CN113646279A

CN113646279A - 玻璃蚀刻制备方法和系统

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Publication number: CN113646279A
Application number: CN202080025359.8A
Authority: CN
Inventors: J·洛茨; D-H·梅耶
Original assignee: Pierce Agreement Co ltd
Current assignee: Pierce Agreement Co ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: GB2583778A; US20220177361A1; GB2583778B; DE102019113960A1; WO2020201140A1; EP3947308A1; GB201907355D0; CN113646279B

Abstract

本发明提供了一种制备蚀刻用玻璃的方法。该方法包括提供玻璃型材，并通过用印刷机沉积油墨将掩模直接印刷到玻璃型材上。

Description

玻璃蚀刻制备方法和系统

技术领域

本发明涉及一种制备蚀刻用玻璃的方法及其系统。更具体地，本发明涉及制备蚀刻用的人工吹制的着色玻璃。

背景技术

蚀刻用于为安装例如建筑安装以及其他独立的艺术作品和装饰性技术玻璃产品产生艺术性作品。例如，蚀刻可用于对着色玻璃例如着色玻璃窗和其他玻璃制品提供额外处理特征。

蚀刻是利用强酸以去除材料表面的部分从而在材料表面上产生设计的工艺。已知使用蚀刻用于在着色或上色玻璃上产生设计。在已知的过程中，在玻璃上铺设“掩模”或“抗蚀剂”。一旦已经铺设掩模，就将玻璃放入蚀刻溶液中。通常，蚀刻溶液包含酸，例如氢氟酸。这种酸的使用具有各种安全和环境问题。掩模由耐酸的材料制成，从而在玻璃浸没在蚀刻溶液中时，在玻璃的所有区域中(除了在存在掩模的情况下)除去着色玻璃的上色。在一些实施例中，将蜡例如蜂蜡用作掩模。用于掩模的替代材料包括焦油漆、沥青、塑料乙烯基类、乳胶或其他基于塑料的胶水。一旦从蚀刻溶液移除玻璃，就可以从玻璃移除掩模以露出包含所需设计的蚀刻表面。

在已知工艺中，掩模的铺设缓慢且艰苦，这限制了可以产生工件的数量。掩模通常也是手工铺设的，所以通常是以不完美的方式铺设。手工施用的掩模不稳定，且易于从玻璃表面伸出。

在铺设之前，必须手动和手工设计掩模，这也增加了所花费的时间。

着色玻璃的特征是它不平坦。可以制造完全平坦的玻璃，例如使用浮法玻璃工艺，但是正宗着色玻璃不是这样做的。它是人工吹制的，这产生缺陷和厚度的变化，但是在美学上期望的蚀刻难以存在。目前，在着色玻璃上的蚀刻是耗时的，实现高品质的成品困难。

发明内容

根据第一方面，提供了一种制备蚀刻用玻璃的方法，包括：提供玻璃型材；并通过用印刷机沉积油墨，直接在玻璃型材印刷掩模。

根据一个实施例，玻璃型材包括着色玻璃。

根据一个实施例，玻璃型材是人工吹制的。

根据一个实施例，玻璃型材包括具有初级层和一个或多个次级层的套料(flash)玻璃。

根据一个实施例，印刷机包括喷墨印刷机。

根据一个实施例，印刷机包括2轴印刷机。

根据一个实施例，印刷机包括3轴印刷机。

根据一个实施例，印刷机的印刷头被配置成在玻璃型材的深度方向移动，以便考虑玻璃型材的厚度变化。

根据一个实施例，该方法包括在玻璃型材上的不同位置处沉积不同厚度的油墨。

根据一个实施例，一旦将掩模印刷到玻璃型材上，该方法就包括将玻璃型材暴露于蚀刻溶液，以在未受掩模覆盖的区域中从玻璃型材去除上色。

根据一个实施例，该方法包括在蚀刻溶液中执行玻璃型材的多次曝光。

根据一个实施例，该方法包括将玻璃型材的不同区域暴露于蚀刻溶液不同次数，从而在玻璃型材上方改变上色的暗度。每个不同的区域可以具有不同的掩模。在一些实施例中，在单独的印刷过程中印刷每个不同的掩模。

