DE102018125750A1

DE102018125750A1 - Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung aufzubringenden Tinte

Info

Publication number: DE102018125750A1
Application number: DE102018125750.3A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Wahl; Manuel Weiler; Bernhard Mokler; Rainer Simon; Dominik Wewior
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-23
Also published as: ES2929486T3; US20210309019A1; EP3867076B1; US11207895B2; WO2020078606A1; EP3867076A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung aufzubringenden Tinte vorgeschlagen, bei dem das zu bedruckende Substrat von einem Werkstückträger getragen und relativ zur Tintenstrahldruckeinrichtung bewegt wird, wobei während dieser Relativbewegung von der Tintenstrahldruckeinrichtung Tinte auf die Oberfläche des zu bedruckenden Substrates aufgebracht wird, wobei der Werkstückträger auf eine Temperatur oberhalb der ihn umgebenden Lufttemperatur erwärmt wird und das vom Werkstückträger getragene Substrat und die auf die Oberfläche des Substrates aufgebrachte Tinte jeweils durch Wärmeleitung des Werkstückträgers auf die erhöhte Temperatur des Werkstückträgers erwärmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung aufzubringenden Tinte gemäß Anspruch 1.
Durch die US 9 573 349 B1 ist ein Verfahren zum Bedrucken nichtsaugender Substrate mit einer wasserbasierten Tinte bekannt, bei dem jeweils Tintentropfen auf das jeweilige Substrat aufgebracht werden, bei dem Substrate verwendet werden, die jeweils eine Oberflächenspannung von weniger als 45 mN/m aufweisen, bei dem vor dem Aufbringen der Tintentropfen die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Substrate jeweils auf einen Wert von mindestens 45 mN/m erhöht wird, bei dem die Tintentropfen erst danach auf das jeweilige die erhöhte Oberflächenspannung aufweisende Substrat aufgebracht werden.
Der US 2012/0026264 A1 ist zu entnehmen, ein bedrucktes Substrat durch Wärmeeinwirkung, z. B. durch eine Infrarotstrahlung zu trocknen, wobei für die Trocknungstemperatur ein Bereich zwischen 40°C und 100°C und für die Einwirkdauer ein Bereich zwischen 0,2 s und 10 s vorgeschlagen wird.
Durch die CH 703 704 A1 ist eine Druckvorrichtung zum Bedrucken von Flächengebilden in Gestalt von Weissblechtafeln mit mindestens einer Druckfarbe bekannt, wobei die Oberflächenspannung dieser Flächengebilde kleiner als die Oberflächenspannung der Druckfarbe ist, umfassend mindestens ein aktivierbares Druckwerk und eine diesem mindestens einen aktivierbaren Druckwerk nachgelagerte Endtrockenanlage zum Trocknen der vom mindestens einen aktivierbaren Druckwerk auf das Flächengebilde aufgetragenen Druckfarbe, wobei stromaufwärts des in Prozessreihenfolge ersten aktivierbaren Druckwerks mindestens eine Bestrahlungseinrichtung mit je mindestens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle zum Bestrahlen und Erhöhen der Oberflächenspannung des Flächengebildes vor dessen Zufuhr zum ersten aktivierbaren Druckwerk ausgebildet ist, und wobei die Strahlungsquelle eine langgestreckte UV-Gasentladungsröhre oder ein langgestreckter Infrarotstrahler ist.
