用于在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括操作多個(gè)噴墨器以在以預(yù)定速度在過程方向上移動(dòng)的打印介質(zhì)的第一側(cè)上形成疏水材料的布置。所述方法還包括以預(yù)定速度將打印介質(zhì)移動(dòng)通過對流加熱器以使疏水材料能夠穿透打印介質(zhì)以在打印介質(zhì)內(nèi)形成疏水結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
用于在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開總體上涉及用于控制多孔襯底中的疏水材料的淀積的系統(tǒng)和方法，并且更 特別地，涉及用于在噴墨打印系統(tǒng)中的親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紙基化學(xué)測定裝置包括紙質(zhì)襯底，在紙中形成流體通道和其它流體結(jié)構(gòu)的蠟，以 及一種或多種試劑。紙基化學(xué)測定裝置的普通例子包括由紙制造并且在測試流體(如血液、 尿和唾液）中執(zhí)行生物化學(xué)測定和診斷的生物醫(yī)學(xué)測試裝置。裝置是小的、輕質(zhì)的和低成本 的，并且舉例來說作為診斷裝置在衛(wèi)生保健、軍事和國土安全中具有潛在的應(yīng)用。由于蠟打 印在紙上之后蠟通道的不受控回流，現(xiàn)有技術(shù)的紙質(zhì)診斷裝置在流體特征分辨率和制造兼 容性方面被限制。
[0003] 圖7A和圖7B描繪用于在回流烘箱中熔化形成于紙質(zhì)襯底上的蠟的現(xiàn)有技術(shù)的過 程。對于蠟穿透到紙中而不是保持在紙的表面上的層中而言，熔化過程是需要的。在圖7A 中，回流烘箱將具有固化蠟的紙質(zhì)襯底加熱到大約150Γ的溫度。整個(gè)紙和蠟以各向同性方 式被加熱到相同溫度。如圖7B中所示，蠟熔化并且以大致均勻方式散布到多孔紙中和橫越 紙的表面?，F(xiàn)有技術(shù)的回流烘箱可以用于生物醫(yī)學(xué)裝置的小批量生產(chǎn)。當(dāng)回流烘箱保持紙 時(shí)蠟在一分鐘或多分鐘的過程中熔化并且穿透到紙中。
[0004] 諸如圖7A的烘箱的現(xiàn)有技術(shù)的烘箱不適合在包括形成于紙質(zhì)襯底內(nèi)的結(jié)構(gòu)的生 物醫(yī)學(xué)裝置和其它裝置的大規(guī)模生產(chǎn)中使用。例如，在一個(gè)實(shí)施例中切割片材噴墨打印機(jī) 在紙的單個(gè)片材上形成蠟或另一合適的疏水材料的打印圖案，并且圖7A中的回流烘箱加熱 紙的片材持續(xù)兩分鐘以使蠟?zāi)軌虼┩讣?。然而，以高效方式大量生產(chǎn)大量的生物醫(yī)學(xué)裝置 需要使用在大紙卷或其它合適的襯底上形成打印圖案的大規(guī)模噴墨打印系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)的 回流烘箱對于用大規(guī)模打印系統(tǒng)大量生產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)裝置是不切實(shí)際的。因此，不需要現(xiàn)有 技術(shù)的回流烘箱的用于生產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)裝置的改進(jìn)方法和系統(tǒng)將是有益的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 在一個(gè)實(shí)施例中，已開發(fā)一種在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的方法。所述方法 包括:用介質(zhì)輸送裝置在過程方向上以預(yù)定速度將由親水材料形成的打印介質(zhì)移動(dòng)通過第 一打印區(qū)域和對流加熱器;當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第一打印區(qū)域時(shí)用控制器操作所 述第一打印區(qū)域中的第一多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的第一側(cè)的區(qū)域上形成疏水材料 的第一預(yù)定布置；以及當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加熱器時(shí)操作所述對 流加熱器以使所述疏水材料的第一預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質(zhì)的所述 區(qū)域內(nèi)形成至少一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。
[0006] 在另一實(shí)施例中，已開發(fā)一種配置成在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的噴墨打印 機(jī)。所述打印機(jī)包括:第一打印區(qū)域，所述第一打印區(qū)域包括配置成將疏水材料的滴噴射到 由親水材料形成的打印介質(zhì)的第一側(cè)上的第一多個(gè)噴墨器;對流加熱器;介質(zhì)輸送裝置，所 述介質(zhì)輸送裝置配置成在過程方向上將所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第一打印區(qū)域和所述 對流加熱器；以及控制器，所述控制器可操作地連接到所述第一打印區(qū)域中的所述第一多 個(gè)噴墨器、所述對流加熱器和所述介質(zhì)輸送裝置。