增材板制作系统及方法与流程

增材板制作系统及方法[0001]相关申请的交叉引用本申请与2018年8月20日提交的标题为"additive plate making system and method"的美国临时申请no.62/719,959有关，并且要求其优先权，该美国临时申请的内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文中。背景技术：[0002]在许多参考文献中描述使用增材制造技术制作印刷板，包括但不限于ep1437882b1、ep2199066b1、ep2199065b1、ep3000602a1和ep3181357a1，它们全部通过引用并入本文中。[0003]大体上，一些现有技术方法仅适于提供具有相对粗的分辨率(例如，在10dpi和600dpi之间)的结构，这将过程的有用性限制于仅要求该范围中的粗图像分辨率的应用。适合于通过高分辨率喷墨印刷头喷射的相对低粘度的聚合物为相对脆的，并且提供在固化之后的有限柔性，而在固化之后为相对更柔性的聚合物典型地具有相对高的粘度，并且因此仅与粗分辨率喷墨印刷头一起工作。[0004]大体上，增材制造技术比传统方法对环境更友好，该传统方法导致生成相对大量的化学和光敏聚合物废料。因此，在本领域中存在对用于使用增材制造来产生具有较高分辨率的印刷板的改进过程的需要。技术实现要素：[0005]本发明的一个方面包括一种用于构建印刷板的过程。过程包括以下步骤：在基底上连续地沉积多个n层光敏聚合物；在沉积每层之后使用构造成发射预定波长范围(诸如但不限于uv)中的辐射的广域辐射源固化1至(n-m)层中的每层；以及使用根据待由印刷板印刷的期望图像调制的小域辐射源选择性地固化(n-m+1)层至n层。广域辐射源具有第一可寻址覆盖区域，而小域辐射源包括一个或多个第二离散可寻址覆盖区域，每个第二离散可寻址区域小于第一可寻址区域。接着从(n-m+1)至n层移除未固化的聚合物，并且利用去粘广域辐射源使(n-m+1)至n层固化。广域辐射源可包括led uv广域源，而小域辐射源可包括uv激光、uv光源以及用于调制来自光源的光的数字镜装置，或可单独寻址的led的阵列或矩阵。[0006]连续地沉积多个层的步骤可大体上包括设置包括处于关于基底的间隔关系的至少一个喷墨印刷头、广域辐射源和小域辐射源的印刷组件，并且引起基底和印刷组件之间的相对运动。在一个实施例中，基底设置在能够关于轴线旋转的滚筒上，并且在滚筒旋转时，印刷组件平行于滚筒移动。在另一个实施例中，基底可固定在平板上，并且印刷组件可设置在机架的滑架上，并且滑架可沿机架相对于基底在第一方向上移动，并且机架可在垂直于第一方向的第二方向上相对于基底移动。在又一个实施例中，基底可设置在可移动平台上，并且印刷组件设置在滑架上，并且基底可沿第一方向移动，而滑架沿垂直于第一方向的第二方向移动。印刷组件可包括多个喷墨印刷头，每个印刷头包括多个喷嘴和一个或多个广域辐射源，该一个或多个广域辐射源构造成在沉积随后层之前使每层固化。[0007]本发明的另一方面包括一种用于通过增材制造构建印刷板的系统。系统包括印刷组件和用于在基底和印刷组件之间提供相对运动的器件。印刷组件包括一个或多个喷墨印刷头，其均包括构造成在基底上沉积一层光敏聚合物的多个喷嘴；构造成发射预定波长范围中的辐射用于固化光敏聚合物的至少一个广域辐射源；以及小域辐射源，其构造成以一分辨率发射预定波长范围中的辐射，并且具有根据待由印刷板印刷的期望图像的调制。