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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1.
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Es
ist allgemein bekannt, beim Drucken mit Tintenstrahldruckern lichthärtende Tinten
einzusetzen. Diese enthalten mehrere auf eine vorbestimmte kurze
Wellenlänge
des Lichtes abgestimmte Fotoinitiatoren. Mit lichthärtender
Tinte betreibbare Tinten-Drucker weisen zur Bestrahlung und Belichtung der
lichthärtenden
Tinte einen Belichtungskopf auf. Er wird beim Belichten mit dem
Druckkopf traversierend zwischen zwei Gehäuse-Seiten des Tinten-Druckers mitbewegt
und bestrahlt die über
Düsen des Druckkopfes
auf das Druckgut aufgespritzte Tinte. Das ausgestrahlte Licht ist
in seiner Wellenlänge
so gewählt,
daß der
Fotoinitiator angeregt und die Tinte zumindest teilweise polymerisiert
wird. Die Polymerisation führt
zur Viskositätssteigerung
und Verfestigung der Tinte. Der Grad der Verfestigung hängt von der
Dauer der Bestrahlung sowie von der Strahlungsleistung des Belichtungskopfes
ab.
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Die
Schwierigkeit beim Tintenstrahldrucken besteht darin, daß zum Aushärten der
auf das Druckgut aufgespritzten Tinte eine sehr hohe Strahlungsenergie
in einer sehr kurzen Zeit erforderlich ist. Die erforderliche Energie
zur Aushärtung
für UV-lichthärtende Tinten
liegt in der Größenordnung
von einem Joule. Um die notwendige Energie auch bei hohen Druckgeschwindigkeiten
aufzubringen, sind Strahlungsleistungen von einem mit dem Druckkopf
mitgeführten
Belichtungskopf im Kilowattbereich erforderlich. Bei einem schnell
bewegten Druckkopf ist ein Belichtungskopf mit einer sehr großen Strahlungsleistung
zu wählen,
damit die Tinte verfestigt und ein Verlaufen der Tinte wirksam verhindert
wird. Zur Erzielung einer ausreichend großen Strahlungsleistung ist
der Belichtungskopf in seinen Abmaßen derart groß zu wählen, daß er für die Verwendung
in einem als Auftischgerät
ausgebildeten Tinten-Drucker nicht mehr geeignet ist. Wird ein kleinerer
Belichtungskopf in einem als Auftischgerät ausgebildeten Tinten-Drucker
eingesetzt, so besteht insbesondere bei einem zu bedruckenden, nicht
saugenden Druckgut mit kapillaren Strukturen auf der Oberfläche die
Gefahr, daß die
auf die Oberfläche
des Druckgutes aufgebrachte Tinte verläuft, wobei das durch die aufgespritzte
Tinte dargestellte Druckbild mit der Zeit immer unschärfer wird.
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Der
Verlaufsprozeß ist
abhängig
von dem Verhältnis
der Oberflächenspannungen
zwischen der Tinte und dem Druckgut und damit auch von der Oberflächenrauhigkeit
des Druckguts. Je rauher die zu bedruckende Oberfläche ist,
umso schneller verläuft
die Tinte in den kapillaren Strukturen. Zwar verläuft die
Tinte bei einer glatten Oberfläche
des Druckgutes ohne kapillare Strukturen nur wenig. Jedoch ist hierbei
wiederum nachteilig, daß die
Haftung zwischen der Tinte und der Oberfläche des Druckguts gering ist
und somit keine wischfeste Verbindung erzielt werden kann.
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Aus
dem Dokument
US 6,092,890 ist
ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken mit lichthärtender Tinte bekannt, welches
dem eingangs genannten Verfahren entspricht. Demgemäß wird eine
Druckmaschine verwendet, die einen Schlitten mit einem Druckkopf
und einem Belichtungskopf aufweist. Nach dem Drucken mehrerer Zeilenabschnitte
wird überprüft, ob die
Tinte ausgehärtet
ist. Wenn dies nicht der Fall ist, können zusätzliche Überläufe des Druckbildes vorgesehen
werden, bei denen nur der Belichtungskopf, nicht jedoch der Druckkopf
aktiv ist.
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Aus
dem Dokument
US
2003/0035037 A1 ist des weiteren ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken mit
lichthärtender
Tinte bekannt. Hierbei weist die verwendete Druckmaschine einen
Schlitten mit einem Druckkopf auf, zu dessen beiden Seiten je ein Belichtungskopf
angeordnet ist. Es ist immer nur derjenige Belichtungskopf aktiv,
welcher entlang der betreffenden Druckzeile dem Druckkopf nachläuft. Die Bestrahlungsintensität der beiden
Belichtungsköpfe reicht
jedoch nicht aus, um das Druckbild Zeile für Zeile auszuhärten. Deshalb
ist eine Nachbestrahlungsseinheit vorgesehen, unter der das Druckgut mit
dem Druckbild hindurchbefördert
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken
mit lichthärtender
Tinte zu schaffen, welches mit einem als Auftischgerät ausgebildeten
Tinten-Drucker durchgeführt
werden kann und mit dem ein randscharfes, durchgehärtetes Druckbild
erzeugt wird.
