Title:
Vorrichtung und Verfahren zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht, bevorzugt Toner, Farbe, Lack, Tinte oder Folie, auf einem Substrat, umfassend eine Prägeform (10a), bevorzugt eine Mikroprägeform aus Silikon, welche unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat (2) oder die Materialschicht (8) einwirkt, zeichnet sich aus, durch eine steuerbare Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10'), bevorzugt eine eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal steuerbare Heizeinrichtung, zur Verbesserung der Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht, welche die Prägeform, das Substrat und/oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt.




Inventors:
NGUYEN DUY LINH (DE)
SCHMITT-LEWEN MARTIN (DE)
EULER THORSTEN (DE)
LÖPRICH SIMON (DE)
KURMAKAEV EVGENY (DE)
ERNST UWE (DE)
Application Number:
DE102015212279A
Publication Date:
02/04/2016
Filing Date:
07/01/2015
Assignee:
HEIDELBERGER DRUCKMASCH AG (DE)
Domestic Patent References:
DE102009040359A1N/A2011-03-10
DE102005021186A1N/A2005-11-24



Claims:
1. Vorrichtung zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat, umfassend eine Prägeform (10a), welche unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat (2) oder die Materialschicht (8) einwirkt, gekennzeichnet durch eine steuerbare Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10') zur Verbesserung der Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht, welche die Prägeform, das Substrat und/oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10') eine eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal steuerbare Heizeinrichtung (9a, 10c, 10e) umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (9a, 10c, 10e) einen steuerbaren Laser, ein steuerbares Laser-Array oder einen beweglichen Thermokopf umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeform (10a) eine strukturierte Silikonform (10a) umfasst.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeform (10a) eine Hologrammstruktur umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine Kunststofffolie ist und/oder dass die Materialschicht (8) Toner, Farbe, Lack, Tinte oder Folie aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Auftragseinheit (6, 6') umfasst, welche die Materialschicht (8) auf das Substrat (2) aufträgt.

8. Verfahren zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat, wobei eine Prägeform (10a) unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat (2) oder die Materialschicht (8) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht unter Einsatz einer steuerbaren Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10') verbessert wird, wobei die Prägeform, das Substrat oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10') eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) oder die Materialschicht (8) entweder von einer Heizeinrichtung (9a, 10c, 10e) der steuerbaren Einheit (9, 9a, 10, 10c, 10e, 10') direkt oder indirekt über die Prägeform (10a) erwärmt wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. 8.

Die Erfindung liegt in dem technischen Gebiet des Prägens und Abformens bei der Herstellung von Druckprodukten.

Es ist bekannt, Bedruckstoffe und Farben/Lacke, welche auf Substrate aufgebracht wurden, mit einer Prägung, einer Mikroprägung oder einer Abformung zu versehen. Auf diese Weise kann das zu erzeugende Druckprodukt optisch/haptisch/dekorativ oder funktional aufgewertet werden. Eine funktionale Aufwertung stellt z. B. ein derart hergestelltes Hologramm dar, welches als Sicherheitsmerkmal dient.

Der bekannte Stand der Technik in diesem technischen Gebiet umfasst Folgendes:
Die DE 10 2009 040 359 A1 offenbart eine Vorrichtung, die es erlaubt, mit einem Laser auf einen Lack auf einen Substrat einzuwirken und dadurch den Lack lokal an der Stelle der Einwirkung zu härten, teil zu härten oder zu trocken. Anschließend wird der derart vorbehandelte, gehärtete oder getrocknete Lack geprägt.

Die DE 10 2005 021 186 A1 offenbart die Herstellung einer Lack-Beschichtung mittels Inkjet. Durch den Inkjet ist es möglich, die Lack-Beschichtung einem Beschichtungsmotiv entsprechend aufzutragen.

Daneben ist es auch bereits bekannt, Sicherheitsmerkmale bereits bei der Papierproduktion zu erzeugen. Diese Merkmale sind jedoch nicht veränderbar.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, individualisierte Prägemuster zu erzeugen, insbesondere in Verbindung mit dem Digitaldruck. Es ist darüber hinaus eine weitere oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu schaffen, welches Entsprechendes ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe stellt eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Hauptanspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Hauptanspruch 8 dar.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat, umfassend eine Prägeform, welche unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat oder die Materialschicht einwirkt, zeichnet sich aus, durch eine steuerbare Einheit zur Verbesserung der Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht, welche die Prägeform, das Substrat und/oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt.