[0008]在一个实施例中，用于在基底和印刷组件之间提供相对运动的器件可包括：滚筒，其构造成关于轴线旋转以提供沿第一方向的相对运动，并且构造成接收基底；以及滑架，其构造成沿第二方向相对于滚筒移动。在另一个实施例中，系统可具有平板构造，其中用于在基底和印刷组件之间提供相对运动的器件包括构造成接收基底的平台和安装在机架上的滑架。机架可构造成沿第一方向相对于平台移动，其中滑架构造成沿正交于第一方向的第二方向相对于机架移动，或者平台可构造成沿第一方向相对于机架移动，而滑架构造成沿正交于第一方向的第二方向相对于机架移动。[0009]印刷组件可包括多个n个喷墨印刷头，以及单个广域辐射源，该单个广域辐射源构造成在沉积随后的(n-m+1)至n层之前固化由第一至第(n-m)个喷墨层沉积的每层，并且小域辐射源可定位成在(n-m+1)层沉积之后固化(n-m+1)层。系统可构造成提供基底相对于印刷组件沿x和y轴的移动，其中印刷组件构造成在沿x和-x方向、y和-y方向或它们的组合的相对移动期间印刷和固化。喷墨印刷头与基底之间的距离可为可调节的，包括能够基于光敏聚合物层的厚度调节。系统还可包括：用于从印刷板的印刷表面移除未固化的聚合物的组件；以及用于使印刷板的印刷表面去粘的广域辐射源，诸如uv-c源。用于移除未固化的聚合物的组件包括用于接收板的一对辊，以及定位在辊中的一个与印刷板的印刷表面之间的幅材。附图说明[0010]图1示意性地描绘用于制作印刷板的示例性现有技术增材制造过程的步骤。[0011]图2示意性地描绘图1的示例性现有技术过程的附加步骤。[0012]图3示意性地描绘本发明的示例性实施例的步骤。[0013]图4示意性地描绘图3的示例性实施例的附加步骤。[0014]图5a描绘根据本发明的滚筒实施例的用于通过增材制造来产生印刷板的示例性系统。[0015]图5b描绘根据本发明的平板实施例的用于通过增材制造来产生印刷板的示例性系统。[0016]图5c描绘能够与平板实施例一起使用的第一滑架构造，其容许在滑架在机架上的x和-x平移两者期间沉积和固化。[0017]图5d描绘能够与平板实施例一起使用的第二滑架构造，其容许在滑架在机架上的x和-x平移两者期间沉积和固化。[0018]图6描绘根据本发明的另一个实施例的用于通过增材制造来产生印刷板的另一个示例性系统。[0019]图7描绘用于在聚合物沉积的最后步骤之后移除未固化的聚合物和去粘的示例性系统。[0020]图8描绘示例性的多印刷头平板实施例。[0021]图9描绘根据本发明的一个实施例的如通过过程产生的示例性n层结构。[0022]图10描绘用于在聚合物沉积的最后步骤之后移除未固化的聚合物的另一示例性系统。具体实施方式[0023]如图1所示，用于使用增材制造技术来产生印刷板的一般过程包括在步骤a1中，使用喷墨印刷头14以期望的图案在诸如聚酯的基片12上印刷光敏聚合物10的第一层，以及接着在步骤b1中，在印刷之后使用在适合固化光敏聚合物的波长处的辐射(诸如来自广域紫外线(uv)辐射源16，诸如来自广域uv led头)固化光敏聚合物的每层。如图2所示，过程被重复，其中在步骤a2和b2中产生第二层。步骤a和b执行总共n次，直到所有印刷层的总厚度具有期望的厚度。为了形成肩部，每个随后层覆盖比上一层小的区域。一旦沉积并固化最后一层，现有技术过程结束。[0024]在本文中所述的新颖过程中，如图3所示，在总共n个印刷层中，1至n-m层建造单独印刷点的支承肩部，而顶部的m层或多层(m可等于1或大于1)在支承肩部的顶部上建造印刷细节。