Durch die DE 10 2012 017 538 A1 ist ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Gegenständen mit Fluiden bekannt, bei dem das Fluid mittels eines rechnergesteuert verfahrbaren ersten Werkzeugs aufgetragen und anschließend mit dem zweiten rechnergesteuert verfahrbaren Werkzeug weiterbehandelt wird, wobei der Zeitverzug zwischen dem Auftragen des Fluids auf den Gegenstand und der anschließenden Weiterbehandlung an das Spreitverhalten des Fluids angepasst ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung aufzubringenden Tinte zu schaffen, mit denen nichtsaugende Substrate trotz der Verwendung einer wasserbasierten Tinte jeweils mit einem Druckbild hoher Druckqualität insbesondere unter Vermeidung eines Spreitens der Tintentropfen bedruckt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die jeweils abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen der gefundenen Lösung.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Kenntnis der vor dem Bedrucken tatsächlich vorliegenden die Benetzung beeinflussenden Eigenschaften der Oberfläche der zu bedruckenden Substrate nicht erforderlich ist, sondern dass die zu bedruckenden Substrate vorzugsweise unmittelbar vor ihrem Bedrucken in einen Zustand guter, d. h. zumindest partieller bis sehr guter, d. h. vollständiger Benetzbarkeit versetzt werden, wobei gleichzeitig durch diese Maßnahme mögliche negative Auswirkungen auf die bedruckten Substrate vermieden, zumindest aber eingeschränkt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht in einem sehr flachen Druck mit einem geringen haptischen Tintenaufbau, d. h. einer geringen Reliefbildung, und einem Druck mit einem hohen Glanzgrad, wodurch z. B. im Verpackungsmarkt häufig gestellte Anforderungen auf einfache Weise erfüllt werden. Überdies wird eine Umformung derart bedruckter Substrate ohne störenden Abrieb in der Umformmaschine ermöglicht. Ebenso ist damit eine gute Voraussetzung für eine Überlackierung und einen geringen und damit umweltfreundlichen Tintenauftrag mit Wasser als umweltfreundlichem Lösemittel gegeben.
Anhand der einzigen Figur wird die vorgeschlagene Lösung verdeutlicht.
Es besteht z. B.im Verpackungsdruck das Bedürfnis, nichtsaugende Substrate in einem industriellen Druckprozess mit mindestens einer wasserbasierten Tinte zu bedrucken. Bei diesen Substraten handelt es sich z. B um vorzugsweise aus einem Feststoff bestehende insbesondere flache Substrate, z. B. um Substrate jeweils aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere um Blechtafeln, z. B. aus einem Stahlblech oder aus einem Weißblech oder aus einem i. d. R. oberflächenoxidierten Aluminiumwerkstoff. Alternativ kommen auch nichtsaugende Substrate aus insbesondere vorlackiertem Holz, aus einem Kunststoff oder aus einem Verbundmaterial in Betracht, sofern diese Substrate eine Erwärmung im Druckprozess schadlos, z. B. formbeständig überstehen. Die Substrate sind vorzugsweise als Platten oder Tafeln ausgebildet, sie können z. B. jedoch auch bahnförmig oder jeweils als ein Rundkörper ausgebildet sein.
Insbesondere metallische Substrate sind i. d. R. mit einer Grundierung, z. B. mit einem Weißgrund, und/oder mit einem Lack vorbeschichtet. Gerade diese Substrate weisen z. B. eine geölte oder gefettete oder mit einem Korrosionsschutzmittel behandelte Oberfläche auf. Die Oberfläche der zu bedruckenden Substrate ist insbesondere hydrophob ausgebildet. Zum Bedrucken dieser Substrate wird vorzugsweise eine z. B. pigmentbasierte, insbesondere lösliche Tinte mit einem Wasseranteil von mindestens 70%, insbesondere von mindestens 80% verwendet. Wenn vorgesehen ist, dass das betreffende Substrat zu einer Verpackung für Lebensmittel weiterverarbeitet werden soll, wird vorzugsweise eine Tinte ohne Photoinitiatoren verwendet. Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung werden z. B. Substrate mit einer unpolaren Oberfläche und zum Bedrucken dieser Oberfläche eine polare Tinte verwendet.
Die jeweilige Tinte wird von einer Tintenstrahldruckeinrichtung jeweils in Form von Tintentropfen auf das jeweilige Substrat aufgebracht, insbesondere durch die Verwendung von mindestens einem die Tintentropfen jeweils ausstoßenden Inkjet-Druckkopf, wobei die Tintentropfen z. B. während einer monodirektionalen Bewegung (Single Pass Verfahren) oder während einer bidirektionalen Bewegung (Multi Pass Verfahren) des Druckknopfes und/oder des betreffenden Substrates auf selbiges aufgebracht werden. Dabei werden die Tintentropfen z. B. in einem Rasterdruckverfahren z. B. jeweils in einer Punktdichte von mindestens 360 dpi, z. B. von 600 dpi oder 1.200 dpi auf das jeweilige Substrat aufgebracht. Zur Erzeugung eines vorbestimmten Druckbildes werden die Tintentropfen üblicherweise in einem mehrere Positionen aufweisenden Raster positionsgenau auf dem betreffenden Substrat aufgebracht. Es kann vorgesehen sein, dass Tintentropfen variabler Größe und/oder dass Tintentropfen mit unterschiedlichen Farbtönen und/oder dass Tintentropfen in unterschiedlichen Helligkeitsintensitäten jeweils auf dem jeweiligen Substrat aufgebracht werden. Für einen mehrfarbigen Druckbildaufbau werden vorzugsweise Farbpunkte aus einem Basisfarbsatz, z. B. CMYK verwendet.
