EP1684131A1 - Imprimante laser numérique et procédé d'impression de documents - Google Patents

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EP1684131A1
EP1684131A1 EP05292781A EP05292781A EP1684131A1 EP 1684131 A1 EP1684131 A1 EP 1684131A1 EP 05292781 A EP05292781 A EP 05292781A EP 05292781 A EP05292781 A EP 05292781A EP 1684131 A1 EP1684131 A1 EP 1684131A1
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EP
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pressure
printing
temperature
printed
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Edmond Abergel
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MGI France SA
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Publication date
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    • G03G15/14—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base
    • G03G15/16—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer
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    • G03G15/167—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer by introducing the second base in the nip formed by the recording member and at least one transfer member, e.g. in combination with bias or heat at least one of the recording member or the transfer member being rotatable during the transfer
    • G03G15/1675—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer by introducing the second base in the nip formed by the recording member and at least one transfer member, e.g. in combination with bias or heat at least one of the recording member or the transfer member being rotatable during the transfer with means for controlling the bias applied in the transfer nip
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    • G03G15/2064—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat combined with pressure
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    • G03G2215/20—Details of the fixing device or porcess
    • G03G2215/2003—Structural features of the fixing device
    • G03G2215/2045—Variable fixing speed

Definitions

  • the invention relates to a technical and economical solution for digital printing on a plastic or paper substrate, allowing small and medium-sized productions.
  • This solution includes material associated with a process, for production, with digital printing with toner (toner), documents without overlay on PVC or any other plastic or paper substrate and this with excellent control of position of the print.
  • One possible application among others may be the production of plastic bank cards with or without an electronic chip, or identity papers, driving licenses, etc ...
  • Plastic PVC sheets or cards are usually printed in offset, screen printing or even more recently by a digital laser technique on plastic supports other than PVC.
  • This printing is most often done on sheets that are assembled to form a two-sided printing for the final document, which is added on the front and back a protective overlay (transparent overlay) usually PVC.
  • a protective overlay transparent overlay
  • This assembly thus constituted is placed in a press and a temperature and pressure cycle is performed to bind the protective overlay.
  • the object of the invention is to obtain, in an economical way, for small or medium series, a production of plastic documents presenting graphic information, and possibly to personalize with a digital laser printing to allow great flexibility in the personalization information.
  • the invention therefore consists in using the laser printing technique with a powder toner whatever the substrate, even for PVC which hardly supports the printing temperatures normally used for other plastics.
  • the invention aims to obtain a very good performance of the ink on PVC or another substrate without necessarily having a protective overlay (overlay).
  • the printing engine comprises, in the application, a table defining, depending on the type of substrate, the set temperatures of the oven and the pressure roll, the pressure of the roll to be applied by the roll of pressure, the overheating offsets to be applied at the beginning of printing and to apply under heating during printing once the substrate has increased in temperature, and the transfer device control voltage adapted to the substrate.
  • the software application comprises means enabling a user, via an interactive interface, to select the type of substrate used for the pressure and thus to determine, according to the table stored by the software, the operating conditions the print engine.
  • the printer has a plurality of sheet supply systems and a system for electrostatically discharging substrate sheets.
  • a temperature and a pressure are applied to the printed substrate to vitrify the ink in the substrate, in particular in the case of PVC substrates.
  • control board control means uses amplitude width modulation to temperature control the oven, the printing roll, and the toner transfer device.
  • a second object of the invention is to provide a method of printing documents on any paper or plastic substrate using the printer according to the invention.
  • the final product obtained is therefore without overlay.
  • the method comprises, after the application of pressure and temperature, a step of cutting the product obtained in the desired format, optionally a personalization step by thermal transfer or other printing means and an application step pressure or pressure and temperature to stick by a protective overcoat on the product.
  • the cutting of the rolled product is carried out in the format of an ISO card.
  • the substrate printed on one side is assembled with another substrate so as to obtain, by joining the two substrates on the non-printed side, a final product printed on both sides with a defined thickness, then the whole is placed between two plates of different materials, and laminated with controlled pressure and temperature to permit assembly of the substrates.
  • This step ensures excellent accuracy for the position of the print, and allows for printing front and back products including PVC.
  • the sheets to be printed are placed in the magazine (1, FIG. 1), for example having a capacity of several thousand sheets of 350 ⁇ 500 mm maximum format, and a thickness of between 80 and 300 ⁇ m.
  • the sheets are taken above the stack by a vacuum device, not shown, and introduced into a transport path to the printer.
  • This transport path then introduces the sheets in a feeder (2, Figure 1) to position them with respect to a reference edge which is, for example, the left side of the substrate taken in the direction of scrolling.
  • Controls such as the presence of the substrate and the detection of duplicates are made by sensors at this feeder.
