DE69930156T2

DE69930156T2 - Replikationsverfahren für ein oberflächen-relief und ein produkt mit einem reliefdruck

Info

Publication number: DE69930156T2
Application number: DE69930156T
Authority: DE
Inventors: Lars Lindvold; Jan Stensborg
Original assignee: Glud and Marstrand AS
Current assignee: Glud and Marstrand AS
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: EP1666987A2; WO2000040421A3; ATE319123T1; EP1157310A2; DE69930156D1; DK1157310T3; EP1157310B1; WO2000040421A2; US20040166336A1; AU1857800A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Replizieren eines Oberflächenreliefs in einer nichtmetallischen Schicht. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Replizieren eines Oberflächenreliefs in einer nichtmetallischen Schicht, die durch ein Metallsubstrat gehalten wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Artikel zum Halten eines Oberflächenreliefs, wobei der Artikel gemäß dem o. g. Verfahren hergestellt ist.
Mittlerweile ist der Einsatz von Hologrammen zum Fälschungsschutz von Drucksachen und anderen Produkten in der Industrie weithin anerkannt. Zudem dienen Hologramme als Dekoration auf Drucksachen, insbesondere Verpackungen. Hologramme werden als Etiketten oder durch Warmprägen holografischer Folien aufgetragen.
Allgemein ist das direkte Induzieren von Hologrammen in Metallen sehr teuer, wodurch die Kosten jedes Gegenstands hoch werden. Weiterhin bestehen Einschränkungen bei der Wahl von Metallen, und die Haltbarkeit dieser Metalle ist gering.
Die US-A-4725111 und US-A-4773718 betreffen beide Verfahren zum Prägen von Hologrammen direkt in eine Metalloberfläche, vorzugsweise Aluminium. Beim direkten Prägen von Hologrammen in ein Metall muß hoher Druck auf das Prägewerkzeug aufgrund der Härte des Metalls ausgeübt werden. In den US-A-4725111 und US-A-4773718 wurde dieses Problem gelöst, indem das Prägeverfahren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird, d. h. die Temperatur des Metalls wird beim Prägen von Hologrammen über Raumtemperatur erwärmt.
Ein Nachteil der in den US-A-4725111 und US-A-4773718 beschriebenen Verfahren ist, daß zum Erweichen des Aluminiums das Prägeverfahren bei erhöhten Temperaturen stattfinden muß, um die Härte des Aluminiums zu reduzieren.
Die US-A-4900111 beschreibt eine Technik zum Prägen von Hologrammen in eine Hartmetalloberfläche. Die Hartmetalloberfläche wird mit einer Weichmetallschicht überzogen, vorzugsweise Zinn, wodurch bei Raumtemperatur geprägt werden kann.
Die EP-A-0297764 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 9 und beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines holografischen Bilds auf einer metallischen Oberfläche eines Artikels mit den Schritten des Beschichtens des Artikels mit einem transparenten thermoplastischen Stoff und des anschließenden Prägens des holografischen Bilds in die Oberfläche des transparenten Stoffs. Das holografische Bild kann in den opaken Stoff geprägt werden.
Die JP-A-06210943 beschreibt Druckverfahren von Metallprodukten, bei denen ein Primäraufdruck, z. B. Zeichen, Muster o. ä., auf die Oberfläche eines Metallprodukts mit Hilfe einer normalen Druckeinrichtung aufgebracht und eine Deckbeschichtung aus wärmehärtendem Harz auf dessen Oberseite aufgetragen und so erwärmt wird, daß das Harz vollständig gehärtet ist. Danach wird das wärmehärtende Harz nur auf dem gewünschten Teil des o. g. Primäraufdrucks bedruckt, und eine Hologrammfolie auf an der Oberfläche des wärmehärtenden Harzaufdrucks befestigt.
Die US-A-5281499 beschreibt ein Produkt und ein Verfahren mit einem Schichthologramm und Beugungsgitter, die Beeinträchtigung aufgrund von Abrieb und Feuchtigkeit als separater Handelsartikel bei Befestigung an einem Substrat, besonders an Geweben, widerstehen. Eine Ausführungsform beschreibt eine Grenzflächenanordnung mit einem Substrat, einem Film mit einem holografischen oder einem Beugungsgitterbild darauf und einer haftenden Siebdruckfarbe unter dem Film, wobei ein Druckmuster auf dem Substrat mit dem Bild auf dem Film zusammenwirkt, um eine Gesamtgrafik vorzusehen.
