DE10138772A1

DE10138772A1 - Wiederbeschreibbare Druckform zum Drucken mit schmelzbarer Druckfarbe

Info

Publication number: DE10138772A1
Application number: DE10138772A
Authority: DE
Inventors: Bernd Vosseler
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2002-03-28

Abstract

Es wird eine wiederbeschreibbare Druckform (10) zum Drucken mit schmelzbarer Druckfarbe (18) vorgeschlagen, deren Oberfläche eine äußere Schicht (16), welche im Vergleich zu einer inneren Schicht (14) relativ dünn ist und mindestens eine Wellenlänge eingestrahlter elektromagnetischer Energie (20) im Wesentlichen absorbiert oder reflektiert, und eine innere Schicht (14) mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und einer geringen Wärmekapazität aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine wiederbeschreibbare Druckform zum Drucken mit schmelzbarer Druckfarbe mit einer Oberfläche, welche eine äußere und eine innere Schicht aufweist.

Zum Drucken oder Vervielfältigen von Text- oder Bildinformation ist es im allgemeinen erforderlich, eine Fläche derart zu strukturieren, dass sie druckende und nicht druckende Bereiche aufweist. Eine Möglichkeit dazu besteht darin, eine Fläche schmelzbarer Druckfarbe auf einer Oberfläche, welche plan sein oder einen endlichen Krümmungsradius haben kann, aufzubringen und die schmelzbare Druckfarbe lokal aufzuschmelzen. Unter einer schmelzbaren Druckfarbe wird dabei eine Farbe verstanden, welche abhängig von der Temperatur in einem hochviskosen oder festen und in einem niedrigviskosen oder flüssigen Zustand vorliegen kann. Typischerweise ist eine derartige Druckfarbe bei Raumtemperatur fest oder hochviskos und bei erhöhter Temperatur flüssig oder niedrigviskos, obendrein weist sie typischerweise einen Erstarrungsverzug auf.

Eine mit schmelzbarer Druckfarbe versehene Oberfläche wird durch die folgenden Schritte zu einer wiederbeschreibbaren Druckform. Durch die gleichmäßige, unstrukturierte Auftragung der schmelzbaren Druckfarbe erhält man einen Text- oder Bildträger. Durch gezielte, lokal begrenzte Energiezufuhr, beispielsweise vermittels Laserstrahlung, kann die Oberfläche durch lokales Aufschmelzen strukturiert werden. Durch Kontakt mit einem Bedruckstoff oder einem anderen Trägermaterial wird nur an den aufgeschmolzenen Stellen Farbe übertragen. Durch geeignete Aufbereitung, wie beispielsweise großflächiges Schmelzen und Zuführung weiterer Farbe kann wieder eine unstrukturierte, gleichmäßige Oberfläche hergestellt werden, sodass die Druckform wiederbeschreibbar ist.

In der DE 42 05 636 C2 werden Verfahren und zugehörige Maschinen zum Drucken unter Verwendung lösungsmittelfreier schmelzbarer Druckfarbe offenbart. Eine Verfahrensvariante besteht darin, dass die Farbe mittels einer beheizbaren Extrusionsvorrichtung oder in Form einer festen Folie entweder auf einen vollflächig schwarz verchromten Flachdruckzylinder aufgetragen und pixelweise mittels eines ein Bildraster erzeugenden Lasers verflüssigt wird oder auf einen im Bildrasten schwarz verchromten Flachzylinder aufgetragen wird und mittels eines Flächenstrahlers in diesem Bildraster verflüssigt wird. Hierbei wird eine bei Raumtemperatur feste, durch Wärmezufuhr schmelzbare Druckfarbe in einem geschlossenen Film auf den glatten Druckzylinder aufgetragen, dort im gewünschten Bildraster punktweise, pixelweise verflüssigt, in dieser punktuell fluiden Form auf einen Bedruckstoff übertragen und auf dem Bedruckstoff durch Abkühlen verfestigt. Die Verflüssigungsanordnung umfasst entweder einen gesteuerten Impulslaser oder eine gesteuerte Laserzeile, wobei der Flachdruckzylinder vollständig schwarz verchromt ist, oder sie umfasst einen Flachstrahler, wobei der Flachdruckzylinder im Bildraster des Druckbildes schwarz verchromt und im übrigen blank ist.

