用于在親水打印介質中形成疏水結構的系統和方法

用于在親水打印介質中形成疏水結構的系統和方法
【專利摘要】本發明提供一種在親水打印介質中形成疏水結構的方法，所述方法包括操作多個噴墨器以在以預定速度在過程方向上移動的打印介質的第一側上形成疏水材料的布置。所述方法還包括以預定速度將打印介質移動通過對流加熱器以使疏水材料能夠穿透打印介質以在打印介質內形成疏水結構。
【專利說明】
用于在親水打印介質中形成疏水結構的系統和方法
技術領域
[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和方法，并且更 特別地，涉及用于在噴墨打印系統中的親水打印介質中形成疏水結構的系統和方法。
【背景技術】
[0002] 紙基化學測定裝置包括紙質襯底，在紙中形成流體通道和其它流體結構的蠟，以 及一種或多種試劑。紙基化學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）中執行生物化學測定和診斷的生物醫學測試裝置。裝置是小的、輕質的和低成本 的，并且舉例來說作為診斷裝置在衛生保健、軍事和國土安全中具有潛在的應用。由于蠟打 印在紙上之后蠟通道的不受控回流，現有技術的紙質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襯底上的蠟的現有技術的過 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襯底加熱到大約150Γ的溫度。整個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。現有技術的回流烘箱可以用于生物醫學裝置的小批量生產。當回流烘箱保持紙 時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的烘箱的現有技術的烘箱不適合在包括形成于紙質襯底內的結構的生 物醫學裝置和其它裝置的大規模生產中使用。例如，在一個實施例中切割片材噴墨打印機 在紙的單個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 紙的片材持續兩分鐘以使蠟能夠穿透紙。然而，以高效方式大量生產大量的生物醫學裝置 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模噴墨打印系統。現有技術的 回流烘箱對于用大規模打印系統大量生產生物醫學裝置是不切實際的。因此，不需要現有 技術的回流烘箱的用于生產生物醫學裝置的改進方法和系統將是有益的。

【發明內容】

[0005] 在一個實施例中，已開發一種在親水打印介質中形成疏水結構的方法。所述方法 包括:用介質輸送裝置在過程方向上以預定速度將由親水材料形成的打印介質移動通過第 一打印區域和對流加熱器;當所述打印介質移動通過所述第一打印區域時用控制器操作所 述第一打印區域中的第一多個噴墨器以在所述打印介質的第一側的區域上形成疏水材料 的第一預定布置；以及當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加熱器時操作所述對 流加熱器以使所述疏水材料的第一預定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質的所述 區域內形成至少一個疏水結構。
[0006] 在另一實施例中，已開發一種配置成在親水打印介質中形成疏水結構的噴墨打印 機。所述打印機包括:第一打印區域，所述第一打印區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的第一側上的第一多個噴墨器;對流加熱器;介質輸送裝置，所 述介質輸送裝置配置成在過程方向上將所述打印介質移動通過所述第一打印區域和所述 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域中的所述第一多 個噴墨器、所述對流加熱器和所述介質輸送裝置。所述控制器配置成:操作所述介質輸送裝 置以在過程方向上以預定速度移動所述打印介質；當所述打印介質移動通過所述第一打印 區域時操作所述第一打印區域中的所述第一多個噴墨器以在所述打印介質的第一側的區 域上形成疏水材料的第一預定布置；以及當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加 熱器時操作所述對流加熱器以使所述疏水材料的第一預定布置能夠穿透親水襯底以在所 述打印介質的所述區域內形成至少一個疏水結構。
【附圖說明】
[0007] 在結合附圖進行的以下描述中解釋在親水襯底中形成疏水結構的裝置的前述方 面和其它特征。
[0008] 圖IA是在親水打印介質中形成疏水結構的噴墨打印系統的示意圖。