所述控制器配置成:操作所述介質(zhì)輸送裝 置以在過程方向上以預(yù)定速度移動(dòng)所述打印介質(zhì)；當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第一打印 區(qū)域時(shí)操作所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的第一側(cè)的區(qū) 域上形成疏水材料的第一預(yù)定布置；以及當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加 熱器時(shí)操作所述對流加熱器以使所述疏水材料的第一預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所 述打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成至少一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0007] 在結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述中解釋在親水襯底中形成疏水結(jié)構(gòu)的裝置的前述方 面和其它特征。
[0008] 圖IA是在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的噴墨打印系統(tǒng)的示意圖。
[0009 ]圖IB是在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的噴墨打印系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。 [001 0]圖2是在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的噴墨打印機(jī)的另一實(shí)施例的示意圖。
[0011] 圖3是圖2的打印機(jī)中的介質(zhì)路徑的一部分的示意圖。
[0012] 圖4是用于在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的過程的方塊圖。
[0013]圖5是描繪包含在圖IA、圖IB和圖2的打印系統(tǒng)中的對流加熱器的示意圖。
[0014]圖6是描繪在親水打印介質(zhì)的相對側(cè)上形成的疏水結(jié)構(gòu)的兩個(gè)布置的圖示。
[0015] 圖7A是熔化形成于襯底的表面上的疏水材料的現(xiàn)有技術(shù)的回流烘箱的圖示。
[0016] 圖7B是描繪在現(xiàn)有技術(shù)的散布過程中在圖7A的回流烘箱中的襯底上的疏水材料 的散布的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了本文中所公開的系統(tǒng)和方法的環(huán)境以及系統(tǒng)和方法的細(xì)節(jié)的一般理解，參考 附圖。在附圖中，始終使用相似的附圖標(biāo)記來表示相似的元件。當(dāng)在本文中使用時(shí)，詞語"打 印機(jī)"包含用樹脂或著色劑在介質(zhì)上產(chǎn)生圖像的任何裝置，如數(shù)字復(fù)印機(jī)、編書機(jī)、傳真機(jī)、 多功能機(jī)等。在下面的描述中，打印機(jī)還配置成將熔融蠟、相變墨或其它疏水材料淀積到多 孔襯底(如紙)上。盡管下面所述的打印機(jī)是噴墨打印機(jī)并且在一些實(shí)施例中疏水相變材料 可以是相變墨，但是在一些配置中疏水材料是光學(xué)透明蠟或不具有特殊顏色的其它材料。 下面提供的疏水材料的視覺表示僅僅為了示例性目的，并且下面所述的不同實(shí)施例使用沒 有著色或具有適合與化學(xué)測定裝置一起使用的任何著色的疏水材料。
[0018] 打印機(jī)可選地配置成將溫度梯度和壓力施加到襯底，其散布疏水材料并且使疏水 材料能夠穿透到多孔襯底中以形成控制通過襯底的液體(包括水）的毛細(xì)流動(dòng)的疏水結(jié)構(gòu) (包括通道和屏障）。
[0019] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"親水材料"和"親水襯底"指的是吸收水并且能夠經(jīng)由毛 細(xì)作用通過材料擴(kuò)散水的材料。親水襯底的一個(gè)普通例子是紙，如纖維素過濾紙、層析紙或 任何其它合適類型的紙。親水襯底由允許水和包括水的其它生物流體(如血液、尿、唾液和 其它生物流體)擴(kuò)散到襯底中的多孔材料形成。如下所述，疏水材料嵌入親水襯底中以形成 流體通道屏障和控制流體通過親水襯底擴(kuò)散的其它疏水結(jié)構(gòu)。
[0020]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"疏水材料"指的是抵抗附著到水并且通過毛細(xì)作用實(shí)質(zhì) 上不透水流的任何材料。當(dāng)嵌入多孔襯底(如紙）中時(shí)，疏水材料用作屏障以防止水通過包 括疏水材料的襯底的部分?jǐn)U散。疏水材料也用作包括水的許多流體(如血液、尿、唾液和其 它生物流體)的屏障。如下所述，疏水材料嵌入多孔襯底中以形成包括通道壁和控制液體通 過襯底的毛細(xì)擴(kuò)散的其它結(jié)構(gòu)的疏水結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底也包括用于測試流體樣 本的各種性質(zhì)的生物化學(xué)試劑。疏水材料形成通道以將流體引導(dǎo)到具有化學(xué)試劑的淀積物 的襯底中的不同位置。疏水材料也相對于通道中的流體是實(shí)質(zhì)上化學(xué)惰性的，從而減小或 消除疏水材料與流體之間的化學(xué)反應(yīng)。流體的單個(gè)樣本通過襯底中的通道擴(kuò)散以與襯底的 不同位置的不同試劑反應(yīng)，從而提供用于對單個(gè)的流體樣本執(zhí)行多個(gè)生物化學(xué)測試的簡單 和低成本裝置。