Um die Substrate erfolgreich bedrucken zu können, muss die Oberflächenspannung der betreffenden Substrate mindestens ebenso groß sein wie die Oberflächenspannung der verwendeten Tinte. Nur so kann eine zumindest partielle Benetzung der jeweiligen Oberfläche der betreffenden Substrate mit der vorgesehenen Tinte erfolgen. Andernfalls ziehen sich die auf die nichtsaugende Oberfläche der betreffenden Substrate aufgebrachten Tintentropfen zusammen und es ist keine Benetzung möglich. Wenn überhaupt, so entsteht bei unzureichender Oberflächenspannung der betreffenden Substrate vielmehr ein zumindest unklares, insbesondere verschwommenes oder blasses oder farbunechtes und damit unbrauchbares Druckbild. Die Oberflächenspannung der betreffenden Substrate und die Oberflächenspannung der verwendeten Tinte sind i. d. R. temperaturabhängig. Auch andere Umgebungsbedingungen wie z. B. die Luftfeuchte oder bestimmte Oberflächeneigenschaften der betreffenden Substrate wie deren Rauheit und/oder deren Vorbehandlung und/oder deren Verschmutzungsgrad beeinflussen die Benetzbarkeit der jeweiligen Oberfläche dieser Substrate.
Die Oberflächenspannung von festen Substraten kann z. B. mit im Handel erhältlichen Testtinten ermittelt werden. Die Oberflächenspannung einer wasserbasierten Tinte kann z. B. mit Hilfe der Ring-Methode von Lecomte De Noüy oder mit Hilfe der Platten-Methode von Wilhelmy oder mit Hilfe der Bügel-Methode von Lenard mit einem Tensiometer oder durch den Kapillareffekt oder näherungsweise auch durch eine vergleichende Messung mit Testtinten ermittelt werden.
Bei Raumtemperatur, z. B. in sie umgebender Luft mit einer Temperatur von 20°C kann man für metallische in fester Form vorliegende Substrate, d. h. insbesondere für Blechtafeln z. B. von folgenden Werten für deren Oberflächenspannung ausgehen:

unbehandelter Stahl 29 mN/m

Aluminium(oxid) 33-35 mN/m

verzinnter Stahl ca. 35 mN/m

phosphatierter Stahl 43-46 mN/m
Verölte oder gefettete Oberflächen haben eine Oberflächenspannung von etwa 30 mN/m.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass Substrate verwendet werden, die in Luft mit einer Temperatur von 20°C jeweils eine Oberflächenspannung von weniger als z. B. 50 mN/m, vorzugsweise von weniger als 45 mN/m aufweisen. Daher ist i. d. R. jeweils bei derselben Raumtemperatur von z. B. 20°C die Oberflächenspannung der zum Bedrucken vorgesehenen Substrate geringer als die Oberflächenspannung des als Lösemittel in der Tinte enthaltenen Wassers und i. d. R. auch geringer als die Oberflächenspannung der für den Druck verwendeten Tinte selbst.
Wasser hat bei Standarddruck (SATP), also bei 0,1 MPa entsprechend 1 bar und bei einer Temperatur von 20°C eine Oberflächenspannung von 72,74 mN/m und bei einer Temperatur von 50°C eine Oberflächenspannung von 67,95 mN/m.