[0009 ]圖IB是在親水打印介質中形成疏水結構的噴墨打印系統的另一實施例的示意圖。 [001 0]圖2是在親水打印介質中形成疏水結構的噴墨打印機的另一實施例的示意圖。
[0011] 圖3是圖2的打印機中的介質路徑的一部分的示意圖。
[0012] 圖4是用于在親水打印介質中形成疏水結構的過程的方塊圖。
[0013]圖5是描繪包含在圖IA、圖IB和圖2的打印系統中的對流加熱器的示意圖。
[0014]圖6是描繪在親水打印介質的相對側上形成的疏水結構的兩個布置的圖示。
[0015] 圖7A是熔化形成于襯底的表面上的疏水材料的現有技術的回流烘箱的圖示。
[0016] 圖7B是描繪在現有技術的散布過程中在圖7A的回流烘箱中的襯底上的疏水材料 的散布的圖示。
【具體實施方式】
[0017] 為了本文中所公開的系統和方法的環境以及系統和方法的細節的一般理解，參考 附圖。在附圖中，始終使用相似的附圖標記來表示相似的元件。當在本文中使用時，詞語"打 印機"包含用樹脂或著色劑在介質上產生圖像的任何裝置，如數字復印機、編書機、傳真機、 多功能機等。在下面的描述中，打印機還配置成將熔融蠟、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是噴墨打印機并且在一些實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施例使用沒 有著色或具有適合與化學測定裝置一起使用的任何著色的疏水材料。
[0018] 打印機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）的毛細流動的疏水結構 (包括通道和屏障）。
[0019] 當在本文中使用時，術語"親水材料"和"親水襯底"指的是吸收水并且能夠經由毛 細作用通過材料擴散水的材料。親水襯底的一個普通例子是紙，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散的其它疏水結構。
[0020]當在本文中使用時，術語"疏水材料"指的是抵抗附著到水并且通過毛細作用實質 上不透水流的任何材料。當嵌入多孔襯底(如紙）中時，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擴散。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 過襯底的毛細擴散的其它結構的疏水結構。在一個實施例中，襯底也包括用于測試流體樣 本的各種性質的生物化學試劑。疏水材料形成通道以將流體引導到具有化學試劑的淀積物 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質上化學惰性的，從而減小或 消除疏水材料與流體之間的化學反應。流體的單個樣本通過襯底中的通道擴散以與襯底的 不同位置的不同試劑反應，從而提供用于對單個的流體樣本執行多個生物化學測試的簡單 和低成本裝置。
[0021 ]當在本文中使用時，術語"相變材料"指的是在室溫和標準大氣壓(例如，20 °C和一 個大氣壓)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。當在本文中使用時，術語"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。一些噴墨打印機將液化相變墨滴 噴射到間接圖像接收表面(如旋轉鼓或環形帶)上以形成墨潛像。墨潛像轉印到襯底(如紙 片材）。其它噴墨打印機將墨滴直接噴射到打印介質（如紙片材或長形紙卷)上。在液態下， 相變墨材料可以穿透多孔襯底，如紙。
[0022] 在傳統噴墨打印機中，相變墨轉印到襯底的一側，可選地在雙面打印操作中將不 同相變墨圖像轉印到襯底的兩側。打印機將相變墨滴散布在襯底的表面上，并且相變墨圖 像在打印介質的表面上冷卻和固化以形成打印圖像。然而下面所述的實施例將熱和壓力施 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構的噴墨打印系統100的示意圖。系統 100包括第一側打印區域104,第二側打印區域108,兩側對流加熱器112,和數字控制器120。 第一側打印區域104和第二側打印區域108均包括具有多個噴墨器的至少一個打印頭。噴墨 器噴射疏水材料的滴以在親水打印介質152的第一和第二側上形成疏水材料的預定打印布 置。數字控制器120(如數字微處理器或微控制器)控制打印區域104和108中的打印頭以及 打印機100中的其它部件的操作。在系統100中，打印介質152是連續打印介質，如紙或其它 親水襯底材料的長形卷。在系統100中介質輸送裝置(未顯示)將長形打印介質150在過程方 向P上移動經過第一側打印區域104、第二側打印區域108和兩側對流加熱器112。介質輸送 裝置的典型實施例使用一個或多個輥和致動器來支撐并且在過程方向P上以預定速度移動 打印介質152。