[0021 ]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"相變材料"指的是在室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(例如，20 °C和一 個(gè)大氣壓)下具有固相并且在高溫和/或高壓水平下具有液相的疏水材料。本文中使用的疏 水相變材料的例子包括蠟和相變墨。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語"相變墨"指的是在室溫下基 本上為固體、但是在高溫下軟化和液化的一種類型的墨。一些噴墨打印機(jī)將液化相變墨滴 噴射到間接圖像接收表面(如旋轉(zhuǎn)鼓或環(huán)形帶)上以形成墨潛像。墨潛像轉(zhuǎn)印到襯底(如紙 片材）。其它噴墨打印機(jī)將墨滴直接噴射到打印介質(zhì)（如紙片材或長形紙卷)上。在液態(tài)下， 相變墨材料可以穿透多孔襯底，如紙。
[0022] 在傳統(tǒng)噴墨打印機(jī)中，相變墨轉(zhuǎn)印到襯底的一側(cè)，可選地在雙面打印操作中將不 同相變墨圖像轉(zhuǎn)印到襯底的兩側(cè)。打印機(jī)將相變墨滴散布在襯底的表面上，并且相變墨圖 像在打印介質(zhì)的表面上冷卻和固化以形成打印圖像。然而下面所述的實(shí)施例將熱和壓力施 加到襯底的表面上的相變墨或另一疏水材料以使疏水材料能夠穿透通過襯底中的多孔材 料，從而形成控制通過襯底的流體的擴(kuò)散的通過襯底的厚度的三維屏障。
[0023] 圖IA描繪在親水襯底中由疏水材料形成結(jié)構(gòu)的噴墨打印系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng) 100包括第一側(cè)打印區(qū)域104,第二側(cè)打印區(qū)域108,兩側(cè)對流加熱器112,和數(shù)字控制器120。 第一側(cè)打印區(qū)域104和第二側(cè)打印區(qū)域108均包括具有多個(gè)噴墨器的至少一個(gè)打印頭。噴墨 器噴射疏水材料的滴以在親水打印介質(zhì)152的第一和第二側(cè)上形成疏水材料的預(yù)定打印布 置。數(shù)字控制器120(如數(shù)字微處理器或微控制器)控制打印區(qū)域104和108中的打印頭以及 打印機(jī)100中的其它部件的操作。在系統(tǒng)100中，打印介質(zhì)152是連續(xù)打印介質(zhì)，如紙或其它 親水襯底材料的長形卷。在系統(tǒng)100中介質(zhì)輸送裝置(未顯示)將長形打印介質(zhì)150在過程方 向P上移動(dòng)經(jīng)過第一側(cè)打印區(qū)域104、第二側(cè)打印區(qū)域108和兩側(cè)對流加熱器112。介質(zhì)輸送 裝置的典型實(shí)施例使用一個(gè)或多個(gè)輥和致動(dòng)器來支撐并且在過程方向P上以預(yù)定速度移動(dòng) 打印介質(zhì)152。
[0024] 在操作期間，打印介質(zhì)152在過程方向P上移動(dòng)通過第一打印區(qū)域104和第二打印 區(qū)域108。第一打印區(qū)域104中的噴墨器噴射疏水材料的滴以在打印介質(zhì)152的第一側(cè)的區(qū) 域上形成第一預(yù)定布置160。打印介質(zhì)152繼續(xù)移動(dòng)經(jīng)過第二側(cè)打印區(qū)域108,在該處第二多 個(gè)噴墨器噴射疏水材料的滴以在打印介質(zhì)152的第二側(cè)上形成第二布置162。在打印機(jī)100 中，打印區(qū)域104和108包括在打印介質(zhì)152的相同區(qū)域的兩個(gè)不同側(cè)上形成疏水材料的打 印布置的獨(dú)立打印頭。在其它實(shí)施例中，介質(zhì)輸送裝置包括雙工裝置，其將打印介質(zhì)返回到 第一打印區(qū)域以便打印頭在打印介質(zhì)的第二側(cè)上打印。盡管圖IA描繪在打印介質(zhì)的兩側(cè)上 形成疏水材料的打印布置的雙面打印系統(tǒng)，但是替代打印機(jī)系統(tǒng)僅僅在打印介質(zhì)的一側(cè)上 形成疏水材料的布置。
[0025]打印區(qū)域104和108在打印介質(zhì)152的兩側(cè)上以鏡像布置形成疏水材料的打印布置 以使疏水材料能夠從兩側(cè)穿透打印介質(zhì)并且融合在一起以在打印介質(zhì)152的親水材料中形 成疏水結(jié)構(gòu)。例如，圖6描繪由疏水材料形成的流體測試室的兩個(gè)打印布置604和608。布置 608中的打印圖案沿著線612相對于布置604中的相應(yīng)打印圖案成鏡像?？刂破?20操作打印 區(qū)域104和108中的噴墨器以在打印介質(zhì)152的兩側(cè)上形成彼此對準(zhǔn)的疏水材料的鏡像布 置。
[0026] 再次參考圖1A，打印介質(zhì)繼續(xù)在過程方向P上移動(dòng)通過兩側(cè)對流加熱器112。兩側(cè) 對流加熱器112包括至少一個(gè)加熱元件，如電加熱器，和至少一個(gè)風(fēng)扇。加熱元件在對流加 熱器112內(nèi)生成熱以將空氣升溫到預(yù)定溫度，并且風(fēng)扇在打印介質(zhì)周圍循環(huán)升溫空氣以促 進(jìn)從加熱器112到形成于打印介質(zhì)的第一和第二側(cè)上的疏水材料的對流熱傳遞。圖5更詳細(xì) 地描繪兩側(cè)對流加熱器112的一個(gè)實(shí)施例。在圖5的實(shí)施例中，對流加熱器112包括相應(yīng)地位 于打印介質(zhì)152的第一和第二側(cè)的兩個(gè)加熱器元件504A和504B。對流加熱器112也包括相應(yīng) 地在打印介質(zhì)152的第一和第二側(cè)周圍循環(huán)加熱空氣的兩個(gè)風(fēng)扇508A和508B。
[0027] 在對流加熱器112中，形成于打印介質(zhì)152的第一和第二側(cè)上的疏水材料軟化和熔 化。熔融疏水材料穿透到打印介質(zhì)152的多孔親水材料中以形成延伸通過打印介質(zhì)152的厚 度的疏水結(jié)構(gòu)。在打印介質(zhì)152離開對流加熱器112之后，疏水材料冷卻和凝固以在打印介 質(zhì)152中形成耐久疏水結(jié)構(gòu)。液化疏水材料額散布距離L由Washburn方程i 提供，其 中Y是熔融疏水材料的表面張力，D是打印介質(zhì)152中的孔隙的孔隙直徑，t是襯底在對流加 熱器中的停留時(shí)間，在此期間增加的溫度減小疏水材料的粘度，并且η是熔融疏水液體的粘 度。表面張力γ和粘度η項(xiàng)從疏水材料的性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)地確定?？紫吨睆紻從形成打印介質(zhì)152的 紙或其它親水材料的類型經(jīng)驗(yàn)地確定。當(dāng)疏水材料和襯底沿著介質(zhì)路徑移動(dòng)通過對流加熱 器時(shí)對流加熱器對疏水材料的粘度η具有直接或間接控制。打印機(jī)控制承載疏水材料的兩 個(gè)層的打印介質(zhì)的速度以控制對應(yīng)于疏水材料在液化狀態(tài)下在對流加熱器中保持多久的 時(shí)間t。