Die US-A-4856857 offenbart in 13 ein transparentes Hologramm vom Reflexionstyp, das an einem Substrat mit aufgedruckten Informationen haftet und aufweist: eine transparente hologrammbildende Schicht mit einer ein Reliefhologramm bildenden Oberfläche und einer einen holografischen Effekt ver stärkenden Schicht, die einen transparenten Dünnfilm aufweist.
Die US-A-5193014 beschreibt ein Verfahren zur Verwendung eines einfachen Beugungsgitters im Boden einer Blechdose als Druckmesser. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann das Füllen der Dose, z. B. mit Getränken, durch Überwachen von Licht gesteuert werden, das vom Beugungsgitter gebeugt wird.
Ein Nachteil aller o. g. Techniken besteht darin, daß ein relativ hoher Druck erforderlich ist, um das Prägewerkzeug in das betreffende Material zu pressen.
Ein weiterer Nachteil aller o. g. Techniken ist, daß wegen des hohen erforderlichen Drucks und daher auch der erforderlichen Zeit, um z. B. ein Hologramm herzustellen, keine der o. g. Techniken mit einer Hochgeschwindigkeitsproduktion, z. B. von Lebensmittelbehältern, kombiniert werden kann.
Noch ein weiterer Nachteil aller o. g. Techniken besteht darin, daß der Artikel, in dem ein Hologramm zu induzieren ist, nicht mit einem Farbaufdruck vorbereitet werden kann, bevor das Hologramm geprägt wird.
Als weiterer Nachteil zeigt sich bei allen o. g. Techniken, daß keine durch Farbaufdrucke vorgesehenen visuellen Effekte mit Hologrammen kombiniert werden können.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Technik zum Replizieren eines Oberflächenreliefs in einem breiten Bereich nichtmetallischer Materialien bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Technik zum Replizieren eines Oberflächenreliefs bereitzustellen, ohne einen hohen Druck auf das Prägewerkzeug auszuüben.
Als weitere Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, eine Technik zum Replizieren eines Oberflächenreliefs mit hohen Geschwindigkeiten und bei Raumtemperatur bereitzustellen. Insbesondere sollte die Technik auf mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Produktionslinien z. B. zur Herstellung von Lebensmittelbehältern anwendbar sein.
Diese Aufgaben werden gelöst, indem in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Replizieren eines Oberflächenreliefs nach Anspruch 1 bereitgestellt wird.
Die erste Schicht aus nichtmetallischem Material kann vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Lacken, Polymeren, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht. Im Prinzip kann die erste Schicht durch jede Art von Substrat gehalten werden. Vorzugsweise wird die erste Schicht durch ein Metallsubstrat gehalten.
Das Substrat kann im wesentlichen eben sein. Alternativ kann das Substrat gekrümmt sein. Um ein Oberflächenrelief mit Oberflächenvariationen im Submikrometerbereich zu replizieren, muß die Oberfläche des Substrats bestimmten Anforderungen genügen. Die Oberfläche des Substrats sollte möglichst glatt sein.
Der durch das Metallsubstrat gehaltene Farbaufdruck dekoriert die Oberfläche und verstärkt durch das Oberflächenrelief erzeugte visuelle Effekte bei einfallender Außenbeleuchtung.
Zum Schutz des replizierten Oberflächenreliefs kann das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer zweiten Schicht aufweisen, wobei die zweite Schicht im wesentlichen transparent ist und mindestens einen Teil der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material bedeckt. Diese zweite Schicht kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Lacken, Polymeren, laminiertem Kunststoff, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht. Die zweite Schicht kann so vorgesehen werden, daß sie den Oberflächenvariationen des replizierten Oberflächenreliefs folgt. Alternativ kann die zweite Schicht so vorgesehen werden, daß sie das replizierte Oberflächenrelief verkapselt. In dieser Situation folgt die zweite Schicht nicht unbedingt den Oberflächenvariationen des Oberflächenreliefs.
Um visuelle Effekte zu erhalten, müssen sich die Brechzahlen der ersten und zweiten Schicht unterscheiden. Das mindestens eine Oberflächenrelief, das in der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material repliziert wird, weist ein optisches Beugungselement auf, z. B. ein Hologramm, Gitter o. ä.