在步骤a(n-m+1)至a(n)中沉积顶部m层或多层中的每一个之后，在印刷下一层之前(诸如利用uv激光)利用小辐射点选择性地固化层，该uv激光的辐射根据印刷板上的期望图像调制。接着，如图4所示，在选择性固化步骤之后，在步骤d中，诸如利用吸收性幅材移除未固化的聚合物。最后，在步骤e中，利用广域led uv辐射(诸如发射uv-c辐射)固化板，以使板"去粘"(以移除其中现在移除的未固化聚合物与固化聚合物接触的界面处的任何粘性或粘附性)。去粘广域源可为与用于固化1至(n-m)层的广域源不同的源或相同的源。[0025]如图9示意性描绘的，使用具有4个喷嘴的单个喷墨印刷头，印刷包含印刷1层的1,2和3印刷排中的每一个，接着按顺序印刷2,3,4,5,6层(利用在每排被沉积之后的固化)，导致图中描绘的金字塔结构。在n=6和m=2的情况下，使用广域源固化1-4层，并且使用小域源固化5和6层。层的总数n和细节层的数量m不限于任何特定数量。如本文中进一步描述的，具有多个印刷头的组件可容许不同的层沉积顺序，这增加过程的速度。[0026]该过程可由诸如图5a所示的设备500实施。设备包括用于在基底501和喷墨印刷头502之间产生相对运动的诸如在图5a中描绘的滚筒的机构510、广域辐射源504和小域辐射源506，以使聚合物的层508可被连续沉积和固化。如图5a所示，机构包括滚筒510，基底安装在滚筒510上，并且滚筒510关于x轴回转以在y方向上产生相对运动，而包括喷墨印刷头502、广域辐射源504和激光辐射源506的印刷组件503平行于x轴移动，诸如在滑架上，同时保持处于在z方向上相对于滚筒的固定关系。[0027]小域辐射源506可包括激光源或者可包括本领域已知的其它uv源。例如，诸如在美国专利no.6,567,205中描述包括用于来自源和uv灯的辐射的调制的数字镜装置(dmd)的成像引擎，该美国专利通过引用并入本文中。该途径可特别良好地适合于平板实施例。在另一个实施例中，小域光源可包括可单独寻址的uv led的阵列或矩阵，诸如美国专利no.4,780,730中所述，该美国专利通过引用并入本文中。可根据图像数据以及聚合物板与led阵列或矩阵之间的相对移动来调制矩阵或阵列中的led的开和关，类似于如美国专利no.6,567,205中所述的由dmd实现的调制。[0028]如图5b所示，在其它实施例，诸如平板实施例550中，基底552可作为平片设置在台554上，而印刷组件556(以类似于图5a中描绘的布置的布置，其包括喷墨印刷头562、广域辐射源564和激光辐射源566)可能够在机架570上沿x方向移动，机架570构造成在y方向上横穿片。应当理解，在其它实施例中，滑架可能够在y方向上相对移动，而机架能够在x方向上相对移动。在又一个平板关系中，台554可包括构造成在第一方向上(例如，沿y轴)平移的可移动平台，以及能够在垂直于第一方向的第二方向上(例如，沿x轴)移动的印刷组件556。在其它实施例中，印刷组件556可为完全静止的，并且可移动平台构造成能够在x和y方向两者上平移以提供相对运动。[0029]在一个平板实施例中，如图5c所示，可有益的是，具有相对于单个喷墨印刷头562定位的多个广域源564(或如图5d中，相对于单个广域光源564的多个喷墨印刷头562)，以使滑架可在处于横跨片在x和-x方向两者上的相对运动时印刷和固化，而不是仅在一个方向上印刷和固化，由此增加操作速度。在图5c和5d中描绘的布置中，激光源可定位成以喷墨印刷头的y维度偏离喷墨印刷头，以使激光使先前沉积的聚合物排曝光，同时沉积下一排，由此也允许n层通过x和-x横穿的固化。