[0028] 在對流加熱器中，疏水材料(如蠟或相變墨)基于材料的溫度過渡到具有變化粘度 水平的液態(tài)。液化疏水材料的粘度與材料的溫度逆相關(guān)。對流加熱器施加受控加熱過程以 使形成于打印介質(zhì)的兩側(cè)上的疏水材料能夠以可控方式穿透到打印介質(zhì)中。疏水材料的兩 個(gè)層在親水打印介質(zhì)內(nèi)融合以形成延伸通過打印介質(zhì)的大致整個(gè)厚度的流體通道和其它 疏水結(jié)構(gòu)。
[0029] 如上所述，打印系統(tǒng)100控制對流加熱器112中的溫度和空氣流以及打印介質(zhì)152 的每個(gè)區(qū)域在對流加熱器112中花費(fèi)的時(shí)間的量以控制疏水材料熔化和散布到打印介質(zhì) 152中。在一個(gè)配置中，對流加熱器112升溫具有大約1.6米的長度的打印介質(zhì)152的區(qū)域。打 印介質(zhì)在對流加熱器112中的"停留時(shí)間"指的是打印介質(zhì)上的每個(gè)位置在對流加熱器112 內(nèi)花費(fèi)的時(shí)間的量。例如，在介質(zhì)輸送裝置以1.65米每秒的速率移動(dòng)打印介質(zhì)152的實(shí)施例 中，在對流加熱器112中的停留時(shí)間為大約0.97秒。在一個(gè)配置中，加熱器504A和504B將對 流加熱器112中的空氣加熱到大約190 °C并且風(fēng)扇508A和508B以大約325立方米每分鐘的速 率循環(huán)加熱空氣。在替代配置中，加熱器504A和504B將空氣加熱到在大約180攝氏度（°C)到 200 °C的范圍內(nèi)的溫度并且風(fēng)扇508A和508B在大約300立方米每分鐘到350立方米每分鐘的 范圍內(nèi)循環(huán)空氣。
[0030] 圖IB示出噴墨打印系統(tǒng)150的另一實(shí)施例的示意圖。噴墨打印系統(tǒng)150也包括打印 系統(tǒng)100的第一打印區(qū)域104,第二打印區(qū)域108,兩側(cè)對流加熱器112,和控制器120。在圖IB 的配置中，第一打印區(qū)域104和第二打印區(qū)域108配置成同時(shí)將疏水材料的滴相應(yīng)地噴射到 打印介質(zhì)152的第一側(cè)和第二側(cè)上。因此，在圖IB的配置中，與第二打印區(qū)域108的噴墨器形 成疏水材料的第二側(cè)布置162的操作同時(shí)地，第一打印區(qū)域104中的噴墨器形成疏水材料的 第一側(cè)布置160。
[0031] 在圖IA和圖IB的兩個(gè)實(shí)施例中，介質(zhì)輸送裝置以大致均勻的速度將連續(xù)打印介質(zhì) 152移動(dòng)經(jīng)過第一打印區(qū)域104、第二打印區(qū)域108和兩側(cè)對流加熱器112以在打印介質(zhì)152 的親水材料中形成打印疏水結(jié)構(gòu)170。當(dāng)打印介質(zhì)152繼續(xù)在過程方向P上移動(dòng)時(shí)兩側(cè)對流 加熱器112控制第一側(cè)布置160和第二側(cè)布置162兩者中的疏水材料的熔化以使疏水材料能 夠以受控方式穿透打印介質(zhì)152。在系統(tǒng)100和150的一個(gè)實(shí)施例中，介質(zhì)輸送裝置以大約 1.65米每秒的速率移動(dòng)打印介質(zhì)152,并且打印介質(zhì)152的每個(gè)位置在大約一秒內(nèi)移動(dòng)通過 兩側(cè)對流加熱器112。因此，兩側(cè)對流加熱器112在大約一秒而不是現(xiàn)有技術(shù)的回流烘箱所 需的若干分鐘內(nèi)熔化第一布置160和第二布置162中的疏水材料以使熔融疏水材料能夠形 成延伸通過打印襯底152的厚度的疏水結(jié)構(gòu)170。
[0032] 圖2描繪配置成在親水連續(xù)打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的噴墨打印機(jī)5的另一實(shí)施 例。圖2是面向片材、連續(xù)介質(zhì)、相變噴墨打印機(jī)5,其配置成使用定位在打印機(jī)中的打印區(qū) 域中的多個(gè)打印頭生成疏水材料的打印布置。介質(zhì)供應(yīng)和操作系統(tǒng)配置成供應(yīng)來自介質(zhì)源 (如安裝在幅條輥8上的介質(zhì)的卷筒10)的"襯底"的介質(zhì)14的長(即，基本上連續(xù)的）幅條。例 如，對于單面打印，打印機(jī)包括幅條輥8,介質(zhì)調(diào)節(jié)器16,打印區(qū)域或打印站20,和復(fù)卷單元 90。對于雙面操作，幅條反轉(zhuǎn)器84用于翻轉(zhuǎn)幅條以在由復(fù)卷單元90卷取之前將介質(zhì)的第二 側(cè)提供給打印站20。在單面操作中，介質(zhì)源10具有的寬度基本上覆蓋介質(zhì)在其上行進(jìn)通過 打印機(jī)的輥12和26的寬度。在雙面操作中，介質(zhì)源具有的寬度是輥的寬度的大約一半。因 此，幅條在由反轉(zhuǎn)器84翻轉(zhuǎn)并且橫向地移位一定距離之前可以在打印站20中的輥的長度的 大約一半上行進(jìn)，所述距離使幅條能夠在打印站20中的輥的長度的另一半上行進(jìn)。復(fù)卷單 元90配置成將幅條卷繞到輥上以便從打印機(jī)去除并且隨后處理。
