CN113365846A - 升华打印加热系统 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种升华打印的方法、用于升华打印的加热系统和打印装置。升华打印的方法包括生成穿过其上沉积有打印物质的打印介质的空气流，并将空气流加热到等于或高于打印物质升华温度的温度。

Description

升华打印加热系统

背景技术

升华打印使得能够在比如服装织物的纺织品上打印。为此，可以使用升华油墨，其可以升华并被纺织品的纤维吸收，以在纺织品中永久地压印油墨图案。

附图说明

在下文中，参考各图给出了各种示例的详细描述。这些图示出了以下各者的示意性图示

图1：根据示例的升华打印方法的流程图；

图2：根据示例的用于升华打印的加热系统；

图3a：根据示例的用于升华打印的加热系统，其具有可移除地连接的框架；

图3b：图3a的加热系统，其中框架已拆下；

图4：根据示例的具有独立打印和加热子系统的打印装置；和

图5：根据示例的具有致动器的打印装置。

具体实施方式

在纺织品上的升华打印依赖于纺织品纤维对气态打印物质的吸收，从而在纺织品中永久地压印图案。为此，升华打印物质可以沉积或转印到纺织品，并且纺织品可以被加热以升华打印物质。升华的打印物质可以被经加热的纤维吸收，并且可以在冷却之后结合到纤维本身的材料中，从而产生具有高耐久性的打印图案。

图1描绘了根据示例的升华打印方法100的流程图。方法100可以例如用下面分别参考图4和图5描述的打印装置400和500中的一者来实施，或者用另一个合适的加热系统和/或打印装置来实施。

方法100可以包括，在102中，在打印介质上（例如，在打印介质的正面上）沉积升华打印物质，诸如打印流体。打印介质例如可以是织物或纺织品（例如服装织物），或包括塑料或纸的介质，例如，聚合物涂层塑料或纸。打印介质可以包括纤维，例如合成纤维（比如尼龙或聚酯）、天然纤维（比如棉花或羊毛）、或它们的组合。打印介质的成分可以具有高于250℃的熔点，并且当被加热时可以吸收气态打印物质。在一个示例中，打印介质可以是聚酯织物。打印介质可已经被处理过或涂有吸收物质，该吸收物质在被加热时吸收气态打印物质，例如聚合物。在一些示例中，打印介质可以是一片纺织品，例如旗帜或比如T恤的衣服。在其他示例中，打印介质可以是纺织品的连续幅材，成片的纺织品可以例如在升华打印之后被切割。纺织品的连续幅材可以例如至少部分地卷起，例如在其上卷起打印介质的尚未打印的素色部分的素色材料卷上、和/或在其上卷起打印介质的已经打印的打印部分的打印材料卷部分地卷起。

升华打印物质是在升华温度以上变成气态的物质。升华打印物质可以是在升华温度以下为固体的可升华物质，例如升华油墨。在其他示例中，升华打印物质可以在升华温度以下是液体或者部分地液化。打印物质的升华温度可以适于打印介质，例如使得升华温度等于低于打印介质或其成分的熔点的温度，在该温度下，打印介质或其成分表现出打印物质的吸收率增加，例如吸收率最大。打印物质可以具有单一颜色或者可以包括多种颜色。

打印物质可以沉积在打印介质上，而不使用保护纸，且不使用升华纸或转印纸。升华纸或转印纸是中间介质，打印物质首先以图案形式沉积在其上，该图案随后被转印到打印介质。打印物质可以例如通过直接打印在打印介质上而被沉积，例如利用包括喷嘴的可移动打印头，打印物质可以从该喷嘴喷射到打印介质上。通过不使用保护纸和/或转印纸，可以减少重影效应。例如，当移除保护纸或转印纸时，特别是当纸是热的时，可能会例如产生重影效应，因为在打印介质和纸之间捕获的打印物质可能会无意地沉积在打印介质上，例如通过在移除期间意外地使纸与打印介质接触。在一个示例中，打印物质可以溶解在用于沉积打印物质的流体中，例如以便于打印。方法100可以进一步包括干燥打印介质上的打印物质，例如通过等待液体蒸发。在一些示例中，在执行方法100之前，打印物质可能已经沉积在打印介质上，并且可以省略102的执行。

