CN103052506A - 用于创建柔性版印刷母版的数字系统 - Google Patents

Abstract

用于通过液体微滴沉积设备来数字创建凸版印刷母版的系统和方法。通过沿慢扫描方向移动的印刷头来创建凸版印刷母版。印刷头的喷嘴在旋转鼓轮上喷射可聚合液体的微滴。不同喷嘴在具有不同直径的不同层上同时喷射微滴。因此，由不同喷嘴所喷射的微滴在降落之前行进不同距离。其影响在于，微滴在其降落在不同层上时经受不同的位置滞后。通过在与喷射方向正交的平面中旋转印刷头，能够补偿这种影响。

Description

用于创建柔性版印刷母版的数字系统

技术领域

本发明涉及三维印刷领域，更具体来说，涉及使用诸如喷墨印刷头之类的流体沉积设备在旋转圆柱支承上印刷凸版特征。更具体来说，本发明涉及通过沿慢扫描方向移动并且沉积诸如UV可固化液体之类的可固化液体的沉积印刷头在旋转鼓轮上创建柔性版印刷母版的领域。

背景技术

在柔性版印刷或柔版印刷中，柔性圆柱凸版印刷母版用于将快干印墨从网纹辊转印到可印刷基片。印刷母版能够是安装在圆柱上的柔性板，或者它能够是圆柱套筒。

凸版印刷母版的凸起部分限定将要印刷的图像特征。

因为柔性版印刷母版具有弹性，所以该过程特别适合在大范围的可印刷基片上印刷，包括例如瓦楞纤维板、塑料膜或者甚至金属板。

用于创建印刷母版的传统方法使用由UV辐射源通过限定图像特征的负性膜或者负性掩模层(“LAMS”系统)来曝光的光敏可聚合片材。在UV辐射的影响下，片材将在膜的透明部分下面进行聚合。去除其余部分，则所留下的是正凸版印刷板。

在均转让给Agfa Graphics NV并且优选权日为2008年12月19日的未公开申请EP08172281.1和EP08172280.3中，提出用于使用流体微滴沉积印刷头来创建凸版印刷母版的数字解决方案。

申请EP08172280.3教导凸版印刷母版能够通过二维层的叠层以数字方式表示，并且公开一种用于计算这些二维层的方法。

申请EP08172281.1教导一种用于在二维层的叠层的三维中空间减弱(diffuse)喷嘴相关伪影的方法。

两个申请还教导能够用于印制凸版印刷母版的流体的组成以及用于印制这种凸版印刷母版的方法和设备。

图1示出这种设备100的一个实施例。140是由电动机110来驱动的旋转鼓轮。印刷头160沿与鼓轮的轴平行的慢扫描方向Y以随鼓轮的转速X来锁定的线性速度移动。印刷头将可聚合流体的微滴喷射到安装于鼓轮140之上的可拆的套筒130上。这些微滴由随同印刷头一起移动并且提供局部固化的固化源150来逐渐固化。当印制了凸版印刷母版130时，固化源170提供可选和最终的固化步骤，该步骤确定凸版印刷母版120的最终物理特性。

图3中示出印刷头的一个示例。印刷头300具有喷嘴310，喷嘴310设置在单轴320上并且具有周期喷嘴间距330。喷嘴孔位于与喷嘴板对应的平面中。

图2示出，当印刷头沿方向Y由左至右移动时，微滴250喷射到套筒240上，由此印刷头210的“前导”部分211印制属于具有相对较小直径的层220的微滴，而印刷头210的“尾随”部分212在具有相对较大直径的层230上印制微滴。

因为在图1和图2的设备中，印刷头沿方向Y的线性速度随圆柱套筒130、240的转速X来锁定，印刷头的各喷嘴沿旋转鼓轮上的螺旋路径喷射流体。这如图4中所示，其中示出，由喷嘴1所喷出的流体微滴描述具有间距410的螺旋路径420。

图4中，螺旋路径420的间距410选择为正好等于印刷头440的喷嘴间距430的长度。在一个更一般的实施例中，螺旋路径的间距是喷嘴间距的整数倍“N”。在这种情况下，存在N条交织螺旋路径。