[0033]介質(zhì)可以在需要時(shí)從源10解卷并且由旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)輥的各種馬達(dá)(未顯示）推 進(jìn)。介質(zhì)調(diào)節(jié)器包括輥12和預(yù)加熱器18。當(dāng)介質(zhì)沿著通過打印機(jī)的路徑移動(dòng)時(shí)輥12控制解 卷介質(zhì)的張力。在替代實(shí)施例中，介質(zhì)可以沿著路徑以切割片材的形式被輸送，在該情況下 介質(zhì)供應(yīng)和操作系統(tǒng)可以包括使切割介質(zhì)片材能夠沿著通過成像裝置的預(yù)期路徑輸送的 任何合適的裝置或結(jié)構(gòu)。預(yù)加熱器18使幅條達(dá)到針對對應(yīng)于正在打印的介質(zhì)的類型以及正 在使用的墨的類型、顏色和數(shù)量的期望圖像特性選擇的初始預(yù)定溫度。預(yù)加熱器18可以使 用接觸、輻射、傳導(dǎo)或?qū)α鳠崾菇橘|(zhì)達(dá)到目標(biāo)預(yù)熱溫度，在一個(gè)實(shí)際的實(shí)施例中所述目標(biāo)預(yù) 熱溫度在約30 °C到約70 °C的范圍內(nèi)。
[0034]介質(zhì)被輸送通過包括一系列顏色單元21A、21B、21C和21D的打印站20,每個(gè)顏色單 元有效地延伸橫越介質(zhì)的寬度并且能夠?qū)?biāo)記劑直接(即，不使用中間或偏移部件)置于移 動(dòng)介質(zhì)上?？刂破?0通過控制線22可操作地連接到顏色單元21A-21D。顏色單元21A-21D的 每一個(gè)包括在交叉過程方向上以交錯(cuò)布置定位在介質(zhì)幅條14上方的多個(gè)打印頭。在一些實(shí) 施例中顏色單元21A-21D中的至少一個(gè)將疏水材料的滴噴射到介質(zhì)幅條14的表面上。在一 些實(shí)施例中，多個(gè)顏色單元噴射疏水材料以在形成于介質(zhì)幅條14的表面上的打印布置中形 成疏水材料的更厚層。在一些實(shí)施例中，顏色單元21A-21D中的一個(gè)或多個(gè)噴射墨或其它標(biāo) 記劑的滴，其在介質(zhì)幅條的表面上形成打印文本和圖形，以及在介質(zhì)幅條14的親水材料內(nèi) 形成疏水結(jié)構(gòu)的疏水材料的布置。
[0035]在操作期間，打印機(jī)的控制器50接收來自鄰近定位在與四個(gè)打印頭相對的路徑的 部分的任一側(cè)的輥安裝的編碼器的速度數(shù)據(jù)以計(jì)算當(dāng)移動(dòng)經(jīng)過打印頭時(shí)的幅條的位置。控 制器50使用這些數(shù)據(jù)生成定時(shí)信號以便致動(dòng)打印頭中的噴墨器以使顏色單元21A-21D能夠 以可靠程度的精度將疏水材料的滴噴射到介質(zhì)幅條14的第一和第二側(cè)上從而在介質(zhì)幅條1 內(nèi)形成疏水結(jié)構(gòu)。由觸發(fā)信號致動(dòng)的噴墨器對應(yīng)于由控制器50處理的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù) 可以傳輸?shù)酱蛴C(jī)，由作為打印機(jī)的部件的掃描儀(未顯不)生成，或者以另外方式電子地 或光學(xué)地生成并且傳送到打印機(jī)。在各種替代實(shí)施例中，打印機(jī)5包括不同數(shù)量的顏色單 J L 〇
[0036]相應(yīng)的背襯部件24A-24D相應(yīng)地與顏色單元21A-21D的每一個(gè)關(guān)聯(lián)。背襯部件24A-24D典型地呈桿或卷筒的形式，其與打印頭大致相對地布置在介質(zhì)的后側(cè)。每個(gè)背襯部件用 于將介質(zhì)定位在離與背襯部件相對的打印頭預(yù)定距離處。在圖2的實(shí)施例中，每個(gè)背襯部件 包括加熱器，所述加熱器發(fā)射熱能以將介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度，在一個(gè)實(shí)際的實(shí)施例中，所述 預(yù)定溫度在約40°C到約60°C的范圍內(nèi)?？梢詥为?dú)地或集體地控制各種背襯部件。預(yù)加熱器 18、打印頭、背襯部件24(如果加熱的話）以及周圍空氣組合以將沿著與打印站20相對的路 徑的部分的介質(zhì)保持在約40°C到約70°C的預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
[0037] 當(dāng)部分成像介質(zhì)幅條14移動(dòng)以接收來自打印區(qū)域20的打印頭的各種顏色的墨時(shí)， 打印機(jī)5將介質(zhì)幅條的溫度保持在指定范圍內(nèi)。顏色單元21A-21D中的打印頭以典型地明顯 高于介質(zhì)幅條14的溫度的溫度噴射疏水材料。因此，墨加熱介質(zhì)。所以，其它溫度調(diào)節(jié)裝置 可以用于將介質(zhì)溫度保持在預(yù)定范圍內(nèi)。例如，在介質(zhì)前面和后面的空氣溫度和空氣流量 也可以影響介質(zhì)溫度。因此，吹風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇可以用于便于介質(zhì)溫度的控制。因此，打印機(jī)5將 介質(zhì)幅條14的溫度保持在適合于從打印區(qū)域20的打印頭噴射所有墨的范圍內(nèi)。溫度傳感器 (未顯示)可以沿著介質(zhì)路徑的該部分定位以允許介質(zhì)溫度的調(diào)節(jié)。
