具有聚合物層的凸壓印模具的製作方法

2023-08-13 09:13:26 1

背景技術：

通常，凸壓印過程基於實施凸壓印形狀的凸壓印模具的使用，其中，利用特定水平的壓力相對於凸壓印模具來擠壓基材，以便於在基材中產生與凸壓印形狀相對應的永久凸起或凹陷的區域。

貫穿說明書和權利要求使用的術語「凸壓印」涉及根據特定設計在基材中產生凸起和凹陷區域的過程。

附圖說明

在以下具體實施方式中參考附圖描述了特定示例，附圖中：

圖1a和圖1b示出了凸壓印裝置的示意圖；

圖2a和圖2b示出了又一裝置的示意圖；

圖3示出了凸壓印鼓製造裝置的示意圖；

圖4示出了凸壓印板製造裝置的示意圖；並且

圖5示出了凸壓印模具製造過程的流程圖。

具體實施方式

圖1a和圖1b示出了兩個凸壓印裝置10、10』的示意圖。每個凸壓印裝置10、10』具有第一模具12、12』和第二模具14、14』。就此而言，貫穿說明書和權利要求使用的術語「模具」指可以用於凸壓印或凹壓印基材的部分的任何結構，即，具有當利用特定水平的壓力相對於模具擠壓基材時，在基材中產生永久凸起或凹陷的區域的三維表面的任何物體。

根據圖1a和圖1b可見，第一模具12、12』中的每一個具有第一主體16、16』，由粘附至第一主體16、16』的表面的第一聚合物層18在第一主體16、16』上形成凸壓印形狀。在圖1a和圖1b的特定示例中，由第一聚合物層18形成的凸壓印形狀包括尺寸相等的兩個凸壓印部分。

同樣地，第二模具14、14』中的每一個具有第二主體20、20』，由粘附至第二主體20、20』的表面的第二聚合物層22在第二主體20、20』上形成背景。由第二聚合物層22形成的背景與由第一聚合物層18形成的凸壓印形狀相對應，即，形成凸壓印形狀的第一聚合物層18的凸壓印部分適配至形成背景的第二聚合物層22的凹壓印部分中。

在示例中，當第一聚合物層18的凸壓印部分伸入第二聚合物層22的凹壓印部分中時，在凸壓印部分的外圍邊緣與圍繞凸壓印部分的凹壓印部分的邊緣之間保持一間隙，因此為夾在凸壓印部分與凹壓印部分之間的基材給出了空間。因此，表述「適配至……中」旨在包括其中凸壓印部分並未完全填滿對應的凹壓印部分的情形。

第一聚合物層18和第二聚合物層22可以是具有凸壓印或凹壓印部分的連續層。然而，第一聚合物層18和第二聚合物層22也可以由分布在第一主體16、16』或第二主體20、20』的表面之上的分立部分形成，其中凸壓印部分通過存在第一聚合物層18或第二聚合物層22而形成，而凹壓印部分通過在第一主體16、16』或第二主體20、20』的表面上缺失第一聚合物層18或第二聚合物層22而形成。在這點上，術語「凹壓印部分」旨在包括缺乏聚合物層，即，旨在包括第一聚合物層18或第二聚合物層22中的開口區域。

此外，第一聚合物層18或第二聚合物層22的凸壓印或凹壓印部分可以具有相同的高度或深度，但是也可以具有不同的高度和深度。例如，第一凹壓印部分可以由第一聚合物層18或第二聚合物層22中的開口區域形成，而具有較小深度的第二凹壓印部分可以由第一聚合物層18或第二聚合物層22的較薄部分形成。

另外，儘管圖1a和圖1b示出了採用用於旋轉凸壓印的鼓和用於板式凸壓印的板的形式的第一主體16和第二主體20，但清楚的是，主體16、16』、20、20』可以採取任何形式，所示的旋轉模具12、14以及板式模具12』、14』是特定示例。

每個裝置10、10』具有在第一模具12、12』與第二模具14、14』之間引導基材26(例如，要被凸壓印的紙或其他材料的片或卷)的送料器24。在這點上，送料器24可以包括片導軌或卷導軌，即，引導片或卷沿著預定義的路徑從基材倉經過第一模具12、12』和第二模具14、14』至輸出終端的元件。

