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研究生: 廖伯軒
論文名稱: 雷射印表機列印原理與耗材之製作
指導教授: 劉大佼
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 118
中文關鍵詞: 塗佈視窗燈箱片碳粉接受層雷射印表機
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  • 本研究主要進行雷射列印耗材碳粉接受層之研發及雷射光擴散燈箱片之製作。
    碳粉接受層配方方面,本研究先從專利及公開文獻中選擇過濾出合適的配方組成,研究其物性及功能性。以壓克力系黏著劑為主要成分,藉以提高與基材PET的黏著能力及和顯像碳粉之間的相容特性。實驗為先以手塗方式研究其效果,必須確定其物性合於大量生產的要求,再求單層塗佈視窗建立的可行性。配方成品列印好壞的判定,除了經由肉眼所觀察到明顯缺陷之外,並利用色彩鑑定儀器設備量測其色彩表現的優劣之處。
    另一研發重點為光擴散雷射燈箱片的製作,本研究先後設計出雙層水溶性配方雷射光擴散燈箱片及單層黏著劑型配方雷射光擴散燈箱片兩大區塊。
    在雷射列印的過程中,成品品質的好壞優劣,熱熔融過程佔有舉足輕重的角色。本研究以簡單的數學模式及物理現象,來說明單一顯像碳粉在列印過程中的熱傳機制。本研究以熱傳邊界層理論(thermal boundary layer theory),推導出溫度分佈(temperature profile)與熱傳邊界層厚度(thermal boundary layer thickness)為三次方多項式的關係,並估計相關材料之物性參數,分析出熱對流的熱量傳輸與單一碳粉熱融所需能量。對於研究雷射列印的熱傳機制上,提供一基本之理論分析。

    雙層水溶性配方雷射光擴散燈箱片的成品,在裁成可列印尺寸的同時,碳粉接受層優越的耐候特性,並不能保護四周邊緣部分。有鑑於此,研發單層防水性光擴散配方即可解決此等問題。單層燈箱片量產塗佈製程,配合了防水性光擴散配方,在工研院材料所的小型塗佈生產線精密控制光擴散層厚度之下,我們成功以單層塗佈方式與乾燥技術,製造出膜面均勻完整無缺之光擴散燈箱片,並經由雷射印表機列印測試與光源的照射之後,發現本實驗室自製的燈箱片擁有可接受的列印品質與光擴散效果。


    目錄 摘要………………………………..……………………………….…I 目錄………………………………..……………………………….…Ⅲ 圖目錄………………………………..……………………..………….Ⅶ 表目錄………………………………..……………………...………..ⅩI 壹、緒論……………………………..……………………………………1 1-1 雷射列印及相關耗材簡介………………………….………………2 1-2 相關燈箱片簡介………………...…………………………………..3 1-3 塗佈技術應用簡介……………………...…………………………..7 1-4 工業上常用的塗佈方式……………………………...……………..8 1-5 塗佈視窗與塗佈缺陷..………………………...…………………..11 1-6 本研究之目的……………………………………………………...15 貳、文獻回顧……………………..…………………………….…….□7 2-1 雷射印表機列印原理……………………………...………..……..18 2-1.1 雷射印表機構造……………………………...……...…..……18 2-1.2 列印原理……………………………...………..……...………19 2-2 列印耗材介紹……………………………...………..……………..27 2-3 雷射印表機色彩技術衍進……………………………...………....31 2-4 黏著劑功能……………………………...………..………………..32 2-5 狹縫式塗佈技術與乾燥……………………………...….…...……34 2-5.1 單層狹縫式塗佈工程……………………………...……….....34 2-5.2 雙層共擠壓塗佈工程……………………………...……….…35 2-6 顯像碳粉熱融機制探討…………………………………………...34 參、實驗方法………………………….………………..……..……□7 3-1 分析儀器……………………………...………..…………………..38 3-2 藥品……………………………...……...…………...……………..43 3-2.1 光擴散層配方組成成分……………………………...….……43 3-2.2 碳粉接受層配方及防水性雷射燈箱片配方主要組成成分主要組成成分…………………………....…………………………44 3-3 實驗流體配製……………………K……...………..……………..47 3-4 實驗量測方法……………………………...………..……………..47 3-5 配方實驗及相關物性量測……………………………...……..…..50 3-5.1 雷射印表機裝置……………………………....………………50 3-5.2 手塗實驗……………………………...………..…...…………50 3-5-2.1 手塗裝置……………………………...………..……… . 50 3-5-2.2 手塗實驗步驟……………………………...…………….51 3-5.3 黏著性……………………………...………………………….51 3-5-3.1 黏著性測試裝置………………...…………………….....51 3-5-3.2 黏著性測試實驗步驟……………………………............51 3-5.4 耐候性……………………………...……………………….....52 3-5-4.1 防水性測試實驗步驟……………………………...