Ein Nachteil einer derartigen Anordnung ist, dass die durch den Laser eingetragene Energie sowohl tangential als auch orthogonal zur Oberfläche aufgrund von Wärmediffusion dissipiert. Ein möglicher Ausgleich dieser Vorgänge kann in einer Verlängerung der Belichtungszeit resultieren. Im ungünstigen Fall sogar führt dies zu einer Vergrößerung des Druckpunktes, da mehr Farbe aufgeschmolzen wird.

In der EP 0 678 379 B 1 ist ein wiederbeschreibbarer Druckzylinder mit mindestens zwei Schichten beschrieben, der mit erhitzter Druckfarbe, welche auf einer Fläche in druckende und nicht druckende Bereiche strukturiert ist, benetzt wird. Die Druckfarbe wird vorzugsweise vollständig auf eine zweidimensionale Fläche eines Bedruckstoffes übertragen. Zur Aufrechterhaltung des niedrigviskosen oder flüssigen Zustandes der Druckfarbe ist vorgesehen, dass die äußere Schicht eine geringe Wärmekapazität und die sich daran anschließende innere Schicht eine hohe Wärmekapazität aufweisen.

Nachteilig hierbei ist, dass die Wärmekapazität an sich nur für thermodynamische Gleichgewichtsprozess aussagekräftig ist. Bei der lokalen Erwärmung, beispielsweise vermittels eines gerichteten Laserstrahls, handelt es sich a priori um einen thermodynamischen Nichtgleichgewichtsprozess. Eine wichtige Materialeigenschaft in diesem Fall ist die Wärmeleitfähigkeit, welche nicht zwangsläufig den in der EP 0 678 379 B1 unterstellten einfachen Zusammenhang mit der Wärmekapazität hat. Ein weiterer Nachteil ist, dass Energiedissipation tangential zur Oberfläche stattfinden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine wiederbeschreibbare Druckform, auf der ein Druckpunkt mit Hilfe lokal begrenzt eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung erzeugt werden soll, zur Verfügung zu stellen, welcher eine reduzierte Energiedissipation aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die wiederbeschreibbare Druckform eine Oberfläche mit einer äußeren und einer inneren Schicht aufweist, wobei die äußere Schicht im Vergleich zur inneren relativ dünn ist und die Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch die aufgetragene schmelzbare Druckfarbe entweder dadurch unterstützt, dass die äußere Schicht mindestens eine eingestrahlte Wellenlänge im Wesentlichen absorbiert oder aber dadurch dass die äußere Schicht mindestens eine eingestrahlte Wellenlänge im Wesentlichen reflektiert, und wobei die innere Schicht eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung führt damit sowohl zu einer Wärmeisolation in Richtung orthogonal zur Oberfläche durch die innere Schicht, welche eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist, als auch in Richtung parallel zur Oberfläche, da die äußere Schicht, welche zur Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch die aufgetragene Farbe beiträgt, relativ dünn ist. Dadurch ist es möglich, die notwendige Energie zum Schmelzen der schmelzbaren Druckfarbe, welche eingestrahlt werden muss, zu reduzieren. Es kann ein geringerer Energiefluss beim Belichten benutzt werden, oder aber die Belichtungszeit kann reduziert werden. Die durch die elektromagnetische Strahlung zur Verfügung gestellte Energie fließt im Wesentlichen in die Farbe und steht damit dem gewünschten Prozess zum Schmelzen der Farbe zur Verfügung. Der Wärmefluss parallel zur Oberfläche in der dünnen äußeren Schicht ist vernachlässigbar gering. Vorteilhafterweise lässt sich dadurch eine geringe Druckpunktgröße für eine längere Zeit als beim Einsatz ohne innere Schicht, welche als Isolation fungiert, und ohne dünne äußere Schicht erreichen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figur und deren Beschreibung dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:

Fig. 1 schematische Darstellung verschiedener Etappen des Einsatzes der wiederverwendbaren Druckform aus mindestens zwei Schichten.