  • a device, not shown, blowing ionized air is placed between the output of the feeder (2) and the input of the laser printer (3). This in order to control the electrostatic charges of the substrate used.
  • the engine of the laser printer (3) for example color, is a commercial product that can print several thousand pages per hour.
  • the printer uses a powder ink (styrene acrylic resin toner) and the various printer mechanisms consist of a print engine (30, FIG. 6), a heating system (F, FIG. 6), a sheet ejection device which is controlled by a computer system (5), PC type or other computer.
  • This computer system makes it possible to format files, images, graphics or personalization information, the management of the toner transfer rate, the temperature and the pressure on the substrate, depending on the nature of the substrate.
  • This management is a peculiarity of this innovation that allows printing especially on substrates having a very low vikat point such as for example PVC.
  • the printed documents are received at an outlet store (4).
  • Figures 2 (a) and (b) show possible arrangements for printing on the substrate.
  • Fig. 2 (a) shows the image positions which are 21 or more in the case where the invention is applied to the production of ISO format cards.
  • One of the peculiarities, with the digital printing, is to make it possible to obtain variable impressions and modifiable on the support to allow the printing of documents such as identity cards, driving license, credit card, vital card, card electronic wallet, loyalty cards, etc. on the same support.
  • Figure 2 (b) shows a full-page print used possibly for advertising pages or posters.
  • Figure 3 illustrates the assembly of substrates for lamination by applying pressure and / or temperature to the substrate or an assembly of a plurality of printed substrates.
  • Figure 3 (a) shows an assembly that allows, for example, to produce maps in ISO format.
  • An intermediate substrate (37) pre-glued or capable of producing welding or hot gluing during lamination may be interposed between the two sheets contiguous with their unprinted side.
  • This intermediate substrate (37) allows, by its defined thickness, to obtain a substrate of desired thickness after lamination.
  • This operation of lamination of the printed substrate makes it possible to vitrify the toner (33, 34, 40, FIG. 4).
  • Fig. 3 (b) shows a preparation with a single printed substrate.
  • a color laser printing engine (3, FIG. 5) has been modified by having it controlled by a control card (6) interacting with the management computer (FIG. 5), which sends the print commands to the print engine (3).
  • the printing engine (30) of a laser printer (3) is, as shown schematically in FIG. 6, consisting of a device (THV) which transfers the toner powder to the substrate (St), a scroll speed sensor (CVD) measuring the running speed of the substrate (St) and a furnace (F) (fuser) which is generally a device consisting of 2 fixed rollers driving a temperature-controlled band by a sensor temperature (CT1).
  • a second pressure roll (B) is applied with pressure to one of the two rolls of the oven and its temperature is controlled by a servo which uses the measurements made by a sensor (CT2).
  • CT2 a sensor
  • the pressure exerted on the substrate (St) by the roller (B) is adjusted by a pressure adjustment motor (MAP).
  • MAP pressure adjustment motor
  • Pressure control is achieved by using a pressure sensor (CP) placed in the thrust axis of the pressure roller (B) controlled by the motor (MAP).
  • the control card acting on these points is constituted, as represented in FIG. 7, of the association of a microcontroller with a programmable logic circuit (PLD).
  • PLD programmable logic circuit
  • This programmable logic circuit (PLD) aims to ensure the management of the resources of the microprocessor: RAM / ROM memories, inputs / outputs, management of process inputs / outputs, management of analog-digital converters and digital-analog converters to convert, on the one hand, the signals delivered by the temperature and scroll speed sensors and, on the other hand, to convert the digital setpoints into analog commands, EEPROM management logic and security functions.
  • This control card (6) is interfaced with the printer management computer via an Ethernet or RS232 or USB connection or other means of communication, and communicates with the printer via analog and digital inputs and outputs.
  • the temperature management performed by the card (6) mainly concerns the power supply of the "fuser" oven (F) and the “backup” compression roller (B) and their respective temperature sensor or probe (CT1 , CT2) and scroll speed sensor (CVD).
  • the scroll speed sensor provides an electrical signal image of the substrate scroll speed.
  • the electrical image signal of the speed of travel of the substrate is converted into digital information image of the speed of travel by an analog digital converter of the control card (6).
  • the digital image information of the scrolling speed is transmitted to the control computer (5) by the control card (6).
  • the digital image information of the scrolling speed is processed by the control computer (5) to determine the temperature setpoints to be applied.
  • the method used to manage the toner cooking temperature is to continuously maintain the control temperature of the oven (F) of the machine by continuously adjusting the set temperature.
  • This temperature is maintained and corrected continuously during the printing of the substrate and also during the time intervals between printing phases.
  • This temperature adaptation consists of an offset of the control curve by adding an offset value "offset" overheating or under heating.