當送料器24在第一模具12、12』與第二模具14、14』之間引導基材26時，由第一聚合物層18形成的凸壓印形狀的兩個凸起部分將基材26按壓至背景22的對應的凹陷部分中，由此在基材26中產生導致基材26的永久凸起和凹陷的區域的尖銳彎曲。

基材26的凸起和凹陷區域的表面的高度和深度分別取決於凸壓印形狀的凸起(凸壓印)部分的高度以及對應的背景的凹陷(凹壓印)部分的深度。例如，由第一聚合物層18形成的凸壓印形狀的凸起部分的高度可以大於25微米或大於50微米。即，由第一聚合物層18的凸起部分形成的凸壓印形狀與第一聚合物層18的不形成與凸壓印形狀相對應的設計的部分的表面之間的高度差可以大於25微米或大於50微米。類似地，由第二聚合物層22形成的背景的凹陷部分的深度可以大於25微米或大於50微米。即，第二聚合物層22的凹陷部分與第二聚合物層22的不形成要被凸壓印的設計的部分的表面之間的高度差可以大於25微米或大於50微米。

在示例中，第一聚合物層18和第二聚合物層22是被列印至第一主體16、16』和第二主體20、20』上的光敏聚合物層，而第一主體16、16』和第二主體20、20』安裝在凸壓印裝置10、10』中。

例如，如圖2a和圖2b中所示的，與圖1a和圖1b中所示的裝置10、10』相對應的裝置28、28』包括噴墨列印頭30，噴墨列印頭30分別將第一聚合物層18和第二聚合物層22直接列印至第一主體16、16』和第二主體20、20』的表面上。可替代地，第一主體16、16』和第二主體20、20』的表面可以提供有聚合物、塑料或紙層、或者適用於預先(即在列印第一光敏聚合物層18和第二光敏聚合物層22之前)在其上列印光敏聚合物滴劑的任何其他材料。

儘管圖2a和圖2b示出了兩個噴墨列印頭30，但在裝置28、28』中可以分別存在一個噴墨列印頭30或者例如堆疊在一行中的大量噴墨列印頭30，以節省成本和加速列印過程。例如，單個噴墨列印頭30可以安裝在軸承上，軸承允許將噴墨列印頭30旋轉至不同方向或者將噴墨列印頭30移動至不同位置，以使得噴墨列印頭30能將第一聚合物層18和第二聚合物層22連續地直接列印到第一主體16、16』和第二主體20、20』的表面上。

如果聚合物層18、22是光敏聚合物層，如在圖2a和圖2b的示例中的那樣，則裝置28、28』可以包括紫外uv光源32，諸如將uv光發射至第一模具12、12』和第二模具14、14』上以固化在第一主體16、16』和第二主體20、20』的表面上列印的光敏聚合物的水銀蒸汽燈或發光二極體led。uv光可以例如是具有380nm和100nm之間的波長的光。根據此，第一聚合物層18和第二聚合物層22可以是uv油墨層，例如基於自由基或基於陽離子的uv油墨層。

如圖2a中所示的，第一主體16和第二主體20可以按照箭頭所指示的進行旋轉，並且噴墨列印頭30可以向第一主體16和第二主體20的表面提供光敏聚合物滴劑(微滴)。取決於凸壓印形狀的期望高度和背景的期望深度，可以將列印期間主體16、20的旋轉速度與主體16、20的總旋轉圈數中的至少一個控制在合適範圍內，以允許噴墨列印頭30將所需數目的光敏聚合物滴劑沉積在第一主體16和第二主體20的表面的每個部分中，該數目如由凸壓印形狀和背景定義。在被沉積在第一主體16和第二主體20的表面上之後，旋轉主體16、20的表面可以將光敏聚合物滴劑暴露於從uv光源32發射的光束以進行固化。在固化之後，可以將另外的光敏聚合物滴劑列印在已固化的光敏聚合物滴劑上，以構建期望的凸壓印形狀和背景。