[0038] 在打印機(jī)5中，介質(zhì)輸送裝置針對第一和第二側(cè)打印將介質(zhì)幅條14移動(dòng)通過打印 區(qū)域20兩次。在第一次穿過打印區(qū)域20之后幅條反轉(zhuǎn)器84翻轉(zhuǎn)介質(zhì)幅條14并且介質(zhì)輸送裝 置將介質(zhì)幅條14返回到打印區(qū)域20,第二側(cè)面對顏色單元21A-21D中的打印頭以用于第二 側(cè)打印。圖3描繪打印機(jī)5中的介質(zhì)路徑的一部分的示意圖。在圖3中，打印區(qū)域20的雙并雙 串配置包括經(jīng)過顏色單元21A-21D的每一個(gè)中的第一組打印頭的介質(zhì)幅條的第一側(cè)14A。第 一組打印頭包括以預(yù)定圖案在介質(zhì)幅條14的第一側(cè)上形成疏水材料的布置的多個(gè)噴墨器。 幅條反轉(zhuǎn)器單元84翻轉(zhuǎn)介質(zhì)幅條14并且介質(zhì)輸送裝置將第二側(cè)14B返回到顏色單元21A-21D中的第二組打印頭的打印區(qū)域20以在介質(zhì)幅條14的第二側(cè)上形成疏水材料的布置。在 圖3的配置中，在第一側(cè)14A上打印的第一組打印頭形成第一打印區(qū)域并且在第二側(cè)HBl 打印的第二組打印頭形成第二打印區(qū)域。
[0039] 在移動(dòng)通過對流加熱器112之后，介質(zhì)輸送裝置在冷卻輥33之間移動(dòng)介質(zhì)幅條14 并且移動(dòng)到復(fù)卷單元90。例如，冷卻輥33是當(dāng)介質(zhì)幅條14在過程方向上移動(dòng)時(shí)保持均勻溫 度的兩個(gè)金屬輥。冷卻輥33從介質(zhì)幅條14和介質(zhì)幅條14中的疏水材料抽取熱以將疏水材料 冷卻和固化成穿透通過介質(zhì)幅條14中的親水材料的厚度的耐久結(jié)構(gòu)。復(fù)卷單元90包括卷軸 或其它合適的裝置從而在打印機(jī)5已在介質(zhì)幅條14中形成疏水材料結(jié)構(gòu)之后將連續(xù)介質(zhì)幅 條14返回到卷軸形式。卷軸介質(zhì)幅條從打印機(jī)5被去除并且被送至進(jìn)一步處理，如將大紙卷 切割成包含一個(gè)或多個(gè)化學(xué)測定裝置的更小片材，所述化學(xué)測定裝置包括在打印機(jī)5中形 成的疏水結(jié)構(gòu)。
[0040] 沿著介質(zhì)路徑在打印區(qū)域20之后，介質(zhì)幅條14移動(dòng)到對流加熱器112。在圖2的配 置中，對流加熱器僅僅在介質(zhì)幅條14已第二次穿過打印區(qū)域20以用于第二側(cè)打印之后接收 介質(zhì)幅條14。對流加熱器112是以與上面關(guān)于圖1A-1B和圖5相同的方式操作的兩側(cè)對流加 熱器。在打印機(jī)5中，對流加熱器112將介質(zhì)幅條14周圍的空氣加熱到在大約180°C到200°C 的范圍內(nèi)的溫度并且對流加熱器112中的風(fēng)扇在大約300立方米每分鐘到350立方米每分鐘 的范圍內(nèi)循環(huán)加熱空氣。打印機(jī)5中的介質(zhì)輸送裝置以大約1.65米每秒的速率移動(dòng)介質(zhì)幅 條14,并且對流加熱器112配置成具有沿著過程方向P的大約1.6米的長度以提供在對流加 熱器112中的略小于一秒的停留時(shí)間。對流加熱器112熔化第一側(cè)和第二側(cè)打印布置中的疏 水材料以使疏水材料能夠從兩側(cè)穿透介質(zhì)幅條14并且形成延伸通過介質(zhì)幅條14的整個(gè)厚 度的疏水結(jié)構(gòu)。
[0041] 借助于控制器50執(zhí)行打印機(jī)5的各種子系統(tǒng)、部件和功能的操作和控制?？刂破?0 用執(zhí)行編程指令的通用或?qū)Ｓ每删幊烫幚砥鲗?shí)現(xiàn)。存儲器52存儲包含執(zhí)行編程功能所需的 指令的指令代碼62。控制器50可操作地連接到存儲器52。存儲器52包括易失性數(shù)據(jù)存儲設(shè) 備，如隨機(jī)存取存儲器(RAM)，和包括磁和光盤或固態(tài)存儲設(shè)備的非易失性數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。 處理器、它們的存儲器和接口電路將控制器和/或打印引擎配置成執(zhí)行上述的功能，如差異 最小化功能。這些部件設(shè)在打印電路卡上或作為專用集成電路(ASIC)中的電路被提供。在 一個(gè)實(shí)施例中，電路的每一個(gè)用獨(dú)立的處理器裝置實(shí)現(xiàn)。替代地，電路可以用分立部件或設(shè) 在VLSI電路中的電路實(shí)現(xiàn)。而且，本文中所述的電路可以用處理器、ASIC、離散部件或VLSI 電路的組合實(shí)現(xiàn)。
[0042]如下面更詳細(xì)地所述，控制器50執(zhí)行存儲器52中的存儲程序指令62以參考對應(yīng)于 疏水材料的第一側(cè)和第二側(cè)打印布置的圖像數(shù)據(jù)64在介質(zhì)幅條14上形成打印圖案?？刂破?50操作打印頭和顏色單元21A-21D中的相應(yīng)噴墨器以參考圖像數(shù)據(jù)64在介質(zhì)幅條14上形成 疏水材料的打印布置。控制器50以壁、孔、流體通道和控制通過介質(zhì)幅條14的疏水材料的流 體的擴(kuò)散的其它結(jié)構(gòu)的形狀形成打印布置。在打印機(jī)5中，第一側(cè)和第二側(cè)圖像數(shù)據(jù)以類似 于圖6的圖示的方式成鏡像以對準(zhǔn)打印介質(zhì)14的兩側(cè)上的疏水材料的打印圖案。
[0043]圖4是用于在親水打印介質(zhì)中產(chǎn)生疏水結(jié)構(gòu)的過程400的方塊圖。在下面的論述 中，對執(zhí)行功能或動(dòng)作的過程400的引用指的是操作控制器以執(zhí)行存儲程序指令從而與打 印機(jī)中的其它部件協(xié)同執(zhí)行功能或動(dòng)作。結(jié)合圖1A、圖1B、圖2和圖3的打印系統(tǒng)實(shí)施例描述 過程400。
[0044]過程400開始于介質(zhì)輸送裝置在過程方向上以預(yù)定速度移動(dòng)打印介質(zhì)經(jīng)過第一打 印區(qū)域、第二打印區(qū)域和對流加熱器(方塊404)。如上所述，打印機(jī)實(shí)施例100、150和5的每 一個(gè)以預(yù)定速度(如大約1.65米每秒)移動(dòng)打印介質(zhì)。打印介質(zhì)在過程400期間保持運(yùn)動(dòng)而 不必停止或改變速度從而使打印疏水材料能夠穿透到打印介質(zhì)中以形成疏水結(jié)構(gòu)。
