CN103770455A - 用于在辐射硬化的材料中产生压印结构的方法 - Google Patents
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Abstract
为了在辐射硬化的材料(12a)中产生压印微结构，使用固定在反射或散射的滚筒表面上的微压印模(13)。通过印刷缝隙使微压印模(13)与通过滚筒或转向辊(11)所引导的基材(3)接触。辐射硬化的材料通过印刷缝隙之前或之后的一个或两个楔形区域(Z1，Z2)中施加辐射，所述辐射通过反射或者散射进入到印刷缝隙中。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法，利用所述方法优选在印刷过程期间在辐射硬化的材料、例如UV-油墨或者UV-亮油中将压印结构施加到待印刷的产品上。使用这种方法和相应的装置，以便联机、即在印刷机中制造印刷产品时施加例如全息图、安全标记等微压印结构，其方式是：将所希望的结构机械地压印到UV可硬化的油墨或者亮油中，在将所述油墨或者亮油施加到基材上之后，所述油墨或者亮油仍可回缩。在此，直接在压印过程期间施加UV辐射，由此可以使被压印的结构不再延伸。对于直接在压印过程中施加UV辐射已知不同的解决方案。在此，例如DE4132476A1描述一种卷筒纸印刷机，其中，在玻璃滚筒上施加压印模。所述压印模与刚上亮油的承印材料接触，所述承印材料通过玻璃滚筒被引导。玻璃滚筒内部设有UV-光源，所述UV-光源透过滚筒的玻璃壁对压印模与被上亮油的承印材料之间的接触位置进行辐射。这个装置特别是由于所使用的石英玻璃滚筒的原因耗费并且昂贵。
背景技术
在DE102007034302A1中描述了一种类似的装置，其中，具有结构化的转印元素的、转印箔的形式的带材被安置到通过滚筒所引导的、刚上亮油的或刚印刷的印刷页张的表面上。在此，两个UV灯透过结构化的带材辐射页张表面并且因此使直接在接触位置上的页张上的UV油墨或UV亮油硬化。然后当页张上的油墨或油亮油固化时，已交联的亮油的压印图案或全息图案从转印箔被抽出。
这个方法很耗费，因为将结构化元素(全息图等)在印刷机中施加到已印刷的页张之前，所述结构化元素必须在另一工艺步骤中制造，并且必须已经在转印箔上产生或调适。
在DE102006021069A1中公开了一种与上述装置完全类似的装置，然而在这种装置中带材构造成膜坯(Filmfoermling)，因为所述带材在硬化期间将已压印到带材中的结构传递到已上亮油的页张上。
发明内容
此外，由于使用环形的或者卷起的带材的原因，由现有技术公开的方法和装置耗费并且昂贵。本发明的任务在于，提出一种在印刷机中印刷期间联机地产生压印结构的方法，利用所述方法不需要大的耗费就能够将压印结构可靠地施加到承印材料的表面上。
这个任务利用权利要求1中给出的措施解决。
对此适用的装置具有权利要求6中给出的特征。
根据本发明，为了将微结构施加到例如带有反射表面的金属滚筒上，使用张紧的压印模。可以用类似于印版或者橡皮布或者套筒的方法将所述压印模固定到相应的滚筒上。为了将UV辐射直接照射到印刷缝隙上，通过所述印刷缝隙将所述结构压印到印刷基材上的油墨或亮油中，此后不再需要玻璃滚筒。
本发明不仅可以用于卷筒纸印刷机，而且可以用于页张印刷机。合适的是，其上安装有微压印模的滚筒表面散射地构造，并且微压印模的材料可透UV。按这种方式可以使UV辐射射入到印刷缝隙中，在所述印刷缝隙中，所述UV辐射通过在滚筒表面上被反射或散射并且必要时也多次穿过微压印模直接到达发生位置上、即到达印刷缝隙中，在那里，微压印模与印刷基材上的油墨或亮油接触。
然而也合适的是，微压印模本身反射地构造，其中，所述反射必须仅在平的入射角的情况下给出。结合UV辐射源前面的聚焦元件，按所述方法也可以实现：使UV辐射直至完全到达印刷缝隙中，并在那里使油墨或者亮油在成形期间硬化。