  • This "offset" offset value will be a function of the medium to be printed, the state of progress of the printing on the substrate, while ensuring the temperature control of the machine, the safety and the gradual change of setpoint.
  • the setpoint variations will be progressive and consistent with the heating or cooling times of the motor (30) of the printer.
  • each temperature control setpoint is that shown in FIG. 8 and repeated for each temperature control line, that is to say for the oven (F) "fuser” and for the roll (B) in "Backup” pressure. .
  • the measurement signals of the temperature sensor (CT1, CT2) respectively of the fuser or the backup are sent in analog form to the digital analog converter which transforms them into digital signals then processed by the transfer function of the control card (6) for thereby determining a control signal Vout, which is applied to a digital-to-analog converter to provide the control setpoint applied to the fuser or print engine backup electronics (30).
  • the program (P1) of the control card (6) implements the digital analog converters and the transfer function as well as the function for gradually adjusting the setpoint. Two programs are thus implemented, one for controlling the oven, the other for controlling the roll.
  • the program (P1) of the card (6) manages the optimization of the oven temperature regulation, continuously supplying energy to the backup (B) compression roll to compensate for its energy loss.
  • This energy will be provided also in the periods when the oven (fuser) is not heated and regulated according to the loss.
  • This limitation is dependent on the medium to be printed and the periods of printing.
  • the temperature control setpoint of the oven (F) "Fuser” is analyzed by the program (P1) and, in the case of a non-heating period, it is the roll (B) under "backup” pressure which is fed with a Pulse width modulation (PWM) type control, thereby limiting the energy supplied to the motor (3) to the minimum necessary.
  • PWM Pulse width modulation
  • the heating cycle time is, as will be seen in connection with the table T1, parameterizable according to the support and the current machine cycle (substrate printing or print waiting).
  • a second table T2 contains the temperature ranges applied to the substrate as a function of the running speed of the substrate.
  • a temperature range for the oven (F) is given by a minimum oven temperature (minimum temperature) and a maximum oven temperature (maximum temperature).
  • a temperature range for the pressure roll (B) is given by a minimum pressure roll temperature (Min.Backup) and a maximum pressure roll temperature (Max.backup max).
  • a substrate speed range (St) is given by a minimum speed (CVD min) of the substrate and a maximum speed (CVD max) of the substrate. Different temperature ranges correspond to different substrate velocities.
  • the increase in the speed of the substrate detected by the detecting means (6) implies an increase in the temperature setpoints calculated by the control computer (5).
  • the voltage of THV (High Voltage Unit) is adjusted by adapting the pulse width (PWM) of the voltage generator
  • the method used is to adjust the width according to the type of media to be printed (see parameter table T below).
  • the value of THV is generated from the computer (5) for controlling the machine by using the table T stored by the computer indicating the values of the setpoint parameters as a function of the substrate used.
  • the pressure exerted by the backup roll (B) on the toner is controlled by a sensor CP and adjusted by a motor (MAP) actuating a pressure spring of the roller (B) according to the pressure parameters defined in correspondence with the substrate used.
  • a sensor CP The pressure exerted by the backup roll (B) on the toner is controlled by a sensor CP and adjusted by a motor (MAP) actuating a pressure spring of the roller (B) according to the pressure parameters defined in correspondence with the substrate used.
  • MAP motor
  • This pressure is a function of the type of substrate introduced into the printer.
  • the different setpoints depend on the different types of substrate.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne une imprimante laser numérique pour documents imprimés sur tout substrat plastique ou papier, comportant un moteur laser contrôlé par une carte de contrôle et une application logiciel pour fournir :
  • des moyens de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression, la température du four de l'imprimante laser en fonction de la température mesurée en continu,
  • des moyens de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression et les phases de non impression, la température du rouleau de pression en fonction de la température mesurée de celui-ci, par rapport à des consignes établies en fonction du substrat et de la phase d'impression ou de non impression,
  • des moyens de contrôler la pression appliquée par le rouleau de pression sur le substrat et de mesurer en permanence cette pression,
  • des moyens de contrôler la vitesse de défilement du substrat et d'adapter les températures et pression en fonction de la vitesse mesurée, et
  • des moyens de mesurer la tension du système de transfert de toner sur le substrat.

Description

  • L'invention concerne une solution technique et économique d'impression numérique sur substrat plastique ou papier, permettant des productions de petite et moyenne série.
  • Cette solution comprend un matériel associé à un procédé, pour la production, avec impression numérique avec de l'encre en poudre (toner), de documents sans overlay sur PVC ou sur tout autre substrat plastique ou papier et ceci avec une excellente maîtrise de la position de l'impression.
  • Une application envisageable parmi d'autres peut être la production de cartes bancaires en plastique avec ou sans puce électronique, ou encore de papiers d'identité, permis de conduire, etc ...