诸如图2和图4所示之类的现有技术系统遇到意外问题。

由印刷头210、440的喷嘴喷出的微滴在它们行进到其降落位置时具有有限速度。因此，要花费一段时间使其到达旋转鼓轮上的降落位置。影响能够描述为“降落位置滞后”。这种降落位置滞后本身不会造成问题。但是，在图2所示的现有技术系统中，印刷头的前缘附近的喷嘴喷出降落在具有相对较小直径的印刷母版的层上的微滴，而印刷头的后缘附近的喷嘴喷出降落在具有相对较大直径的层上的微滴。其影响在于，与印刷的后缘附近的喷嘴所喷出的微滴相比，由印刷头的前缘附近的喷嘴所喷出的微滴经受更大的降落位置滞后。这引起组成凸版印刷母版的三维网格的失真，因为预计在不同层中堆叠在彼此之上的微滴将会相对于彼此进行移位。这削弱了组成凸版印刷母版的微滴字模(matrix)。

发明内容

本发明的目的是降低组成凸版印刷母版的固化微滴的字模的几何失真并且该几何失真产生于如图2所示的现有技术系统中的降落位置滞后的影响。

我们发现，这个目的能够通过按照权利要求1所述的系统来实现，其中印刷头在与其喷嘴板对应的平面中旋转降低降落位置滞后的影响的量。

在从属权利要求中描述各个具体实施例。

附图说明

图1示出用于在套筒上印制凸版印刷母版的设备的一个实施例；

图2示出用于在套筒上印制凸版印刷母版的设备的一个实施例的不同视图；

图3示出具有单行喷嘴的印刷头；

图4示出如图3所示的印刷头的喷嘴所喷出的流体微滴在其上降落的螺旋路径；

图5示出Y-Z、X-Y和X-Z平面中的投影，示出现有技术系统中的降落位置滞后的影响；

图6示出Y-Z、X-Y和X-Z平面中的投影，示出如何通过在平行于与圆柱套筒相切的平面的XY平面中旋转印刷头来降低降落位置滞后的影响。

具体实施方式

图4示出适合创建凸版印刷母版并且能够用作按照本发明的改进系统的基础的现有技术系统。

图5示出图4的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，圆柱支承400沿中心轴470以NumberofRevolutionsperSecond的频率旋转。

图4和图5中，印刷头单元440、520具有设置在喷嘴行530上的喷嘴。喷嘴行530与旋转圆柱的中心轴之间的距离通过变量NozzlePlateDistance来表示。在图4和图5所示的现有技术系统中，喷嘴行530与旋转圆柱支承400的中心轴470平行。

印刷头的每一个喷嘴具有索引号j，索引号j在图4和图5中的范围是从1至5。两个相邻喷嘴之间的距离是喷嘴间距，通过变量NozzlePitch来表示，并且以参考标号430(图4中)和540(图5中)来表示。在本文档的其余部分，具有索引号j的喷嘴将称作“nozzle[j]”。

图4和图5中的Y维与鼓轮400的中心轴470(图4中)平行。Y方向与Y维中的印刷头的移动对应，并且通过图中的箭头来表示。印刷头440、520在Y维的移动速度随旋转圆柱鼓轮支承的频率来锁定。

图4和图5中的X维表示旋转鼓轮的表面上的点移动的方向。因为在本发明的上下文中，圆柱支承的直径在圆柱支承的旋转的相关时间帧期间比表面上的点的位移明显要大，所以能够通过与鼓轮的表面相切并且相对圆柱鼓轮的中心轴正交的直线来局部近似X维。X维的呈现在图5的(右边)X-Z投影中表示，其中层511、512、513、514和515具有接近平坦的曲率。在随后的计算中，通过直线来局部近似X维。

Z方向与X和Y维均正交，并且表示相对X-Y平面中参考表面的高度。图5中，喷嘴平面、即喷嘴孔所在的虚设平面用作参考平面。

在一个更一般的实施例中，按照本发明的印刷头单元能够在喷嘴行上具有大于一的任何数量的喷嘴。另外，在一个更一般的实施例中，印刷头单元能够可选地具有能够交错的多个并行喷嘴行，例如以用于与单独印刷头的分辨率相比提高印刷头的分辨率。在那种情况下，多个平行的行位于与旋转圆柱支承的切面平行的平面中。

