WO2014170515A1 - Sistema de impresión por inyección de tinta con secado - Google Patents

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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/21—Ink jet for multi-colour printing

Definitions

  • the present invention is related to digital inkjet printing, proposing an application system of this type of printing with individual drying of the application of each ink, so that the effects of displacement of the inks on non-absorbent media are eliminated. or poorly absorbent, which results in high quality printing results.
  • Inkjet printing is done by the individual projection of inks of four basic colors (cyan, magenta, yellow and black), by means of which combinations all the necessary colors are obtained, using inkjet heads , which project the inks on the surface to be printed, by piezoelectric systems, or by mechanical drop ejection systems.
  • These scanning printing systems can have a drying medium that in each pass of the printing dries the ink that has been deposited, so that the amount of ink that can be deposited in each pass is limited depending on the drying, so , depending on the nature of the surface to be printed and, particularly, on the absorption thereof, higher or lower quality prints can be made by one or multiple passes on the same point.
  • the ink supply capacity by the injection heads is of the order of 150 ml / min
  • the limit of the ink supply in successive layers also depends on the conditions of the ink on which a ink is to be applied. back ink layer, as ink flows over a previous layer of totally dry ink, distorting the print.
  • the amount of ink that can be supplied is very limited, since the printing ink is provided at one time, without the possibility of waiting for the ink to be absorbed by the printing surface to make passes later on.
  • the possibility to deposit layers of ink superimposed with this type of printing is to multiply the number of injection heads in consecutive groups, applying a drying between the deposition of each layer and the next one, in an equivalent way to the one of printing by scanning, But this possibility has such a high economic conditioning that it is practically unfeasible.
  • an inkjet printing system is proposed, with which an advantageous effect is achieved with regard to color stability, since drying of the inks that are applied occurs partially after application. of each ink, with the application of the ink and its drying practically in one step.
  • This printing system object of the invention has an independent drying means in relation to each inkjet head, the drying means being located next to the respective inkjet heads, with an equal distance between each of the means. drying and the corresponding inkjet heads; using a means of drying whose action in the time of action on the inks only produces a partial drying of the same, leaving them in a gelled state.
  • This system with partial drying of each ink practically at the same time of its application also allows printing at low speeds of up to 15 meters per minute, obtaining optimum quality; which is very useful, since in many applications, where the printing process is in line with other processes (sanding, finishing, etc.) slower, it allows not having to introduce acceleration / deceleration tables to the line, making it more Cut and save physical space.
  • Figure 1 shows a conventional printing scheme by inkjet, by scanning.
  • Figure 2 is a conventional inkjet printing scheme, in continuous, without drying means.
  • Figure 3 is a conventional inkjet printing scheme, in continuous, with drying between the application of the different colors.
  • Figure 4 is a printing scheme according to the system object of the invention.
  • Figure 5 is a diagram of the result of two consecutive ink applications, with total drying of the first ink before the application of the second ink.
  • Figure 6 is a schematic of the result of two consecutive ink applications, with the first ink partially dry when the second ink is applied.
  • Figure 7 shows a diagram of the arrangement of two inkjet heads with a common drying medium and the result of the size of the ink drops after dried
  • Figure 8 shows a diagram of the arrangement of two inkjet heads with respective independent drying means and the result of the size of the ink drops after drying.
  • Figure 9 shows a graph of the expansion in microns of a drop of ink as a function of the time in seconds that elapses between the drop of the ink drop in its application and the partial drying thereof.
  • the object of the invention relates to an inkjet printing system, for application primarily in continuous printing, such as that of Figure 2, in which the injection of the basic colors (C, M, Y, K), that is to say cyan, magenta, yellow and black, it is carried out by means of groups of independent heads (1) arranged to the triplet, with which the width of the surface (2) to be printed is covered, the printing being carried out with the fixed heads (1) and longitudinal displacement of the surface (2) below them; although the application can also be extensive for scanning printing, such as that of figure 1, in which the injection of the basic colors (C, M, Y, K), is carried out by means of a group of heads (3) that are they move together transversely to the surface (2) to be printed, in successive passes that are combined with partial displacements of the surface (2) in the longitudinal direction.