在构造成在x和-x方向两者上固化的其它实施例(未示出)中，多个激光源可设在印刷组件的相对端部处，与图5c的喷墨部和多个广域激光源，或者图5d的多个喷墨印刷头和单个广域激光源对准。应当理解，对于构造成沿垂直于图5b所示的方向的方向横穿的机架或基底，根据图5b-5d中的变型中的任一个，喷墨印刷头和光源的方位可适当地重新布置成容许双向操作。[0030]在布置中的每个中，印刷组件或至少其喷墨印刷头部分可能够相对于基底在z方向(与x和y方向两者正交)上移动，并且可在z方向上递增地远离基底移动等同于每个连续层的层厚度的距离，以使从喷射部到沉积位置的距离保持稳定。z距离可随所沉积的光敏聚合物的粘度和喷墨印刷头构造而变化。喷墨印刷头和uv源之间的距离以及滚筒的回转速度还可随光敏聚合物粘度变化。滑架横穿相对于滚筒回转的速度控制成以使滑架在滚筒每次回转的同时横穿喷墨沉积区域的宽度，以使过程沉积螺线螺旋的光敏聚合物，其中在滚筒上的相邻聚合物条带之间没有重叠或间隙。在图5中描绘的构造中，印刷组件可在第一行程中在从左到右的正x方向上横穿滚筒，而滚筒在第二行程中在逆时针方向上和在从右到左的负x方向上旋转(或者滑架可返回至左侧，并且仅从左到右印刷)。本发明不限于一种类型的移动(从左到右，从右到左，或它们的组合)。[0031]与图5a的单头构造相比，如图6所示的多喷墨印刷头设备600可提供加速的生产率。如图6所示，多喷墨印刷头设备包括多个串联布置的喷墨印刷头601,602,603和604。喷墨印刷头601在第一条带中沉积第一层，喷墨印刷头602在第二条带中将第二层沉积在第一层的顶部上，喷墨印刷头603在第三条带中将第三层沉积在第二层的顶部上，并且喷墨印刷头604在第四条带中将第四层沉积在第三层的顶部上。诸如uv led源610的广域辐射源设置成在新沉积的第一条带、第二条带和第三条带之上发射辐射以在它们的沉积之后使它们固化。uv激光源620在其沉积之后发射目标辐射以选择性地固化第四条带。每个喷墨印刷头典型地包括布置成一行的阵列或矩阵，其中单独喷嘴能够根据期望的聚合物结构控制成进行喷雾或不喷雾，以产生构造成印刷期望图像的印刷板。如图6中描绘的，印刷组件在x方向上从左到右横穿滚筒，而滚筒在逆时针方向上回转，其中滚筒和印刷组件的速度协调成以螺线螺旋沉积连续条带，而没有滚筒上的相邻条带之间的间隙或重叠。[0032]尽管在图6中示出具有四个喷墨印刷头，但是应当理解，在其中沉积n层的理想构造中，可存在n个喷墨印刷头。尽管n总是大于1，并且优选大于2，但是n可为2或更大的任何值。广域源的尺寸优选为(n-1)×(1个喷墨印刷头的宽度)。[0033]多喷射布置还可使用在平板布置中。在一个多喷射布置中，多个喷射部可设置在滑架上，该滑架构造成在平台上的基底上方沿第一方向移动，该平台构造成沿垂直于第一方向的第二方向移动。在第二多喷射布置中，多个喷射部可定位在滑架上，该滑架构造成在构造成沿第二方向移动的机架上沿第一方向移动。可提供相对于多个喷墨部定位的多个光源，并且喷墨部的顺序可控制成以使滑架可在x和-x方向两者上印刷和固化，或者印刷组件可设定成沿仅一个方向印刷。在图8中描绘示例性布置。在操作中，组件沿"慢轴"递增地移动，并且在沿"慢轴"的每个递增步骤之前完成沿"快轴"的整个行程。因此，如图8中描绘的每个印刷"步骤"是指沿快轴的单个行程。因此，步骤1使用印刷头1在1层中沉积最左侧的聚合物条。