方法100可以进一步包括，在104中，将打印介质放置在加热系统中或邻近加热系统放置，例如以加热打印介质来升华打印物质。这可以包括将打印介质放置在支撑结构上或支撑结构中，例如加热系统的框架中。框架只是支撑结构的一个示例，并且可以使用其他类型的支撑结构，包括桌子。在一些示例中，打印介质可已经在102中被放置在框架上或安装在框架中，以用于沉积打印物质。加热可以在该框架中与在102处沉积打印物质相同的位置处执行，或者104可以包括将保持打印介质的框架转移到加热系统中或邻近加热系统。附加地或替代地，104可以包括将打印介质从打印区移动到加热系统处的升华区，在打印区中打印物质沉积在打印介质上。在加热区和打印区中，相同或不同的支撑结构可以用于保持打印介质。在一些使用纺织品的连续幅材的示例中，打印介质可以例如通过旋转辊来移动，打印介质的一部分在该辊上卷起，例如素色材料卷和/或打印的材料卷，而不使用框架。

方法100包括，在106中，生成穿过其上已经沉积有升华打印物质的打印介质的空气流。空气流至少部分地穿过打印介质。在一个示例中，空气流在穿过打印介质之后的流量可以大于空气流在穿过打印介质之前的流量的5%、在另一个示例中大于20%，其中流量是空气流的横截面面积和速度的乘积。打印物质可以例如沉积在打印介质的正面上。空气流可以例如从打印介质的背面穿过打印介质到达打印介质的正面。除了由空气流生成的压力之外，可以在不在垂直于打印介质表面的方向上向打印介质施加压力的情况下生成穿过打印介质的空气流，例如以避免在打印介质上留按压标记。按压标记例如可以通过用于向打印介质施加压力和热量的压力机或压延机产生。这可以通过这里描述的方法和装置来避免。

空气流在穿过打印介质之前可以例如具有1 m/s至10 m/s之间的速度。空气流的横截面可以适于打印介质上的其中沉积有打印物质的打印区域，例如以确保打印区域上空气流的均匀温度和/或速度分布。横截面面积可以大于打印面积，例如大在每个方向上的0.5厘米到20厘米的余量。在一个示例中，打印区域可以具有在1 cm²和1 m²之间的尺寸，并且空气流的横截面面积可以具有在50 cm²和1.5 m²米之间的尺寸，以在打印区域周围提供空气流余量。因此，空气流在穿过打印介质之前的流量可以在0.005 m³/s和15 m³/s之间。

空气流可以例如用风扇生成，例如如下面参考图2所述。在其他示例中，可以使用来自贮存器的加压空气或者通过在贮存器和周围环境之间产生压差（例如使用泵）来生成空气流。空气流也可以由气动源生成。

在108中，将空气流加热到等于或高于打印物质的升华温度的温度，例如以升华沉积在打印介质上的打印物质。使用空气流可以允许升华打印物质，而不使用压力机或压延机，且不需要保护纸。这可以进一步减少例如当使用保护纸时可能出现的重影效应。打印物质的升华温度可以例如在150℃和250℃之间的范围内，在一个示例中在190℃和210℃之间。空气流可以被加热到高于升华温度20℃到150℃之间的温度，例如以确保当空气流通过打印介质时的温度高于升华温度，例如使得空气流可以将打印介质加热到等于或高于升华温度的温度。在一个示例中，空气流被加热到200℃和300℃之间的温度。空气流被加热到的温度可以适于打印介质，例如以避免损坏打印介质。在一个示例中，空气流被加热到低于打印介质熔点的温度。

空气流可以例如通过穿过加热栅格而被加热，该加热栅格如下面参照图2所述被加热。在其他示例中，空气可以在生成空气流时或之前被加热，例如通过加热容纳加压空气的贮存器。加热可以例如使用电阻加热元件、感应加热元件、通过在热交换器中循环加热介质（例如，热流体）来执行，或通过燃烧加热物质（例如，天然气）来执行。