  • the injection of the basic colors (C, M, Y, K) that is to say cyan, magenta, yellow and black
  • each drop of the inks that are applied in the printing processes increases progressively in size as a function of the time that elapses from the projection until the ink dries, which results in a dispersion of said drops of the inks on the printing surface, which makes the colors fade to the detriment of the quality of the prints.
  • drying means (4) between the application of the different basic colors (C, M, Y, K) in continuous printing, as seen in figure 3.
  • the inks that are applied by a head (1) of a first group of heads (1) and by another head (1) of a second group of heads (1) arranged to the three-leg with respect to the first group are dried by means of drying (4), the first one at a distance (a) from the application projection and the second at a distance (b) from the application projection, whereby the dispersion of the drops (10) of the first ink and the drops (1 1 ) of the second ink, is different, said drops (10) and (1 1) resulting from one and another ink of different sizes in the printing on the surface (2) being printed, so that contrasts are different from the color in the print strips that correspond to the heads (1) of the first group and those that correspond to the heads (1) of the second group.
  • drying means (5) are arranged individually in relation to each of the injection heads (1), being located of each means drying (5) next to the respective injection head (1) and with all drying means (5) at the same distance from the corresponding injection heads (1), so that the injection of each ink and its drying , they occur practically at the same time.
  • the drying means (5) that are used to dry the inks in relation to each injection head (1), are chosen so that they do not dry the inks completely, since this can cause a rejection effect of the ink that is injected onto another previously applied, so it is necessary to only partially dry the inks, until they are gelled.
  • Figure 6 shows the result of the application of an ink (8) on another ink (9) previously applied and dried only partially, where the ink (8) that is applied on it is absorbed by the ink (9) partially dried from the previous application, resulting in a uniform impression.
  • the application of the printing system according to the invention is provided with the use of a set of UV-curable inkjet inks, using at least one cyan injection ink (C), a magenta injection ink (M), a yellow inkjet ink (Y) and a black inkjet ink (K), each with a corresponding UV-LED partial drying lamp, obtaining a four-color final image composed of the four basic colors (C, M, Y, K) in subtractive mode.
  • C cyan injection ink
  • M magenta injection ink
  • Y yellow inkjet ink
  • K black inkjet ink
  • UV-LED lamps of 2 w / cm power and a wavelength of about 300 nm.
  • a partial drying of the inks is achieved, in a gelled state, which allows printing without the rejection effect of the inks deposited on other previously applied ones.
  • powers of 7 w / cm, in the range of 300 nm wavelength are insufficient to fully dry the ultraviolet drying inks with mercury lamps, whose power range it is in the order of 120 w / cm, with a wavelength of the order of 500 nm.
  • the described printing system which corresponds to the object of the invention, is also capable of being used with the inks of the basic colors (C, M, Y, K) of injection printing and expansion with additional inks, for example white, increasing the range of resulting colors.

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Abstract

Sistema de impresión por inyección de tinta con secado, comprendiendo múltiples cabezales (1) de inyección de tinta, mediante los cuales se proyectan las tintas de colores básicos para formar las impresiones, disponiéndose en relación con cada cabezal (1) de inyección de tinta un medio de secado (5) individual de luz ultravioleta UV con tecnología LED, situándose todos los medios de secado (5) a una distancia igual entre cada uno de ellos y el respectivo cabezal (1) de inyección de tinta.

Description

DESCRIPCION
SISTEMA DE IMPRESIÓN POR INYECCION DE TINTA CON SECADO Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con la impresión digital por inyección de tinta, proponiendo un sistema de aplicación de este tipo de impresión con secado individual de la aplicación de cada tinta, de manera que se eliminan los efectos de desplazamiento de las tintas sobre soportes no absorbentes o poco absorbentes, con lo que se consiguen resultados de gran calidad en las impresiones.