  • Les feuilles ou cartes plastiques en PVC sont en général imprimées en offset, en sérigraphie ou encore plus récemment par une technique numérique laser sur des supports plastiques autres que du PVC.
  • Cette impression est, le plus souvent, réalisée sur des feuilles qui sont assemblées pour former une impression recto verso pour le document final, auquel on rajoute sur le recto et le verso une surcouche de protection (overlay) transparent le plus souvent en PVC.
  • Cet assemblage ainsi constitué est placé dans une presse et l'on opère un cycle température et pression pour lier la surcouche de protection.
  • Ces feuilles sont ensuite utilisées dans leur format imprimé ou découpées pour obtenir des cartes ou des objets de forme désirée.
  • Les difficultés lors d'une impression laser sur plastique, et particulièrement sur PVC, sont :
    • la non déformation du support,
    • l'obtention d'une bonne tenue de l'encre en poudre (Toner) sur le support,
    • l'obtention d'un produit sans surcouche de protection (overlay),
    • l'obtention du bon positionnement de l'impression avec une bonne répétitivité.
  • Le but de l'invention est d'obtenir, d'une façon économique, pour des petites ou moyennes séries, une production de documents en plastique présentant des informations graphiques, et éventuellement de personnaliser avec une impression numérique laser pour permettre une grande flexibilité dans les informations de personnalisation. L'invention consiste donc à utiliser la technique d'impression laser avec un toner en poudre quelque soit le substrat, même pour du PVC qui supporte difficilement les températures d'impression normalement utilisées pour les autres plastiques. Subsidiairement l'invention vise à obtenir une très bonne tenue de l'encre sur du PVC ou sur un autre substrat sans avoir nécessairement recours à une surcouche (overlay) de protection.
  • Ce but est atteint par une impression laser numérique pour documents imprimés sur tout substrat plastique ou papier, comportant un moteur d'impression piloté par une carte de contrôle et une application logiciel pour fournir :
    • des moyens de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression, la température du four du moteur d'impression en fonction de la température mesurée en continu,
    • des moyens de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression et les phases de non impression, la température du rouleau de pression en fonction de la température mesurée de celui-ci, par rapport à des consignes établies en fonction du substrat et de la phase d'impression ou de non impression,
    • des moyens de contrôler la pression appliquée par le rouleau de pression sur le substrat et de mesurer en permanence cette pression,
    • des moyens de contrôler la vitesse de défilement du substrat et d'adapter les températures et pression en fonction de la vitesse mesurée, et
    • des moyens de mesurer la tension du système de transfert de toner sur le substrat.
  • Selon une autre particularité, le moteur d'impression comporte, dans l'application, un tableau définissant, en fonction du type de substrat, les températures de consigne du four et du rouleau de pression, la pression du rouleau à appliquer par le rouleau de pression, les décalages en surchauffe à appliquer au début de l'impression et à appliquer sous chauffe pendant l'impression une fois que le substrat a augmenté en température, et la tension de commande de dispositif de transfert adapté au substrat.
  • Selon une autre particularité, l'application logiciel comporte des moyens permettant à un utilisateur, par une interface interactive, de sélectionner le type de substrat utilisé pour la pression et de déterminer ainsi, en fonction du tableau mémorisé par le logiciel, les conditions de fonctionnement du moteur d'impression.
  • Selon une autre particularité, l'imprimante comporte plusieurs systèmes d'approvisionnement en feuilles et un système assurant la décharge électrostatique des feuilles de substrat.
  • Selon une autre particularité, en sortie du moteur d'impression, on applique sur le substrat imprimé une température et une pression pour vitrifier l'encre dans le substrat, notamment dans les cas de substrats en PVC.
  • Selon une autre particularité, les moyens de régulation de la carte de contrôle utilisent une modulation en largeur d'amplitude pour commander en température le four, le rouleau d'impression et le dispositif de transfert de toner.
  • Un deuxième but de l'invention est de proposer un procédé d'impression de documents sur tout substrat papier ou plastique à l'aide de l'imprimante selon l'invention.
  • Ce but est atteint par un procédé, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
    • élaboration d'un fichier informatique qui détermine l'image à imprimer, personnalisée ou non, sur le substrat,
    • impression de l'image sur le substrat par l'imprimante laser numérique,
    • application de pression et température sur le substrat imprimé, en fonction de la vitesse du substrat, pour obtenir la vitrification de l'encre déposée sur le substrat.
  • Le produit final obtenu est donc sans surcouche (overlay).
  • Selon une autre particularité, le procédé comprend, après l'application de pression et de température, une étape de découpe du produit obtenu au format désiré, éventuellement une étape de personnalisation par transfert thermique ou autre moyen d'impression et une étape d'application de pression ou de pression et de température pour coller par une surcouche de protection sur le produit.