Zur Erzielung guter Druckergebnisse ist daher vorgesehen, dass in der den Druckprozess ausführenden Maschine, z. B. in einer Druckmaschine, insbesondere in einer druckformlos arbeitenden mindestens einen Inkjet-Druckkopf aufweisenden Digitaldruckmaschine, vor dem Aufbringen der Tintentropfen auf die Oberfläche des zu bedruckenden Substrates die Oberflächenspannung dieser Oberfläche z. B. um mindestens 10%, vorzugsweise um mehr als 40% jeweils auf einen Wert von mindestens 45 mN/m, insbesondere von mindestens 50 mN/m, vorzugsweise auf einen Wert von über 70 mN/m erhöht wird. Erst nach dieser Erhöhung der Oberflächenspannung, d. h. nachdem die Oberfläche des zu bedruckenden Substrates eine ausreichend hohe Oberflächenspannung aufweist, werden die Tintentropfen auf das jeweilige i. d. R. die erhöhte Oberflächenspannung aufweisende Substrat aufgebracht.
Um die Benetzbarkeit nichtsaugender zum Bedrucken mit einer wasserbasierten Tinte vorgesehener insbesondere metallischer Oberflächen zu verbessern, kann die Oberflächenspannung der betreffenden Substrate z. B. durch ein Phosphatieren dieser Substrate und/oder durch ein Auftragen einer geeigneten Beschichtung, z. B. durch das Auftragen eines Weißgrundes und/oder einer Spezialbeschichtung erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberflächenspannung der betreffenden Substrate durch deren Vorbehandlung mit einem Coronaverfahren oder mit einem Plasmaverfahren oder mit einem chemischen Verfahren oder durch eine Beflammung oder durch eine UV-Bestrahlung oder mit anderen Methoden der Oberflächenaktivierung erhöht werden. Beim Erhöhen der Oberflächenspannung der zu bedruckenden Substrate wird ein Wert angestrebt und eingestellt, der einen Mindestwert für die vorzugsweise vollständige Benetzbarkeit der Oberfläche der betreffenden Substrate nicht nur erreicht, sondern i. d. R. deutlich übersteigt.
Die über den Mindestwert für die Benetzbarkeit hinaus erhöhte Oberflächenspannung der betreffenden Substrate führt zu einem meist starken Spreiten der auf deren Oberfläche aufgebrachten Tintentropfen, d. h. zu einem unerwünschten Ausbreiten dieser Tintentropfen auf der Oberfläche der betreffenden Substrate. Das Spreiten der Tintentropfen hat eine sich sehr schnell verändernde Farbeigenschaft im Druckbild zur Folge und/oder führt auch zu einem ungewollten Fließen der Tinte z. B. in Mikrovertiefungen des betreffenden Substrats hinein. Ein weiterer Effekt ist bei einer Verwendung von Tintentropfen mit unterschiedlichen Farbtönen ein Ausbluten dieser Tintentropfen, das z. B. durch ein Ineinanderlaufen verschiedener Farbpunkte und damit im Druckbild zu völlig unerwünschten Farbeffekten führt, und zwar nicht nur in der Farbe, sondern auch in der Konturenschärfe von gedruckten strukturierten Flächen, wie z. B. in einer Schrift oder an einer Bildkante.
Daher ist es vorteilhaft, vorzugsweise direkt, d. h. binnen nur einer einzigen Sekunde, vorzugsweise innerhalb von 0,5 Sekunden nach dem Bedrucken der Substrate durch ein insbesondere schockartiges (Über-)Trocknen der Tintentropfen deren Spreiten zu stoppen oder sogar weitgehend zu verhindern. Das geschieht in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Tintenstrahldruckeinrichtung. Bei einer bindemittelbasierten Tinte geliert durch diese Trocknung das mindestens eine Bindemittel, wodurch gleichfalls ein Spreiten der Tintentropfen auf dem betreffenden Substrat unterbunden oder gestoppt wird. Das schockartige (Über-)Trocknen der Tintentropfen zum Stoppen oder Verhindern von deren Spreiten wird auch als Pinning bezeichnet. Durch das Pinning werden auf das Substrat aufgebrachte Tintentropfen an ihrer jeweiligen Position auf der Oberfläche des zu bedruckenden Substrates fixiert.