[0024] 在操作期間，打印介質152在過程方向P上移動通過第一打印區域104和第二打印 區域108。第一打印區域104中的噴墨器噴射疏水材料的滴以在打印介質152的第一側的區 域上形成第一預定布置160。打印介質152繼續移動經過第二側打印區域108,在該處第二多 個噴墨器噴射疏水材料的滴以在打印介質152的第二側上形成第二布置162。在打印機100 中，打印區域104和108包括在打印介質152的相同區域的兩個不同側上形成疏水材料的打 印布置的獨立打印頭。在其它實施例中，介質輸送裝置包括雙工裝置，其將打印介質返回到 第一打印區域以便打印頭在打印介質的第二側上打印。盡管圖IA描繪在打印介質的兩側上 形成疏水材料的打印布置的雙面打印系統，但是替代打印機系統僅僅在打印介質的一側上 形成疏水材料的布置。
[0025]打印區域104和108在打印介質152的兩側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穿透打印介質并且融合在一起以在打印介質152的親水材料中形 成疏水結構。例如，圖6描繪由疏水材料形成的流體測試室的兩個打印布置604和608。布置 608中的打印圖案沿著線612相對于布置604中的相應打印圖案成鏡像。控制器120操作打印 區域104和108中的噴墨器以在打印介質152的兩側上形成彼此對準的疏水材料的鏡像布 置。
[0026] 再次參考圖1A，打印介質繼續在過程方向P上移動通過兩側對流加熱器112。兩側 對流加熱器112包括至少一個加熱元件，如電加熱器，和至少一個風扇。加熱元件在對流加 熱器112內生成熱以將空氣升溫到預定溫度，并且風扇在打印介質周圍循環升溫空氣以促 進從加熱器112到形成于打印介質的第一和第二側上的疏水材料的對流熱傳遞。圖5更詳細 地描繪兩側對流加熱器112的一個實施例。在圖5的實施例中，對流加熱器112包括相應地位 于打印介質152的第一和第二側的兩個加熱器元件504A和504B。對流加熱器112也包括相應 地在打印介質152的第一和第二側周圍循環加熱空氣的兩個風扇508A和508B。
[0027] 在對流加熱器112中，形成于打印介質152的第一和第二側上的疏水材料軟化和熔 化。熔融疏水材料穿透到打印介質152的多孔親水材料中以形成延伸通過打印介質152的厚 度的疏水結構。在打印介質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152中形成耐久疏水結構。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項從疏水材料的性質經驗地確定。孔隙直徑D從形成打印介質152的 紙或其它親水材料的類型經驗地確定。當疏水材料和襯底沿著介質路徑移動通過對流加熱 器時對流加熱器對疏水材料的粘度η具有直接或間接控制。打印機控制承載疏水材料的兩 個層的打印介質的速度以控制對應于疏水材料在液化狀態下在對流加熱器中保持多久的 時間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。液化疏水材料的粘度與材料的溫度逆相關。對流加熱器施加受控加熱過程以 使形成于打印介質的兩側上的疏水材料能夠以可控方式穿透到打印介質中。疏水材料的兩 個層在親水打印介質內融合以形成延伸通過打印介質的大致整個厚度的流體通道和其它 疏水結構。
[0029] 如上所述，打印系統100控制對流加熱器112中的溫度和空氣流以及打印介質152 的每個區域在對流加熱器112中花費的時間的量以控制疏水材料熔化和散布到打印介質 152中。在一個配置中，對流加熱器112升溫具有大約1.6米的長度的打印介質152的區域。打 印介質在對流加熱器112中的"停留時間"指的是打印介質上的每個位置在對流加熱器112 內花費的時間的量。例如，在介質輸送裝置以1.65米每秒的速率移動打印介質152的實施例 中，在對流加熱器112中的停留時間為大約0.97秒。在一個配置中，加熱器504A和504B將對 流加熱器112中的空氣加熱到大約190 °C并且風扇508A和508B以大約325立方米每分鐘的速 率循環加熱空氣。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的范圍內的溫度并且風扇508A和508B在大約300立方米每分鐘到350立方米每分鐘的 范圍內循環空氣。
[0030] 圖IB示出噴墨打印系統150的另一實施例的示意圖。噴墨打印系統150也包括打印 系統100的第一打印區域104,第二打印區域108,兩側對流加熱器112,和控制器120。在圖IB 的配置中，第一打印區域104和第二打印區域108配置成同時將疏水材料的滴相應地噴射到 打印介質152的第一側和第二側上。因此，在圖IB的配置中，與第二打印區域108的噴墨器形 成疏水材料的第二側布置162的操作同時地，第一打印區域104中的噴墨器形成疏水材料的 第一側布置160。