„Ortsvariabel” meint, dass die Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht an einer ersten Stelle verschieden ist, von der Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht an einer von der ersten verschiedenen zweiten Stelle. Die Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht kann somit an jeder beliebigen ersten und zweiten Stelle individuell verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es mit Vorteil, individualisierte Prägemuster zu erzeugen. Die Individualisierung wird dadurch erreicht, dass die Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht an verschiedenen Stellen unterschiedlich verbessert wird. Aufeinander folgend hergestellte Druckprodukte können auf diese Weise individualisierte Verformbarkeitsmuster aufweisen. Dies ist insbesondere in Verbindung mit im Digitaldruck erzeugten individualisierten Druckbildern von Vorteil. So ist z. B. eine Abstimmung zwischen individuellem Druckbild und individuellem Prägemuster möglich.

Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Einheit eine eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal steuerbare Heizeinrichtung umfasst.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Heizeinrichtung einen steuerbaren Laser, ein steuerbares Laser-Array oder einen beweglichen Thermokopf umfasst.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Prägeform eine strukturierte Silikonform umfasst.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Prägeform eine Hologrammstruktur umfasst.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Substrat eine Kunststofffolie ist und/oder dass die Materialschicht Toner, Farbe, Lack, Tinte oder Folie aufweist.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorrichtung eine Auftragseinheit umfasst, welche die Materialschicht auf das Substrat aufträgt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prägen eines thermisch verformbaren Substrates oder einer thermisch verformbaren Materialschicht auf einem Substrat, wobei eine Prägeform unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat oder die Materialschicht einwirkt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Verformbarkeit des Substrats oder der Materialschicht unter Einsatz einer steuerbaren Einheit verbessert wird, wobei die Prägeform, das Substrat oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Einheit eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal gesteuert wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Substrat oder die Materialschicht entweder von einer Heizeinrichtung der steuerbaren Einheit direkt oder indirekt über die Prägeform erwärmt wird.

Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörige Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Die gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 oder eine Maschine umfassend die Vorrichtung, z. B. eine Digitaldruckmachine, dient dem Prägen eines thermisch verformbaren Substrates 2 oder einer thermisch verformbaren Materialschicht 8 auf dem Substrat. Die Vorrichtung umfasst optional eine vorgeordnete Einheit 3 und optional eine nachgeordnete Einheit 4. Die vorgeordnete Einheit kann eine Einheit zum Zuführen eines bahn- oder bogenförmigen Substrates sein, z. B. ein Rollenabwickler oder eine Bogenanleger. Das zugeführte Substrat kann bereits eine Materialschicht tragen. Die nachgeordnete Einheit kann eine Einheit zum Aufnehmen des bearbeiteten Substrates sein, z. B. ein Rollenaufwickler oder eine Bogenausleger, oder eine Weiterverarbeitungsmaschine. Das Substrat wird in der Vorrichtung in eine Transportrichtung 5 bewegt.

Das Substrat 2 ist bevorzugt eine Kunststofffolie. Die Materialschicht 8 weist bevorzugt Toner, Farbe, Lack, Tinte oder Folie auf. Eine folienbasierte Materialschicht kann Laminierfolie umfassen.

Das Substrat 5 kommt während des Transports in den Wirkbereich einer Auftragseinheit 6. Die Auftragseinheit kann eine elektrofotografische Einheit, eine Farb- und/oder Lackauftrag-Einheit, z. B. eine Flexo- oder Siebdruck-Einheit, oder eine Tintenstahl-Einheit sein. Die Auftragseinheit kann eine oder mehrere Farben, Lacke oder Tinten auftragen. Die verwendeten Farben, Lacke oder Tinten sind thermoplastisch. Der Auftragseinheit kann eine Nachbehandlungseinheit 7 zugeordnet sein. Alternativ kann die Nachbehandlungseinheit in eine erweiterte Auftragseinheit 6' integriert sein. Die Nachbehandlungseinheit kann eine Fixier-Einheit (im Falle Elektrofotografie/Tonerdruck) oder ein Trockner (im Falle Flexo-, Sieb- oder Tintenstrahldruck) sein, z. B. ein Heißluft-, UV- oder IR-Trockner. Im Falle von Tintenstrahldruck kann auch vorgesehen sein, dass zunächst mit (nicht thermoplastischen) UV-Tinten ein Mehrfarbbild gedruckt und UV-gehärtet wird und dann eine thermoplastische, wasserbasierte Tinte aufgedruckt wird. Letztere wird getrocknet, z. B. mit IR, und dann erfindungsgemäß gezielt ortsvariabel erwärmt. Die wasserbasierte Tinte kann eine Latextinte sein. Statt Wasser kann auch ein anderes Lösungsmittel für die Tinte verwendet werden, z. B. Isopar. Ganz allgemein können transparente Farben/Lacke/Tinten oder pigmentierte eingesetzt werden. Die Pigmente haben bevorzugt einen mittleren Durchmesser von etwa 1 μm oder weniger.