…….52 3-5-4.2 耐熱性測試實驗步驟……………………………...…….53 3-5-4.3 耐寒性測試實驗步驟………………………K…...…….53 3-5-4.4 耐日光性測試實驗步驟……………………………...….53 3-5.5 色彩飽和度測試………………...…………………….………54 3-6 單層狹縫式塗佈裝置………………...……………………………54 3-6.1 單層狹縫式塗佈之實驗步驟…………………………………54 3-7 雙層共擠壓塗佈裝置…………………...…………………………55 肆、研究方法…………..………..……………………………………□3 4-1 顯像碳粉基本物性……………………………...…………………64 4-2 FT-IR分析技術的建立………..………...………………………….65 4-3 SEM分析技術的建立…………………K.………………………..70 4-4 相關配方與雷射燈箱片發…………………………...……………74 4-5 黏著性之研究方法……………………………...…………………76 4-6 耐候性之研究方法……………………………...…………………83 4-7 列印品質優劣判斷之研究方法……………………...……………88 4-8 狹縫式塗佈工程…………………………………………………...94 4-8-1 各類配方之塗佈視窗建立…………………………...…………94 4-8-2 工研院材料所之小型塗佈生產線……………………………...99 伍、結果與討論……………………...………………………………101 5-1 雷射列印耗材成品……………………………...………………..103 5-2 雷射印表機熱融熔機制………………...……………..…………107 參考文獻……………………………...………………...……………..115 符號說明……………………………...……………………………….118 □□□□□□□□ □□□□□□□□ □□□□□□□□圖目錄 圖1-1. 傳統噴墨光擴散燈箱片基本結構…………………………….5 圖1-2. 水溶性配方雷射光擴散燈箱片基本結……………..……5□ 圖1-3. 防水性配方雷射光擴散燈箱片基本結………………………..5 圖1-4. 自身計量式(self-metering)的塗佈方式……………………….9 圖1-5. 預先計量式(pre-metered)的塗佈方式……………………….10 圖1-6. 塗佈視窗簡圖……………………………………………..12 圖1-7. 塗膜厚度與v之關係…………………………….……………12 圖1-8. 最小塗佈厚度與Ca之關係…………………………………13 圖1-9. 最小塗佈厚度與V之關係…………………………………□3 圖1-10. 好膜與空氣滲入時,塗佈液珠的變化情形…………………15 圖2-1. 雷射印表機的內部元件簡圖……….…………………………18 圖2-2. 感光鼓結構圖………………………………………………….20 圖2-3. 有機感光鼓顯像原理………………………………………….23 圖2-4. 定影熱壓裝置………………………………………………….25 圖2-5. 碳粉在SEM粒徑分佈圖……………………………..………..28 圖2-6-1.receptor layer 結構………………………………………29 圖2-6-2.receptor layer 結構………………………………………30 圖2-7. Kinloch書中所提之表面自由能示意圖……………………..33 圖3-1. 手塗裝置示意圖……………………………………………..56 圖3-2. 實際手塗後結果………………………………..……………..56 圖3-3. (a)黏著性測試刀主體,(b)刀口局部放大………………..57 圖3-4. (a)黏著性測試膠帶,(b)橡皮擦………………………K...57 圖3-5. 單層狹縫式塗佈實驗裝置示意圖…………………………...58 圖3-6. 單層狹縫式模具示意圖……………………………………...59 圖3-7. 實驗各項參數定義 ………………………………………...60 圖3-8. 雙層共擠壓塗佈實驗裝置示意圖 ……..................................61 圖3-9. 單層狹縫式塗佈實際塗佈情形………………………………62 圖4-1. 商用投影片FT-IR光譜……………………………………....65 圖4-2. 配方黏著劑FT-IR光譜………………..……………………..66 圖4-3. 顯像碳粉-magenta之FT-IR光譜………………..……….…..66 圖4-4. 顯像碳粉-cyan之FT-IR光譜…………...…………………....66 圖4-5. 顯像碳粉-yellow之FT-IR光譜……………...…………….…67 圖4-6. 顯像碳粉-black之FT-IR光譜…………………………….…67 圖4-7. 官能基分佈………………………………………………….…68 圖4-8. A1120黏著劑可能之化學結構式………………….……K…69 圖4-9. SEM分析(左)水溶性雷射光擴散配方燈箱片剖面圖,(右)光擴散配方表面結構…………………………….……………70 圖4-10. SEM分析(左)碳粉型態與粒徑分佈,(右)商業投影片剖面圖………………………………………………………..……71 圖4-11. SEM分析(左)配方投影片剖面圖(1400倍),(右)配方投影片剖面圖(4000倍)………………………………………….71 圖4-12. SEM分析(左)單層防水性雷射光擴散配方燈箱片剖面圖,(右)防水性光擴散配方表面結構…………….……………71 圖4-13. 手塗成品結構示意圖…………………………………………78 圖4-14. ASTMD3359-95a黏著性評表…..