方法100可以进一步包括，在110中，通过空气流至少部分地从打印介质移除多余的打印物质，例如以避免重影图像。为此，如果打印物质沉积在正面上，例如通过在104中适当地放置打印介质，则可以生成空气流，使得空气流从背面到正面穿过打印介质。例如，可以选择空气流的温度、速度或流量，使得没有被打印介质吸收的打印物质的颗粒和/或液滴至少部分地被空气流吹走或蒸发。可以特别选择空气流的速度或流量，使得从打印介质中移除的颗粒和/或液滴不会返回到打印介质，例如以避免由于颗粒和/或液滴滴落在打印介质上而产生的重影图像。这可以包括在空气流已经穿过打印介质之后改变空气流的方向，例如使用风扇。在一个示例中，可以使用排气罩或通风柜提取已经穿过打印介质的空气流。

方法100可以进一步包括保持空气流。空气流可以例如保持5至30秒，在一个示例中保持10至15秒。在一个示例中，保持空气流，直到打印介质的温度等于或超过打印物质的升华温度。在保持空气流的同时，空气流的温度、速度、体积和/或横截面可以是恒定的。在其他示例中，可以在保持空气流的同时调节空气流的温度、速度、体积和/或横截面。在一个示例中，空气流的流量可以增加，例如最初使用较低的流量来加热打印介质，且随后使用较高的流量以便于移除多余打印物质。替代地或附加地，在保持空气流的同时可以例如降低空气流的温度，以便于打印介质吸收打印物质。

方法100可以以各种方式执行和修改，例如，通过省略部分或增加附加的部分。特别是，图1所示的流程图并不意味着方法100的特定执行顺序。只要技术上可行，方法100可以以任何顺序执行，并且不同的部分可以至少部分地同时执行。例如，框106和108可以同时执行，即，当正在生成空气流时，空气流可以被连续加热。在另一个示例中，框102、104、106和108可以同时执行，例如当使用连续打印介质时。

图2描绘了根据示例的加热系统200的示意图，该加热系统200例如可以用于实施方法100。加热系统200包括生成空气流204的流发生器202。流发生器202可以例如生成速度为1 m/s至10 m/s、且垂直于空气流204的运动方向的横截面面积在50 cm²至1.5 m²之间的空气流204，这对应于在0.005 m³/s至15 m³/s之间的空气流流量。流发生器202可以包括风扇206（例如电动风扇）以生成空气流204。风扇206可以例如具有多个直径在5 cm和50 cm之间的叶片，这些叶片可以例如以每分钟100到5000转的速度旋转。在一个示例中，流发生器202可以包括多个风扇。在其他示例中，流发生器202可以包括用于容纳加压空气以生成空气流204（例如通过容器的开口）的贮存器。流发生器202可以进一步包括风扇或泵，以生成和/或保持贮存器中的压力。

加热系统200还包括加热器208以加热空气流204。加热器208可以例如被布置成使得空气流204穿过加热器208，从而生成经加热的空气流210。在另一个示例中，加热器208可以布置成使得加热器208加热流向风扇204的进入空气，从而生成经加热的空气流210。在又一个示例中，加热器208可以布置在流发生器202的贮存器中或者流发生器202的贮存器的侧壁中。

加热器208可以例如包括加热栅格212，其可以例如布置成使得空气流204穿过加热栅格212。加热栅格212可以包括加热元件214，其中加热元件214可以例如布置成规则的栅格，例如如图2所示的矩形栅格。替代地或附加地，加热元件214可以包括缠绕或蜿蜒的段。在一个示例中，加热栅格212可以由多个加热元件形成。加热栅格212可以进一步包括穿孔板，例如其中布置有加热元件214的穿孔板。在其他示例中，加热栅格212可以附加地包括热分布元件，例如包括与加热元件214热接触的导热材料（比如铜）的棒或板。该热分布元件或多个热分布元件可以例如布置成栅格。

加热元件214可以例如可以是电阻加热元件，电流可以传递通过该电阻加热元件来加热加热元件214。加热元件214可以例如包括金属，特别是金属合金、陶瓷或其组合。加热元件214可以特别是电阻加热元件，其具有正温度系数（即，电阻随着温度的升高而降低）的电阻的材料，例如包括钛酸钡或钛酸铅的陶瓷。例如，加热元件可以包括加热丝。在其他示例中，加热元件214可以包括管，加热介质（热流体）通过该管循环。在一个示例中，加热器208可以附加地或替代地包括燃烧器，例如以燃烧比如天然气的加热物质。加热元件214可以例如被加热到在300℃和1000℃之间的温度，例如使得经加热的空气流210的温度高于200℃，例如介于200℃和300℃之间。