Die Teilbilder A, B, C, D und E der Fig. 1 zeigen schematisch verschiedene Etappen des Einsatzes einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform der wiederverwendbaren Druckform 10, deren Oberfläche wenigstens eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 16 aufweist. Im Teilbild A ist der schichtförmige Aufbau der Druckform 10 erkennbar: ein Träger 12 weist als Oberfläche eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 16 auf, auf welcher schmelzbare Druckfarbe in hochviskosem, festem Zustand 18 aufgetragen wird. Deren Oberfläche ist unstrukturiert.

Die innere Schicht 14 dient als Isolationsschicht und weist ein Material von möglichst geringer Dichte, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit auf. Dabei kann einerseits die innere Schicht 14 auf einem Träger 12 aus einem im wesentlichen von der inneren Schicht 14 verschiedenen Werkstoff aufgebracht sein, andererseits kann die innere Schicht 14 auch die Oberfläche eines Trägers 12 sein und im wesentlichen dasselbe Material aufweisen.

Für den Fall, dass die innere Schicht 14 die Oberfläche eines Trägers 12 ist, haben der Träger 12 und die innere Schicht 14 folglich dieselben Materialeigenschaften, insbesondere eine geringe Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wärmekapazität. Bevorzugt ist das Material des Trägers 12 ist darüber hinaus ausreichend steif und robust, um in Form eines Zylinders in einem Druckwerk oder einer Druckmaschine eingesetzt zu werden. Vorteilhafterweise ist das Material spanend bearbeitbar. Geeignete vorteilhafte Materialien für derartige Träger 12 mit einer inneren Schicht 14 als Oberfläche sind insbesondere Corning MACOR™, Schott CERAN™ oder dergleichen. In anderen Worten ausgedrückt, können Druckform und Druckformzylinder erfindungsgemäß eine Einheit bilden. In einer derartigen Ausführungsform der Erfindung weist der Druckformzylinder eine Oberfläche auf, die eine wiederbeschreibbare Druckform darstellt.

Für den Fall einer inneren Schicht 14, welche sich auf einem Träger 12 befindet, ist das Material derart gewählt, dass es auf dem Träger 12 gut haftet, weil es großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein kann. Vorteilhafterweise können Gläser- oder Keramikmaterialien verwendet werden. Keramikmaterialien sind vorteilhafterweise porös gewählt, sodass sie eine geringe Dichte und Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Gläser sind typischerweise hinsichtlich ihrer mechanischen und thermophysikalischen Eigenschaften ausgewählt, beispielsweise wird Schott SF4 Glas verwendet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der inneren Schicht zwischen 10 und 100 Mikrometer, vorteilhafterweise 20 Mikrometer.

In den Teilbildern der Fig. 1 ist ohne Einschränkung der Allgemeinheit eine innere Schicht 14 auf einem Träger 12 mit einer Grenzfläche gezeigt. Es ist aber klar für den Fachmann, dass die anhand dieser Fig. 1 beschriebenen Etappen auch für eine innere Schicht 14 gelten, welche die Oberfläche eines Trägers 12 ist.

Die äußere Schicht 16 der Oberfläche der Druckform 10 unterstützt die Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch die aufgetragene Farbe 18 entweder dadurch, dass mindestens eine der eingestrahlten Wellenlängen im Wesentlichen absorbiert oder reflektiert werden. Die äußere Schicht 16 soll gut auf der Isolationsschicht, der inneren Schicht 14, haften und weist eine möglichst geringe Dichte und Wärmekapazität auf. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist weniger wichtig. In vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung weist die äußere Schicht 16 leichte Metalle mit geringer Wärmekapazität auf, vorteilhafterweise Titan. Die metallische Komponente kann dabei insbesondere in Form kleiner Partikel, insbesondere Nanopartikel, in einer Matrix, beispielsweise einer Keramik, eingebunden sein. Die Dichte der Partikel weist dann in besonders vorteilhafter Weise einen Gradienten auf, um das Reflexionsverhalten im Vergleich zu einem im Wesentlichen homogenen Material zu verändern. In alternativer Form werden Legierungen eingesetzt. Die äußere Schicht 16 ist im Vergleich zur inneren Schicht 14 relativ dünn. Typische Schichtdicken betragen 0,05 bis 5 Mikrometer, vorteilhafterweise für Titan 2 Mikrometer.