…………………………….79 圖4-15. 配方組成之不同黏著劑(A1120)黏著性測試結果…..……….80 圖4-16. 配方組成之不同黏著劑(A1127)黏著性測試結果…..……….80 圖4-17. 單層防水性雷射燈箱片之黏著性測試結果………...………..80 圖4-18. 水溶性光擴散配方之黏著性測試..…………..……………….81 圖4-19. 配方投影片成品列印之黏著性測試結果…...……………..81□ 圖4-20. 雙層雷射燈箱片成品列印之黏著性測試結果…………….…81 圖4-21. 燈箱片系列之防水性測試…………………………………….83 圖4-22. 防水性光擴散配方之耐熱性測試(一天)…………………….84 圖4-23. 碳粉接受層配方之耐熱性測試(@天)……………………….84 圖4-24. 水溶性光擴散雷射燈箱片之耐熱性測試(一天)…..…….…84 圖4-25. 防水性光擴散配方之耐寒性測試(一天)……………...……85 圖4-26. 碳粉接受層配方之耐寒性測試(一天)………………………85 圖4-27. 水溶性光擴散p射燈箱片之耐寒性測試(一天)………….....85 圖4-28. 標準圖檔-下午茶咖啡座...………………………………….....89 圖4-29. 標準圖檔-水果………………………...…………………….....90 圖4-30. 列印缺陷(左)霧狀情形,(右)解析度不足……………...……93 圖4-31. 本研究配方常見之缺陷……………………………………….95 圖4-32. 防水性燈箱片配方之塗佈視窗與相關缺陷………………….95 圖4-33. 碳粉接受層配方之塗佈視窗與相關缺陷…………………….96 圖4-34. 光擴散層配方之塗佈視窗與相關缺陷……………………….96 圖4-35. 單層塗佈試驗概況(工研院材料所之小型塗佈生產線)…100 圖5-1. 標準圖檔-色塊………………………………………………103圖5-2.□t方雷射投影片之列印成果-色塊…………………………103圖5-3.□爧h水溶性光擴散雷射燈箱片成品(手塗)………………104 圖5-4.□□掑壯﹞疇□翩K……..……………….…………………..105 圖5-5. 單層防水性光擴散雷射燈箱片成品(工研院)…………….105 圖5-6.□[熱元件剖面圖…………………………………………….107 圖5-7. 熱傳模式說明圖…………………………………………….107 圖5-8. (左)加熱滾輪附近速度分佈情形 □□ (右)接受層附近速度分佈情形…………………………108 圖5-9.□C印後成品之剖面圖………………………………………114 □□□□□□□□表目錄 表2-1. 各種佈電方式優劣比較……………………………………...22 表2-2. 碳粉帶電原理………………………………...………………24 表2-3. 碳粉組成……………………………………………………...28 表2-4.□h功能層組成………………………………………………...31 表2-5.□inloch書中提及的鍵結能量表…………………………….33 表3-1. 杜邦R706型、R960型TiO2的基本性質一覽表(摘自杜邦□□□ㄚ~目錄)……………………………………………………46 表3-2.□t方各組成黏度………………………………………...……47 表3-3. 配方各組成密度……………………………………………...48 表3-4. 配方各組成表面張力………………………………………..48 表3-5. 狹縫式模具之幾何參數…………..…… .…………………...59 表4-1. 顯像碳粉各項熱分析分析..…………………………………...64 表4-2. 顯像碳粉官能基分佈…………….……………………………68 表4-3. 商業投影片官能基分佈…………………………………….…69 表4-4. A1120官能基分佈……………………………….……...…..…69 表4-5. SEM之商業投影片分析…………………………………….…72 表4-6. SEM之配方投影片分析…………………………………….…72 表4-7. SEM之雷射光擴散燈箱片分R…K……………………….…72 表4-8. SEM之顯像碳粉分析…………………………………………72 ?-9. SEM之單層防水性雷射光擴散燈箱片分析…………………73 表4-10. 碳粉接受層主要配方組成………………………….………..74 表4-11. 光擴散層配方組成…………………………….……………..74 表4-12. 防水性雷射光擴散層主要配方組成……………….……….75. 表4-13. 黏著劑基本性質………………………………………….…..76 表4-14. 黏著性測試評斷結果………………………………………..82 表4-15. 耐候性測試結果比較……………………………….………..87 表4-16. 色彩飽和度量測之標準圖檔-下午茶咖啡座-藍天…………91 表4-17. 色彩飽和度量測之標準圖檔-下午茶咖啡座-屋簷…………91 表4-18. 色彩飽和度量測之標準圖檔-下午茶咖啡座-衣服…………91 表4-19. 色彩飽和度量測之標準圖檔-水果-青椒……………………92 表4-20. 色彩飽和度量測之標準圖檔-水果-香蕉……………………92 表4-21. 色彩飽和度量測之標準圖檔-水果-蘋果……………………92 表4-22. 色彩飽和度量測之標準圖檔-水果-背景……………………93 表4-23. 單層狹縫式塗佈參數及配方物性…………………………...97 表4-24. 連續量產實驗時的各項參數及物性…………………….…100 表5-1. 熱融熔機制相關物性參數……………………….............…113

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