印刷头单元520的喷嘴1、2、3、4和5喷出降落在不同层511、512、513、514和515上的微滴。降落位置以参考标号1’、2’、3’、4’和5’来表示。

降落微滴的位置1’、2’、3’、4’和5’能够通过曲线550连接。

印刷头440、520具有：前缘部分，包含喷射到具有相对较小直径的层上的喷嘴；以及尾缘部分，包括喷射到具有(相对属于前缘的喷嘴在其上喷射的层)相对较大直径的层上的喷嘴。例如，图5中，喷射到层514上的nozzle[4]可能属于印刷头的前缘部分，而喷射到层512上的nozzle[2]可能属于印刷头的尾缘部分。

数学分析的第1部分

图5中，鼓轮上的任何给定层511、512、513、514和515具有通过变量Diameter[i]所表示的直径，其中i是表示层的索引号。在本文的其余部分，具有索引号i的层将称作“layer[i]”。

这种层i的周长通过变量Circumference[i]来表示，并且具有等于下式的值：

套筒沿X方向以通过变量NumberofRevolutionsperSecond所表示的频率进行旋转。套筒的给定层i的圆周速度通过变量CircumferentialSpeed[i]来表示，并且表达层上的表面点在X维的每时间单位的位移Δx[i]。

CircumferentialSpeed[i]的值等于：

数学分析的第2部分

nozzle[j]在时间点t1在Z维以等于DropletVelocity的速度喷出微滴。速度DropletVelocity的值是印刷头单元的特性，并且表达为：

Δz[i][j]是nozzle[j]与nozzle[j]所喷出的微滴降落在其上的layer[i]的表面之间的距离。例如，图5中，Δz[3][3](通过参考标号560表示)是nozzle[3]与nozzle[3]所喷出的微滴降落在其上的layer[3]之间的距离。

如果假定微滴速度在轨迹Δz[i][j]上是恒定的，则微滴行进通过距离Δz[i][j]所需的时间Δt[i][j]表示为：

由nozzle[j]所喷出的微滴在等于下式的时间t2到达layer[i]的表面：

数学分析的第3部分

参照图5，nozzle[j]的位置的x坐标能够称作x[j][0]。

类似地，x[j][i]表示由nozzle[j]喷出并且已经降落在layer[i]上的微滴的x坐标。

nozzle[j]的x坐标x[j][0]与x坐标x[j][i]之间的差称作Δx[j][i]，并且定义为：

当nozzle[j]所喷出的微滴从喷嘴孔行进到鼓轮的layer[i]的表面的同时，这个表面在周期Δt[i][j]期间在x维已移动了等于下式的距离Δx[i][j]：

在上述表达式中代入变量CircumferentialSpeed[i]和Δt[i][j]得到：

如果印刷头的喷嘴板位于离鼓轮的轴具有值NozzlePlateDistance的距离处，并且鼓轮上的layer[i]具有等于Diameter[i]的直径，则nozzle[j]与layer[i]之间的距离Δz[i][j]能够表达为：

通过将Δz[i][j]的这个表达式代入Δx[i][j]的表达式，得到Δx[i][j]的下列新表达式：

上述表达式提供降落位置的x坐标的值：

定义具有等于下式的值的常数K：

可选地，将Δx[i][j]的表达式简化为：

第4部分：数学分析的解释

对于给定nozzle[j]，Δx[i][j]的表达式是nozzle[j]所喷出微滴降落在其上的layer[i]的Diameter[i]的二次函数。

K是其符号取决于变量NumberofRevolutionsperSecond的符号的常数。下文中，假定变量NumberofRevolutionsperSecond以及因而K均具有正号。