[0045]過程400繼續(xù)進(jìn)行打印機(jī)在打印介質(zhì)的第一側(cè)上形成疏水材料的第一打印布置 (方塊408)。在打印機(jī)5中，控制器50操作與介質(zhì)幅條14的第一側(cè)對準(zhǔn)的打印區(qū)域20中的噴 墨器以參考存儲在存儲器52中的第一側(cè)圖像數(shù)據(jù)64形成疏水材料的打印布置。疏水材料的 打印布置對應(yīng)于形成于打印介質(zhì)中的壁、通道、室和其它疏水結(jié)構(gòu)。
[0046]過程400繼續(xù)進(jìn)行打印機(jī)在打印介質(zhì)的第二側(cè)上與疏水材料的第一打印布置對準(zhǔn) 形成疏水材料的第二打印布置(方塊412)。如上所述，過程400的一些實(shí)施例省略疏水材料 的第二側(cè)打印并且僅僅使用在打印介質(zhì)的一側(cè)上形成的疏水材料的一個(gè)布置在打印介質(zhì) 中形成疏水結(jié)構(gòu)。第一打印區(qū)域和第二打印區(qū)域中的噴墨器在沿著過程方向彼此對準(zhǔn)的打 印介質(zhì)的相同區(qū)域中形成疏水材料的第一側(cè)和第二側(cè)打印布置。另外，打印機(jī)以鏡像配置 (如來自圖6的打印布置604和608的配置)形成疏水材料的第一側(cè)和第二側(cè)布置，從而使打 印介質(zhì)的第一側(cè)上的疏水材料與打印介質(zhì)的第二側(cè)上的相應(yīng)疏水材料對準(zhǔn)。
[0047]過程400繼續(xù)進(jìn)行打印機(jī)將具有疏水材料的第一側(cè)和第二側(cè)打印布置的打印介質(zhì) 移動(dòng)通過對流加熱器以使疏水材料能夠穿透親水打印介質(zhì)(方塊416)。如上所述，對流加熱 器112將空氣加熱到預(yù)定溫度(如在180°C到200°C的范圍內(nèi)），并且對流加熱器112中的風(fēng)扇 以大約300到350立方米每分鐘的速率循環(huán)加熱空氣。打印介質(zhì)的每個(gè)區(qū)域在對流加熱器中 的停留時(shí)間由對流加熱器的長度和在過程方向上的打印介質(zhì)的預(yù)定速度確定。例如，在圖 1A、圖IB和2的實(shí)施例中，對流加熱器具有大約1.6m的長度并且介質(zhì)輸送裝置以大約1.65 米/秒的速度移動(dòng)打印介質(zhì)持續(xù)大約0.97秒的停留時(shí)間。對流加熱器112使打印介質(zhì)的一側(cè) 或兩側(cè)上的疏水材料能夠熔化并且以受控方式穿透打印介質(zhì)從而形成延伸通過打印介質(zhì) 中的親水材料的厚度的疏水結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到上述的溫度、空氣流和停留 時(shí)間參數(shù)僅僅是本文中所述的實(shí)施例的舉例說明，并且替代的對流加熱器和打印系統(tǒng)實(shí)施 例可以配置成具有不同參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在親水打印介質(zhì)中形成疏水結(jié)構(gòu)的方法，其包括： 用介質(zhì)輸送裝置在過程方向上以預(yù)定速度將由親水材料形成的打印介質(zhì)移動(dòng)通過第 一打印區(qū)域和對流加熱器； 當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第一打印區(qū)域時(shí)用控制器操作所述第一打印區(qū)域中的 第一多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的第一側(cè)的區(qū)域上形成疏水材料的第一預(yù)定布置;以及 當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加熱器時(shí)操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成至少 一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括： 用所述介質(zhì)輸送裝置在過程方向上以所述預(yù)定速度將所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過第二打 印區(qū)域； 當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第二打印區(qū)域時(shí)用所述控制器操作所述第二打印區(qū)域 中的第二多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第二側(cè)上形成疏水材料的第二預(yù)定 布置；以及 當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加熱器時(shí)操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預(yù)定布置和所述疏水材料的第二預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所述 打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成所述至少一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器的操作和 所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器的操作還包括： 在操作所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的 第二側(cè)上形成所述疏水材料的第二預(yù)定布置之前用所述控制器操作所述第一打印區(qū)域中 的所述第一多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第一側(cè)上形成所述疏水材料的第 一預(yù)定布置。