[0031] 在圖IA和圖IB的兩個實施例中，介質輸送裝置以大致均勻的速度將連續打印介質 152移動經過第一打印區域104、第二打印區域108和兩側對流加熱器112以在打印介質152 的親水材料中形成打印疏水結構170。當打印介質152繼續在過程方向P上移動時兩側對流 加熱器112控制第一側布置160和第二側布置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152。在系統100和150的一個實施例中，介質輸送裝置以大約 1.65米每秒的速率移動打印介質152,并且打印介質152的每個位置在大約一秒內移動通過 兩側對流加熱器112。因此，兩側對流加熱器112在大約一秒而不是現有技術的回流烘箱所 需的若干分鐘內熔化第一布置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的厚度的疏水結構170。
[0032] 圖2描繪配置成在親水連續打印介質中形成疏水結構的噴墨打印機5的另一實施 例。圖2是面向片材、連續介質、相變噴墨打印機5,其配置成使用定位在打印機中的打印區 域中的多個打印頭生成疏水材料的打印布置。介質供應和操作系統配置成供應來自介質源 (如安裝在幅條輥8上的介質的卷筒10)的"襯底"的介質14的長(即，基本上連續的）幅條。例 如，對于單面打印，打印機包括幅條輥8,介質調節器16,打印區域或打印站20,和復卷單元 90。對于雙面操作，幅條反轉器84用于翻轉幅條以在由復卷單元90卷取之前將介質的第二 側提供給打印站20。在單面操作中，介質源10具有的寬度基本上覆蓋介質在其上行進通過 打印機的輥12和26的寬度。在雙面操作中，介質源具有的寬度是輥的寬度的大約一半。因 此，幅條在由反轉器84翻轉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，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。復卷單 元90配置成將幅條卷繞到輥上以便從打印機去除并且隨后處理。
[0033]介質可以在需要時從源10解卷并且由旋轉一個或多個輥的各種馬達(未顯示）推 進。介質調節器包括輥12和預加熱器18。當介質沿著通過打印機的路徑移動時輥12控制解 卷介質的張力。在替代實施例中，介質可以沿著路徑以切割片材的形式被輸送，在該情況下 介質供應和操作系統可以包括使切割介質片材能夠沿著通過成像裝置的預期路徑輸送的 任何合適的裝置或結構。預加熱器18使幅條達到針對對應于正在打印的介質的類型以及正 在使用的墨的類型、顏色和數量的期望圖像特性選擇的初始預定溫度。預加熱器18可以使 用接觸、輻射、傳導或對流熱使介質達到目標預熱溫度，在一個實際的實施例中所述目標預 熱溫度在約30 °C到約70 °C的范圍內。
[0034]介質被輸送通過包括一系列顏色單元21A、21B、21C和21D的打印站20,每個顏色單 元有效地延伸橫越介質的寬度并且能夠將標記劑直接(即，不使用中間或偏移部件)置于移 動介質上。控制器50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 每一個包括在交叉過程方向上以交錯布置定位在介質幅條14上方的多個打印頭。在一些實 施例中顏色單元21A-21D中的至少一個將疏水材料的滴噴射到介質幅條14的表面上。在一 些實施例中，多個顏色單元噴射疏水材料以在形成于介質幅條14的表面上的打印布置中形 成疏水材料的更厚層。在一些實施例中，顏色單元21A-21D中的一個或多個噴射墨或其它標 記劑的滴，其在介質幅條的表面上形成打印文本和圖形，以及在介質幅條14的親水材料內 形成疏水結構的疏水材料的布置。
[0035]在操作期間，打印機的控制器50接收來自鄰近定位在與四個打印頭相對的路徑的 部分的任一側的輥安裝的編碼器的速度數據以計算當移動經過打印頭時的幅條的位置。控 制器50使用這些數據生成定時信號以便致動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幅條14的第一和第二側上從而在介質幅條1 內形成疏水結構。由觸發信號致動的噴墨器對應于由控制器50處理的圖像數據。圖像數據 可以傳輸到打印機，由作為打印機的部件的掃描儀(未顯不)生成，或者以另外方式電子地 或光學地生成并且傳送到打印機。在各種替代實施例中，打印機5包括不同數量的顏色單 J L 〇