Im Teilbild B ist das lokale Aufschmelzen der aufgetragenen schmelzbaren Farbschicht 18 vermittels elektromagnetischer Strahlung 20 als Strukturierung der Oberfläche zum Drucken schematisch dargestellt. Es ist wiederum die Druckform 10 gezeigt, welche einen Träger 12 mit einer Oberfläche, die eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 16 aufweist und die mit schmelzbarer Farbe im hochviskosen, festen Zustand 18 beschichtet ist. Durch das Auftreffen elektromagnetischer Strahlung 20 in lokal begrenzter Form wird ein Druckpunkt erzeugt, an dem die schmelzbare Farbe im niedrigviskosen, flüssigen Zustand 22 vorliegt. In dem elektromagnetische Strahlung 20 lokal begrenzt an verschiedenen Punkten der Oberfläche eingebracht wird, kann diese strukturiert werden.

Wird an einer Grenzfläche zwischen zwei Materialien Energie in Form von Wärme eingebracht, so verteilt sich diese durch Wärmeleitung in beiden Materialien. Die Anteile, wie viel Energie in welches Material fließt, verhalten sich dabei wie √λ₁×ρ₁×c₁ : √λ₂×ρ₂×c₂, wobei λ die Wärmeleitfähigkeit, ρ die Dichte und c die Wärmekapazität der Materialien 1 und 2 bezeichnet. Typischerweise ist das Produkt dieser Größen bei Metallen sehr groß, bei Polymeren, wie beispielsweise einer schmelzbaren Druckfarbe, eher klein. Aus diesem Grunde kann Druckfarbe, welche auf einem Metalluntergrund aufgetragen ist, von der Grenzfläche her nur sehr schlecht erwärmt werden. Ist die schmelzbare Druckfarbe, wie beim Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung, dagegen auf einer Oberfläche, welche ein relativ kleines Produkt dieser Größen aufweist, so fließt ein relativ großer Anteil der zur Verfügung gestellten Energie, welche an der Grenzfläche zwischen Oberfläche und Farbe eingekoppelt wird, in die Farbe. Während ein keramisches Material im allgemeinen nicht stark genug elektromagnetische Strahlung absorbiert, kann durch eine metallische Schicht zwischen Farbfilm und Glas oder Keramik die Absorption der Energie in der schmelzbaren Farbe unterstützt werden.

Nach dem Abzug des durch die Strukturierung auf der Oberfläche vorhandenen Textes oder Bildes durch Kontakt mit einem geeigneten Bedruckstoff oder einem anderen Übertragungsmittel ist die Oberfläche der Farbschicht im Allgemeinen nicht mehr homogen, sondern weist Höhenunterschiede auf. Eine derartige Situation ist schematisch im Teilbild C dargestellt. Die Druckform 10, welche auf einem Träger eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 16 aufweist und mit einer schmelzbaren Farbe im hochviskosen, festen Zustand 18 beschichtet ist. Durch die Übertragung von Farbe auf einen Bedruckstoff verbleibt eine Vertiefung 24 in der Schicht schmelzbarer Farbe 18.