Estado de la técnica La impresión por inyección de tinta se realiza mediante la proyección individual de tintas de cuatro colores básicos (cyan, magenta, amarillo y negro), mediante cuyas combinaciones se obtienen todos los colores necesarios, utilizándose para ello cabezales de inyección de tinta, los cuales proyectan las tintas sobre la superficie a imprimir, mediante sistemas piezoeléctricos, o mediante sistemas mecánicos de expulsión de gota.
Existen al respecto sistemas de impresión por barrido, en los que los cabezales de inyección de tinta se desplazan transversalmente de lado a lado de la superficie a imprimir, en combinación con un avance de dicha superficie en sentido longitudinal, cubriendo así, mediante sucesivas pasadas de ida y vuelta, la zona de impresión.
Estos sistemas de impresión por barrido pueden tener un medio de secado que en cada pasada de la impresión seca la tinta que se ha depositado, de manera que la cantidad de tinta susceptible de depositarse en cada pasada está limitada en función del secado, por lo que, dependiendo de la naturaleza de la superficie a imprimir y, particularmente, de la absorción de la misma, se pueden hacer impresiones de mayor o menor calidad mediante una o múltiples pasadas sobre el mismo punto. Ahora bien, aunque la capacidad de aportación de tinta por los cabezales de inyección es del orden de 150 ml/min, el límite de la aportación de tinta en capas sucesivas depende también de las condiciones de la tinta sobre la que se va a aplicar una capa de tinta posterior, ya que la tinta fluye sobre una capa anterior de tinta totalmente seca, distorsionando la impresión. Existen también sistemas de impresión continua, en los cuales se utiliza una matriz de cabezales de inyección cuyo conjunto cubre la anchura de la superficie de impresión, permitiendo realizar las impresiones mediante una sola pasada en sentido longitudinal, bien con desplazamiento de la superficie de impresión permaneciendo los cabezales de inyección fijos, bien con desplazamiento de los cabezales de inyección permaneciendo la superficie de impresión fija, o bien con un movimiento combinado de desplazamiento de la superficie de impresión y de los cabezales de inyección .
En estos sistemas de impresión continua, la cantidad de tinta que se puede aportar es muy limitada, ya que la tinta de impresión se aporta de una sola vez, sin posibilidad de esperar a que la tinta sea absorbida por la superficie de impresión para realizar pasadas posteriores encima. La posibilidad para poder depositar capas de tinta superpuestas con este tipo de impresión, es multiplicar el número de cabezales de inyección en grupos consecutivos, aplicando un secado entre la deposición de cada capa y la siguiente, de forma equivalente a la de impresión por barrido, pero esta posibilidad tiene un condicionamiento económico tan elevado que resulta prácticamente inviable.
Para mejorar el comportamiento de la impresión continua por inyección de tinta, se han desarrollado sistemas con secado intermedio entre la inyección de los distintos colores, forzando el secado de la tinta de cada color antes de la aplicación de la tinta del siguiente color, con lo cual se aumenta en prácticamente cuatro veces la capacidad de aceptar tinta de la superficie de impresión. En estos sistemas, la tinta se seca hasta un grado en el que la tinta aplicada esté en perfectas condiciones para depositar sobre ella otra tinta. Sin embargo, en los sistemas con cabezales dispuestos al tresbolillo, para cubrir la anchura de la superficie de impresión, que es una disposición habitual en la impresión continua, aparece un problema de solapamiento, que surge cuando, antes de efectuarse el secado, se mezclan parcialmente las tintas de un mismo color aplicadas por dos cabezales consecutivos que trabajan en paralelo, lo cual da lugar a un cambio de tonalidad del color que afecta a la zona en la que las tintas se mezclan, debido a la cantidad de pigmentación que se acumula en dicha zona.