  • Selon une autre particularité, la découpe du produit laminé est réalisée au format d'une carte ISO.
  • Selon une autre particularité, le substrat imprimé sur une face est assemblé avec un autre substrat de façon à obtenir, en accolant les deux substrats côté non imprimé, un produit final imprimé recto verso avec une épaisseur définie, puis l'ensemble est placé entre deux plaques de différents matériaux, et laminé avec une pression et une température contrôlées pour permettre d'obtenir un assemblage des substrats.
  • Cette étape permet d'assurer une excellente précision pour la position de l'impression, et de permettre de réaliser des impressions recto et verso des produits notamment en PVC.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 représente les sous-ensembles constituant l'imprimante.
    • la figure 2 représente l'implantation des impressions sur un support.
    • la figure 3 représente la préparation en vue de la lamination.
    • la figure4 représente le produit en sortie de lamination.
    • la figure 5 représente les sous-ensembles constituant l'imprimante.
    • la figure 6 représente les différents mécanismes de l'imprimante.
    • la figure 7 représente la carte de contrôle.
    • la figure 8 représente le schéma fonctionnel pour chaque consigne de commande en température et de pression.
    • la figure 9 représente le schéma fonctionnel de la la gestion de la tension de fixation du toner sur le substrat.
  • La description de l'invention et de son fonctionnement sera faite en relation aux différentes figures.
  • Les feuilles à imprimer sont placées dans le chargeur (1, figure 1), ayant par exemple une capacité de plusieurs milliers de feuilles de format maximum 350x500mm, et d'épaisseur comprise entre 80 et 300µm.
  • Les feuilles sont prélevées au-dessus de la pile par un dispositif à dépression, non représenté, et introduites dans un chemin de transport vers l'imprimante.
  • Ce chemin de transport introduit ensuite les feuilles dans un margeur (2, figure 1) pour les positionner par rapport à un bord de référence qui est, par exemple, le côté gauche du substrat pris dans le sens du défilement.
  • Des contrôles tels que la présence du substrat et la détection de doubles sont réalisés par des capteurs au niveau de ce margeur.
  • En option, un dispositif, non représenté, soufflant de l'air ionisé est placé entre la sortie du margeur (2) et l'entrée de l'imprimante laser (3). Ceci en vue de maîtriser les charges électrostatiques du substrat utilisé.
  • Le moteur de l'imprimante laser (3), par exemple couleur, est un produit du commerce qui peut imprimer plusieurs milliers de pages par heure. L'imprimante utilise une encre en poudre (toner constitué de résine acrylique styrène) et les différents mécanismes de l'imprimante sont constitués d'un moteur d'impression (30, figure 6), d'un système de chauffage (F, figure 6), d'un dispositif d'éjection de feuilles qui sont contrôlés par un système informatique (5), de type PC ou autre ordinateur.
  • Ce système informatique permet la mise au format des fichiers, des images, graphiques ou informations de personnalisation, la gestion du taux de transfert de toner, de la température et de la pression sur le substrat, en fonction de la nature du substrat. Cette gestion est une particularité de cette innovation qui permet l'impression notamment sur des substrats ayant un point vikat très bas tel que par exemple, le PVC.
  • Les documents imprimés sont réceptionnés dans un magasin de sortie (4).
  • Les figures 2 (a) et (b) représentent les dispositions possibles de l'impression sur le substrat. La figure 2 (a) montre les positions d'image qui sont au nombre de 21 ou plus dans le cas où l'invention est appliquée à la production de cartes aux formats ISO.
  • Une des particularités, avec l'impression numérique, est de permettre d'obtenir des impressions de variables et modifiables sur le support pour permettre l'impression de documents tels que cartes d'identité, permis de conduire, carte bancaire, carte vitale, carte porte monnaie électronique, cartes de fidélité, etc... sur un même support.
  • La figure 2 (b) représente une impression pleine page utilisée éventuellement pour des pages ou affiches publicitaires.
  • La figure 3 illustre l'assemblage de substrats en vue de procéder à une lamination par application de pression et/ou de température sur le substrat ou un assemblage de plusieurs substrats imprimés.
  • La figure 3 (a) montre un assemblage qui permet, par exemple, de produire des cartes au format ISO.
  • Les substrats, imprimés (31, 32) sur une seule face, forment respectivement le recto (35) et verso (36) de la carte. Un substrat intermédiaire (37) préencollé ou de nature à produire le soudage ou le collage à chaud lors de la lamination peut être intercalé entre les deux feuilles accolées par leur face non imprimée.
  • Ce substrat intermédiaire (37) permet, par son épaisseur définie, d'obtenir un substrat d'épaisseur désirée après lamination.