加热装置200还包括支撑透气打印介质218的框架216，使得经加热的空气流210穿过打印介质218。如上所述，打印介质218可以例如是纺织品，或者可以例如包括涂有聚合物的塑料或涂有聚合物的纸，或由涂有聚合物的塑料或涂有聚合物的纸组成。打印介质218可以包括打印区域220，例如在打印介质218的正面上的打印区域220，升华打印物质沉积在打印区域220中。框架216可以包括支撑打印介质218的外部部分和空气流210可以穿过其中的内部区域，例如切口或网格或穿孔区域等，在下文中全都被称为切口。外部部分可以是例如在中心处围绕切口的封闭框架，例如矩形或圆形框架，或者是从一侧或多侧具有切口的开放框架，其中框架216被布置成使得经加热的空气流210穿过切口。切口可以例如具有矩形或者圆形的形状。

框架216还可以包括固定打印介质218的底座，例如以防止经加热的空气流210移动打印介质218。这方面的示例将在下面参考图3进行描述。框架216可以将打印介质218保持在离加热器208的固定距离处，例如以避免打印介质218和加热元件214之间的接触。在一个示例中，框架216可以保持打印介质218，使得打印介质218和加热器208之间的距离在1cm和10 cm之间。

经加热的空气流210的温度、速度或流量可以例如被选择成使得打印物质的多余颗粒或液滴222至少部分地从打印介质218移除。在一些示例中，框架216可以包括漏斗，例如以在通过打印介质218之前增加经加热的空气流210的速度。打印介质218可以放置在框架216上，使得打印介质218的其上沉积打印物质的一面（例如正面）面向经加热的空气流210的流动方向，即使得经加热的空气流210从背面到正面穿过打印介质218。

图3a描绘了加热系统300的另一个示例。类似于加热系统200，加热系统300包括生成空气流204的流发生器202和加热空气流204的加热器208。加热系统300还包括控制器302，以控制流发生器202和/或加热器208，例如以便调节经加热的空气流210的速度、体积、压力和/或温度。流发生器202可以例如包括风扇206，并且控制器302可以调节风扇206的风扇速度，例如以控制空气流204的速度或流量。

在一个示例中，加热系统300可以包括耦合到控制器302以确定空气流204的速度或流量的传感器，并且控制器302可以使用反馈回路来控制速度或流量。加热器208可以例如包括电阻加热元件214，并且控制器302可以调节通过电阻加热元件214的电流，例如以控制经加热的空气流210的温度。替代地，控制器302可以调节加热器208中加热介质的流量和/或温度。在一个示例中，加热系统300可以包括耦合到控制器302的温度传感器，以确定经加热的空气流210的温度，并且控制器302可以使用反馈回路来控制温度。

加热系统300的框架216包括固定打印介质218的底座，例如以防止经加热的空气流210使打印介质218错位。框架216可以例如包括下部部分304，打印介质218可以放置在下部部分304上。下部部分304可以例如类似于加热系统200的框架216，即，下部部分304可以包括支撑打印介质218的外部部分和内部区域，例如切口，经加热的空气流210穿过该切口。为了固定打印介质218，框架216可以包括上部部分306以固持打印介质218，例如通过将打印介质218压靠在下部部分304上来固持打印介质。上部部分306可以例如被布置成使得上部部分306邻近或接触打印介质218的在打印区域220外部的一部分。上部部分306可以具有与下部部分304相似的形状，并且例如可以是封闭或开放的框架。在其他示例中，上部部分306可以包括固持杆或钩，例如一个固持杆布置在下框架部分304的侧部部分上方，且另一个固持杆布置在下框架部分304的相对部分上方。上部部分306可以与下部部分304可移动地或可拆卸地连接，例如通过铰链308，使得框架216可以可枢转地打开，以插入或移除打印介质218，如图3b所示。