鼓轮与印刷头之间的结构关系规定，对于任意层，必须满足如下限制：

Δx[i][j]的值在如下特殊情况下变为0：

随着层的直径的值Diameter[i]线性减小，Δx[i][j]的绝对值二次地增加。

在实际情况中，变量Diameter[i]的变化与NozzlePlateDistance的值相比很小。

在那种情况下，能够通过直线局部近似二次函数。这个直线的斜率通过二次函数的一阶导数来表达：

对于喷嘴板附近的层，变量Diameter[i]具有近似等于2×NozzlePlateDistance的值，一阶导数的值等于：

在那种情况下，Δx[i][j]的局部表达式变为：

第5部分：校正

参照图5，由nozzle[1]在layer[1]上喷出的微滴的降落位置沿相反的X方向移位距离Δx[1][1](参考标号562)，而由nozzle[5]在 layer[5]上喷出的微滴的降落位置沿相反的X方向移位距离Δx[5][5](参考标号563)。距离Δx[1][1]和Δx[5][5]能够使用前面的等式来表达：

由nozzle[1]和nozzle[5]所喷出的微滴的降落位置之间在x维的差(Δx[5][5]-Δx[1][1])表达为：

以上表达式中的所有值都是系统的设计参数，使得能够易于求出(Δx[5][5]-Δx[1][1])的值。

图6中，印刷头520在x-y平面中围绕与nozzle[1]的位置对应的旋转中心旋转某个角度α。

由于这个旋转，由nozzle[5]喷出的微滴的降落位置沿x方向移动通过具有值ΔxRotatedHead[5]的距离。

ΔxRotatedHead[5]的位移表达为

通过选择α的适当值，有可能实现，由nozzle[1]和nozzle[5]在X维所喷出微滴的降落位置之间的差(Δx[5][5]-Δx[1][1])通过产生于以角度α旋转印刷头的位移ΔxRotatedHead[n]完全补偿。

在数学上，这转化为如下要求：

应当选择以满足这个条件的α的值为：

如图6所示，印刷头以角度α的旋转使连接所喷出微滴的降落位置的曲线650显著地变平。

图6示出一种特殊情况，其中旋转印刷头520，使得由喷嘴1和5所喷出的微滴落在与Y轴平行的相同的线条上。图6也是一种特殊情况，其中存在微滴在其上降落的与喷嘴同样多的层，由此每一个喷嘴在不同层上喷出微滴。

在一种更一般的情况中，印刷头具有N个具有索引号i(i=1、2、3、…N)的喷嘴，并且在具有索引号j(j=1、2、3、…M)的M层上喷出微滴。

用于得到旋转印刷头以使得具有索引号j1和j2(1<=j1<j2<=N)并且在具有索引号i1和i2(1<=i1<=i2<=M)的层上喷射的两个不同喷嘴的微滴落在与Y维平行的线条上的角度α的广义公式为：

其中：

-   Δx[i2][j2]表示沿z方向在具有索引号j2的喷嘴与所述喷嘴的微滴在其上降落的具有索引号i2的层之间测量的距离；

-   Δx[i1][j1]表示沿z方向在具有索引号j1的喷嘴与所述喷嘴的微滴在其上降落的具有索引号i1的层之间测量的距离。

使用以上公式引起在给定假设下将使由nozzle[j1]和nozzle[j2]所喷出的微滴的降落位置在与Y维平行的线条上的补偿。

在图6所示的示例中，角度α优化成使得由喷嘴行的第一喷嘴和最后一个喷嘴所喷出的微滴会落在相同x坐标上。在一种更一般的情况中，nozzle[j1]属于印刷头的尾随部分，而nozzle[j2]属于印刷头的前导部分。j1和j2的最佳选择能够取决于什么标准用于曲线650的“变平“。这类标准的示例是：使印刷头的喷嘴所喷出的微滴的降落位置之间在X维的最大偏差为最小或者使偏差的均方根值为最小。一般来说，采用j1=1和j2=N的选择来得到满意结果。

图6中，印刷头的旋转具有与nozzle[1]的X-Y位置对应的旋转中心。在一个更一般的实施例中，能够使用不同旋转中心、诸如（例如）nozzle[3]的X-Y位置– 或者甚至更一般来说的印刷头的喷嘴板中的任何其它位置 - 来实行本发明。