接着，组件沿"慢轴"递增，并且在步骤2中，1层的中间条由1印刷头沉积，并且2层的最左侧条由2印刷头沉积。接着，组件再次沿慢轴递增，并且在步骤3中，由1印刷头沉积1层的最右侧条，由2印刷头沉积2层的中间条，并且由3印刷头沉积3层的最左侧条。关于安装在1和2印刷头上方和下方的广域uv源，沿快轴的每个行程由尾随的uv头固化，并且随后的行程沿相反方向沉积。例如，如果步骤1沿如在页面上定向的向上方向前进，则最下面的uv源将提供固化，而步骤2将沿向下方向前进(在组件沿慢轴递增地移动印刷头1的宽度之后)，其中最上面的uv源提供固化。接着，将由小域uv源执行3层的固化，该小域uv源描绘为可单独寻址像素的矩阵或阵列(其每个像素可包括可单独寻址的led、能够使用dmd和单个uv光源寻址的像素，或能够使用激光寻址的点)。喷墨印刷头可全部布置在同一平面中，或者每个可布置成距基底不同的距离，或者距离可为可调节的。在一些组件中，多个喷墨头和辐射源可布置成使得可沿快轴在单一行程中沉积多层。[0034]尽管仅在图5b中描绘，但是应当理解，如图5a-6中描绘的每个设备包括至少一个控制器580，用于根据如储存在数字存储器590中的用于产生印刷板的指令来控制基底和印刷组件之间的相对运动，该相对运动与(多个)喷墨部、(多个)广域辐射源和小域辐射源协调。控制器和数字存储器可包括本领域中已知的任何处理器或计算机，其用于处理图形图像，并且将对应的控制信号提供至用于移动滚筒、机架、滑架和/或可移动平台的马达、喷墨部，以及辐射源。尽管未示出，但是每个喷墨部包括至将由喷墨部沉积的可辐射固化材料的源的连接。此类连接可包括用于供应多个喷墨部的公共储蓄器、用于每个喷墨部的可更换盒，或本领域中已知的任何类型的构造。[0035]对于用于沉积和固化印刷板的层的本文中描绘的设备中的任一个，用于在步骤d之后移除未固化的聚合物的吸收性幅材可提供为横穿基底的辊，诸如附接于构造成与呈图5a和6中描绘的构造的滚筒接触的辊，或者在平板实施例中安装在单独的机架上用于横穿基底。或者，在任一实施例中，基底可从滚筒或平板移除，并且接着在单独的处理站中与幅材接触。用于在步骤e中使板"去粘"的广域led uv灯可为图5a-6中的任一个中描绘的广域源，或者可为在单独的处理站(诸如包括用于提供与幅材的按顺序接触并曝光去粘的设备的处理站)处提供的单独的成组光源，诸如图7中描绘的。尽管示意性地描绘为在板之上安装于辊的幅材，但是幅材的构造可类似于标准挠曲板热处理器的构造，诸如图10中描绘的。如图10中描绘的，板和幅材在两个辊之间经过，其中幅材从板移除未固化的聚合物。接着，用过的幅材缠绕到废料卷轴上，并且稍后丢弃或以其它方式处理，如本领域中已知的。可通过标准的聚合物板装备(诸如典型地已知用于在溶剂板处理操作中使用的烘干炉，其可具有用于去粘的uva和uvc荧光管的拔取器(drawer))执行去粘，而不是如图7中示意性地描绘的专用去粘步骤。[0036]如本文中使用的，"广域辐射源"是指具有相对粗的辐射覆盖范围的源，该相对粗的辐射覆盖范围大于印刷板细节所需的最终分辨率，而"小域辐射源"是指具有分辨率的源，该分辨率不大于待形成在板上的最小点所需的分辨率。尽管在本文中参照在uv光谱中发射的示例性辐射源描述，但是本发明不限于辐射的任何特别波长，或能够由任何特定波长固化的聚合物。[0037]尽管在本文中参照特定实施例示出和描述本发明，但是本发明不旨在限制于示出的细节。相反，可在权利要求的等同物的范畴和范围内对细节进行各种修改而不脱离本发明。