根据一个实施例，该方法包括将玻璃型材的不同区域暴露于蚀刻溶液不同时间段，从而在玻璃型材上方改变上色的暗度。

根据一个实施例，该方法包括将玻璃型材的不同区域暴露于每分钟不同体积的蚀刻溶液，从而在玻璃型材上方改变上色的暗度。

根据一个实施例，该方法包括洗涤玻璃工件的型材并除去掩模以提供成品玻璃产品。

根据第二方面，提供了一种用于制备蚀刻用玻璃型材的印刷系统，包括：印刷机，其被配置成通过将油墨沉积到玻璃型材上直接将掩模印刷到玻璃型材上。

根据一个实施例，玻璃型材包括着色玻璃。

根据一个实施例，玻璃型材是人工吹制的。

根据一个实施例，玻璃型材包括具有初级层和一个或多个次级层的套料玻璃。

根据一个实施例，印刷机包括喷墨印刷机。

根据一个实施例，印刷机包括3轴印刷机。

根据一个实施例，印刷机包括2轴印刷机。

根据一个实施例，印刷机的印刷头被配置成在玻璃型材的深度方向移动，从而考虑玻璃型材的厚度变化。

根据一个实施例，印刷系统包括用于接收印刷用玻璃型材的印刷台(print bed)。

根据第三方面，提供了一种玻璃蚀刻系统，包括：根据第二方面的印刷系统；和用于接收玻璃型材的蚀刻浴，用于将玻璃型材的至少一部分暴露于蚀刻溶液，从而在未受掩模覆盖的区域从玻璃型材去除上色。

根据一个实施例，玻璃蚀刻系统包括用于洗涤玻璃型材从而去除掩模以提供成品玻璃产品的洗涤站。

根据第四方面，提供了一种制备蚀刻用玻璃的方法，包括：提供人工吹制的着色玻璃型材；并通过用印刷机沉积油墨，直接将掩模印刷到人工吹制的着色玻璃型材。

根据第五方面，提供了一种用于制备蚀刻用人工吹制的着色玻璃型材的印刷系统，包括：印刷机，其配置成通过将油墨沉积到人工吹制的着色玻璃型材上，直接将掩模印刷到人工吹制的着色玻璃型材上。

附图说明

通过引用附图可以更全面地理解本发明，其中：

图1显示了使用下面更详细描述的本发明生产的装饰性着色玻璃产品的成品实例；

图2示意性地示出了根据本发明的生产蚀刻掩模的装置；

图3至5示意性地示出了根据本发明的生产蚀刻玻璃制品的各阶段；

图6示意性地示出了根据本发明的用于印刷蚀刻掩模的系统；

图7示出了可以在其上实施本发明的玻璃型材的实例。

具体实施方式

根据本发明，使用计算机数控(CNC)印刷机用于在待蚀刻的着色玻璃型材上形成掩模。在一些实施例中，着色玻璃型材可以称为玻璃工件。在一些实施例中，印刷机是喷墨印刷机，以油墨用作掩模。可以使用的印刷机的一些实例包括高端喷墨印刷机，例如

JFX200，TECJET6090平板印刷机和

Océ1280XT。在一些实施例中，所用的油墨是碳基油墨。可以使用的油墨的一个例子包括

油墨。在一些实施例中，使用的油墨是白色油墨。白色油墨具有成本效益并且包括耐氧化钛分子。然而，应当理解，在其他实施例中可以使用不同的上色油墨。

在一些实施例中，着色的玻璃工件是手工吹制(而不是由浮法玻璃工艺生产的)。任何人工吹制玻璃都会具有表面缺陷，例如具有不均匀或波状的表面。

可以在https://en.wikipedia.org/wiki/Broad_sheet_glass和https://www.oxfordreference.com/view/10.1093/oi/authorority.2011080303100214564上找到有关手工吹制的着色玻璃的信息。