Die 1 verdeutlicht das vorgeschlagene Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates 01 mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung 02 aufzubringenden Tinte. Das Substrat 01 wird in einem industriellen Druckprozess vorzugsweise mit einer mindestens eine Tintenstrahldruckeinrichtung 02 aufweisenden Digitaldruckmaschine bedruckt und dazu z. B. entlang eines Transportweges 09 transportiert. In jeweils durch Richtungspfeile angedeuteter Transportrichtung T des Substrates 01 ist i. d. R. zunächst eine das zu bedruckende Substrat 01 vorbehandelnde Einrichtung 03 in Form einer die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates 01 erhöhende Einrichtung angeordnet, wobei diese vorbehandelnde Einrichtung 03 die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates 01 zumindest bis auf denjenigen Wert erhöht, der der Oberflächenspannung der von der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 auf die Oberfläche des Substrates 01 aufzubringenden Tinte entspricht. Diese die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates 01 erhöhende Einrichtung 03 führt an dem zu bedruckenden Substrat 01 eine Vorbehandlung z. B. mit einem Coronaverfahren oder mit einem Plasmaverfahren oder mit einem chemischen Verfahren oder durch eine Beflammung oder durch eine UV-Bestrahlung aus.
Das zu bedruckende Substrat 01 wird auf einen mit der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 zusammenwirkenden z. B. tischförmig ausgebildeten Werkstückträger 04 z. B. flach aufgelegt. Die Tintenstrahldruckeinrichtung 02 und der Werkstückträger 04 sind derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass das vom Werkstückträger 04 getragene zu bedruckende Substrat 01 eine Relativbewegung zur Tintenstrahldruckeinrichtung 02 ausführt oder eine solche Relativbewegung zumindest ausführbar ist, wobei während dieser Relativbewegung von der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 Tinte auf die Oberfläche des zu bedruckenden Substrates 01 aufgebracht wird. Dabei kann die Tinte während einer monodirektionalen Bewegung (Single Pass Verfahren) oder während einer bidirektionalen Bewegung (Multi Pass Verfahren) von entweder der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 oder des Werkstückträgers 04 jeweils auf die Oberfläche des Substrates 01 aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß wird der Werkstückträger 04 auf eine Temperatur oberhalb der ihn umgebenden Lufttemperatur erwärmt und das vom Werkstückträger 04 getragene Substrat 01 wird seinerseits z. B. durch Wärmeleitung des Werkstückträgers 04 binnen sehr kurzer Zeit, z. B. im Bereich von weniger als 1 Sekunde, vorzugsweise sogar im Bereich weniger Millisekunden, d. h. in weniger als 50 ms, insbesondere in weniger als 10 ms erwärmt, wobei in der Folge auch die auf die Oberfläche des Substrates 01 aufgebrachte Tinte insbesondere durch Wärmeleitung des vom Werkstückträger 04 erwärmten Substrates 01 in praktisch ebenso kurzer Zeit gegebenenfalls mit einer zulässigen Abweichung, d. h. einer Toleranz von höchstens 5°C, vorzugsweise maximal 2°C insbesondere auf z. B. mindestens 90% der erhöhten Temperatur des erwärmten Werkstückträgers 01 erwärmt wird. Der auf das Substrat 01 aufgebrachten Tinte wird dadurch praktisch schlagartig eine Temperatur aufgeprägt, die deutlich höher als die Temperatur der das Substrat 01 umgebenden Luft ist. Die Temperatur der auf das Substrat 01 aufgebrachten Tinte liegt zwar oberhalb der Temperatur der das Substrat 01 umgebenden Luft, aber unterhalb einer Siedetemperatur des in der Tinte enthaltenen Lösemittels, wobei als in der Tinte enthaltenes Lösemittel vorzugsweise Wasser verwendet wird. Die Erwärmung von Werkstückträger 04, Substrat 01 und darauf aufgebrachter Tinte ist in der 1 durch z. B. schräg nach oben gestellte Pfeile angedeutet. Die Erwärmung des Werkstückträgers 04 erfolgt vorzugsweise durch eine Heizeinrichtung, mit der die für ihn einzustellende Temperatur vorzugsweise geregelt wird oder zumindest regelbar ist.
Durch diese Erwärmung der auf das Substrat 01 aufgebrachten Tinte ergibt sich oberhalb der flüssigen Phase dieser Tinte eine Dampfschicht. Denn flüchtige Bestandteile der Tinte, welche in erster Linie das in der Tinte enthaltene Lösemittel sind, insbesondere das Wasser, haben mit steigender Temperatur zunehmend das Bestreben, aus der flüssigen Phase der Tinte in eine gasförmige Phase überzugehen, wodurch der Dampf entsteht. Die Verdampfungsrate und der im Dampf herrschende Dampfdruck sind zwar einerseits von der stofflichen Zusammensetzung der Tinte und von deren rheologischen Eigenschaften abhängig, aber in der zuvor beschriebenen Anordnung andererseits auch durch die Oberflächenspannung der Tinte und/oder durch die Oberflächenspannung des die Tinte tragenden Substrates 01 und dessen Temperatur beeinflussbar.