Das Substrat 5 kommt während des Transports anschließend in den Wirkbereich einer Prägeeinheit 10. Im gezeigten Beispiel umfasst die Prägeeinheit einen rotierenden Zylinder 10b mit einer aufgenommenen zylindrischen Prägeform 10a. Alternativ kann die Prägeform auch eben sein und durch Auf- und Abbewegen in Kontakt mit dem Substrat 2 oder der Materialschicht 8 gebracht werden. Die Prägeform wirkt unter wenigstens leichtem Druck auf das Substrat oder die Materialschicht ein.

Die Vorrichtung 1 weist eine steuerbare Heizeinrichtung 10c auf. Im gezeigten Beispiel ist diese im Zylinder 10b aufgenommen. Die Heizeinrichtung kann ein steuerbarer IR-Strahler sein, welcher in lateraler Richtung zur Transportrichtung 5 einzeln ansteuerbare Heizzonen aufweist. Alternativ können die Heizzonen von einer zonal steuerbaren Heißluft- oder Heißwasser-Versorgung gebildet sein. Alternativ können die Heizzonen von einer zonal steuerbaren elektrischen Heizung gebildet sein Die Heizzonen sind einzeln an- und abschaltbar und/oder einzeln in ihrer Leistung steuerbar. Die Steuerung erfolgt mittels eines Rechners 13 über eine nicht dargestellte Verbindung.

Die Heizeinrichtung 10c erlaubt es, die Verformbarkeit des Substrats 2 oder der Materialschicht 8 zu verbessern. Dabei wird die Prägeform 10a und von dieser das Substrat und/oder die Materialschicht gezielt ortsvariabel erwärmt. Das Erwärmen erfolgt somit indirekt über die Prägeform. Durch das Erwärmen erhöht sich die Weichheit des Substrates und/oder der Materialschicht bzw. Substrat und/oder Materialschicht wird/werden weicher und dadurch leichter verformbar. Das verwendete thermoplastische Medium wird bevorzugt auf etwa 100 bis 200°C, besonders bevorzugt auf unter 140°C erwärmt.

Die Prägeeinheit 10 kann optional eine Gegenwalze 10d für den Zylinder 10b aufweisen. In der Gegenwalze kann ein steuerbare Heizeinrichtung 10e angeordnet sein. Die Heizeinrichtung 10e kann in ihrem Aufbau und ihrer Funktion der Heizeinrichtung 10c entsprechen.

Die Vergrößerung in 1 zeigt dass entweder das Substrat 1 oder die Materialschicht 8 auf dem Substrat nach Verlassen des Wirkbereichs der Prägeeinheit 10 eine Prägung 11 bzw. 12 aufweist. Bei bevorzugter Verwendung einer Mikroprägeform 10a entsteht eine Mikroprägung 11 bzw. 12. Da die Struktur der Prägeform 10a bevorzugt unter nur leichtem Druck in das erweichte Substrat oder die erweichte Materialschicht übertragen wird, kann anstelle von Prägen auch von Abformen gesprochen werden. Die Prägeform ist bevorzugt eine strukturierte Silikonform 10a, besonders bevorzugt eine so genannte Hologrammstruktur, d. h. eine Struktur, welche dazu dient, durch Abformen ein Hologramm zu erzeugen. Die Prägeform weist bevorzugt laterale Strukturen im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 mm und Strukturtiefen von etwa 100 nm bis etwa 1 mm auf. Die Shore-Härte des verwendeten Silikons liegt bevorzugt zwischen etwa 20 und etwa 100°. Alternativ können ähnlich harte Elastomere zum Einsatz kommen.

