一种基于激光转印的运动式彩色烫印设备与方法与流程

1.本发明属于彩色烫印技术领域，具体涉及一种基于激光转印的运动式彩色烫印设备与方法。


背景技术：

2.现有彩色烫印设备常采用热压等方式将彩色图案或颜料烫印在目标基底上，普遍存在结构复杂，烫印幅面受限，灵活、适应性不足等问题。
3.专利号为91224573.5的中国实用新型专利公开了一种便携式多功能彩色烫印机，彩色印刷时可根据需要在四个字盘上固定好不同的字头，然后用不同颜色的油墨滚在字头上涂匀相应颜色的油墨，依次转动手轮，压下压柄以实现彩色印刷作业。该烫印机针对不同色彩烫印需求时，需要准备相应颜色油墨及字头，具有操作复杂、成本高等问题。
4.专利号为200810195783.8的中国发明专利公开了一种用于彩色烫印的聚乙烯塑料及其烫印方法，该烫印方法以烫印粉箔为膜载体颜料，以含有文字或/和图案作用面的模具为工具，通过热压方法将颜料以及文字或/和图案转移到基体表面。但是该烫印方法需要预先制备包含需求文字及图案的烫印头、颜料，且主要针对平面类基底，存在烫印幅面受限、步骤繁琐、成本高等缺点。