在一些实施例中，使用3轴印刷机来铺设掩模。3轴印刷机具有可在X-Y平面中移动以将掩模设计或图案印刷到玻璃上的印刷头。另外，印刷头可在z方向上移动以调节玻璃厚度。在一些实施例中，在沿z方向移动时，印刷头不印刷，并且一旦达到相对于玻璃型材的正确位置，就开始或恢复印刷。也就是说，在一些实施例中，可以在印刷之前改变印刷头的高度，但是在印刷过程中该高度不会改变。

在一些实施例中，使用2轴印刷机来铺设掩模。

在实践中，可以使用已知的计算机设计工具在计算机用户界面上设计掩模的形状。在一些实施例中，使用可以提供适合于Raster Imaging Processor(RIP)的文件的计算机设计工具。然后，可以将设计的掩模传递到印刷机，这可以将掩模印刷到玻璃上。这使得能够在玻璃上形成与手工通常可能形成的掩模更复杂的掩模(蚀刻到玻璃内的设计分辨率)。与已知的手动技术相比，它还显著加速了制备和铺设掩模的过程。当然也可以重复使用用于掩模的存储数据组，意味着掩模也可以容易地再现在不同或其他玻璃型材上。在实例中，使用和重复使用用于掩模的相同数据组(例如，在计算机上的设计者设计掩模，计算机格式化并发送到驱动印刷机的掩模数据)还提供了结果的确定性，并促进了成品的可重复性和品质控制。

本发明可以将生产蚀刻玻璃产品的劳动时间从数小时(对于高细节掩模甚至是数天或数周)减少到数分钟。虽然所花费的时间依赖于尺寸和复杂性，但举例来说，生产0.5m²的复杂的蚀刻玻璃型材使用已知的手动方法将会花费约8小时左右。使用本发明，这可以减少到4或5分钟。可以印刷多个瓦面(tile)或型材以构成更大的设计。例如，掩模设计可以印刷在玻璃型材上的两个或更多个截面中。玻璃可以相对于印刷头移动，从而允许形成单独的掩模部分。在一些实施例中，工件的运动在印刷阶段之间由操作者手动执行。

除了节省的时间之外，本发明还可以在掩模(以及因此的成品蚀刻产品)中使得细节水平成为可能，这在以前是不可能的。通过使用CNC机器来产生掩模，这使得能够使用相同件的数字信息组和体积制造。这可以取代以前的缓慢和昂贵的方法，其中生产时间严重依赖于设计。对于复杂的设计，使用旧方法可需要数小时来切割掩模，甚至更长的时间来安装掩模，而在切割过程中有高的错误可能性。

图7中示出了可以在一些实施例中使用的玻璃700型材的侧视图。玻璃700包括主表面740。主表面740可以是透明的。玻璃700包括次表面742。次表面742包括上色或着色层。在一些实施例中，存在多于一个次级层。也就是说，可以认为存在一个或多个次级层。通过将次级层742的熔化或熔融型材纳入主层740的熔化或熔融型材，然后吹制玻璃来生产玻璃700。这种类型的玻璃700被称为“套料玻璃”或“套色玻璃”。次级层742是用酸除去的层。次级层742也可以称为“套色层”。

图1中示出了通过所公开的方法形成的着色玻璃产品或制品100的实例的平面图。着色的玻璃产品100形成在玻璃或玻璃工件102的型材上。

在该实例中，阴影区域(即区域104,106,108,110,112,114)对应于在将玻璃102放入包含蚀刻溶液(酸)的蚀刻浴中之前被印刷掩模覆盖的区域。没有阴影的区域(例如区域116)对应于在蚀刻过程中除去着色的区域。