Vorzugsweise liegt die Dicke der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material im Bereich von 1 bis 50 μm, z. B. im Bereich von 2 bis 25 μm, z. B. im Bereich von 2 bis 20 μm, z. B. im Bereich von 5 bis 15 μm, z. B. im Bereich von 5 bis 10 μm.
Das Replizieren des mindestens einen Oberflächenreliefs kann als Teil eines Walzverfahrens oder eines Prägeverfahrens oder einer Kombination daraus durchgeführt werden.
Vorzugsweise erfolgen das Bereitstellen der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material und das Ändern der Oberflächeneigenschaften der ersten Schicht im wesentlichen im selben Herstellungsverfahren. "Im wesentlichen" bedeutet eine Zeitspanne von wenigen Minuten. Das replizierte Oberflächenrelief ist zeitlich im wesentlichen dauerbeständig. "Im wesentlichen dauerbeständig" bedeutet, daß das replizierte Oberflächenrelief über eine Zeitspanne von mindestens 12 Monaten stabil ist.
Die Oberfläche des in die erste Schicht aus nichtmetallischem Material gedrückten Objekts ist vorzugsweise aus einem feuerfesten Material hergestellt. Alternativ kann die Oberfläche gehärtet sein, um so Verschleiß der Oberfläche des Objekts zu reduzieren.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Artikel nach Anspruch 9, der ein Oberflächenrelief hält.
Auch in diesem Aspekt weist das durch die erste Schicht aus nichtmetallischem Material gehaltene mindestens eine Oberflächenrelief ein optisches Beugungselement auf, z. B. ein Hologramm, Gitter o. ä..
Die erste Schicht aus nichtmetallischem Material kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Lacken, Polymeren, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Zum Schutz des Oberflächenreliefs kann der Artikel ferner eine zweite Schicht aufweisen, wobei die zweite Schicht im wesentlichen transparent ist und mindestens einen Teil der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material bedeckt. Die zweite Schicht, die eine Brechzahl hat, die sich von der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material unterscheidet, kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Lacken, Polymeren, laminiertem Kunststoff, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Das Metallsubstrat hält einen Farbaufdruck, um visuelle Effekte zu verstärken. Der Artikel bildet einen integrierten Bestandteil eines Behälters, z. B. eines Nahrungsmittelbehälters. In diesem Kontext bezeichnen Nahrungsmittelbehälter auch Süßwarenbehälter, Tabakbehälter, Milchpulverbehälter, Behälter für wärmebehandelte Nahrungsmittel, Kuchendosen oder Keksdosen. Alternativ kann der Behälter ein Behälter für Getränke sein. Schließlich kann ein Behälter auch ein Allzweckeimer sein, z. B. ein Eimer zum Aufnehmen von Farbe.
Die o. g. Arten von Behältern sind als Food-Behälter oder Non-Food-Behälter bekannt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
1 zeigt ein repliziertes Oberflächenrelief 3 in einer nichtmetallischen Schicht 2. Die nichtmetallische Schicht 2 wird durch ein Metallsubstrat 1 gehalten.
2 zeigt den Artikel gemäß 1, wobei das Oberflächenrelief 3 durch eine Schutzschicht 4 bedeckt ist.
3 zeigt den Artikel gemäß 1, wobei das Oberflächenrelief 3 durch eine Schutzschicht 5 bedeckt ist.
6 ähnelt 2 mit der Ausnahme, daß das Metallsubstrat einen Farbaufdruck 7 hält.
7 ähnelt 3 mit der Ausnahme, daß das Metallsubstrat einen Farbaufdruck 7 hält.
8 zeigt das Prinzip eines Walzverfahrens.
9 zeigt das Prinzip eines Prägeverfahrens.
Das erfindungsgemäße Replizieren von Oberflächenreliefs bildet einen integralen Bestandteil eines Farbdruckverfahrens bei der Herstellung von Metallbehältern für die Nahrungsmittelindustrie. Auf diese Weise lassen sich Kostensenkungen und Einsparungen an Produktionszeit und Ressourcen erreichen. Schließlich erscheint auch das Hologramm als integraler Bestandteil des Produkts, d. h. als integraler Bestandteil eines Metallbehälters. Dies ergibt eine gleichmäßigere Gestaltung eines Metallsubstrats und macht den Behälter fälschungssicher.