另外可以合适的是，还设置另外的UV光源，所述另外的UV光源使承印材料表面在已经进入到印刷缝隙中时所谓地进行硬化。按这种方式使新鲜的油墨或亮油获得允许微结构压入的稠度(Konsistenz)，因为所述新鲜的油墨或亮油尚未硬化，而另一方面，在被压印的结构再次发生变化之前，被压印的结构在油墨或亮油层中保持的时间显著延长。按这种方式可以在承印材料运行通过印刷缝隙之后非常简单地实施最终硬化。
附图说明
依据实施例的描述并参照所属附图的示图1至6得出本发明的其它优点。附图中：
图1：简化示意性也示出了窄带卷筒纸印刷机的垂直剖面；
图2：示出了根据图1的印刷机的柔性版印刷机构8中的滚筒10和11周围的区域的高度简化放大示图；
图3：示出了与图2相比轻微改变的本发明的实施方式；
图4：示出了与图2相比另一改变的本发明的实施例；
图5：示出了图4的区域20的进一步放大示图；
图6：示出了页张印刷机中本发明替代的实施例。
具体实施方式
图1中所示的窄带卷筒纸印刷机具有朝观察者侧敞开的机架，在所述机架中，用3所标示的材料带——纸或者箔——通过多个转向辊被引导。用2标示这样的带材绕组：材料带3从所述带材绕组开始展开；并用4标示这样的绕组：在材料带3印刷、上亮油和多次精制并以有待描述的方式设置微压印部之后，材料带3再次卷到所述绕组上。
多个印刷-和／或精制机构5、6、7和8被前后相继地接收在机架中，材料带3在这些印刷-和／或精制机构旁经过。由于机器的模块化结构，可以使用按照完全不同的印刷方法工作的印刷机构。由此，用5标示胶版印刷机构，用6标示凹版印刷机构，用7标示丝网印刷机构，并用8标示柔性版印刷机构。具有这种结构的机器例如由Gallus Ferd.Rueesch AG，Harzbuechelstrasse34，9016St.Gallen，瑞士(公司)以品名RCS330-HD提供。
柔性版印刷机构8现在如图2中所描述那样构建到压印机构中，用于将例如全息图等微结构压印到事先施加到材料带3上的UV亮油层中。为此目的，滚筒10设置有套筒110，在所述套筒的外侧上施加反射UV辐射的金属层14。所述层14的材料可以例如是铝或者不锈钢或者铬。反射的表面14自身携带有由硅酮橡胶制成的微压印模13。所述硅酮橡胶材料在300纳米至400纳米之间的波长范围内可透，UV亮油一般在所述波长范围内硬化。例如制造微压印模的方式可以是：由镍垫片(Nickel-Shim)、即电镀产生的具有压印结构的镍薄板作为阳模进行成形所述微压印模。所述微压印模一般具有2mm的厚度并在其表面上带有由所述垫片所成形的微结构。由于硅酮橡胶柔软的、柔性的稠度以及小的表面能，它特别良好地适用于将结构压印到仍潮湿的或者仅稍微干燥的油墨-或者亮油层中。
通过转向滚筒11上所引导的材料带3在其表面上携带被高度放大示出的刚印刷的图像元素12a，所述图像元素在带材运动的过程中运行通过滚筒10或套筒110与转向辊11之间的印刷缝隙。
代替在承印材料运行通过印刷缝隙之前已经将应带有微结构压印的油墨或者亮油施加到承印材料上，合适的也可以是：微压印模13在一定程度上用作为亮油布并在其上通过施加辊(例如图1中所示出的卷筒纸印刷机的辊9)将亮油层或油墨层在所述待印刷的基材穿过所述印刷缝隙期间施加到所述待印刷的基材3上，在所述印刷缝隙中同时进行微压印。
在两个滚筒10和11之间的印刷缝隙后面关于材料带3运动方面处于下游的楔形区域Z1中，UV辐射器15安装在材料带3的整个宽度上。所述UV辐射器例如可以是发射UV的二极管的或者UV激光二极管的阵列，这些发射UV的二极管或者UV激光二极管朝印刷缝隙发出其辐射。所发射的UV辐射穿过微压印模13的硅酮橡胶、在套筒110的粗糙的镜反射的表面14上反射和散射，并且散射辐射再次穿过微压印模13的硅酮橡胶并且现在射到刚好运行通过印刷缝隙的油墨层或亮油层12a上，所述油墨层或亮油层因此在运行通过印刷缝隙时硬化，并且将微压印模13的凹部按这种方式在一定程度上“冻结”在所述油墨层或亮油层的表面中，正如在用12b标示的位置上可以示意性看到那样。