  • Cette opération de lamination du substrat imprimé permet une vitrification du toner (33, 34, 40, figure 4).
  • La figure 3 (b) représente une préparation avec un seul substrat imprimé.
  • Après cette opération de lamination, nous obtenons des substrats qui ont une impression avec une encre vitrifiée, et sans overlay, recto verso cas de la figure 4 (a) et seulement une face imprimée pour la figure 4 (b).
  • Pour permettre la mise en oeuvre de l'invention, le fonctionnement d'un moteur d'impression laser couleur (3, figure5) a été modifié en le faisant piloter par une carte de contrôle (6) dialoguant avec l'ordinateur de gestion (5), lequel envoi les commandes d'impression au moteur d'impression (3). Le moteur d'impression (30) d'une imprimante laser (3) est, comme représenté schématiquement figure 6, constitué d'un dispositif (THV) qui assure le transfert de la poudre de toner vers le substrat (St), d'un capteur de vitesse de défilement (CVD) mesurant la vitesse de défilement du substrat (St) et d'un four (F) (fuser) qui est en général un dispositif constitué de 2 rouleaux fixes entraînant une bande asservie en température par un capteur de température (CT1). Un deuxième rouleau (B) de pression (backup) est appliqué avec pression sur un des deux rouleaux du four et sa température est contrôlée par un asservissement qui utilise les mesures effectuées par un capteur (CT2). La pression exercée sur le substrat (St) par le rouleau (B) est ajustée par un moteur d'ajustement de pression (MAP). Un asservissement en pression est réalisé en utilisant un capteur de pression (CP) placé dans l'axe de poussée du rouleau de pression (B) commandé par le moteur (MAP).
  • Afin de pouvoir imprimer avec un moteur d'impression tel que celui décrit ci-dessus sur de nombreux types de substrats plastiques ou papiers et notamment sur du PVC et afin d'obtenir une accroche de l'impression qui permette d'exploiter le substrat imprimé avec ou sans surcouche de protection, la carte de contrôle a dû intervenir sur les points suivants :
    • gestion de la température du four (F) avec optimisation durant les périodes de non impression,
    • gestion de la tension (THV) de fixation du toner sur le substrat,
    • gestion de la pression appliquée par le rouleau de backup (B) pendant la pression,
    • gestion de la cadence d'introduction des feuilles par la mesure de CVD.
  • La carte de contrôle intervenant sur ces points est constituée, comme représenté figure 7, de l'association d'un micro-contrôleur avec un circuit de logique programmable (PLD). Ce circuit de logique programmable (PLD) a pour but d'assurer la gestion des ressources du microprocesseur : mémoires RAM/ROM, entrées/sorties, la gestion des entrées/sorties du processus, la gestion des convertisseurs analogiques-numériques et numériques-analogiques pour convertir, d'une part, les signaux délivrés par les capteurs de température et de vitesse de défilement et, d'autre part, de transformer les consignes numériques en commandes analogiques, une logique de gestion d'EEPROM et des fonctions de sécurité. Cette carte (6) de contrôle est interfacée avec l'ordinateur de gestion de l'imprimante par une connexion de type Ethernet ou RS232 ou USB ou autre moyen de communication, et communique avec l'imprimante par des entrées et sorties analogiques et numériques.
  • La gestion de la température, effectuée par la carte (6), concerne principalement l'alimentation électrique du four « fuser » (F) et du rouleau (B) de compression « backup » et de leur capteur ou sonde de température respectifs (CT1, CT2) et du capteur de vitesse de défilement (CVD).
  • Le capteur (CVD) de vitesse de défilement fourni un signal électrique image de la vitesse de défilement du substrat. Le signal électrique image de la vitesse de défilement du substrat est transformé en une information numérique image de la vitesse de défilement par un convertisseur analogique numérique de la carte (6) de contrôle. L'information numérique image de la vitesse de défilement est transmise à l'ordinateur de contrôle (5) par la carte (6) de contrôle. L'information numérique image de la vitesse de défilement est traitée par l'ordinateur de contrôle (5) afin de déterminer les consignes de températures à appliquer.
  • La méthode retenue pour gérer la température de cuisson du toner consiste à maintenir, de façon continue, la température de régulation du four (F) de la machine en adaptant en permanence la température de consigne.
  • Cette température est maintenue et corrigée de façon continue durant l'impression du substrat et aussi pendant les intervalles de temps entre phases d'impression.
  • Cette adaptation de température consiste en un décalage de la courbe de commande par ajout d'une valeur de décalage « offset » en surchauffe ou sous chauffe. Cette valeur de décalage "offset" sera fonction du support à imprimer, de l'état d'avancement de l'impression sur le substrat, tout en assurant la mise en température de la machine, la sécurité et le changement de consigne progressif.