技术实现要素：

5.本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种基于激光转印的运动式彩色烫印设备，本发明同时提供了一种基于激光转印的运动式彩色烫印方法。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种基于激光转印的运动式彩色烫印设备，包括控制系统、运动送件单元，以及三组单色烫印单元，所述每组单色烫印单元均包括激光器、xy二维扫描振镜系统、卷筒单元和单色烫印膜；三组单色烫印单元中的单色烫印膜分别为红色烫印膜、绿色烫印膜和蓝色烫印膜；
8.所述xy二维扫描振镜系统用于将激光器输出的激光束准直、反射、聚焦后，输出至聚焦工作平面上；
9.所述单色烫印膜包括载体衬底和涂覆在载体衬底上的单色颜料层，其中红色烫印膜涂覆的为红色颜料层，绿色烫印膜涂覆的为绿色颜料层，蓝色烫印膜涂覆的为蓝色颜料层；所述载体衬底具有激光透明性和非吸收性；所述单色颜料层是由该颜色涂料形成的薄平面膜；
10.所述卷筒单元用于装夹单色烫印膜，以保证单色烫印膜的表面始终保持水平方向；所述激光器、xy二维扫描振镜系统和运动送件单元均由控制系统控制；
11.所述单色烫印膜的安装要求载体衬底朝上，面向xy二维扫描振镜系统设置；单色颜料层朝下，面向待印件设置；单色颜料层要求暴露在卷筒单元之外，且单色颜料层的上表面与xy二维扫描振镜系统的聚焦工作平面在同一平面上。
12.本发明还同时提供了一种基于权利要求1所述运动式彩色烫印设备的运动式彩色烫印方法，包括以下步骤：
13.(1)对待印的彩色数字图像进行分析，确定每个像素的r、g、b分量的值；
14.(2)根据步骤(1)获得的每个像素的a颜色分量的值，以及特定激光扫描参数下激光扫描次数与a颜色亮度值之间的关系，计算转印a颜色时每个像素点ni对应的激光扫描次数ki，a颜色为红、绿、蓝三原色之一；
15.(4)将a颜色的单色烫印膜调整至xy二维扫描振镜系统的下方，使得xy二维扫描振镜系统的扫描范围能完全覆盖住a颜色颜料层，且激光器输出的激光束经xy二维扫描振镜系统后聚焦在由a颜色涂料形成的的薄平面膜上；
16.所述单色烫印膜包括载体衬底和涂覆在载体衬底上的单色颜料层；所述载体衬底具有激光透明性和非吸收性；所述单色颜料层是由该颜色涂料形成的薄平面膜；
17.将待印件装夹在a颜色单色烫印膜的下方，并与单色颜料层的下表面相互平行且接近，其距离要求在0.05mm～2mm范围内；
18.(4)采用步骤(2)中的特定激光扫描参数，控制激光器输出激光束，对a颜色颜料层进行若干次扫描，使得每次扫描时均有a颜色涂料沉积到待印件表面，要求第j次扫描时要扫描所有激光扫描次数ki≥j的像素点，其中j≥1；在全部扫描完成后，每个像素点ni对应的激光扫描次数为ki，从而将单一a颜色的图像转印到待印件表面上；
19.(5)调整待印件的位置，使待印件沿水平方向移动至下一个单色烫印单元下方；按照步骤(2)-(4)的方法，依次转印另外两种颜色的单一图像至待印件表面上，最终在待印件表面形成一幅rgb彩色图像。
20.本发明具有如下有益效果：
21.1.现有技术中的彩色烫印设备针对不同图案时需要不同烫印头或需要热压，设备结构复杂、工艺繁琐。本发明所述的运动式彩色烫印设备采用激光脉冲原位沉积颜料实现彩色烫印，仅需要激光器及烫印膜即可实现，无须移印辊，具有结构简单、效率高、耗材和设备成本低优点。
22.2、本发明所述的运动式彩色烫印设备通过xy二维扫描振镜系统的扫描以及运动送件单元的引导，可在待印件任意位置实现颜料沉积，能够方便的实现大幅面彩色烫印。而且激光光斑直径小、脉冲宽度窄、控制精度高，可实现颜料的高精度沉积(10微米以下)；通过调控工艺参数比如激光脉冲能量、脉冲个数等还可以实现不同量的三原色颜料喷射混合，色彩还原度高。
23.3、本发明所述的运动式彩色烫印设备中单色烫印膜上的颜料薄膜经激光脉冲加热后以微型液滴或颗粒的溅射形式转移至待印件表面，与待印件表面接触后冷却固化，与待印件表面结合牢固，不易脱落。
24.4、本发明所述的运动式彩色烫印设备通过待印件运动，可以实现长带连续彩色烫印，对待印件的长度没有限制。
附图说明
25.图1为本发明所述运动式彩色烫印设备的结构示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
27.如图1所示，本发明提供了一种基于激光转印的运动式彩色烫印设备，包括控制系统1、运动送件单元6，以及三组单色烫印单元，所述每组单色烫印单元均包括激光器2、xy二维扫描振镜系统3、卷筒单元4和单色烫印膜5。三组单色烫印单元中的单色烫印膜5分别为红色烫印膜、绿色烫印膜和蓝色烫印膜。
28.激光器2用于发射激光束，其可以为纳秒、皮秒和飞秒激光器，优选飞秒激光器。
29.激光器2射出的激光束入射至xy二维扫描振镜系统3，所述xy二维扫描振镜系统3用于将激光束准直后再经过x和y轴反射镜的反射，以及聚焦透镜的聚焦，输出至聚焦工作平面上。聚焦方式采用后聚焦或者前聚焦两种均可。控制x轴和y轴的旋转，即可实现激光束在聚焦工作平面上移动。xy二维扫描振镜系统3的扫描范围要求能完全覆盖住单色烫印膜5的颜色区域。