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器的操作和 所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器的操作還包括： 用所述控制器同時(shí)操作所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器和所述第二打印 區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第一側(cè)上形成所述疏水材 料的第一預(yù)定布置并且在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第二側(cè)上形成所述疏水材料的第二 預(yù)定布置。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器的操作和 所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器的操作還包括： 用所述控制器操作所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的 第二側(cè)上形成所述疏水材料的第二預(yù)定布置，所述疏水材料的第二預(yù)定布置與所述打印介 質(zhì)的第一側(cè)上的所述疏水材料的第一預(yù)定布置成鏡像布置。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述對流加熱器的操作還包括： 操作所述對流加熱器以在第一預(yù)定溫度的所述打印介質(zhì)周圍以第一預(yù)定空氣流量產(chǎn) 生處于所述第一預(yù)定溫度的加熱空氣以使所述疏水材料的第一預(yù)定布置能夠穿透親水襯 底以在預(yù)定時(shí)期內(nèi)在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成所述至少一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述對流加熱器的操作還包括： 產(chǎn)生在大約180攝氏度到200攝氏度之間的范圍內(nèi)的所述第一預(yù)定溫度的加熱空氣。8. -種噴墨打印機(jī)，其包括： 第一打印區(qū)域，所述第一打印區(qū)域包括配置成將疏水材料的滴噴射到由親水材料形成 的打印介質(zhì)的第一側(cè)上的第一多個(gè)噴墨器； 對流加熱器； 介質(zhì)輸送裝置，所述介質(zhì)輸送裝置配置成在過程方向上將所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述 第一打印區(qū)域和所述對流加熱器；以及 控制器，所述控制器可操作地連接到所述第一打印區(qū)域中的所述第一多個(gè)噴墨器、所 述對流加熱器和所述介質(zhì)輸送裝置，所述控制器配置成： 操作所述介質(zhì)輸送裝置以在過程方向上以預(yù)定速度移動(dòng)所述打印介質(zhì)； 當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第一打印區(qū)域時(shí)操作所述第一打印區(qū)域中的所述第一 多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的第一側(cè)的區(qū)域上形成疏水材料的第一預(yù)定布置;以及 當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加熱器時(shí)操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成至少 一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的打印機(jī)，其還包括： 第二打印區(qū)域，所述第二打印區(qū)域包括配置成將所述疏水材料的滴噴射到所述打印介 質(zhì)的第二側(cè)上的第二多個(gè)噴墨器;并且 所述控制器可操作地連接到所述第二多個(gè)噴墨器并且還配置成： 當(dāng)所述打印介質(zhì)移動(dòng)通過所述第二打印區(qū)域時(shí)操作所述第二打印區(qū)域中的所述第二 多個(gè)噴墨器以將疏水材料的第二預(yù)定布置噴射在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第二側(cè)上；以 及 當(dāng)所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域移動(dòng)通過所述對流加熱器時(shí)操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預(yù)定布置和所述疏水材料的第二預(yù)定布置能夠穿透親水襯底以在所述 打印介質(zhì)的所述區(qū)域內(nèi)形成所述至少一個(gè)疏水結(jié)構(gòu)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的打印機(jī)，所述控制器還配置成： 在操作所述第二打印區(qū)域中的所述第二多個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的 第二側(cè)上形成所述疏水材料的第二預(yù)定布置之前操作所述第一打印區(qū)域中的所述第一多 個(gè)噴墨器以在所述打印介質(zhì)的所述區(qū)域的第一側(cè)上形成所述疏水材料的第一預(yù)定布置。
【文檔編號】B41J2/01GK106042666SQ201610160599
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月21日 公開號201610160599.4, CN 106042666 A, CN 106042666A, CN 201610160599, CN-A-106042666, CN106042666 A, CN106042666A, CN201610160599, CN201610160599.4
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