  • Les variations de consigne seront progressives et en cohérence avec les temps de chauffe ou de refroidissement du moteur (30) de l'imprimante.
  • Ainsi, à l'entrée d'un substrat détecté dans l'imprimante, il sera souhaitable d'augmenter la consigne prévue pour le type de substrat d'une valeur de décalage en surchauffe pour permettre de compenser les pertes dues à l'absorption par le substrat puis, au fur et à mesure de la montée en température du substrat, de diminuer la consigne, voire d'appliquer un décalage en sous chauffe pour éviter de franchir le point de ramollissement du substrat.
  • Le schéma fonctionnel pour chaque consigne de commande en température est celui représenté figure 8 et répété pour chaque ligne de régulation en température c'est à dire pour le four (F) « fuser » et pour le rouleau (B) en pression « Backup ».
  • Les signaux de mesure du capteur en température (CT1, CT2) respectivement du fuser ou du backup sont envoyés sous forme analogique au convertisseur analogique digital qui les transforme en signaux numériques traités ensuite par la fonction de transfert de la carte de contrôle (6) pour déterminer ainsi un signal de commande Vout, lequel est appliqué à un convertisseur numérique-analogique pour fournir la consigne de commande appliquée à l'électronique du fuser ou du backup des moteurs d'impressions (30). Un logiciel de paramétrage des points de consignes à appliquer au fuser ou au backup, exécuté sur l'ordinateur de contrôle (5), permet de délivrer des points de consigne, lesquels sont traités par une fonction d'ajustement progressive de la consigne pour modifier la fonction de transfert (f1). Le programme (P1) de la carte de contrôle (6) met en oeuvre les convertisseurs analogiques digitaux et la fonction de transfert ainsi que la fonction d'ajustement progressif de la consigne. Deux programmes sont ainsi mis en oeuvre, l'un pour la commande du four, l'autre pour la commande du rouleau.
  • Pendant les intervalles de temps entre phases d'impression, le programme (P1) de la carte (6) gère l'optimisation de la régulation en température du four, en fournissant en continu une énergie au rouleau (B) de compression "backup" pour compenser sa perte en énergie.
  • Cette énergie sera fournie également dans les périodes où le four (fuser) n'est pas en chauffe et régulée en fonction de la déperdition. Cette limitation est dépendante du support à imprimer et des périodes d'impression.
  • La consigne de commande en température du four (F) "Fuser" est analysée par le programme (P1) et, en cas de période de non chauffe, c'est le rouleau (B) en pression "backup" qui est alimenté avec une commande de type à modulation de largeur d'impulsion (PWM, pulse width modulation), limitant ainsi l'énergie fournie au moteur (3) au strict nécessaire.
  • Le temps de cycle de chauffe est, comme on le verra en liaison avec le tableau T1, paramétrable en fonction du support et du cycle machine en cours (impression du substrat ou attente impression).
  • Un deuxième tableau T2 contient les plages de températures appliquées au substrat en fonction de la vitesse de défilement du substrat. Une plage de température pour le four (F) est donnée par une température (Temp. Fuser min.) minimale du four et une température (Temp. Fuser max.) maximale du four. Une plage de température pour le rouleau (B) de pression est donnée par une température (Temp.Backup min.) minimale du rouleau de pression et une température (Temp.Backup max) maximale du rouleau de pression. Une plage de vitesse du substrat (St) est donnée par une vitesse (CVD min) minimale du substrat et une vitesse (CVD max) maximale du substrat. Différentes plages de températures correspondent à différentes vitesses du substrat. L'augmentation de la vitesse du substrat détectée par les moyens de détections (6), implique une augmentation des consignes de températures calculées par l'ordinateur (5) de contrôle.
  • Le schéma fonctionnel de la gestion de la tension de fixation du toner sur la feuille « THV » est représenté figure 9.
  • La tension de THV (Unité de haute tension) est ajustée par adaptation de la largeur d'impulsion (PWM) du générateur de tension
  • La méthode retenue consiste à ajuster la largeur en fonction du type de support à imprimer (voir tableau de paramétrage T ci après).
  • La valeur de THV est générée à partir de l'ordinateur (5) de contrôle de la machine par utilisation du tableau T mémorisé par l'ordinateur indiquant les valeurs des paramètres de consigne en fonction du substrat utilisé.
  • La pression exercée par le rouleau (B) de backup sur le toner est contrôlée par un capteur CP et ajustée par un moteur (MAP) actionnant un ressort de pression du rouleau (B) en fonction des paramètres de pression définis en correspondance avec le substrat utilisé.
  • Cette pression est fonction du type de substrat introduit dans l'imprimante.
