统，其中圆筒形浮雕对象为柔版印刷底版。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的系统，其中可固化流体液滴为UV可固化的，并且其中固化源为UV光源。
7.一种用于制备圆筒形浮雕对象的方法，该方法包括下述步骤: -围绕其中心轴旋转圆筒形支撑件(140)，该中心轴平行于Y维度；-从印刷头(300)朝圆筒形支撑件(140)的表面喷射可固化流体液滴，该印刷头包括一排(320)喷嘴(310)，而印刷头在Y维度以锁定到旋转的圆筒形支撑件的频率的速度移动；-其中印刷头(520)具有后缘部，该后缘部包括将流体液滴喷射在第一层〃layer[il]〃(512)上的第一喷嘴〃nozzle [jl] 〃 (2)，该第一层(512)具有第一直径"Diameter[iI]〃 ； -其中印刷头(520)具有前缘部，该前缘部包括将流体液滴喷射在第二层"layer [i2] 〃 (514)上的第二喷嘴"nozzle [j2] 〃(4),该第二层具有大于 Diameter [il]的第二直径"Diameter [i2]"； -借助固化源(150)固化所喷射的液滴； -将"nozzle [j I] 〃和"nozzle [j2]〃之间的距离存储于变量Ay[il] [j2]；_ 计算 layer [il]和 layer [i2]的直径之间的差值(Diameter [i2]-Diameter [iI] )/2并且将此差值存储于变量Az[il][i2]； -计算角度 a =artan( Az[il] [i2]/Ay[il] [j2])； 该方法特征在于它包括下述附加步骤: -在包括中心轴的平面中旋转这排喷嘴， 〇相对于该中心轴的取向旋转的量等于r*{artan( Az[il] [i2]/Ay[il] [j2])}；〇其中 0.l<r<2.0。
8.根据权利要求7所述的方法，其中0.5<r<l.5。
9.根据权利要求7所述的方法，其中0.9<r<l.1。
10.根据权利要求7所述的方法，其中0.99〈r〈l.01。
11.根据权利要求7至10任意一项所述的方法，其中所制作的圆筒形浮雕对象为柔版印刷底版。
12.根据权利要求7至11任意一项所述的方法，其中可固化流体液滴为UV可固化并且其中固化源为UV光源。
全文摘要
借助在慢扫描方向移动的印刷头产生浮雕印刷底版。印刷头的喷嘴将可聚合液体的液滴喷射在旋转滚筒上。不同喷嘴在具有不同直径的不同层上同时喷射液滴。结果，由不同喷嘴喷射的液滴在着陆之前行进了不同距离。这的效应在于，液滴在着陆在不同层上时经历不同位置滞后。通过在包括旋转滚筒的中心轴的平面中旋转印刷头以及喷嘴排，这种效应可以被补偿。
文档编号B41C1/00GK103249565SQ201180060174
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月7日 优先权日2010年12月16日
发明者C.古伦托普斯 申请人:爱克发印艺公司