Im Falle des Tonerdrucks kann die Prägeeinheit 10 wie eine in der Elektrofotografie übliche Fixierstation ausgebildet sein, jedoch mit strukturierter Prägeform anstelle einer unstrukturierten Gummihülse auf der Metallwalze der Fixierstation. Die Erwärmung durch die Heizeinrichtung liegt hierbei bevorzugt im Bereich von etwa 150 bis etwa 200°C, besonders bevorzugt bei etwa 190°C.

Alternativ (oder zusätzlich) zur Heizeinrichtung 10c kann auch eine Vorbehandlungseinheit 9 vorgesehen sein. Die Vorbehandlungseinheit umfasst eine zonal steuerbare Heizeinrichtung 9a. Die Heizeinrichtung 9a kann ein steuerbarer IR-Strahler sein, welcher in lateraler Richtung zur Transportrichtung 5 einzeln ansteuerbare Heizzonen aufweist. Alternativ können die Heizzonen von einer zonal steuerbaren elektrischen Heizung, einem so genannten Thermokopf, gebildet sein. Der Thermokopf kann beweglich sein. Alternativ können die Heizzonen von einem oder von mehreren Laser/-n bzw. Laserarray mit Wärme-Energie beaufschlagt werden. Der bzw. die Laser können beweglich sein oder deren Strahlen können in ihrer Richtung verändert werden, um die Zonen zu erreichen. Der bzw. die Laser können IR aussenden oder (bei Einsatz von abgestimmten Absorbern im Substrat oder in der Materialschicht) auch andere Wellenlängen. Die Heizzonen sind einzeln an- und abschaltbar und/oder einzeln in ihrer Leistung steuerbar. Die Steuerung erfolgt mittels eines Rechners 13 über eine nicht dargestellte Verbindung. Die Vorbehandlungseinheit erwärmt das Substrat 2 und/oder die Materialschicht 8 gezielt ortsvariabel. Das Erwärmen erfolgt direkt und nicht indirekt wie bei der Heizeinrichtung 10c. Alternativ kann die Vorbehandlungseinheit in eine erweiterte Prägeeinheit 10' integriert sein

Jede der Heizeinrichtungen 9a, 10c und/oder 10e kann eindimensional/zonal oder zweidimensional/lokal steuerbar sein. Neben der zuvor bereits erwähnten (eindimensional lateralen) zonalen Steuerbarkeit kann also auch eine zweidimensionale Steuerbarkeit vorgesehen sein. Zweidimensional bedeutet: sowohl lateral zur Transportrichtung 5 als auch in Transportrichtung 5. Die zweidimensionale Steuerbarkeit der Erwärmung bzw. Erweichung erlaubt somit eine nicht nur zonale sondern lokale Verbesserung der Verformbarkeit. Die Steuerbarkeit in Transportrichtung kann auch über eine Taktung der jeweiligen Heizeinrichtung erfolgen.

Bei Einsatz einer Vorbehandlungseinheit 9 ist der Abstand dieser Einheit von der Prägeeinheit 10 so gewählt, dass die Temperatur des erwärmten Substrats bzw. der erwärmten Materialschicht noch ausreichend hoch ist, um das thermische Abformen zu ermöglichen. Hierbei ist auch die Geschwindigkeit zu beachten. mit welcher sich das Substrat 2 bewegt.

Bezugszeichenliste

1
Vorrichtung
2
Substrat
3
Vorgeordnete Einheit
4
Nachgeordnete Einheit
5
Transportrichtung
6
Auftragseinheit
6'
erweiterte Auftragseinheit
7
Nachbehandlungseinheit
8
Materialschicht
9
Vorbehandlungseinheit
9a
steuerbare Heizeinrichtung
10
Prägeeinheit
10a
Prägeform
10b
Zylinder
10c
steuerbare Heizeinrichtung
10d
Gegenwalze
10e
steuerbare Heizeinrichtung
10'
erweiterte Prägeeinheit
11
geprägtes Substrat
12
geprägte Materialschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102009040359 A1 [0004]
  • DE 102005021186 A1 [0005]