30.所述单色烫印膜5包括载体衬底和涂覆在载体衬底上的单色颜料层，其中红色烫印膜涂覆的为红色颜料层，绿色烫印膜涂覆的为绿色颜料层，蓝色烫印膜涂覆的为蓝色颜料层。
31.所述载体衬底要求具有激光透明性和非吸收性，即对激光的透射率大于90％，对激光的吸收率小于5％。所述载体衬底可以为熔融石英载体或聚合物膜等。所述单色颜料层是由该颜色涂料形成的薄平面膜，薄平面膜的厚度优选为5～20μm。
32.优选的，红色烫印膜、绿色烫印膜和蓝色烫印膜沿着运动送件单元6的运动方向相邻设置，三者长度相同、宽度相同、薄平面膜厚度相同。
33.所述载体衬底的尺寸可以大于单色颜料层的尺寸，两端留有空余用于将单色烫印膜5安装在卷筒单元4上，并可由卷筒单元4带动沿单色烫印膜5的长度方向做平移运动。载体衬底也可以与三原色颜料层的尺寸相同，那么则需要另外的连接件将单色烫印膜5安装在卷筒单元4上。
34.所述卷筒单元4用于装夹单色烫印膜5，以保证单色烫印膜5的表面始终保持水平方向。
35.所述单色烫印膜5的安装要求载体衬底朝上，面向xy二维扫描振镜系统3设置；单色颜料层朝下，面向待印件7设置。单色颜料层要求暴露在卷筒单元4之外，且单色颜料层的上表面要与聚焦工作平面在同一平面上。
36.待印件7装夹在运动送件单元6上，由控制系统1控制运动送件单元6带动待印件7做水平方向运动，且待印件7每次运动的距离为一个颜料层的宽度。
37.待印件7的待印表面与红色烫印膜、绿色烫印膜和蓝色烫印膜的三个单色颜料层的下表面相互平行且非常接近，其距离要求在0.05mm～2mm范围内。
38.当激光束入射至单色烫印膜5时，其会透过载体衬底，聚焦在红、绿、蓝某个单色颜料层的薄平面膜上。通过调整所施加的激光能量，可以在辐照的薄膜体积内产生向前推进的推力，吸收的激光光子引起薄膜材料的部分烧蚀，从而引起急剧触发的体积膨胀以及压力跳跃，从而将薄膜材料上面的涂料推开，催化沉积到接收表面，即待印件7的待印表面。完成一种颜色的沉积后，再通过运动送件单元6带动待印件7运动到下一个颜色的烫印膜下方进行第二种颜色的沉积，之后用同样的方法进行第三种颜色的沉积，则可以完成一幅彩色
图像的沉积。
39.本发明同时提供了一种基于激光转印的运动式彩色烫印方法，其基本思路是首先将待烫印的rgb彩色图像分解为红、绿、蓝三幅分量图像，之后采用激光转印技术，将特定颜色的涂料沉积到接收表面，先形成一幅单一颜色的分量图像；之后在此单一分量图像基础上，叠加沉积第二种颜色和第三种颜色分量图像，最终在接收表面形成rgb彩色图像。
40.该方法具体通过以下步骤实现：
41.(1)对待印的彩色数字图像进行分析，确定每个像素的r、g、b分量的值。
42.(2)根据步骤(1)获得的每个像素的a颜色分量的值(a颜色为红、绿、蓝三原色之一)，以及特定激光扫描参数下激光扫描次数与a颜色亮度值之间的关系，计算转印a颜色时每个像素点ni对应的激光扫描次数ki。
43.其中，特定激光扫描参数下激光扫描次数与a颜色亮度值之间的关系需要在烫印之前，通过实验方法获得。具体方1法为：
44.将测试件放置在a颜色烫印单元的xy二维扫描振镜系统3下方，使得xy二维扫描振镜系统3的扫描范围能完全覆盖住单色烫印膜5的a颜色颜料层，且激光束聚焦在由a颜色涂料形成的薄平面膜上，测试件表面与a颜色颜料层的下表面相互平行且距离保持在0.05mm～2mm范围内。
45.调节激光扫描参数下，控制激光器按设定路径扫描一次，使得被扫描区域的a颜色涂料沉积到测试件表面，之后通过图像处理软件分析测试件表面的a颜色图像，获得该图像平均的a颜色亮度值。
46.之后采用同样的激光扫描参数，同样的扫描路径，对测试件进行递增次数的激光扫描实验，通过拟合方式获得激光扫描次数与a颜色亮度值之间的关系。
47.(3)将待印件7的位置调整至a颜色烫印单元的xy二维扫描振镜系统3下方，使得xy二维扫描振镜系统3的扫描范围能完全覆盖住单色烫印膜5的a颜色颜料层，且激光束聚焦在由a颜色涂料形成的薄平面膜上，要求待印件7的表面与a颜色颜料层的下表面相互平行且非常接近，其距离要求在0.05mm～2mm范围内。
48.(4)采用步骤(2)中的特定激光扫描参数，控制激光器输出激光束，对a颜色颜料层进行若干次扫描，使得每次扫描时均有a颜色涂料沉积到待印件7表面，要求第j次扫描时要扫描所有激光扫描次数ki≥j的像素点，其中j≥1。这样可以保证在全部扫描完成后，每个像素点ni对应的激光扫描次数为ki，从而将单一a颜色的图像转印到待印件7表面上。
49.(5)通过控制系统1控制运动送件单元6来调整待印件7的位置，使待印件7沿水平方向移动至下一个单色烫印单元下方。按照步骤(2)-(4)的方法，依次转印另外两种颜色的单一图像至待印件7表面上，最终在待印件7表面形成一幅rgb彩色图像。
50.优选的，在三原色沉积完成后，可以撤掉最后一个单色烫印膜5，使得激光束直接入射至待印件7表面，对图像扫描一次，以促进三原色的融合。
51.本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。