[0036]相應的背襯部件24A-24D相應地與顏色單元21A-21D的每一個關聯。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的后側。每個背襯部件用 于將介質定位在離與背襯部件相對的打印頭預定距離處。在圖2的實施例中，每個背襯部件 包括加熱器，所述加熱器發射熱能以將介質加熱到預定溫度，在一個實際的實施例中，所述 預定溫度在約40°C到約60°C的范圍內。可以單獨地或集體地控制各種背襯部件。預加熱器 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 徑的部分的介質保持在約40°C到約70°C的預定溫度范圍內。
[0037] 當部分成像介質幅條14移動以接收來自打印區域20的打印頭的各種顏色的墨時， 打印機5將介質幅條的溫度保持在指定范圍內。顏色單元21A-21D中的打印頭以典型地明顯 高于介質幅條14的溫度的溫度噴射疏水材料。因此，墨加熱介質。所以，其它溫度調節裝置 可以用于將介質溫度保持在預定范圍內。例如，在介質前面和后面的空氣溫度和空氣流量 也可以影響介質溫度。因此，吹風機或風扇可以用于便于介質溫度的控制。因此，打印機5將 介質幅條14的溫度保持在適合于從打印區域20的打印頭噴射所有墨的范圍內。溫度傳感器 (未顯示)可以沿著介質路徑的該部分定位以允許介質溫度的調節。
[0038] 在打印機5中，介質輸送裝置針對第一和第二側打印將介質幅條14移動通過打印 區域20兩次。在第一次穿過打印區域20之后幅條反轉器84翻轉介質幅條14并且介質輸送裝 置將介質幅條14返回到打印區域20,第二側面對顏色單元21A-21D中的打印頭以用于第二 側打印。圖3描繪打印機5中的介質路徑的一部分的示意圖。在圖3中，打印區域20的雙并雙 串配置包括經過顏色單元21A-21D的每一個中的第一組打印頭的介質幅條的第一側14A。第 一組打印頭包括以預定圖案在介質幅條14的第一側上形成疏水材料的布置的多個噴墨器。 幅條反轉器單元84翻轉介質幅條14并且介質輸送裝置將第二側14B返回到顏色單元21A-21D中的第二組打印頭的打印區域20以在介質幅條14的第二側上形成疏水材料的布置。在 圖3的配置中，在第一側14A上打印的第一組打印頭形成第一打印區域并且在第二側HBl 打印的第二組打印頭形成第二打印區域。
[0039] 在移動通過對流加熱器112之后，介質輸送裝置在冷卻輥33之間移動介質幅條14 并且移動到復卷單元90。例如，冷卻輥33是當介質幅條14在過程方向上移動時保持均勻溫 度的兩個金屬輥。冷卻輥33從介質幅條14和介質幅條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幅條14中的親水材料的厚度的耐久結構。復卷單元90包括卷軸 或其它合適的裝置從而在打印機5已在介質幅條14中形成疏水材料結構之后將連續介質幅 條14返回到卷軸形式。卷軸介質幅條從打印機5被去除并且被送至進一步處理，如將大紙卷 切割成包含一個或多個化學測定裝置的更小片材，所述化學測定裝置包括在打印機5中形 成的疏水結構。
[0040] 沿著介質路徑在打印區域20之后，介質幅條14移動到對流加熱器112。在圖2的配 置中，對流加熱器僅僅在介質幅條14已第二次穿過打印區域20以用于第二側打印之后接收 介質幅條14。對流加熱器112是以與上面關于圖1A-1B和圖5相同的方式操作的兩側對流加 熱器。在打印機5中，對流加熱器112將介質幅條14周圍的空氣加熱到在大約180°C到200°C 的范圍內的溫度并且對流加熱器112中的風扇在大約300立方米每分鐘到350立方米每分鐘 的范圍內循環加熱空氣。打印機5中的介質輸送裝置以大約1.65米每秒的速率移動介質幅 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間。對流加熱器112熔化第一側和第二側打印布置中的疏 水材料以使疏水材料能夠從兩側穿透介質幅條14并且形成延伸通過介質幅條14的整個厚 度的疏水結構。
[0041] 借助于控制器50執行打印機5的各種子系統、部件和功能的操作和控制。控制器50 用執行編程指令的通用或專用可編程處理器實現。存儲器52存儲包含執行編程功能所需的 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包括易失性數據存儲設 備，如隨機存取存儲器(RAM)，和包括磁和光盤或固態存儲設備的非易失性數據存儲設備。 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行上述的功能，如差異 最小化功能。這些部件設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 一個實施例中，電路的每一個用獨立的處理器裝置實現。替代地，電路可以用分立部件或設 在VLSI電路中的電路實現。而且，本文中所述的電路可以用處理器、ASIC、離散部件或VLSI 電路的組合實現。
