ES2576957T3 - Método de impresión sin tinta - Google Patents

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Abstract

Método para marcar un sustrato (101) que comprende un material cromógeno, comprendiendo dicho método los pasos de: activar una región del sustrato (101), implicando dicha activación el calentamiento del sustrato (101) por encima de una temperatura de activación para transformarlo de un estado inactivo, poco reactivo, a un estado activo, muy reactivo; irradiar al menos una parte de la región activada con una radiación de cambio de color inicial para conseguir un cambio de color inicial a un primer color; e irradiar al menos una parte del sustrato (101) que ha sido cambiado al primer color con un haz de radiación electromagnética visible de alta densidad de potencia para conseguir otro cambio de color de la región irradiada a un segundo color.

Description

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Figura 2: muestra una tercera realización de un aparato marcador de sustratos de acuerdo con la presente invención.
Volviendo ahora a la Figura 1a, se muestra un aparato marcador de sustratos 100 que es adecuado para poner en práctica el método de la presente invención. El aparato 100 es adecuado para marcar un sustrato 5 101 que incluye un material que puede cambiar de color al ser irradiado con el fin de formar una imagen.
El sustrato 101 comprende una capa base sobre la que está dispuesta una capa cromógena que contiene un material de diacetileno. La capa cromógena también puede incorporar un material absorbente de IR/IRC o puede estar dispuesta sobre una capa de material absorbente de IR/IRC. Evidentemente, los especialistas entenderán que también es posible utilizar sustratos provistos de otros materiales que pueden cambiar de
10 color al ser irradiados.
En las WO2006018640, WO2009093028 y US6524000 se dan a conocer ejemplos de diacetilenos del estado actual de la técnica que son particularmente adecuados para su uso con un aparato de acuerdo con la presente invención. Son particularmente preferentes aquellos que se pueden activar de modo reversible entre formas inactivas y activas utilizando un estímulo, como radiación, o que se pueden activar de modo
15 irreversible utilizando por ejemplo una recristalización por fusión de una forma inactiva en una forma activa.
El aparato 100 comprende tres cabezales de impresión 111, 112, 113, siendo cada cabezal de impresión 111, 112, 113 una fuente de radiación. El cabezal de impresión 111 comprende una disposición de emisores de IR/IRC; el cabezal de impresión 112 comprende una disposición de emisores de UV o una fuente de iluminación de UV por inundación; y el cabezal de impresión 113 comprende una disposición de emisores de
20 radiación visible de alta densidad de energía (400 -700 nm). En particular, el cabezal de impresión 111 puede comprender cabezales de impresión por contacto térmico, como calentadores por resistencia o por inducción. Los diversos emisores individuales de cada cabezal de impresión 111, 112, 113 se pueden direccionar individualmente y controlar individualmente mediante un microprocesador 115 mediante amplificadores de control 114.
25 El microprocesador 115 puede convertir un archivo de imagen digital en un grupo de instrucciones de emisión para cada cabezal de impresión 111, 112, 113. Normalmente, esto implica el mapeo de un pixel particular del archivo de imagen para un punto o área particular del sustrato; y la determinación de la irradiación (duración y/o intensidad) requerida de los emisores individuales de cada cabezal de impresión 111, 112, 113 para activar y cambiar el color de cada punto o área del sustrato a un color requerido por cada pixel de imagen.
30 Los emisores individuales de cada disposición de cabezal de impresión están provistos de un medio de dirección de radiación dedicado. El medio de dirección dirige cada emisor individual a un punto sobre la superficie del sustrato 101 de modo que, cuando cada emisor está emitiendo, se forma un patrón continuo (o discontinuo) específico de puntos irradiados. El medio de dirección de radiación dedicado comprende una o más lentes y/o una o más guías de luz, según sea apropiado para cada emisor. Normalmente, cada cabezal
35 de impresión 111, 112, 113 está adaptado para que la disposición de emisores, en combinación con el medio de dirección de radiación dedicado, forme un patrón de puntos irradiados sobre el sustrato 101. Por consiguiente, los píxeles de un archivo de imagen se pueden mapear para uno o más puntos irradiados.
El microprocesador 115 puede además controlar el movimiento del sustrato 101 con respecto a los cabezales de impresión 111, 112, 113. Este movimiento puede tener lugar en una sola dirección, tal como indica la 40 flecha 102 de la Figura 1, o en múltiples direcciones. Normalmente, el movimiento se logra mediante el movimiento del sustrato por pasos indexados en la dirección indicada por la flecha 102, de modo que el área de patrón de puntos irradiada por el cabezal de impresión 111 se mueve a continuación a una posición donde puede ser irradiada correspondientemente por el patrón de puntos del cabezal de impresión 112, y después se mueve a una posición donde puede ser irradiada correspondientemente por el patrón de puntos del
