DE102011109083A1

DE102011109083A1 - Inkjet-Laserhärtung

Info

Publication number: DE102011109083A1
Application number: DE102011109083A
Authority: DE
Inventors: Dr. Müller Tobias
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Verfahren zum Bebildern oder Beschriften von Objekten, bei dem das Objekt mit einer oder mehreren strahlungshärtbaren Farben bebildert wird und anschließend die Farbe(n) durch Applizieren von Strahlung auf den mit Farbe versehenen Bereich des Objekts gehärtet wird, wobei das Applizieren der Strahlung randscharf derart erfolgt, dass die Konturen des entstehenden Bildes durch den Schritt des Härtens gebildet werden, und die nicht gehärtete(n) Farbe(n) außerhalb der gehärteten Konturen werden danach entfernt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bebildern oder Beschriften von Objekten.
Das Bebildern oder Beschriften von Objekten wie z. B. Werbeflächen, Fahrzeugen etc. ist, abhängig von der Komplexität des aufzubringenden Bildes oder der Beschriftung, ein relativ zeitaufwändiger Vorgang. Wenn nicht von vorne herein mit vorgefertigten Folien gearbeitet wird, die auf das Objekt dann anschließend aufgeklebt werden, sondern die Farbe direkt auf das Objekt aufgetragen wird, muss dieses sorgfältig entlang der gewünschten Außenkonturen abgeklebt werden, bevor dann die Farbe aufgetragen wird. Insbesondere bei Freiformflächen, also gekrümmten Oberflächen, z. B. einer Automobilkarosserie, nimmt dieser Vorgang des Abklebens mehrere Stunden in Anspruch. Aber auch das direkte Applizieren von Folie, die ja in ebener Form vorliegt, auf gekrümmte Oberflächen kann schon sehr zeitaufwändig sein.
Natürlich ist es auch möglich, eine Werbetafel oder ein Fahrzeug mit einem höher auflösenden Drucksystem direkt, d. h. ohne Abzukleben, zu bebildern, beispielsweise mit Hilfe eines Inkjetkopfes, der auf einer vorgegebenen Bahn über die Oberfläche des Objekts geführt wird. Da jedoch für einen sicheren Betrieb solcher Einrichtungen ein gewisser Abstand zur Oberfläche eingehalten werden muss und aufgrund der beschränkten Auflösung dieser Druckköpfe, die verwendet wird, damit das Verfahren wirtschaftlich bleibt, sind die Ränder bzw. Konturen eines so aufgebrachten Bildes bzw. einer auf diese Weise aufgebrachten Beschriftung nicht besonders scharf. Beim genaueren Hinsehen lässt sich an den Rändern der Kontur die Struktur der gejetteten Bildpunkte erkennen, was den Eindruck einer vergleichsweise niedrigen Qualität erweckt. Beim Arbeiten mit einem Airbrushsystem andererseits lassen sich gar keine randscharfen Konturen ohne Abkleben erzeugen.
Es ist verschiedentlich schon vorgeschlagen worden, primär aus Gründen der Energieeffizienz und um das bedruckte Papier zu schonen, auf einem Druckprodukt nur die tatsächlich mit UV-Farbe bedruckten Stellen zu härten und demzufolge nur dort UV-Strahlung zu applizieren. Stellvertretend hierfür seien die US 2004/0085423 A1 , die US 2003/164870 A , die US 6562413 sowie die DE 102 17 172 A1 genannt. Mit den dort beschriebenen Verfahren und Einrichtungen werden die Ränder von Bildkonturen durch den Druckvorgang selbst erzeugt. Anschließend wird der bereits mit hoher Auflösung bedruckte Bereich in seiner Gänze gehärtet. Zudem ist es dann, wenn auf saugende Materialien wie Papier gedruckt wird, auch schlecht möglich, überschüssige, nicht gehärtete Farbe, die bereits ins Papier eingesogen wurde, wieder zu entfernen.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dem Objekte randscharf bebildert bzw. beschriftet werden können und das ohne einen vorgeschalteten Abklebvorgang auskommt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, randscharfe Konturen durch das Applizieren der Strahlung zu erzeugen, mit der die Farbe gehärtet wird, und nicht durch den Vorgang des Aufbringens der Farbe selbst. Die auf diese Weise sozusagen „weggeschnittene” bzw. nicht gehärtete Farbe wird anschließend z. B. durch einen Waschvorgang entfernt, so dass nach dem Entfernen der ungehärteten Farbe die randscharfen Konturen entstehen.