在以上数学分析中，明确假设在微滴离开喷嘴板的时间与它们降落在层上的时间之间的微滴速度保持恒定。这只是近似成立。在现实情况中，由喷嘴所喷出的微滴的速度在它行进通过从孔到其降落位置的空间时变小。其影响在于，沿降落在具有不同直径的层上的微滴的X维的降落位置的差比通过Δx[j][i]的表达式所预测的甚至更大地增加。在那种情况下，通过将印刷头旋转比在上述公式中对这个角度预测的α的值要大的量的补偿是必要的。因此，本发明的一个优选实施例使用下列不等式来指定α的值：

其中：1.0 <= r

在另一个实施例中，α满足如下限制：

其中：1.0 <= r <= 2.0

在又一个实施例中，α满足如下限制：

其中：1.0 <= r <= 1.1

可存在不需要或者甚至不期望将印刷头旋转取得由喷嘴在不同层上喷出的微滴的降落位置的x坐标的最大补偿的量的情况。

在一个优选实施例中，旋转的角度α满足如下限制：

其中：0.1 <=r<=1.0

在另一个实施例中，旋转的角度α满足如下限制：

其中：0.5 <= r <= 1.0

在又一个实施例中，旋转的角度α满足如下限制：

其中：0.9 <= r <= 1.0

在制备凸版印刷母版的上下文中说明了本发明，本领域的技术人员应当清楚地知道，相同的发明思路能够用于在圆柱鼓轮上创建与柔版印刷的凸版印刷母版不同的其它三维对象。一般来说，安装在圆柱鼓轮上并且能够使用可固化液体来印制的任何凸版对象能够获益于使用本发明。

Claims (5)

1.一种用于制备圆柱凸版对象的系统(100)，所述系统包括：

-   圆柱支承，以“NumberofRevolutionsperSecond”的频率围绕其中心轴旋转，并且其中沿旋转圆柱的相对所述中心轴是正交的切线限定X维；

-   流体喷出印刷头，包括其孔位于喷嘴板中的一行喷嘴，该行的两个相邻喷嘴以距离“NozzlePitch”间隔开，所述一行喷嘴离所述圆柱支承的中心轴具有距离NozzlePlateDistance，所述喷嘴以速度“DropletVelocity”朝所述圆柱支承喷出可固化流体微滴，所述印刷头以锁定到旋转圆柱支承的频率的速度与所述圆柱支承的中心轴平行地移动；

-   固化源；

-   其中，所述印刷头具有包括在第一层“layer[i1]”上喷出流体微滴的第一喷嘴“nozzle[j1]”的前缘部分，所述第一层具有第一直径“Diameter[i1]”，将nozzle[j1]与中心轴连接的径向线限定沿X维的x[j1][0]坐标；

-   其中，将nozzle[j1]所喷出的微滴在layer[i1]上的降落位置与所述中心轴连接的所述径向线限定基本上等于下式的x[j1][i1]坐标：

;

-   x[j1][0]与x[j1][i1]之间的差限定等于x[j1][i1]-x[j1][0]的变量Δx[i1][j1]；

-   其中，所述印刷头具有包括在第二层“layer[i2]”上喷出流体微滴的第二喷嘴“nozzle[j2]”的后缘部分，所述第二层具有大于Diameter[i1]的第二直径“Diameter[i2]”，将nozzle[j2]与所述中心轴连接的所述径向线限定沿所述X维的x[j2][0]坐标；

-   其中，将nozzle[j2]所喷出的微滴在layer[i2]上的降落位置与所述中心轴连接的所述径向线限定基本上等于下式的x[j2][i2]坐标：

;

-   x[j2][0]与x[j2][i2]之间的差限定等于x[j2][i2]-x[j2][0]的变量Δx[i2][j2]；

所述系统的特征在于：

-   所述一行喷嘴在与所述喷嘴板对应的平面中旋转

○  等于

的量

○ 在与所述圆柱的半径正交的平面中

○  相对旋转圆柱的圆柱轴的方向，

○ 其中，0.1 < r。

2.如权利要求1所述的系统，其中，0.5 < r < 2.0。

3.如权利要求2所述的系统，其中，0.9 < r < 1.1。

4.如以上权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述凸版对象是凸版印刷母版。

5.如权利要求5所述的系统，其中，所述凸版印刷母版是柔性版印刷母版。

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