应注意，跨产品100上存在着色的变化阴影(例如暗度)。例如，在区域104内，区域103比区域105暗。同样，带106比带108暗。在一些实施例中，通过改变蚀刻时间(即玻璃经受酸的时间量)引起暗度变化。区域在溶液中保持越长，该区域的越色浅。附加地或替代地，暗度的变化可通过多次重复酸中的“浸入”而引起，并且可能在玻璃的不同区域上具有不同数量浸入。在一些实施例中，该方法包括将玻璃型材的不同区域暴露于每分钟不同体积的蚀刻溶液从而在玻璃型材上方改变上色暗度。

附加地或替代地，可通过跨玻璃改变印刷掩模的厚度引起暗度变化。在一些实施例中，每个不同区域可以具有不同的掩模。在一些实施例中，在单独的印刷过程中印刷每个不同的掩模。

一旦从蚀刻溶液移除玻璃，就洗涤玻璃以除去任何剩余的酸。在一些实施例中，异丙醇玻璃清洁剂可用于清洁玻璃。然后，去除掩模以露出成品玻璃产品(例如着色玻璃产品100)。

图2是结合本发明的系统的示意性平面图。以200示意性地示出了待在其上印刷的玻璃(例如着色玻璃型材)。玻璃200可以是如前所述的套料玻璃型材。玻璃200的颜色或着色由点阵列示意性地表示。玻璃200搁置在3轴CNC喷墨印刷机的台206上。以208示意性地示出喷墨印刷机的印刷头。如上所述，印刷头208可以在x、y和z方向移动(z方向是观看图2时进出文档)。即，印刷头208可以跨玻璃200的长度、宽度和深度移动。可以将玻璃200定尺寸以匹配印刷机台206的尺寸。或者，如果玻璃200对于印刷机台206太大，则然后可以使用适当的支撑件以支撑玻璃，然后在一系列印刷操作中围绕印刷机台移动玻璃，直到完成必要的印刷。

如上面所讨论的，CNC印刷机可以被编程，使得印刷头208印刷已用适当的计算机设计工具制得的设计。

图3示出了通过在沉积油墨时在玻璃上方移动印刷头208而将计算机指令发送到印刷头208以将三角形210印刷到玻璃200上的实例。由黑色三角形示意性地示出了沉积的油墨，但将理解，在实践中，油墨可以是不同的颜色(例如白色)。

一旦完成掩模的印刷，可以如前所述将玻璃200浸入蚀刻溶液(例如在蚀刻浴)中，从而在未被印刷掩模(在这种情况下是三角形掩模210)覆盖的区域中在玻璃200上引起颜色(着色)的去除。在实施例中，由于酸呈现的健康危险，在非常受控条件下，手动将玻璃200置于蚀刻溶液中。例如，将玻璃放入蚀刻溶液中的人员会穿戴防护衣服，例如太空服。也在遥远位置(例如远离城镇或城市中心)，在具有合适的进气口和出气口以及合适的清洁设备的适当构造的设施内实施该方法。

图4示意性地示出了浸入蚀刻溶液中并取出后的玻璃200。如通过不存在点(参考图3)所示意性地示出，从未被掩模210覆盖的区域中从玻璃200已移除颜色。在该实例中，在这些区域中已经去除了所有颜色，使得这些区域现在是透明(或可察觉透明)的玻璃，尽管如上所述，颜色去除的程度可以取决于蚀刻时间、浸入次数、掩模厚度等。在图4中，尚未移除掩模210。

图5示意性地示出了在移除掩模210以露出相应的三角形部分212之后的玻璃200，其中已经保留了着色玻璃的颜色。

图6示意性地示出了可用于实施所述印刷方法的印刷机300。在该实例中，印刷机300包括喷墨印刷机，如前所述。印刷机300包括用于支撑玻璃200的台206。通过机器人臂214来在x、y、z方向实现工件200上方的印刷头208的移动，该机器人臂214控制印刷头208的移动。印刷头208包括一个或多个喷嘴216用于将油墨喷射到玻璃200上。