在一些示例中，框架216可以可移除地连接到加热系统300，如图3a和3b所示。图3a描绘了处于其中框架216附接到加热系统300的主体310的状态的加热系统300，而图3b描绘了处于其中框架216从主体310拆下的状态的加热系统300。主体310可以例如包括连接销312，框架216可以放置在连接销312上。框架216可以包括凹槽或孔以接合连接销312，例如以防止框架216在生成空气流204时移动。在其他示例中，主体310可以包括夹子或钩，以将框架216可移除地附接到主体310。

图4描绘了根据示例的打印装置400。打印装置400包括打印头402，用于将升华打印物质沉积在透气打印介质218上，例如使得不需要升华纸或转印纸。打印头402例如可以是喷墨打印头，其具有用于升华打印物质（例如升华油墨）的贮存器和用于将打印物质直接沉积在打印介质218上的喷嘴板。打印装置400还包括加热子系统404，以加热打印介质218。加热子系统404可以例如类似于图3所示的加热系统300并且包括生成穿过打印介质218的空气流204的流发生器202和加热空气流204的加热器208。

在图4所示的示例中，打印头402是打印装置400的打印子系统406的一部分。打印子系统406可以包括用于移动打印头402的致动器，例如经由带驱动或齿轮驱动耦合到打印头402的电动马达。打印头402可以例如可沿着打印头路径在一个方向上移动，如图4中标记为“Y”的箭头所示。在其他示例中，打印头402可以可在两个或三个方向上移动。打印介质218可以放置在打印头402下方的打印子系统404中。在一些示例中，打印子系统406还可以包括用于移动打印介质218的致动器。

打印子系统406和加热子系统404可以是彼此独立自主操作的独立系统。特别地，打印子系统406和加热子系统404可以是便携式自主系统。在一些示例中，打印子系统406和/或加热子系统404重量可以小于20千克，在一个示例中小于10千克，并且可以在每个方向上具有小于1 m的尺寸，在一个示例中小于0.5 m。

打印装置400还可以包括支撑打印介质218的框架216。框架216可以例如用于放置打印介质218，使得由加热子系统404生成的经加热的空气流210穿过打印介质218。框架216可以类似于上述加热系统300的框架216。特别地，框架216可以固定打印介质218，例如通过上面参照图3a描述的上部部分306，例如以固定打印介质218，使得经加热的空气流210穿过打印介质218。

框架216可以可拆卸地连接到加热子系统404和/或打印子系统406。框架216可以可拆卸地连接到加热子系统404和打印子系统406两者。这可以例如允许将打印介质218安装在框架216中，将框架216放置在打印子系统406中以用于将打印物质沉积在打印介质218上，随后将框架216从打印子系统406移动到加热子系统404，并将框架216连接到加热子系统404以升华打印介质218上的打印物质。因此，打印介质218可以被适当地对准，以用于沉积打印物质以及用于升华打印物质，而不需要其间耗时的对准。

框架216可以例如可拆卸地连接到加热子系统404和/或打印子系统406，如以上针对加热系统300所述，例如经由连接销312、夹子和/或钩。在一个示例中，打印子系统406可以包括轨道或钩408，以将框架216可移除地放置在打印头402下方。轨道408可以例如布置在打印子系统406底面的相对侧上，例如使得框架216可以滑入和滑出打印子系统406。框架216可以连接到加热子系统404和打印子系统406，使得打印头402将打印物质沉积在打印介质218的正面上，并且由打印子系统404生成的空气流从背面到正面穿过打印介质218，例如以便于从打印介质218移除多余的打印物质。

图5描绘了根据示例的打印装置500的另一示例。打印装置500例如可以是用于在大规模打印介质（诸如纺织品的连续幅材）上升华打印的打印装置。类似于打印装置400，打印装置500包括打印头402，以在打印装置500的打印区502中在透气打印介质218上沉积升华打印物质或流体。打印头402可以例如将打印流体沉积在打印介质218的正面上。打印头402例如可以是如上所述的喷墨打印头。打印头402可以在打印区502中可沿着打印头路径504移动，如图5中标记为“Y”的箭头所示，例如以在打印介质218上分配打印流体。为了移动打印头402，打印装置500可以包括诸如电动马达的致动器。