Por lo tanto, es necesario secar parcialmente la tinta, no solo entre los distintos colores, sino también entre los cabezales inyectores del mismo color que inyectan consecutivamente, para que la mezcla de las tintas consecutivas resulte mitigada por el hecho de que la tinta primeramente aplicada esté parcialmente seca antes de ser solapada por la tinta que se aplica después, ya que la tinta parcialmente seca, que se encuentra en estado de gel, sirve de barrera para evitar que la siguiente tinta al ser aplicada se propague sobre ella.
Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone un sistema de impresión por inyección de tinta, con el cual se consigue un efecto ventajoso de cara a la estabilidad de los colores, ya que el secado de las tintas que se aplican se produce parcialmente después de la aplicación de cada tinta, realizándose prácticamente en un solo paso la aplicación de la tinta y su secado.
Este sistema de impresión objeto de la invención dispone de un medio de secado independiente en relación con cada cabezal de inyección de tinta, situándose los medios de secado junto a los cabezales de inyección de tinta respectivos, con un distancia igual entre cada uno de los medios de secado y los correspondientes cabezales de inyección de tinta; utilizándose unos medios de secado cuya acción en el tiempo de actuación sobre las tintas solo produce un secado parcial de las mismas, dejándolas en estado gelificado.
De este modo, se obtiene un sistema de impresión con el que disminuyen significativamente las diferencias colorimétricas resultantes en superficies de diferente capacidad de absorción de las tintas, ya que las tintas que se aplican se secan parcialmente prácticamente a la vez de la aplicación.
Con ello se obtiene también una mayor estabilidad en los colores, ya que los tamaños de gota de todas las tintas son iguales, debido a que al secarse las tintas prácticamente a la vez de la aplicación, se evita que las gotas de las tintas se expandan al ser absorbidas por la superficie receptora de la impresión.
Al secarse parcialmente las tintas en su aplicación y siendo igual el tamaño de las gotas de las tintas que aplican todos los cabezales, se obtiene también una mejora en la calidad de combinación de los colores y se puede imprimir sobre una variedad de superficies con independencia de la tensión superficial de las mismas, ya que las gotas de tinta quedan inmovilizadas y no sufren dispersión.
Por otro lado, al secarse las tintas parcialmente entre las inyecciones sucesivas, se evita el efecto de rechazo que tienen algunas tintas cuando se imprime sobre una capa de la misma tinta totalmente seca y que provoca que la tinta impresa encima resulte con un aspecto rugoso y una ganancia del punto incorrecta, ocasionando una pérdida de control sobre el color deseado.
Este sistema con secado parcial de cada tinta prácticamente a la vez de su aplicación, permite además imprimir a velocidades bajas de hasta 15 metros por minuto, obteniendo una óptima calidad; lo cual es muy útil, ya que en muchas aplicaciones, donde el proceso de impresión está en línea con otros procesos (lijado, acabado, etc.) más lentos, permite no tener que introducir tablas de aceleración/desaceleración a la línea, haciéndola más corta y ahorrando espacio físico.
Por todo ello el sistema de impresión que se preconiza resulta de unas características muy ventajosas, debido a la calidad y nitidez de las impresiones que permite conseguir, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de los sistemas de impresión convencionales de la misma aplicación.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un esquema de impresión convencional por inyección de tinta, mediante barrido.
La figura 2 es un esquema de impresión convencional por inyección de tinta, en continuo, sin medios de secado.
La figura 3 es un esquema de impresión convencional por inyección de tinta, en continuo, con secado entre la aplicación de los distintos colores.
La figura 4 es un esquema de impresión según el sistema objeto de la invención.
La figura 5 es un esquema del resultado de dos aplicaciones de tinta consecutivas, con secado total de la primera tinta antes de la aplicación de la segunda tinta.
La figura 6 es un esquema del resultado de dos aplicaciones de tinta consecutivas, con la primera tinta parcialmente seca cuando se aplica la segunda tinta. La figura 7 muestra un esquema de la disposición de dos cabezales de inyección de tinta con un medio de secado común y el resultado del tamaño de las gotas de tinta después del secado.