在另一示例中，如圖2b中所示的，第一主體16』和第二主體20』可以保持在特定位置，並且噴墨列印頭30可以沿著與第一主體16』和第二主體20』的表面平行的特定路徑移動，並且向第一主體16』和第二主體20』的表面提供光敏聚合物滴劑。取決於凸壓印形狀的期望高度和背景的期望深度，可以控制噴墨列印頭30的線性移動速度與噴墨列印頭30經過第一主體16』和第二主體20』表面的總經過次數中的至少一個，以允許噴墨列印頭30將所需數目的光敏聚合物滴劑沉積在第一主體16』和第二主體20』的表面的每個部分中，該數目由凸壓印形狀和背景定義。

在被沉積於第一主體16』和第二主體20』的表面上之後，跟隨或聯接至噴墨列印頭30的uv光源32可以向被列印的光敏聚合物滴劑上發射光束並固化它們。在被固化之後，光敏聚合物滴劑形成具有適用於凸壓印特定基材的特定剛度的聚合物層18、22。為了控制固化後的光敏聚合物的剛度，光敏聚合物可以包括環氧樹脂添加劑。

在上述過程中，由於補充聚合物層18、22簡單並且快速，所以凸壓印可以高效地應用於非常短的運轉。在這點上，應該注意的是，與針對長期或超長期運轉對凸壓印聚合物層18、22提出的需求相比，當處理短期或超短期運轉(即高達1000或高達500次凸壓印動作)時，考慮到抗力對凸壓印聚合物層18、22提出的需求可以放寬。例如，聚合物層18、22可以具有通常使得它們耐受高達500或高達1000次凸壓印動作而沒有可觀磨損的抗力，但是可以不要求聚合物層18、22的允許5000或更多凸壓印動作的抗力。

在這點上，裝置28、28』可以包括控制光敏聚合物層18、22的形狀的控制設備。在控制設備檢測到在光敏聚合物層18、22的形狀與目標或原始形狀之間的例如由凸壓印過程引起的應力而造成的偏差的情形中，控制設備可以使噴墨列印頭30修復光敏聚合物層18、22。例如，控制設備可以使噴墨列印頭30通過將另外的光敏聚合物滴劑列印到光敏聚合物層18、22上來修復光敏聚合物層18、22。可替代地，控制設備可以使刮除設備刮除磨損的光敏聚合物層18、22，並且可以進一步使噴墨列印頭30通過重新列印光敏聚合物層18、22來恢復期望的凸壓印形狀和背景。

此前所述的控制設備可以包括相機。例如，相機可以接收由光敏聚合物層18、22或凸壓印基材反射的光，其中反射的光是由發射結構化光的設備發射的。可替代地，聚合物層18、22可以提供有特定顏色的塗層。在此情況下，可以通過檢查光敏聚合物層18、22的顏色尤其是特定顏色分布或均勻性，來控制光敏聚合物層18、22的形狀的精確度。例如，光敏聚合物層18、22可以是透明的並且利用具有特定顏色的光敏聚合物塗層來塗覆。可以選擇與基材的顏色相對應的顏色，該顏色在凸壓印過程中被轉變，例如紅色光敏聚合物塗層用於紅色基材。一旦光敏聚合物層18、22的部分被磨損，則光敏聚合物層18、22的顏色可以從特定的顏色(例如紅色)偏移至淺色(例如淺紅色)直至透明，由此指示了磨損。控制設備可以隨後使噴墨列印頭30通過將具有特定顏色的另外的光敏聚合物滴劑列印至透明且淺色的區域直至在整個光敏聚合物層18、22上實現了原始顏色分布或顏色均勻性、或者通過刮除磨損的光敏聚合物層18、22並恢復期望的凸壓印形狀和背景，來修復光敏聚合物層18、22。

替代於在裝置28中製造，旋轉凸壓印模具12、14可以預先製造並且之後安裝至凸壓印裝置10。在這點上，圖3示出了可以在其上製造旋轉凸壓印模具12、14的凸壓印鼓製造裝置34的示意圖。凸壓印鼓製造裝置34包括用於在其上安裝鼓38(由虛線圓示出)的可旋轉支架36、以及將可固化聚合物層直接列印在鼓38上的噴墨列印頭30。旋轉凸壓印模具12、14的製造過程可以類似於參照圖2a描述的製造過程。具體地，凸壓印鼓製造裝置34可以包括uv光源32，並且可固化聚合物層可以是要被直接列印在鼓38上的光敏聚合物層或uv油墨層。