In 1 ist ein Artikel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Artikel weist ein Me tallsubstrat 1 auf, das in 1 als ebener Untergrund dargestellt ist. Gleichwohl kann das Substrat auch gekrümmt sein, um eine Seitenwand z. B. eines zylinderförmigen Nahrungsmittelbehälters zu bilden. Die Oberfläche des Substrats sollte möglichst glatt sein. Vorzugsweise ist das Substrat Metall, z. B. Aluminium oder Weißblech.
Gemäß 1 hält das Substrat eine Schicht 2 aus nichtmetallischem Material. Vorzugsweise ist die nichtmetallische Schicht einer der folgenden Lacke: DI 4004 oder Lack Nr. 1402-011, beide von der Firma Valspar Coates zu beziehen. Alternativ können die folgenden Lacke verwendet werden:
EG 41001 F, EG 41082 F und EQ 16003 F von PPG
77/6/5 Z von Vernicolor
11545 von Manders
ME 812 F, 11573MA von Valspar Coates
Ein Oberflächenrelief 3 wurde in der nichtmetallischen Schicht 2 repliziert. Darstellungsgemäß handelt es sich beim replizierten Oberflächenrelief 3 um kleine räumliche Variationen in der Oberflächentopologie der nichtmetallischen Schicht 2. Vorzugsweise ist das Oberflächenrelief 3 ein optisches Beugungselement, z. B. ein Hologramm, Gitter o. ä.. Normalerweise liegt die Dicke der nichtmetallischen Schicht im Bereich von 5 bis 10 μm, was ausreicht, die Tiefenvariationen des Oberflächenreliefs 3 aufzunehmen. Diese liegen normalerweise im Bereich von 50 bis 300 nm.
Zum Schutz des replizierten Oberflächenreliefs 3 kann eine Schutzschicht 4 und 5 aus transparentem Material optional auf dem replizierten Oberflächenrelief vorgesehen sein. Diese Schutzschichten 4 und 5 sind in 2 und 3 gezeigt.
In 2 folgt die Unterseite der Schutzschicht 4 den Oberflächenvariationen des Oberflächenreliefs 3. In 3 folgt die Schutzschicht 5 nicht den Oberflächenvariationen des Oberflächenreliefs 3, wodurch Luftspalte zwischen der Schutzschicht 5 und der Oberfläche des Oberflächenreliefs 3 gebildet sind.
Um visuelle Effekte vom Oberflächenrelief 3 in 2 zu erhalten, muß sich die Brechzahl der nichtmetallischen Schicht 2 von der Brechzahl der Schutzschicht 4 unterschei den. Die Schutzschichten 4 und 5 sind aus der gleichen Gruppe von Lacken wie die nichtmetallische Schicht 2 ausgewählt.
Gemäß 3 sind die Anforderungen an die Brechzahlen nicht so kritisch wie in 2. Dies ist Folge der Luftspalte zwischen der nichtmetallischen Schicht und der Schutzschicht. Grund dafür ist, daß die Luftspalte automatisch zu einer Brechzahlabstufung an der Oberfläche des Oberflächenreliefs 3 führen.
Die von den Artikeln gemäß 2 und 3 erhaltenen visuellen Effekte werden durch die Brechzahldifferenz zwischen der nichtmetallischen Schicht und dem benachbarten Medium (Schutzschicht oder Luft) erzeugt. Die Schutzschicht schützt das replizierte Oberflächenrelief auch vor Abrieb.
Visuelle Effekte sind verstärkt, da das Substrat vor Bilden der nichtmetallischen Schicht einen Farbaufdruck gemäß 6 und 7 aufweist. Der Farbaufdruck 7 ist eine Farbschicht, die zwischen dem Metallsubstrat 1 und der nichtmetallischen Schicht 2 positioniert ist. Normalerweise enthält der Farbaufdruck 7 eine Dekoration, z. B. ein Logo, Warenzeichen usw. Die besten visuellen Effekte wurden mit dunklen Farben, z. B. Dunkelblau, beobachtet.
Wie zuvor erwähnt, kann die Replikation eines Oberflächenreliefs als Teil eines Walz- oder Prägeverfahrens durchgeführt werden. Das allgemeine Prinzip eines Walzverfahrens ist in 8 veranschaulicht, in der die Tragwalze 9 ausgebildet ist, das Substrat 1 und die nichtmetallische Schicht 2 zu halten und zu bewegen. Das Replizierwerkzeug 8 ist über der Tragwalze positioniert. Der auf das Replizierwerkzeug beim Prägen ausgeübte Druck hängt von den Eigenschaften der nichtmetallischen Schicht ab. Der ausgeübte Druck liegt im Bereich von 100 bis 1000 kg/cm². Vorzugsweise liegt der ausgeübte Druck im Bereich von 300 bis 400 kg/cm². Verglichen mit herkömmlichen Systemen, bei denen Hologramme direkt in Metallsubstrate geprägt werden, ist der erforderliche Druck in der Erfindung erheblich reduziert.