为了防止UV散射辐射到达周围环境中，印刷缝隙下游和上游的两个楔形区域Z1和Z2通过各一个散射光遮挡器17b和17a隔离。
为了提高印刷缝隙中UV硬化过程的效率，如图3的实施例所示，在那里用25标示的UV辐射器前面设有聚焦的反射器18。所述反射器具有高的效率，因为所述反射器使UV辐射在掠入射(streifendem Einfall)的情况下直接在套筒110的反射层14上聚焦成线型焦点21，由此散射地反射的UV辐射16穿过微压印模13的硅酮层到达印刷缝隙中。
在根据图4的替代的实施例中，省去聚焦的反射镜18。替代的是，在用35标示的UV二极管阵列的光出射窗口上安装有光导纤维19，这些光导纤维将发射的UV光引导到印刷缝隙后面处于下游的楔形区域中，直至完全进入到印刷缝隙中。UV辐射在印刷缝隙紧前面从光纤端部射出、穿过透射UV的微压印模13并在套筒110的粗糙的镜反射的表面14上散射到印刷缝隙中。
在图5中所示出的完全类似仅局部剖切的实施例中，取消了套筒110的镜反射。代替的是，微压印模13由例如混入金属颗粒的硅酮材料制成，这种材料使UV辐射为了硬化潮湿的油墨层或亮油层12a而特别是在背侧上反射或者散射。这例如通过硅酮-微压印模13这样的两层结构实现：背侧上的、金属颗粒含量高的部分以及压印侧上的、硅酮层的无金属结构。必要时，滚筒的或者滚筒衬垫的或套筒110的、其上设有微压印模13的微粗糙表面也负责使UV辐射在这个界面层上朝印刷缝隙中待硬化的流体12a的方向散射地反射。因为光导纤维19将UV辐射引导到非常靠近印刷缝隙，并由此绝大部分UV辐射耦合到可透UV的硅酮-微压印模13中，并由此到达印刷缝隙中，因此，按这种方式也可以在印刷缝隙中或直接在印刷缝隙后面实现油墨层或亮油层12a高效地充分硬化。
在上述实施例中，所述UV辐射器分别位于印刷缝隙后面处于下游的楔形区域Z1中。但也可能的是：特别是当相应地使用以硬化变形工作的油墨系统或亮油系统时，则将UV辐射器设置在印刷缝隙前面处于上游的楔形区域Z2中。
另外可能的是，在两个楔形区域中都利用UV辐射器工作，正如以下所描述的图6实施例那样。在图6中用111标示页张印刷机的双倍径反压滚筒。所述反压滚筒具有两个滚筒通道112a和112b，在这些滚筒通道中接收有抓取器条113a和113b，由这些抓取器条保持运行通过的页张103，直至所述页张由随后下一个输送滚筒121进一步输送为止。在图6中刚印好的图像元素再次用12a标示，并且在这些图像元素压印了微结构元素之后标示为12b。
与滚筒111相比，压印滚筒10具有仅一倍的直径并且同样具有通道130，在所述通道中，通过未进一步示出的夹紧装置保持卷绕所述滚筒的板120，所述板在其外侧上又携带微压印模113。
在印刷缝隙前面处于上游的楔形区域Z2中，UV灯115b延伸在遮挡器117b后面的整个滚筒长度上，所述UV灯的波长和功率被如此与UV-油墨或UV-亮油12a相协调，使得所述油墨或者亮油在运行通过印刷缝隙之前仅如此程度地预硬化，使得所述油墨或者亮油尽管固化但仍柔软且柔性。因此，所述油墨或者亮油可以在印刷缝隙中被压印微结构，然而在所述油墨或者亮油从印刷缝隙出来之后不会立即又失去所压印的结构。在处于下游的楔形区域Z1中设有第二UV光源115a，现在如此选择所述第二UV光源的波长以及功率，使得油墨层或者亮油层在通过印刷缝隙之后在那里最终充分硬化。
这里所描述的方法尤其适用于阳离子的硬化或适用于UV材料系统，也就是适用于通过阳离子的引发剂进行交联的油墨和亮油。