In der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die sich oberhalb der flüssigen Phase der Tinte ausgebildete Dampfschicht durch einen Luftstrom abzutransportieren und dadurch zu entfernen. Der Luftstrom wird durch mindestens eine Blasdüseneinheit 06; 07 bereitgestellt, wobei die jeweilige Blasdüseneinheit 06; 07 den Luftstrom unter Maschinenumfeldbedingungen in Richtung auf das Substrat 01 ausstößt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die von der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 ausgebrachte Luft zuvor z. B. beheizt und/oder entfeuchtet. So kann z. B. im Zustrom der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 jeweils eine vorzugsweise geregelte oder zumindest regelbare Heizeinrichtung angeordnet sein. Auch kann die jeweilige Blasdüseneinheit 06; 07 mit mindestens einer z. B. linienförmigen Heizeinrichtung ergänzt werden, wobei die jeweiligen Heizeinrichtungen jeweils z. B. als eine Strahlungsquelle im IR- oder nahen IR-Bereich ausgebildet sind und/oder als LED-Strahler ausgebildet sind. Die relative Feuchte des von der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 ausgestoßenen Luftstroms beträgt vorzugsweise weniger als 100%, insbesondere weniger als 65%. Der von der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 bereitgestellte Luftstrom hat eine Strömungsgeschwindigkeit von z. B. mehr als 25 m/s, vorzugsweise mehr als 30 m/s, insbesondere mehr als 50 m/s oder gar mehr als 100 m/s. Dieser Luftstrom wird in einem von der Auflageebene des betreffenden auf dem Werkstückträger 04 aufliegenden Substrates 01 ausgehenden Winkel von z. B. 0° bis 90°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30° und 45° auf das die Tinte tragende Substrat 01 gerichtet, wobei dieser Luftstrom vorzugsweise mit der Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 gleichgerichtet ist. Eine vorzugsweise quer zur Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 schlitzförmig ausgebildete Ausblasöffnung der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 wird jeweils in einem Abstand von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 2 mm oberhalb der bedruckten Oberfläche des betreffenden Substrates 01 angeordnet. Der von der betreffenden Blasdüseneinheit 06; 07 bereitgestellte Luftstrom entfernt zwar die oberhalb der flüssigen Phase der Tinte ausgebildete Dampfschicht, verschiebt aber die jeweiligen auf das Substrat 01 aufgebrachten Tintentropfen nicht. Bei einer monodirektionalen Relativbewegung (Single Pass Verfahren) zwischen Substrat 01 und Tintenstrahldruckeinrichtung 02 genügt z. B. eine einzige Blasdüseneinheit 07 in Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 unmittelbar nach der Tintenstrahldruckeinrichtung 02. Bei einer bidirektionalen Relativbewegung (Multi Pass Verfahren) zwischen Substrat 01 und Tintenstrahldruckeinrichtung 02 ist es vorteilhaft, jeweils unmittelbar vor und nach der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 für eine Zwischentrocknung des betreffenden Substrates 01 und/oder der an der Oberfläche des Substrates 01 aufgebrachten Tinte jeweils eine Blasdüseneinheit 06; 07 anzuordnen (1). In einer weiteren Ausführungsform können die Blasdüseneinheiten 06; 07 nicht nur vor und hinter der Tintenstrahldruckeinrichtung 02, sondern auch zwischen einzelnen Segmenten und/oder zwischen verschiedenfarbige Tinten ausbringende Düsen dieser Tintenstrahldruckeinrichtung 02 angeordnet sein bzw. werden, um eine noch unmittelbarere Zwischentrocknung der einzelnen Tintenaufträge zu ermöglichen.