Das Aufbringen der Farbe selbst, d. h. die „grobe” Bebilderung der Objektoberfläche, kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen, beispielsweise per Inkjet oder per Airbrush, indem beispielsweise ein Inkjetkopf oder eine Airbrushdüse programmgesteuert über die Oberfläche des Objekts geführt wird. Hierfür kann ein programmierbarer Industrieroboter verwendet werden, an dessen Arm der Bebilderungskopf aufgenommen ist, mit denn die Farbe aufgesprüht oder aufgejettet wird. Dieser Industrieroboter kann eine Aufnahme sowohl für das Werkzeug zum Aufbringen der Farbe, d. h. den Bebilderungskopf, als auch für die Strahlungsquelle besitzen. Es wird dann so vorgegangen, dass der Roboterarm zuerst das z. B. Farbsprühsystem ergreift und das Bild auf die Oberfläche des Objekts sprüht und anschließend dieses Werkzeug ablegt und stattdessen die Strahlungsquelle ergreift, mit der anschließend durch Überstreichen der bebilderten Flächen die Farbe gehärtet wird und dabei die Konturen randscharf gehärtet werden. Es ist jedoch auch möglich, für das Aufbringen der Farbe und die randscharfe Härtung unterschiedliche Positioniervorrichtungen zu verwenden, beispielsweise indem dann das zu bebildernde Objekt nach dem Aufbringen der Farbe zum nächsten Arbeitsplatz transportiert wird, wo dann die Härtung der Farbe durch Strahlung erfolgt.
Zur Durchführung des Verfahrens geeignete z. B. UV-Farben sind hinlänglich bekannt. Sie werden in Verbindung mit unterschiedlichen UV-Lichtquellen zur Härtung der Farben z. B. im Flexodruck oder im Offsetdruck oder auch im Inkjetdruck dazu verwendet, Papier oder Folien zu bedrucken. Für die Härtung der Farben üblich sind dort Quecksilberdampfhochdrucklampen, Eximerstrahler, und in letzter Zeit auch bekannt geworden sogenannte UV-LEDs, also W-Strahlung emittierende Leuchtdioden. Letztere lassen sich ausreichend gut fokussieren, um in dem erfindungsgemäßen. Verfahren eingesetzt zu werden. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, die Strahlung eines UV-Lasers an das bebilderte Objekt zu führen und mit einer geeigneten Optik punktgenau zu fokussieren, um so eine randscharfe Belichtung mit der für das Härten ausreichenden Intensität zu erzeugen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der 1 bis 6 der beigefügten Zeichnungen.
1 zeigt stark schematisiert einen Pkw, dessen Besitzer versucht, den fehlenden CW-Wert seines Fahrzeugs und die geringe Höchstgeschwindigkeit durch eine aus dem Motorsport entlehnte Bebilderung zu karikieren. Das auf die Karosserie des Pkw 1 aufzubringende Motiv besitzt eine sehr komplexe Außenkontur und wäre auf den stark gewölbten Kotflügeln 8a und 8b, aber nicht nur dort, nur mit sehr hohem Zeitaufwand abzukleben gewesen. Zudem besteht das Motiv 7 aus einer äußeren Struktur 7a und einer inneren Struktur 7b, die sich farblich unterscheiden und die nacheinander aufgebracht werden müssen, was den Zeitaufwand nochmals nahezu verdoppelt. Deshalb kommt hier mit Vorteil das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz.