可实现所希望的“分两级地”硬化，其方式是：对于UV灯115b使用UV灯115a的约20％至40％的辐射功率。适用于这种分两级地硬化过程的油墨和亮油例如由Weilburger Graphics GmbH in Gerhardshofen公司以品名Senolith-UV-Glanzlack360049(基团)和Senolith-UV-Hochglanzlack365010(阳离子)提供，以及由Heidelberger Druckmaschinen AG(公司)以品名Saphira UV-Coating HG FB U8730(基团)提供。
以上依据联机的印刷系统描述了本发明。然而所述方法也可以在适用于以液体介质给基材涂层的所有设备中使用。另外，根据本发明的方法可以在所有类型的印刷系统、喷墨-或电子照相印刷系统中使用，并在印刷后处理时、也就是在后处理设备(例如模切机、装订机或者折叠盒胶粘机)中联机时应对那里所处理的产品应再次直接设置微压印。
除了将微结构压印到平坦的基材(例如纸箔、带材或者卷绕物)上以外，所述方法也可以在灌装设备和包装机中执行。
所述微压印模也可以非常不同地实施成金属或者金属结构、塑料箔，必要时也可以金属-或者塑料织物增强地实施等。
另外可能的是，所述微压印模设有抗粘结的层。由Dow Coming GmbH inWiesbaden，德国(公司)以品名“Sylgard184”销售的、在紫外线频谱范围内可透的硅酮橡胶特别适用于所述目的。
以上结合UV可硬化的油墨和亮油描述了本发明。但还可以使用在可见波长范围内或在红外范围内硬化的油墨和亮油，并针对微结构的硬化设置了相应的辐射器。
最后，所述方法还可以这样扩展：微压印模在其它生产步骤中设有亮油，用于保护处于亮油下方的微压印结构；或者设有一种在折射率方面与压印的亮油或者压印的油墨相适配的亮油层。这种另外的层可以全面地或是加网地施加。
利用根据本发明的方法可以在生产印刷产品时遵守高的安全标准，因为安全标记的制造现在也可以直接在生产链的末端上进行，并且不必强制地作为标签引入。此外，用于制造和更换压印模的耗费比现有技术公开的方法有利得多。
附图标记列表
1 卷筒纸印刷机
2，4 带材绕组
3 材料带
5 胶版印刷机构
6 凹版印刷机构
7 网印刷机构
8 柔性版印刷机构
10，111 滚筒
11 转向滚筒
12a 图像元素
12b 有压印的图像元素
13，113 微压印模
14 套筒110的表面
15，25 UV辐射器
16 UV辐射
17a，b 散射光遮挡器
18 反射器
19 光导纤维
20 图4的区域
21 线型焦点
35 UV二极管阵列
103 页张
110 套筒
112a，b 滚筒通道
113a，b 抓取器条
115a，b UV光源
117a，b 遮挡器
120 板
121 输送滚筒
130 通道
Z1，Z2 楔形区域
Claims (16)
1.一种用于在辐射硬化的材料中产生压印结构的方法，其中，压印模(13，113)安装在滚筒(10)的或者套筒(110)的表面上并且在线型的印刷缝隙中与所述辐射硬化的材料(12a，b)接触，在所述印刷缝隙前面或者后面的楔形区域(Z1，Z2)中施加用于硬化的辐射(16)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐射在参照基材输送方向处于下游的楔形区域(Z1)中施加。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述滚筒(10)的或所述套筒(110)的表面构造成在用于硬化所使用的辐射(16)的波长范围内镜反射和／或散射。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述微压印模(13，113)的材料在用于硬化所使用的辐射(16)的波长范围内可透。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述印刷缝隙之前和之后的两个楔形区域(Z1，Z2)内都设有辐射源(115a，b)，其中，在所述印刷缝隙之前参照基材输送方向处于上游的楔形区域(Z2)中的辐射源(117b)关于所述辐射的波长和／或功率方面被如此设计，使得所述辐射硬化的材料(12a)仅部分硬化并且保持能够变形，而处于下游的楔形区域(Z1)中的辐射源(117a)的功率和／或波长被如此设计，使得所述可辐射硬化的材料(12b)完全充分硬化。