  • Le paramétrage concerne les consignes définies dans un tableau de l'ordinateur (5) de gestion. Les consignes concernées sont :
    • Température du Fuser (Ci),
    • Température du Backup (C'i),
    • Répartition de chauffe en Impression (%i),
    • Répartition de chauffe en inter impression (%'i),
    • Consigne de tension (Ui),
    • Pression sur le substrat (Pi).
  • Les différentes consignes sont fonction des différents types de substrat.
  • Le choix est réalisé par l'opérateur sur l'ordinateur de gestion à l'aide d'une interface interactive lui permettant, en début d'impression, de définir le type de substrat utilisé pour l'impression.
  • Dans le tableau T1 présenté ci-après en annexe, les consignes seront représentées par les symboles Ci, C'i, Ui, Pi, et les répartitions ou valeurs de décalage en surchauffe ou en sous chauffe en %i.
  • Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes.
    • ANNEXE
  • Tableau T1
    Type de substrat Température Fuser Température Backup Chauffe en impression Chauffe inter impression THV Pression
    Papier 80g C1 C'1 %1 %'1 U1 P1
    Carton C2 C'2 %2 %'2 U2 P2
    PVC C3 C'3 %3 %'3 U3 P3
    PET C4 C'4 %4 %'4 U4 P4
    Polycarbonate C5 C'5 %5 %'5 U5 P5
    PC-ABS C6 C'6 %6 %'6 U6 P6
    Autre substrat Ci C'i %i %'i Ui Pi
    ...
    Tableau T2
    Type de substrat Temp. Fuser min. Temp. Fuser max. Temp. Backup min. Temp. Backup max CVD max CVD min

Claims (10)

  1. Imprimante laser numérique pour documents imprimés sur tout substrat (St) plastique ou papier, comportant un moteur (30) laser contrôlé par une carte de contrôle (6) et une application logiciel pour fournir :
    - des moyens (CT1) de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression, la température du four de l'imprimante laser en fonction de la température mesurée en continu,
    - des moyens (CT2) de contrôler en permanence, pendant les phases d'impression et les phases de non impression, la température du rouleau de pression (B) en fonction de la température mesurée de celui-ci, par rapport à des consignes établies en fonction du substrat et de la phase d'impression
    ou de non impression,
    - des moyens (CP) de contrôler la pression appliquée par le rouleau de pression (B) sur le substrat et de mesurer en permanence cette pression,
    - des moyens (CVD) de contrôler la vitesse de défilement du substrat et d'adapter les températures et pression en fonction de la vitesse mesurée, et
    - des moyens (THV) de mesurer et adapter la tension du système de transfert de toner sur le substrat.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'application, un tableau définissant, en fonction du type de substrat, les températures de consigne du four et du rouleau de pression, la pression du rouleau à appliquer par le rouleau de pression, les décalages en surchauffe à appliquer au début de l'impression et à appliquer sous chauffe pendant l'impression une fois que le substrat a augmenté en température, et la tension de commande de dispositif de transfert adapté au substrat.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'application logiciel comporte des moyens permettant à un utilisateur, par une interface interactive, de sélectionner le type de substrat utilisé pour la pression et de déterminer ainsi, en fonction du tableau mémorisé par le logiciel, les conditions de fonctionnement du moteur d'impression.
  4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'approvisionnement en feuilles (1) et un système assurant la décharge électrostatique des feuilles de substrat.
  5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, en sortie (4) du moteur d'impression, on applique sur le substrat imprimé une température et une pression pour vitrifier l'encre dans le substrat, notamment dans les cas de substrats en PVC.
  6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation de la carte de contrôle utilisent une modulation en largeur d'amplitude pour commander en température le four (F), le rouleau d'impression (B) et le dispositif de transfert de toner (THV).
  7. Procédé d'impression de documents sur tout substrat papier ou plastique à l'aide de l'imprimante selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
    - élaboration d'un fichier informatique qui détermine l'image à imprimer, personnalisée ou non, sur le substrat,
    - impression de l'image sur le substrat par l'imprimante laser numérique,
    - application de pression et température sur le substrat imprimé, en fonction de la vitesse du substrat, pour obtenir la vitrification de l'encre déposée sur le substrat.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, après l'application de pression et de température, une étape de découpe du produit obtenu au format désiré, éventuellement une étape de personnalisation par différents procédés et une étape d'application de pression ou de pression et de température pour coller par une surcouche de protection sur le produit.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la découpe du produit laminé est réalisée au format d'une carte ISO.
  10. Procédé selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le substrat imprimé sur une face est assemblé avec un autre substrat de façon à obtenir, en accolant les deux substrats côté non imprimé, un produit final imprimé recto verso avec une épaisseur définie, puis l'ensemble est placé entre deux plaques de différents matériaux, et laminé avec une pression et une température contrôlées pour permettre d'obtenir un assemblage des substrats.
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