打印装置500还包括加热子系统506，以加热升华区508中的打印介质218。加热子系统506包括生成穿过打印介质218的空气流204的流发生器202和加热空气流204的加热器208。如上参考图2所述，流发生器202可以例如包括生成空气流204的风扇，并且加热器208可以例如包括加热栅格212，例如由电阻加热元件214形成的加热栅格212。打印装置500可以生成空气流204，使得空气流204从背面到正面穿过打印介质218，打印头402将打印流体沉积在打印介质218上。

打印装置500还可以包括致动器510，以将打印介质218从邻近打印头402的打印区502移动到邻近加热子系统506的升华区508，如图5中标记为“X”的箭头所示。在一些示例中，打印介质218的尚未打印的素色部分可以至少部分地在素色材料卷512上卷起，和/或打印介质218的已经打印的打印部分可以至少部分地在打印材料卷514上卷起。致动器510可以例如可以耦合到素色材料卷512和/或打印材料卷514，并且可以通过旋转素色材料卷512和/或打印的材料卷514和/或通过旋转驱动辊（未示出）来移动打印介质218。由此，打印介质218上已经沉积了打印物质的打印区域220可以从打印区502前进到升华区508，例如以升华由加热子系统506生成的空气流204中沉积的打印物质。

致动器510可以例如以适于打印头402的打印速度的速度移动打印介质218。沿着X方向的经加热的空气流210的宽度可以适于打印介质218的速度，使得当打印介质218被致动器510移动时，经加热的空气流穿过打印介质218上的打印区域220适当的时间量，以升华打印物质和/或移除多余的打印物质。经加热的空气流210可以例如具有在0.2 m和2 m之间的在Y方向上的宽度和在0.5 m和5 m之间的在X方向上的长度。在一些示例中，打印区域220内的每个点可以在经加热的空气流210中花费5至30秒，在一个示例中为10至15秒。

该描述并不旨在穷举或限制上述任何示例。本文公开的升华打印方法、加热系统和打印装置可以以各种方式实施，并且在不改变基础基本特性的情况下进行许多修改。

Claims (15)

1.一种升华打印的方法，所述方法包括：

生成穿过打印介质的空气流，在所述打印介质上沉积升华打印物质；和

将所述空气流加热到等于或高于所述打印物质的升华温度的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述打印物质沉积在所述打印介质上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空气流穿过加热栅格，并且其中，加热所述空气流包括加热所述加热栅格。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述空气流从所述打印介质至少部分地移除多余的打印物质。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述升华打印物质沉积在所述打印介质的正面上，并且其中，所述空气流从背面到正面穿过所述打印介质。

6.一种用于升华打印的加热系统，所述加热系统包括：

用于生成空气流的流发生器；

用于加热所述空气流的加热器；和

框架，其用于放置透气打印介质，使得经加热的空气流穿过所述打印介质。

7.根据权利要求6所述的加热系统，其中，所述加热器包括加热栅格，并且其中，所述空气流穿过所述加热栅格。

8.根据权利要求7所述的加热系统，其中，所述加热栅格包括电阻电加热元件，所述电阻电加热元件具有正温度系数的电阻材料。

9.根据权利要求6所述的加热系统，还包括控制器，其中

所述加热器包括电阻加热元件，

所述流发生器包括风扇，并且

所述控制器调节所述风扇的风扇速度和通过所述电阻加热元件的电流。

10.根据权利要求6所述的加热系统，其中，所述加热器将空气流加热到200℃和300℃之间的温度。

11.一种打印装置，包括：

打印头，其用于将升华打印物质沉积在透气打印介质上；和

用于加热所述打印介质的加热子系统，其中，所述加热子系统包括生成穿过所述打印介质的空气流的流发生器和加热所述空气流的加热器。

12.根据权利要求11所述的打印装置，还包括致动器，其用于将所述打印介质从邻近打印头的打印区移动到邻近所述加热子系统的升华区。

13.根据权利要求11所述的打印装置，其中，所述打印头是打印子系统的一部分，并且其中，所述打印子系统和所述加热子系统是独立的系统。

14.根据权利要求11所述的打印装置，还包括固定透气打印介质使得经加热的空气流穿过所述打印介质的框架。

15.根据权利要求14所述的打印装置，其中，所述框架可拆卸地连接到所述加热子系统。

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