6.一种用于利用微压印模在辐射硬化的材料中产生压印结构的装置，其包括：多个第一页张引导滚筒(111)或者带材转向辊(10)；和一个用于所述微压印模的承载件，其中，用于所述压印结构(13，113)的承载件是滚筒(10，111)或者固定在所述滚筒上的套筒(110)，并且在由所述滚筒、套筒或辊(10，110／11，111)所形成的印刷缝隙之前或之后参照页张输送方向或者带材输送方向处于上游或者下游的楔形区域(Z1，Z2)中设有用于硬化所述辐射硬化的材料(12a)的辐射源(15，25，35，115)，在所述印刷缝隙中所述微压印模(13，113)与所述辐射硬化的材料(12a)接触。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述辐射源是气体放电灯(115a，b)、发射辐射的二极管、激光辐射源或者由所述发射辐射的二极管和所述激光辐射源构成的阵列(15，25，35)。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述辐射源(15，25，35)如此定向，使得所述辐射源朝所述印刷缝隙的方向发射辐射。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其中，在所述辐射源(25，35)前面设有聚焦的元件(18)或者光导纤维(19)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其中，所述辐射源(115a，b)设置在所述印刷缝隙之前和之后处于上游和下游的两个楔形区域(Z1，Z2)中。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述印刷缝隙之前和之后的辐射源(115a，b)关于发射的辐射功率和／或波长方面如此相互区别，使得所述印刷缝隙之前的辐射源(115b)使所述辐射硬化的材料(12a)仅部分硬化，而所述印刷缝隙之后的辐射源(115a)使具有被压印的压印结构的所述辐射硬化的材料(12b)完全充分硬化。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的装置，其中，所述微压印模(13，113)是优选全息垫片的成形物。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述微压印模(13，113)由可压缩的材料、例如硅酮橡胶制成，所述材料在紫外线频谱范围内可透并且具有优选0.2mm至10mm的厚度。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的方法在图形工业的下列机器中应用：页张印刷机、卷筒纸印刷机、模切机、订书机、折叠盒胶粘机、装订机。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的方法在用于以液体介质给带状物涂层的设备中应用。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的方法用于制造安全标签、印刷的电子器件、可光学读出的代码或者全息图。
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