[0042]如下面更詳細地所述，控制器50執行存儲器52中的存儲程序指令62以參考對應于 疏水材料的第一側和第二側打印布置的圖像數據64在介質幅條14上形成打印圖案。控制器 50操作打印頭和顏色單元21A-21D中的相應噴墨器以參考圖像數據64在介質幅條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幅條14的疏水材料的流 體的擴散的其它結構的形狀形成打印布置。在打印機5中，第一側和第二側圖像數據以類似 于圖6的圖示的方式成鏡像以對準打印介質14的兩側上的疏水材料的打印圖案。
[0043]圖4是用于在親水打印介質中產生疏水結構的過程400的方塊圖。在下面的論述 中，對執行功能或動作的過程400的引用指的是操作控制器以執行存儲程序指令從而與打 印機中的其它部件協同執行功能或動作。結合圖1A、圖1B、圖2和圖3的打印系統實施例描述 過程400。
[0044]過程400開始于介質輸送裝置在過程方向上以預定速度移動打印介質經過第一打 印區域、第二打印區域和對流加熱器(方塊404)。如上所述，打印機實施例100、150和5的每 一個以預定速度(如大約1.65米每秒)移動打印介質。打印介質在過程400期間保持運動而 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中以形成疏水結構。
[0045]過程400繼續進行打印機在打印介質的第一側上形成疏水材料的第一打印布置 (方塊408)。在打印機5中，控制器50操作與介質幅條14的第一側對準的打印區域20中的噴 墨器以參考存儲在存儲器52中的第一側圖像數據64形成疏水材料的打印布置。疏水材料的 打印布置對應于形成于打印介質中的壁、通道、室和其它疏水結構。
[0046]過程400繼續進行打印機在打印介質的第二側上與疏水材料的第一打印布置對準 形成疏水材料的第二打印布置(方塊412)。如上所述，過程400的一些實施例省略疏水材料 的第二側打印并且僅僅使用在打印介質的一側上形成的疏水材料的一個布置在打印介質 中形成疏水結構。第一打印區域和第二打印區域中的噴墨器在沿著過程方向彼此對準的打 印介質的相同區域中形成疏水材料的第一側和第二側打印布置。另外，打印機以鏡像配置 (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和第二側布置，從而使打 印介質的第一側上的疏水材料與打印介質的第二側上的相應疏水材料對準。
[0047]過程400繼續進行打印機將具有疏水材料的第一側和第二側打印布置的打印介質 移動通過對流加熱器以使疏水材料能夠穿透親水打印介質(方塊416)。如上所述，對流加熱 器112將空氣加熱到預定溫度(如在180°C到200°C的范圍內），并且對流加熱器112中的風扇 以大約300到350立方米每分鐘的速率循環加熱空氣。打印介質的每個區域在對流加熱器中 的停留時間由對流加熱器的長度和在過程方向上的打印介質的預定速度確定。例如，在圖 1A、圖IB和2的實施例中，對流加熱器具有大約1.6m的長度并且介質輸送裝置以大約1.65 米/秒的速度移動打印介質持續大約0.97秒的停留時間。對流加熱器112使打印介質的一側 或兩側上的疏水材料能夠熔化并且以受控方式穿透打印介質從而形成延伸通過打印介質 中的親水材料的厚度的疏水結構。本領域的技術人員將認識到上述的溫度、空氣流和停留 時間參數僅僅是本文中所述的實施例的舉例說明，并且替代的對流加熱器和打印系統實施 例可以配置成具有不同參數。
【主權項】
1. 一種在親水打印介質中形成疏水結構的方法，其包括： 用介質輸送裝置在過程方向上以預定速度將由親水材料形成的打印介質移動通過第 一打印區域和對流加熱器； 當所述打印介質移動通過所述第一打印區域時用控制器操作所述第一打印區域中的 第一多個噴墨器以在所述打印介質的第一側的區域上形成疏水材料的第一預定布置;以及 當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加熱器時操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質的所述區域內形成至少 一個疏水結構。2. 根據權利要求1所述的方法，其還包括： 用所述介質輸送裝置在過程方向上以所述預定速度將所述打印介質移動通過第二打 印區域； 當所述打印介質移動通過所述第二打印區域時用所述控制器操作所述第二打印區域 中的第二多個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的第二側上形成疏水材料的第二預定 布置；以及 當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加熱器時操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預定布置和所述疏水材料的第二預定布置能夠穿透親水襯底以在所述 打印介質的所述區域內形成所述至少一個疏水結構。