cabezal de impresión 113. En realizaciones alternativas, los cabezales de impresión 111, 112, 113 se pueden mover de modo adicional al movimiento del sustrato 101, o en lugar de éste. Por ejemplo, además del movimiento del sustrato por pasos indexados en la dirección de la flecha 102, los cabezales de impresión 111, 112, 113 se pueden mover en una dirección esencialmente perpendicular a la flecha 102. La anchura de 5 los cabezales de impresión 111, 112, 113 se puede extender o no a todo lo ancho del sustrato. Preferentemente, si la anchura de los cabezales de impresión 111, 112, 113 es menor que la anchura del sustrato, los cabezales de impresión 111, 112, 113 se pueden mover en una dirección esencialmente perpendicular a la flecha 102, tal como se describe más arriba. Adicional o alternativamente, el sustrato se puede mover en una dirección perpendicular a la dirección 102 y los cabezales se pueden mover en la
10 dirección indicada por 102.
Así, en uso, el sustrato 101 es expuesto secuencialmente a la radiación emitida por cada cabezal de impresión 111, 112, 113 de forma sucesiva, estando determinada la irradiación de cada área por la radiación emitida por emisores correspondientes de cada cabezal de impresión 111, 112, 113. En la presente realización, la radiación IRC/IR emitida por el cabezal de impresión 111 activa regiones irradiadas del sustrato 15 101 correspondientes al patrón de puntos del cabezal 111. La radiación IRC/IR es absorbida por el material absorbente de IRC/IR y el aumento de temperatura consiguiente activa el material de diacetileno de un estado de baja reactividad a un estado de alta reactividad. A continuación, la exposición a la irradiación con luz UV del cabezal de impresión 112 implica la polimerización inicial y el cambio de color inicial del material de diacetileno. La naturaleza del cambio de color depende de la exposición de irradiación. Después, otra
20 irradiación con radiación visible emitida por el cabezal de impresión 113 produce un cambio de conformación en el material de diacetileno. Esto puede incluir otro cambio de color correspondiente a esta otra exposición a la irradiación. De este modo se puede formar una gama de diversos colores diferentes por irradiación de áreas del sustrato 101 con una secuencia apropiada de radiación térmica, UV y radiación visible.
Dado que únicamente las áreas del sustrato que deben ser marcadas son expuestas a la radiación IRC/IR,
25 solamente esas áreas del material de diacetileno se activan de un estado de baja reactividad a un estado de alta reactividad. Así, la fotoestabilidad de otras regiones del sustrato que no han sido activadas será considerablemente mejor en relación con técnicas anteriores, que no utilizan este paso de activación. En particular, ya existe una mejora con respecto a las técnicas anteriores simplemente por utilizar una fuente de radiación UV. De este modo, el sustrato será menos propenso a decolorarse con el paso del tiempo debido a
30 la luz de fondo/ambiente.
El uso de la radiación visible de alta densidad de energía emitida por el cabezal de impresión 113 tiene varias ventajas con respecto al uso exclusivo de combinaciones de radiación IR, IRC y UV, tal como se expone más abajo.
Una vez formado el primer color (normalmente azul), el material cromógeno de DA absorbe longitudes de
35 onda visibles. Dado que el DA absorbe directamente esta radiación visible, el proceso de calentamiento del material coloreado a una temperatura que produzca un segundo o un tercer cambio de color es más eficaz. Además, dado que la absorción en la longitud de onda apropiada tiene lugar directamente en el DA, es posible aumentar la temperatura del DA a un mayor nivel sin deteriorar el sustrato o los materiales aglutinantes circundantes.
40 Por ejemplo, para conseguir el mismo cambio de color que una radiación con una longitud de onda de 532 nm y una fluencia de 0,68 Jcm-2, si se utiliza IRC se requeriría una fluencia de 1,2 Jcm-2 y, si se utiliza una radiación con una longitud de onda de 660 nm, se requeriría una fluencia mayor de 5 Jcm-2 .
El desplazamiento de la longitud de onda de absorción máxima a una longitud de onda más corta cuando aumenta la temperatura del material cromógeno puede resultar en un proceso de finalización automática. Si 45 se emplea una longitud de onda fija de radiación visible, dado que su espectro de absorción depende de la
imagen7