以222示意性地示出了计算装置。计算装置示意性地显示为具有存储器218和处理器220。存储器218可以存储控制印刷机300所需的印刷机驱动程序。存储器218还可以存储与待印刷到玻璃200上的一个或多个图案有关的数据。计算装置222的功能可以在印刷机300中、在与印刷机300通信的外部计算机中，或者分布在印刷机300和外部计算机之间。图6的印刷系统被配置成执行如关于图2到5所述的铺设掩模的印刷方法。

本文所述的实施例应理解为本发明实施方案的说明性实例。设想了进一步的实施方案和实施例。关于任何一个实施例或实施方案描述的任何特征可以单独使用或与其他特征组合使用。另外，关于任何一个实施例或实施方案描述的任何特征也可以与任何其他实施例或实施方案的一个或多个特征组合使用，或者是任何其他实施例或实施方案的任何其他组合。此外，本文未描述的等同物和修改也可以在本发明的范围内使用，在权利要求中限定该范围。

Claims

1.制备蚀刻用玻璃的方法，包括：

提供玻璃型材；和

通过用印刷机沉积油墨，直接将掩模印刷到玻璃型材上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃型材包括着色玻璃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述玻璃型材是手工吹制的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述玻璃型材包括具有主层和一个或多个次级层的套料玻璃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述印刷机包括喷墨印刷机。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述印刷机包括3轴印刷机。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述印刷机的印刷头被配置成在所述玻璃型材的深度方向移动，从而考虑玻璃型材的厚度的变化。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括在玻璃型材上在不同位置处沉积不同厚度的油墨。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中一旦已经将掩模印刷到玻璃型材上，该方法就包括将玻璃型材暴露于蚀刻溶液，从而在未受掩模覆盖的区域从玻璃型材除去上色。

10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述蚀刻溶液中执行玻璃型材的多次曝光。

11.根据权利要求10所述的方法，包括将玻璃型材的不同区域暴露于蚀刻溶液不同次数，从而在玻璃型材上方改变上色的暗度。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，包括将玻璃型材的不同区域暴露于蚀刻溶液不同时间段，从而在玻璃型材上方改变上色的暗度。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，包括洗涤玻璃型材并除去掩模以提供成品玻璃产品。

14.一种用于制备蚀刻用玻璃型材的印刷系统，包括：

印刷机，该印刷机被配置成通过将油墨沉积到玻璃型材上，直接将掩模印刷到玻璃型材上。

15.根据权利要求14所述的印刷系统，其中所述玻璃型材包括着色玻璃。

16.根据权利要求14或15所述的印刷系统，其中所述玻璃型材是手工吹制的。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的印刷系统，其中所述玻璃型材包括具有主层和一个或多个次级层的套料玻璃。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的印刷系统，其中所述印刷机包括喷墨印刷机。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的印刷系统，其中所述印刷机包括3轴印刷机。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的印刷系统，其中所述印刷机的印刷头被配置成在所述玻璃型材的深度方向移动，从而考虑玻璃型材的厚度变化。

21.一种玻璃蚀刻系统，包括：

根据权利要求14所述的印刷系统；和

用于接收玻璃型材的蚀刻浴，用于将玻璃型材的至少一部分暴露于蚀刻溶液，从而在未受掩模覆盖的区域中从玻璃型材去除上色。

22.根据权利要求21所述的玻璃蚀刻系统，所述玻璃蚀刻系统包括用于洗涤所述玻璃型材的洗涤站，从而除去掩模以提供成品玻璃产品。

23.一种制备蚀刻用玻璃的方法，包括：

提供人工吹制的着色玻璃型材；

并通过用印刷机沉积油墨，直接将掩模印刷到人工吹制的着色玻璃型材上。

24.一种用于制备蚀刻用的人工吹制的着色玻璃型材的印刷系统，包括：

印刷机，该印刷机被配置成通过将油墨沉积到人工吹制的着色玻璃型材上，直接将掩模印刷到人工吹制的着色玻璃型材上。