La figura 8 muestra un esquema de la disposición de dos cabezales de inyección de tinta con respectivos medios de secado independientes y el resultado del tamaño de las gotas de tinta después del secado.
La figura 9 muestra una gráfica de la expansión en mieras de una gota de tinta en función del tiempo en segundos que transcurre entre la caída de la gota de tinta en su aplicación y el secado parcial de la misma.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un sistema de impresión por inyección de tinta, para aplicación fundamentalmente en impresión continua, como la de la figura 2, en la que la inyección de los colores básicos (C, M, Y, K), es decir cyan, magenta, amarillo y negro, se realiza mediante grupos de cabezales (1) independientes dispuestos al tresbolillo, con los cuales se cubre la anchura de la superficie (2) a imprimir, realizándose la impresión con los cabezales (1) fijos y desplazamiento longitudinal de la superficie (2) por debajo de los mismos; aunque la aplicación puede ser extensiva también para impresión por barrido, como la de la figura 1 , en la que la inyección de los colores básicos (C, M, Y, K), se realiza mediante un grupo de cabezales (3) que se desplazan conjuntamente en sentido transversal a la superficie (2) a imprimir, en pasadas sucesivas que se combinan con desplazamientos parciales de la superficie (2) en el sentido longitudinal. Como se observa en la figura 9, cada gota de las tintas que se aplican en los procesos de impresión aumenta progresivamente de tamaño en función del tiempo que transcurre desde la proyección hasta que la tinta se seca, lo cual da lugar a una dispersión de dichas gotas de las tintas sobre la superficie de impresión, que hace que los colores resulten difuminados con detrimento de la calidad de las impresiones.
Para evitar esa dispersión de las tintas sobre la superficie (2) que se imprime, es conocida la incorporación de medios de secado (4) entre la aplicación de los diferentes colores básicos (C, M, Y, K) en la impresión continua, como se observa en la figura 3. Sin embargo, como muestra la figura 7, con esta solución las tintas que son aplicadas por un cabezal (1) de un primer grupo de cabezales (1) y por otro cabezal (1) de un segundo grupo de cabezales (1) dispuestos al tresbolillo respecto del primer grupo, son secadas por el medio de secado (4), la primera a una distancia (a) de la proyección de aplicación y la segunda a una distancia (b) de la proyección de aplicación, por lo que la dispersión de las gotas (10) de la primera tinta y de las gotas (1 1) de la segunda tinta, es diferente, resultando dichas gotas (10) y (1 1) de una y otra tinta de tamaños distintos en la impresión sobre la superficie (2) que se imprime, por lo que resultan contrastes diferentes del color en las franjas de impresión que corresponden a los cabezales (1) del primer grupo y las que corresponden a los cabezales (1) del segundo grupo.
Dicho problema se soluciona con el sistema objeto de la invención, en el cual, según se observa la figura 4, se disponen medios de secado (5) individualmente en relación con cada uno de los cabezales (1) de inyección, situándose de cada medio de secado (5) junto al cabezal (1) de inyección respectivo y con todos los medios de secado (5) a una misma distancia respecto de los correspondientes cabezales (1) de inyección, de forma que la inyección de cada tinta y su secado, se producen prácticamente a la vez.
Con esta disposición, todas las tintas proyectadas por los diferentes cabezales (1), tanto del mismo color como de colores diferentes, se secan por igual, ya que el secado de todas las tintas se produce prácticamente a la vez de la aplicación, en un solo paso, y en todos los casos a una misma distancia (d) de los respectivos cabezales (1) de inyección, resultando las gotas (12) de todas las tintas de un mismo tamaño, como se observa en la figura 8, de manera que mediante el control del tamaño de dichas gotas (12) de las tintas se obtiene una perfecta uniformidad de los colores y una máxima homogeneidad en la mezcla de los mismos, al evitarse la expansión de las gotas (12) de las tintas. Los medios de secado (5) que se utilizan para secar las tintas en relación con cada cabezal (1) de inyección, son medios elegidos de forma que no llegan a secar las tintas completamente, ya que ello puede provocar un efecto de rechazo de la tinta que se inyecta sobre otra anteriormente aplicada, por lo que es necesario realizar solo un secado parcial de las tintas, hasta un estado gelificado de las mismas.