Aufgebracht wird zuerst der äußere Teil 7a des Motivs 7 mit Hilfe eines programmierbaren Industrieroboters 2. Dessen Basis 3 ist am Lackierarbeitsplatz beispielsweise über Schienen 10a, 10b verschiebbar, um unterschiedliche Seiten der Karosserie erreichen zu können. Er besitzt einen Schwenkarm 4 mit mehreren Gelenken, an dessen Ende in der Werkzeugaufnahme ein Inkjetdruckkopf 5 aufgenommen ist. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Steuerung lässt sich der Inkjetdruckkopf 5 gegenüber der Karosserie des Pkw 1 positionieren und programmgesteuert so über die Oberfläche führen, dass der Teil 7a des Motivs bebildert und hierbei mit den gewünschten Farben strukturiert wird. Der Inkjetkopf 5 besitzt eine Auflösung von 100 dpi, unter der er Farbpunkte in einer Größe von 30 μm Millimetern aus einem Abstand von ca. 10 Millimeter auf die Karosserie des Pkw 1 jettet. Gegebenenfalls besitzt der Inkjetdruckkopf 5 auch unterschiedliche Düsen für verschiedene Farben, um auf diese Weise additiv den gewünschten Farbton, gegebenenfalls auch verlaufende Farben etc., im Motiv 7a zu erzeugen.
Ein solcher Inkjetdruckkopf wird beispielsweise von der Firma Dimatix aus Lebanon, NH, USA unter der Bezeichnung Polaris PQ-512/85AAA und Sapphire QS-256180AAA angeboten.
In der 2 sind die Farbpunkte in einem sehr stark vergrößerten Randbereich des Motivs beispielhaft dargestellt. Die Farbe des Motivs wird aus den vier Farbbestandteilen Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz zusammengesetzt, wobei sich die durch den Inkjetdruckkopf erzeugten Farbtropfen teils nebeneinander liegen, teils überlappen, wie man das auch von Rasterbildern her kennt.
Im nächsten Schritt, nachdem der Teil 7a des Motivs so bebildert wurde, wird der Inkjetdruckkopf 5 an dem Roboterarm 2 durch einen UV-LED-Kopf 5b (1a) ersetzt. Dieser enthält ein UV-LED-Array 5d sowie eine fokussierende Optik 5c, mit der die Strahlen der einzelnen LEDs des Arrays fokussiert werden.
Die Fokuspunkte des LED-Arrays sind mit einem Durchmesser von ca. 5 μm etwa 6 mal höher aufgelöst als die gejetteten Inkjettröpfchen. Entsprechend wird bei dem anschließenden Härtevorgang, bei dem jetzt die LED-W-Lichtquelle das Motiv 7a abfährt, nur die Teile der Farbpunkte gehärtet, die in den Fokusbereich einer LED gelangen. Das sind wie in der 3 dargestellt die unter dem gitterartigen Netz 15 von hoch aufgelösten Fokuspunkten bedeckten Teile der Farbpunkte, wobei die Zwischenräume zwischen den Fokuspunkten im Zuge der Scanbewegung, durch Überstrahlung, Migration der Photoinitiatoren in der Farbe etc. mitvernetzen. In den angrenzenden Bereichen 16 und 17 verbleiben jedoch die nicht mit Strahlung überstrichenen Inkjetfarbpunkte oder Teile davon ungehärtet. Sie werden entweder bei einem daran anschließenden Scan mitgenommen und gehärtet oder bleiben dann, wenn sie außerhalb der Kontur des Motivs 7 liegen, ungehärtet d. h. flüssig.
Im nächsten Schritt werden diese flüssigen Farbbestandteile mit einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise auch Waschwasser, entweder manuell oder durch eine ebenfalls vom Roboter 2 geführte Waschbürste abgewaschen, woraufhin sich die mit 16a bezeichnete randscharfe Kontur ergibt (siehe 4). Das so erzeugte Bild besitzt eine besonders hohe Brillanz aufgrund dieser randscharfen Kontur 16a, obwohl die Auflösung des Inkjetdrucks relativ grob ist mit 5 μm Bildpunktdurchmesser. Der Zeitbedarf für das Bebildern es Motivs 7 hält sich in Grenzen, da aufgrund der niedrigen Auflösung beim Inkjetdrucken der Druckvorgang rasch von statten geht.