Im Teilbild D ist gezeigt, wie erfindungsgemäß derartige Vertiefungen 24 ausgeglichen werden. Vorteilhafterweise wird zur Regenerierung einer homogenen Oberfläche schmelzbarer Farbe im hochviskosen, festen Zustand zunächst eine Schicht schmelzbarer Farbe in niedrigviskosem, flüssigem Zustand aufgetragen. Im niedrigviskosen, flüssigen Zustand kann die schmelzbare Farbe die Vertiefungen ausfüllen, sodass durch die Auftragung der zusätzlichen Schicht schmelzbarer Farbe 26 entweder direkt eine gleichmäßige Oberfläche erreicht oder aber durch anschließende Nachbehandlung durch Glättung hergestellt werden kann. In Teilbild E ist daher gezeigt, dass im Anschluss die Druckform 10 wiederum die ursprüngliche Abfolge von Schichten aufweist: Der Träger 12 weist eine Oberfläche mit einer inneren Schicht 14 und einer äußeren Schicht 16 auf und ist mit einer gleichmäßigen Schicht schmelzbarer Farbe im hochviskosen, festen Zustand beschichtet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann sich zwischen dem Träger 12 und der inneren Schicht 14, welche ein keramisches Material aufweist, eine oder mehrere weitere Schichten befinden, welche eine Haftung des keramischen Materials auf dem Träger 12 verbessern. Des Weiteren kann in einer vorteilhaften Weiterbildung eine oder mehrere sehr harte, sehr dünne Schichten zwischen der äußeren Schicht 16 und der schmelzbaren Farbe 18 vorliegen, welche die äußere Schicht 16 vor Abrieb schützt. Ein besonders geeignetes Material für eine derartige Verschleißschutzschicht ist Diamant, da dieser eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und eine relativ geringe Dichte und Wärmekapazität besitzt, sodass die Wärme schnell von der absorbierenden oder reflektierenden äußeren Schicht 16 zur schmelzbaren Farbschicht transportiert wird. Die Diamantschicht an sich nimmt nur relativ wenig Wärme auf. Es versteht sich, dass die innere Schicht 14, welche als Isolationsschicht dient, selbst aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein kann.

Die erfindungsgemäße schichtförmige Oberfläche kann auch in anderen Vorrichtungen eingesetzt werden, in denen isolierte, durch Strahlung heizbare Oberflächen benötigt werden.

Eine derartige erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl in einem Druckwerk als auch in einer Druckmaschine eingesetzt werden. Die Oberfläche der Druckform kann dabei plan sein oder einen endlichen Krümmungsradius aufweisen.

Bezugszeichenliste

10

Druckform

12

Träger

14

innere Schicht

16

äußere Schicht

18

schmelzbare Farbe in hochviskosem, festem Zustand

20

elektromagnetische Strahlung

22

schmelzbare Farbe in niedrigviskosem, flüssigem Zustand

24

Vertiefung abgetragener Farbe im niedrigviskosen, flüssigen Zustand

Claims

1. Wiederbeschreibbare Druckform (10) zum Drucken mit schmelzbarer Druckfarbe (18, 22) mit einer Oberfläche, welche eine äußere (16) und eine innere (14) Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16), welche im Vergleich zur inneren Schicht (14) relativ dünn ist, mindestens eine eingestrahlte Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung (20) im Wesentlichen reflektiert oder absorbiert und die innere Schicht (14) eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität aufweist.

2. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) eine geringe Dichte und eine geringe Wärmekapazität aufweist.

3. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) Partikel in metallischer Form in einem Matrixmaterial aufweist.

4. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) Titan aufweist.

5. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (16) 0,05 bis 5 Mikrometer dick ist.

6. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (14) in glasförmigen oder keramischen Zustand vorliegt.

7. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (14) 10 bis 100 Mikrometer dick ist.

8. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (14) porös ist.

9. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (14) die Oberfläche des Trägers (12) ist.

10. Wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckform (10) mehrere Schichten aufweist.

11. Wiederbeschreibbare Druckform gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine transparente, harte Schicht über der äußeren Schicht (16) vorliegt.

12. Druckformzylinder, dadurch gekennzeichnet, dass das der Druckformzylinder eine Oberfläche aufweist, die eine wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche darstellt.

13. Druckwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwerk mindestens eine wiederbeschreibbare Druckform (10) gemäß einem der oberen Ansprüche aufweist.

14. Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine wenigstens ein Druckwerk gemäß Anspruch 13 aufweist.