Esto tiene la ventaja de posibilitar el uso de una fuente de un primer intervalo de longitudes de onda (rojo) con un coste esencialmente más bajo para calentar parcialmente el material cromógeno (diacetileno) hasta el estado coloreado intermedio, no permanente, y la fuente de un segundo intervalo de longitudes de onda (violeta, verde o amarillo) coincidente y esencialmente simultánea puede emplearse para calentar
5 adicionalmente el material cromógeno hasta el estado permanente final.
El método empleado para combinar las dos o más longitudes de onda en cada emisor puede ser cualquiera de los siguientes métodos o todos ellos: espejos dicroicos, fibras empalmadas, dispositivos de redes de difracción y prismas.
Volviendo ahora a la Figura 2, se muestra otra realización alternativa de un aparato marcador de sustratos
10 200. En esta realización, una primera fuente de radiación 211 comprende un láser UV. Una segunda fuente de radiación 212 comprende un láser IR/IRC. Una tercera fuente de radiación 213 comprende un láser o LED que emite al menos una longitud de onda visible. Alternativamente, la tercera fuente de radiación 213 podría comprender dos o más emisores de diferentes longitudes de onda que se combinan mediante técnicas adecuadas. Cada fuente 211, 212, 213 puede funcionar de forma continua o por impulsos bajo el control de
15 un microprocesador (no mostrado).
Todas las fuentes de radiación 211, 212, 213 proporcionan haces de radiación a un elemento combinador de radiación 214 que puede combinar las emisiones independientes en un solo haz. El elemento combinador de haces 214 puede ser cualquiera de los siguientes elementos o todos ellos: prismas, espejos dicroicos, fibras empalmadas o redes de difracción.
20 El haz combinado simple se puede dirigir a un punto sobre la superficie del sustrato 101 mediante un medio de dirección de radiación 215. El medio de dirección de radiación 215 se puede utilizar además para barrer el punto coincidente en la superficie del sustrato 101 bajo el control de un microprocesador (no mostrado). El medio de dirección de radiación 215 puede incluir cualquiera de los siguientes elementos o todos ellos: un espejo inclinado de galvanómetro, un dispositivo de barrido óptico-acústico o electro-óptico, un deflector de
25 haz MEM, un escáner resonante o un polígono rotativo. El barrido del punto en la superficie del sustrato 101 se puede lograr mediante el movimiento del medio de dirección de radiación 215 y/o del sustrato 101. Por ejemplo, en realizaciones donde el medio de dirección de radiación 215 comprende un escáner resonante y/o un polígono rotativo, el sustrato 101 se puede mover con respecto al medio de dirección de radiación 215.
Como en las realizaciones anteriores, el microprocesador puede convertir un archivo de imagen digital en un
30 grupo de instrucciones de emisión para cada fuente 211, 212, 213 y el medio de dirección 215. Normalmente, esto implica el mapeo de un pixel particular del archivo de imagen para un punto o área particular del sustrato; y la determinación de la irradiación (duración y/o intensidad) requerida de los emisores individuales 211, 212, 213 para cambiar el color de cada punto o área del sustrato a un color requerido por cada pixel de imagen. Mediante una secuenciación apropiada de las emisiones de cada fuente 211, 212, 213 que inciden
35 sobre un punto particular de la superficie del sustrato 101 se puede controlar el color de dicho punto. A continuación, mediante el barrido del haz sobre el sustrato 101 utilizando el medio de dirección de radiación 215 se puede crear una imagen sobre todo el sustrato 101.
El aparato 200 se puede operar en cualquier secuencia adecuada. Por ejemplo, cada punto del sustrato se puede exponer simultáneamente a radiación de las dos fuentes 211, 212 y a continuación se puede exponer 40 a la fuente 213 o secuencialmente a impulsos de radiación de cada fuente 211, 212 y 213. En particular, en una realización por impulsos, la secuencia de exposición puede consistir en radiación IR/IRC, radiación UV, radiación visible, de modo similar al descrito más arriba en la primera realización. En la exposición secuencial, la secuencia se puede aplicar punto a punto, de modo que un punto es expuesto a la secuencia completa antes de dirigir el haz al siguiente punto. Alternativamente, la secuencia se puede aplicar línea a 45 línea o área a área, en cuyo caso cada paso de exposición de la secuencia se aplica por turnos a cada punto
de una línea o área de puntos barriendo el haz de un punto a otro antes de aplicar los siguientes pasos de exposición a cada punto de la línea o área.
Mientras que, obviamente, las tres realizaciones del aparato 100, 150, 200 se pueden utilizar para realizar una impresión sin tinta sobre un sustrato adecuado 101, cada aparato puede ser utilizado también para cualquier otra tarea adecuada, incluyendo, por ejemplo, la formación de elementos conductores dentro de un revestimiento o sustrato dieléctrico adecuado.

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    imagen2
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