3. 根據權利要求2所述的方法，所述第一打印區域中的所述第一多個噴墨器的操作和 所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器的操作還包括： 在操作所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的 第二側上形成所述疏水材料的第二預定布置之前用所述控制器操作所述第一打印區域中 的所述第一多個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的第一側上形成所述疏水材料的第 一預定布置。4. 根據權利要求2所述的方法，所述第一打印區域中的所述第一多個噴墨器的操作和 所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器的操作還包括： 用所述控制器同時操作所述第一打印區域中的所述第一多個噴墨器和所述第二打印 區域中的所述第二多個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的第一側上形成所述疏水材 料的第一預定布置并且在所述打印介質的所述區域的第二側上形成所述疏水材料的第二 預定布置。5. 根據權利要求2所述的方法，所述第一打印區域中的所述第一多個噴墨器的操作和 所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器的操作還包括： 用所述控制器操作所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器以在所述打印介質的 第二側上形成所述疏水材料的第二預定布置，所述疏水材料的第二預定布置與所述打印介 質的第一側上的所述疏水材料的第一預定布置成鏡像布置。6. 根據權利要求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定溫度的所述打印介質周圍以第一預定空氣流量產 生處于所述第一預定溫度的加熱空氣以使所述疏水材料的第一預定布置能夠穿透親水襯 底以在預定時期內在所述打印介質的所述區域內形成所述至少一個疏水結構。7. 根據權利要求6所述的方法，所述對流加熱器的操作還包括： 產生在大約180攝氏度到200攝氏度之間的范圍內的所述第一預定溫度的加熱空氣。8. -種噴墨打印機，其包括： 第一打印區域，所述第一打印區域包括配置成將疏水材料的滴噴射到由親水材料形成 的打印介質的第一側上的第一多個噴墨器； 對流加熱器； 介質輸送裝置，所述介質輸送裝置配置成在過程方向上將所述打印介質移動通過所述 第一打印區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域中的所述第一多個噴墨器、所 述對流加熱器和所述介質輸送裝置，所述控制器配置成： 操作所述介質輸送裝置以在過程方向上以預定速度移動所述打印介質； 當所述打印介質移動通過所述第一打印區域時操作所述第一打印區域中的所述第一 多個噴墨器以在所述打印介質的第一側的區域上形成疏水材料的第一預定布置;以及 當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加熱器時操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預定布置能夠穿透親水襯底以在所述打印介質的所述區域內形成至少 一個疏水結構。9. 根據權利要求8所述的打印機，其還包括： 第二打印區域，所述第二打印區域包括配置成將所述疏水材料的滴噴射到所述打印介 質的第二側上的第二多個噴墨器;并且 所述控制器可操作地連接到所述第二多個噴墨器并且還配置成： 當所述打印介質移動通過所述第二打印區域時操作所述第二打印區域中的所述第二 多個噴墨器以將疏水材料的第二預定布置噴射在所述打印介質的所述區域的第二側上；以 及 當所述打印介質的所述區域移動通過所述對流加熱器時操作所述對流加熱器以使所 述疏水材料的第一預定布置和所述疏水材料的第二預定布置能夠穿透親水襯底以在所述 打印介質的所述區域內形成所述至少一個疏水結構。10. 根據權利要求9所述的打印機，所述控制器還配置成： 在操作所述第二打印區域中的所述第二多個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的 第二側上形成所述疏水材料的第二預定布置之前操作所述第一打印區域中的所述第一多 個噴墨器以在所述打印介質的所述區域的第一側上形成所述疏水材料的第一預定布置。
【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
【發明人】J·M·小費拉拉, J·周, W·A·布加, N·Y·賈
【申請人】施樂公司