Wie zuvor beschrieben, ist es vorteilhaft, dass die auf die Oberfläche des Substrates 01 aufgebrachte Tinte binnen nur einer einzigen Sekunde nach ihrem Auftrag auf das betreffende Substrat 01 z. B. durch einen Wärmeeintrag in das betreffende Substrat 01 und/oder in die aufgebrachte Tinte in einer von der Wärmeleitung des Werkstückträgers 04 verschiedenen Zwischentrocknung getrocknet wird, wobei diese Zwischentrocknung vorzugsweise mittels mindestens einer Blasdüseneinheiten 06; 07 ausgeführt wird. Danach wird das die zwischengetrocknete Tinte tragende Substrat 01 einem i. d. R. konventionell ausgebildeten, von der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 räumlich getrennt angeordneten (Heißluft- und/oder IR-)Endtrockner 08 zugeführt und z. B. durch diesen Endtrockner 08 hindurchgeführt, wobei erst diese Endtrocknung eine vollständige physikalische Trocknung der Tinte und gegebenenfalls ihre Vernetzung bewirkt. Die Zwischentrocknung des Tintenauftrags findet während des Druckvorgangs, also praktisch zeitgleich mit dem Druckvorgang unmittelbar nach bzw. vor den Druckdurchgängen insbesondere durch die jeweilige Blasdüseneinheit 06; 07 statt und ist mit dem Druckvorgang untrennbar verbunden. Die Zwischentrocknung des Tintenauftrags wird in der bevorzugten Ausführung durch eine Beheizung des Substrates 01 unterstützt und/oder intensiviert. Der aus der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 abgegebene, vorzugsweise strahlförmige Luftstrom legt sich an der Oberfläche des Substrates 01 an und trocknet i. d. R. einen ganzen Bereich auf diesem Substrat 01. Die Strömungsgeschwindigkeit des von der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 bereitgestellten Luftstroms bestimmt eine Intensität der Trocknung der an der Oberfläche des Substrates 01 aufgebrachten Tinte, wobei diese Intensität mit dem Abstand von der vorzugsweise schlitzförmig ausgebildeten Ausblasöffnung der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 abnimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die jeweilige Blasdüseneinheit 06; 07 jeweils mehrere in Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 hintereinander liegende, vorzugsweise jeweils quer zur Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 z. B. schlitzförmig ausgebildete Ausblasöffnungen auf. Die Zwischentrocknung des betreffenden Substrates 01 und/oder der an der Oberfläche des Substrates 01 aufgebrachten Tinte kann durch eine oder mehrere insbesondere im Bereich der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 angeordnete Heizeinrichtungen verstärkt werden, wobei die betreffende Heizeinrichtung jeweils z. B. als eine Strahlungsquelle im IR- oder nahen IR-Bereich und/oder als ein LED-Strahler ausgebildet und z. B. in Transportrichtung T des betreffenden Substrates 01 unmittelbar vor oder nach der Tintenstrahldruckeinrichtung 02 innerhalb und/oder außerhalb der jeweiligen Blasdüseneinheit 06; 07 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

01: Substrat
02: Tintenstrahldruckeinrichtung
03: vorbehandelnde Einrichtung
04: Werkstückträger
05: -
06: Blasdüseneinheit
07: Blasdüseneinheit
08: Trockner
09: Transportweg
T: Transportrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9573349 B1 [0002]
US 2012/0026264 A1 [0003]
CH 703704 A1 [0004]
DE 102012017538 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bedrucken einer Oberfläche eines nichtsaugenden Substrates (01) mit einer von einer Tintenstrahldruckeinrichtung (02) aufzubringenden Tinte, bei dem das zu bedruckende Substrat (01) von einem Werkstückträger (04) getragen und relativ zur Tintenstrahldruckeinrichtung (02) bewegt wird, wobei während dieser Relativbewegung von der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) Tinte auf die Oberfläche des zu bedruckenden Substrates (01) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (04) auf eine Temperatur oberhalb der ihn umgebenden Lufttemperatur erwärmt wird, wobei das vom Werkstückträger (04) getragene Substrat (01) und die auf die Oberfläche des Substrates (01) aufgebrachte Tinte jeweils durch Wärmeleitung des Werkstückträgers (04) mit einer zulässigen Abweichung auf die erhöhte Temperatur des Werkstückträgers (04) erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates (01) zumindest bis auf denjenigen Wert erhöht wird, der der Oberflächenspannung der von der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) auf die Oberfläche des Substrates (01) aufzubringenden Tinte entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung der zu bedruckenden