In einem weiteren Schritt wird dann auf die gleiche Weise das innen liegende Motiv 7b aufgedruckt, wobei hier das äußere Motiv 7a, das ja schon gehärtet ist, entweder überdruckt wird oder der Druck in eine bereits beim vorhergehenden Schritt begrenzte Aussparung hinein erfolgt.
Das soweit beschriebene Verfahren lässt sich auch sehr gut dann einsetzen, wenn insbesondere bei einfarbigen Motiven oder Motiven ohne hoch aufgelöste innere Strukturierung die Farbe mit einem sogenannten Airbrush aufgetragen wird. Dieser Fall ist beispielsweise in 5 dargestellt. Hier ist z. B. eine Beschriftung in Form des Buchstabens T mit einem Airbrush auf das zu beschriftende Objekt aufgetragen worden.
Beim anschließenden Härten wird in gleicher Weise wie beim vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben nur der innere Bereich der Balken des T randscharf durch einen entsprechend fokussierten oder per Blende begrenzten UV-Strahler bestrichen, und der so randscharf „abgeschnittene” äußere „zerfranste” Teil des Schriftzeichens bleibt flüssig und kann anschließend abgewaschen werden.
Bezugszeichenliste

1: Pkw
2: Roboter
3: Basis
4: Schwenkarm
5: Inkjetdruckkopf
5b: UV-LED-Kopf
5c: Optik
5d: UV-LED-Array
7: Motiv
7a: äußere Struktur
7b: innere Struktur
8a + b: Kotflügel
10a + b: Schienen
15: Netz von Fokuspunkten
16, 17: Bereich außerhalb der gehärteten Farbe
16a: Kontur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0085423 A1 [0004]
US 2003/164870 A [0004]
US 6562413 [0004]
DE 10217172 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bebildern oder Beschriften von Objekten, bei dem das Objekt mit einer oder mehreren strahlungshärtbaren Farbe(n) bebildert wird und anschließend die Farbe(n) durch Applizieren von Strahlung auf den mit Farbe versehenen Bereich des Objekts gehärtet wird, wobei das Applizieren der Strahlung randscharf derart erfolgt, dass die Konturen des entstehenden Bildes durch den Schritt des Härtens gebildet werden, und die nicht gehärtete(n) Farbe(n) außerhalb der gehärteten Konturen entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen der nicht gehärteten Farbe durch einen Waschvorgang erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bebilderung bzw. Beschriftung des Objekts durch ein Inkjetverfahren oder durch Aufsprühen (Airbrush) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den strahlungshärtenden Farben um W-Farben handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei lediglich die mit Farbe versehenen außenliegenden Bereiche des Bildes oder der Beschriftung randscharf durch Strahlung gehärtet werden und die innenliegenden Bereiche mit geringerer Auflösung flächig bestrahlt werden.
Einrichtung zum Bebildern oder Beschriften von Objekten mit einer Positioniervorrichtung zum Positionieren und Führen eines Werkzeugs zum Aufbringen von Farbe auf das Objekt und zum Positionieren und Führen einer hochaufgelöst fokussierbaren Strahlungsquelle, mittels derer die aufgebrachte Farbe härtbar ist, sowie einer Positionssteuerung, von der die Strahlungsquelle derart steuerbar ist, dass die Konturen des auf dem Objekt zu erzeugenden Bildes oder der Beschriftung durch die fokussierbare Strahlungsquelle herausarbeitbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei das Werkzeug zum Aufbringen der Farbe ein Inkjetkopf oder ein Airbrush ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Strahlungsquelle durch einen UV-Laser oder eine oder mehrere UV-LEDs gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Positioniervorrichtung ein Industrieroboter ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der Industrieroboter eine Aufnahme sowohl für das Werkzeug zum Aufbringen der Farbe als auch für die Strahlungsquelle besitzt.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei für das Führen und Positionieren des Werkzeugs zum Aufbringen der Farbe unf für das Führen und Positionieren der fokussierbaren Strahlungsquelle verschiedene Positioniervorrichtungen verwendet sind.