En la figura 5 se observa de manera esquemática el resultado de la aplicación de una tinta (6) sobre otra tinta (7) anteriormente aplicada y totalmente seca, en donde la tinta (6) que se aplica encima no es absorbida por la tinta (7) seca de la aplicación anterior, resultando una impresión defectuosa.
En la figura 6 se observa el resultado de la aplicación de una tinta (8) sobre otra tinta (9) anteriormente aplicada y secada solo parcialmente, en donde la tinta (8) que se aplica encima es absorbida por la tinta (9) parcialmente seca de la aplicación anterior, resultando una impresión uniforme. La aplicación del sistema de impresión según la invención se prevé con utilización de un conjunto de tintas de inyección curables por luz ultravioleta UV, empleando, al menos, una tinta de inyección cyan (C), una tinta de inyección magenta (M), una tinta de inyección amarilla (Y) y una tinta de inyección negra (K), cada una de ellas con una correspondiente lámpara de secado parcial UV-LED, obteniéndose una imagen final cuatricromática compuesta de los cuatro colores básicos (C, M, Y, K) en modo sustractivo.
Para el secado parcial e individualizado de tintas curables por luz ultravioleta UV, se ha comprobado un buen resultado con lámparas UV-LED de 2 w/cm de potencia y una longitud de onda de unos 300 nm. De este modo se consigue un secado parcial de las tintas, a un estado gelificado, que permite realizar las impresiones sin que aparezca el efecto de rechazo de las tintas que se depositan sobre otras anteriormente aplicadas. En ese sentido, experimentalmente se ha comprobado que incluso potencias de 7 w/cm, en el rango de los 300 nm de longitud de onda, son insuficientes para llegar a secar totalmente las tintas ultravioleta de secado con lámparas de mercurio, cuyo rango de potencia está en el orden de 120 w/cm, con una longitud de onda del orden de 500 nm.
El sistema de impresión descrito, que corresponde al objeto de la invención, es susceptible de utilizarse también con las tintas de los colores básicos (C, M, Y, K) de la impresión por inyección y ampliación con tintas adicionales, por ejemplo blancas, aumentando la gama de colores resultantes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Sistema de impresión por inyección de tinta con secado, comprendiendo la disposición de múltiples cabezales (1) de inyección de tinta, mediante los cuales se proyectan sucesivamente las tintas de los distintos colores básicos de la impresión por inyección de tinta, para formar las impresiones sobre la superficie (2) de aplicación, caracterizado en que en relación con cada cabezal (1) de inyección de tinta se dispone un medio de secado (5) individual mediante energía de luz ultravioleta UV con tecnología LED, en una idéntica situación de cada medio de secado (5) junto al correspondiente cabezal (1) de inyección de tinta y con una distancia igual entre cada medio de secado (5) y su respectivo cabezal (1) de inyección de tinta.
2. - Sistema de impresión por inyección de tinta con secado, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de secado (5) son medios de secado que realizan solo un secado parcial de las tintas que son proyectadas por los respectivos cabezales (1) de inyección de tinta.
3. - Sistema de impresión por inyección de tinta con secado, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado en que los medios (5) de secado son lámparas UV-LED de una potencia del orden de 2-7 w/cm y una longitud de onda del orden de 300 nm.
4. - Sistema de impresión por inyección de tinta con secado, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado en que la impresión se realiza utilizando un conjunto de tintas de inyección curables por luz ultravioleta UV, empleando, al menos, una tinta de inyección cyan (C), una tinta de inyección magenta (M), una tinta de inyección amarilla (Y) y una tinta de inyección negra (K), cada una de ellas con una correspondiente lámpara de secado UV-LED.
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