同樣地，板式凸壓印模具12』、14』可以在裝置28』外製造。例如，圖4示出了凸壓印板製造裝置40的示意圖。凸壓印板製造裝置40包括用於在其上安裝板44(由虛線矩形所示)的支架42、以及用於將可固化聚合物層列印在板44上的噴墨列印頭30。製造過程可以類似於參照圖2b描述的製造過程。具體地，凸壓印板製造裝置40可以包括uv光源32，並且可固化聚合物層可以是要被直接列印在板44上的光敏聚合物層或uv油墨層。

圖5是可以在圖2a和圖2b所示的裝置28、28』中、在如圖3中所示的凸壓印鼓製造裝置34中、或者在如圖4中所示的凸壓印板製造裝置40中實施的凸壓印模具12、12』、14、14』、38、44的製造過程的流程圖。

製造過程包括在46處將鼓12、14、38或者板12』、14』、44安裝在支架36、42上。例如，鼓12、14、38或板12』、14』、44可以安裝在圖2a和圖2b中所示的裝置28、28』的支架36、42上、圖3中所示的凸壓印鼓製造裝置34的支架36上、或者圖4中所示的凸壓印板製造裝置40的支架42上。

另外，如在48處所指示的，提供了關於凸壓印模具12、12』、14、14』、38、44的形狀的信息。關於凸壓印模具12、12』、14、14』、38、44的形狀的信息可以包括涉及凸壓印形狀的厚度的數據或者關於三維凸壓印形狀的數據。即，關於凸壓印形狀的信息指示凸起部分和凹陷部分的聚合物層的厚度。在這點上，應該注意的是，如果並未針對凸壓印形狀明確地提供凸起部分和凹陷部分的聚合物層的厚度，例如這是因為使用或假定了凸起部分和凹陷部分的聚合物層的默認厚度，則此類涉及凸壓印形狀的厚度的數據或者關於三維凸壓印形狀的數據的隱含提供也應該由貫穿說明書和權利要求所使用的表述「提供關於凸壓印模具的形狀的信息」所包括。

在明確地或隱含地提供關於凸壓印模具12、12』、14、14』、38、44的形狀的信息之後，製造過程在50處繼續進行，以基於提供的信息將形成光敏聚合物層的大量光敏聚合物滴劑列印在鼓12、14、38或者板12』、14』、44上。在列印形成光敏聚合物層的大量光敏聚合物滴劑之後，過程在52處通過固化被列印的光敏聚合物層來完成。如上參照圖2a、圖2b、圖3和圖4所描述的，固化被列印的光敏聚合物層可以包括將uv光發射至被列印的光敏聚合物層上。

另外，為了允許在不同凸壓印形狀之間的快速改變，製造過程可以進一步包括在50處的列印之前刮除要從鼓12、14、38或板12』、14』、44移除的聚合物層18、22。更具體地，可以從鼓12、14、38或板12』、14』、44刮除之前列印在鼓12、14、38或板12』、14』、44上的固化的光敏聚合物層，以便於重新使用鼓12、14、38或板12』、14』、44，從而使用另一凸壓印形狀來凸壓印基材26。

當在圖2a和圖2b中所示的具有兩個凸壓印模具12、12』、14、14』的裝置28、28』中實施凸壓印模具12、12』、14、14』、38、44的製造過程時，可以製造凹形凸壓印模具14、14』和凸形凸壓印模具12、12』並且可以在凹形凸壓印模具和凸形凸壓印模具之間引導基材26，以使得在單個裝置28、28』上執行整個方法。

參考標記的列表

10、10』凸壓印裝置

12、12』第一模具

14、14』第二模具

16、16』第一主體

18第一聚合物層

20、20』第二主體

22第二聚合物層

24送料器

26基材

28、28』裝置

30噴墨列印頭

32uv光源

34凸壓印鼓製造裝置

36支架

38鼓

40凸壓印板製造裝置

42支架

44板

46－52過程