Oberfläche des Substrates (01) in einer das zu bedruckende Substrat (01) vorbehandelnden Einrichtung (03) erhöht wird, wobei diese Einrichtung (03) an dem zu bedruckenden Substrat (01) eine Vorbehandlung mit einem Coronaverfahren oder mit einem Plasmaverfahren oder mit einem chemischen Verfahren oder durch eine Beflammung oder durch eine UV-Bestrahlung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte während einer monodirektionalen Relativbewegung zwischen dem Substrat (01) und der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) (Single Pass Verfahren) oder während einer bidirektionalen Relativbewegung zwischen dem Substrat (01) und der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) (Multi Pass Verfahren) auf die Oberfläche des betreffenden Substrates (01) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Oberfläche des Substrates (01) aufgebrachte Tinte auf eine Temperatur erwärmt wird, die sich oberhalb der Temperatur der das Substrat (01) umgebenden Luft und unterhalb einer Siedetemperatur eines in der Tinte enthaltenen Lösemittels befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb einer flüssigen Phase der Tinte eine aus dem in der Tinte enthaltenen Lösemittel bestehende Dampfschicht ausgebildet wird, wobei die oberhalb der flüssigen Phase der Tinte ausgebildete Dampfschicht durch einen von mindestens einer Blasdüseneinheit (06; 07) ausgestoßenen Luftstrom abtransportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) ausgestoßene Luftstrom aus mehreren jeweils in Transportrichtung (T) des betreffenden Substrates (01) hintereinander liegenden Ausblasöffnungen ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) ausgestoßene Luftstrom eine relative Feuchte von weniger als 65% aufweist und/oder dass dieser Luftstrom beheizt wird und/oder dass dieser Luftstrom eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 25 m/s hat und/oder dass dieser Luftstrom in einem von einer Auflageebene des betreffenden von dem Werkstückträger (04) getragenen Substrates (01) ausgehenden Winkel von 0° bis 90° auf das die Tinte tragende Substrat (01) gerichtet wird und/oder dass dieser Luftstrom mit der Transportrichtung (T) des betreffenden Substrates (01) gleichgerichtet ist bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das betreffende von dem Werkstückträger (04) getragene Substrat (01) von mindestens einer jeweils in einem Abstand von 0,1 mm bis 10 mm oberhalb der bedruckten Oberfläche des betreffenden Substrates (01) angeordneten Ausblasöffnung der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) angeblasen wird und/oder dass der von der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) bereitgestellte Luftstrom aus mindestens einer jeweils quer zur Transportrichtung (T) des betreffenden Substrates (01) schlitzförmig ausgebildeten Ausblasöffnung ausgestoßen wird und/oder dass der von der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) bereitgestellte Luftstrom aus zwischen einzelnen Segmenten und/oder zwischen verschiedenfarbige Tinten ausbringenden Düsen der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) angeordneten Ausblasöffnungen ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) ausgeführte Zwischentrocknung des betreffenden Substrates (01) und/oder der an der Oberfläche des Substrates (01) aufgebrachten Tinte durch eine oder mehrere im Bereich der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) in Transportrichtung (T) des betreffenden Substrates (01) unmittelbar vor oder nach der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) innerhalb und/oder außerhalb der jeweiligen Blasdüseneinheit (06; 07) angeordnete jeweils als eine Strahlungsquelle im IR- oder nahen IR-Bereich und/oder als ein LED-Strahler ausgebildete Heizeinrichtungen verstärkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5 oder 6 oder 7 oder 8 oder 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Tinte tragende Substrat (01) nach dem Druckprozess einem von der Tintenstrahldruckeinrichtung (02) räumlich getrennt angeordneten Endtrockner (08) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5 oder 6 oder 7 oder 8 oder 9 oder 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Werkstückträger (04) getragene Substrat (01) und die auf die Oberfläche des Substrates (01) aufgebrachte Tinte jeweils durch Wärmeleitung des Werkstückträgers (04) auf die erhöhte Temperatur des Werkstückträgers (04) mit einer zulässigen Abweichung von höchstens 5°C und/oder auf mindestens 90% der erhöhten Temperatur des Werkstückträgers (04) erwärmt werden.