In 9 ist ein Prägeverfahren dargestellt. Das Substrat 1, das die nichtmetallische Schicht 2 hält, ist auf einer Stützstruktur 10 positioniert. Wiederum wird das Präge werkzeug 8 in die nichtmetallische Schicht 2 gedrückt, um ein Oberflächenrelief zu replizieren.
Für gewerbliche Zwecke, bei denen eine Herstellung mit hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, ist das Walzverfahren am vorteilhaftesten. Ferner läßt sich das Walzverfahren leicht an herkömmliche Walzen anpassen.

Claims

Verfahren zum Replizieren eines Oberflächen-Reliefs (3), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer ersten Schicht aus einem nichtmetallischen Material (2), das von einem Metall-Haltesubstrat (1) gehalten wird, – Drücken eines Objekts (8) mit einer Oberfläche, die mindestens ein Oberflächen-Relief (3) aufweist, in die erste Schicht aus nichtmetallischem Material (2), um die Oberflächeneigenschaften der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) zu ändern, um das mindestens eine Oberflächen-Relief (3) zu replizieren, wobei das mindestens eine Oberflächen-Relief (3) einen Teil der Oberfläche des Objekts (8) bildet und ein lichtbeugendes optisches Element (3) aufweist, und dadurch gekennzeichnet, daß – das Metallsubstrat derart angeordnet ist, daß es einen integralen Teil eines Behälters bildet und daß eine Farbschicht (7) zwischen dem Metallsubstrat (1) und der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) vorgesehen ist, um die visuellen Effekte zu verstärken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht aus nichtmetallischem Material (2) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Lacken, Polymeren, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt Bereitstellen einer zweiten Schicht (4, 5) aufweist, wobei die zweite Schicht (4, 5) im wesentlichen transparent ist und mindestens einen Teil der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Schicht (4, 5) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Lakken, Polymeren, beschichtetem Kunststoff, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Brechungsindex der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) und der der zweiten Schicht (4, 5) verschieden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) innerhalb des Bereichs von 1–50 mm, wie etwa im Bereich von 2–25 mm, wie etwa im Bereich von 2–20 mm, wie etwa im Bereich von 5–15 mm, wie etwa im Bereich von 5–10 mm ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Replikation des mindestens einen Oberflächen-Reliefs (3) als ein Teil eines Walzverfahrens ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Replikation des mindestens einen Oberflächen-Reliefs (3) in einem Prägeverfahren ausgeführt wird.
Artikel, der einen integralen Teil eines Behälters bildet und aufweist: – ein Metall-Haltesubstrat (1), – eine erste Schicht aus nichtmetallischem Material (2), die von dem Substrat (1) gehalten wird, wobei die erste Schicht aus nichtmetallischem Material mindestens ein in der Oberfläche der ersten Schicht ausgebildetes Oberflächen-Relief (3) hat, wobei das Oberflächen-Relief ein lichtbeugendes optisches Element (3) aufweist und als ein Teil eines Walzverfahrens oder in einem Prägeverfahren bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß – eine Farbschicht (7) auf der Oberfläche des Metallsubstrats (1) vorgesehen ist, um die visuellen Effekte zu verstärken, und daß die nichtmetallische Schicht (2) auf der Oberfläche der Farbschicht (7) vorgesehen ist.
Artikel nach Anspruch 9, wobei die erste Schicht aus nichtmetallischem Material (2) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Lacken, Polymeren, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Artikel nach Anspruch 9 oder 10, der ferner eine zweite Schicht (4, 5) aufweist, wobei die zweite Schicht im wesentlichen transparent ist und mindestens einen Teil der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material bedeckt.
Artikel nach Anspruch 11, wobei die zweite Schicht (4, 5) aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Lakken, Polymeren, beschichtetem Kunststoff, Druckfarben oder jeder Kombination daraus besteht.
Artikel nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Brechungsindex der ersten Schicht aus nichtmetallischem Material (2) und der der zweiten Schicht (4, 5) verschieden sind.