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Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Drucken mit einem Tinten-Drucker wird sein Druckkopf und ein
hiermit verbundener Belichtungskopf im Druckbetrieb traversierend
zwischen einer ersten Gehäuse-Seite
und einer zweiten Gehäuse-Seite
bewegt. Auf dem Hinweg zur der ersten Gehäuse-Seite wird gezielt lichthärtende Tinte
auf das Druckgut gespritzt, während
der Belichtungskopf die auf das Druckgut aufgespritzte lichthärtende Tinte
bestrahlt. Der Belichtungskopf bestrahlt auf seinem Rückweg zu
der zweiten Gehäuse-Seite
die auf das Druckgut aufgespritzte lichthärtende Tinte erneut, also ein zweites
Mal. Nach der zweiten Bestrahlung wird das Druckgut quer zur Bewegungsrichtung
des Druckkopfes transportiert. Durch die erste Bestrahlung der auf
das Druckgut aufgespritzten Tinte auf dem Hinweg des Druckkopfes
mit dem Belichtungskopf zu der ersten Gehäuse-Seite wird die Viskosität der aufgespritzten
Tinte erhöht
und sie wird angeliert. Hierdurch wird ein Verlaufen der aufgespritzten
Tinte vermieden und ein randscharfes Druckbild gewährleistet.
Durch die erneute Bestrahlung der auf das Druckgut aufgespritzten
Tinte auf dem Rückweg
des Belichtungskopfes zu der zweiten Gehäuse-Seite wird die Tinte ausgehärtet. Hierdurch
wird der Vorteil erreicht, daß das
Druckbild der aufgespritzten Tinte wisch- und kratzfest ist.
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Neben
den vorstehenden Vorteilen weist die Erfindung den Vorteil auf,
dass mit geringen Strahlungsleistungen des Belichtungskopfes die
lichthärtende
Tinte ausgehärtet
wird. Geringe Strahlungsleistungen sind in dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausreichend, weil die lichtaushärtende
Tinte auf dem Weg des Belichtungskopfes zu der ersten Gehäuse-Seite
zum ersten Mal bestrahlt wird und dann erneut auf dem Weg zu der
zweiten Gehäuse-Seite, wobei
der Druckkopf auf dem Weg zu der zweiten Gehäuse-Seite sämtliche Tinte speichert und
zurückhält. Es wird
also auf diesem Weg keine lichthärtende Tinte
aus dem Druckkopf gespritzt. Nach Erreichen einer Endstellung des
Belichtungskopfes im Bereich der zweiten Gehäuse-Seite wird dann das Druckgut quer
zur Bewegungsrichtung des Druckkopfes transportiert.
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Es
wurde festgestellt, dass sich die für das Drucken benötigte Strahlungsenergie
eines Belichtungskopfes im Wesentlichen aus zwei Funktionen ergibt.
Zum einen ist die auf die Oberfläche
des Druckguts aufgespritzte Tinte zu Fixieren, um ein Verlaufen
der Tinte zu verhindern. Zum anderen dient die Strahlungsenergie
zum Aus- und Durchhärten der
aufgespritzten Tinte, damit sie auf dem Druckgut haftet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
der Erfindung werden bei einem Druckvorgang die beiden Funktionen
im Wesentlichen zeitlich nacheinander dadurch erfüllt, dass
der Belichtungskopf im eingeschalteten Zustand auf dem Weg zu der
ersten Gehäuse-Seite
und auf dem Weg zu der zweiten Gehäuse-Seite mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten bewegt wird. Dabei wird die aufgespritzten Tinte auf
dem Weg zu der ersten Gehäuse-Hälfte angeliert und
auf dem Druckgut fixiert, während
sie auf dem Weg zu der zweiten Gehäusehälfte aus- und durchgehärtet wird.
Durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Belichtungskopfes
und die entsprechend unterschiedlichen Bestrahlungsdauern kann die
Strahlungsenergie funktionsgerecht aufgeteilt und reduziert werden.
Da der Strahlungsenergiebedarf für
die Fixierung der Tinte bzw. zur Vermeidung vom Verlaufen der Tinte
geringer ist als die notwendige Strahlungsenergie zum Aushärten der
Tinte, kann die benötigte
Strahlungsenergie des Belichtungskopfes dadurch reduziert werden,
dass der Belichtungskopf in dem eingeschalteten Zustand auf dem
Weg zu der ersten Gehäuse-Seite
schneller bewegt wird als auf seinem Weg zu der zweiten Gehäuse-Seite.
Hierbei kann der Drucker mit seinem Belichtungskopf besonders energiesparend
betrieben werden, wenn der Belichtungskopf zu der ersten Gehäuse-Seite
um ein Vielfaches schneller bewegt wird als zu der zweiten Gehäuse-Seite,
da zur Fixierung der Tinte nur eine geringe Strahlungsenergie benötigt wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch den Drucker rechtwinklig zur Druckebene und
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2 eine
Draufsicht auf einen Teil des Druckers, parallel zur Druckebene
mit einem teilweise beschrifteten Beschriftungsträger als
Druckgut.
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1 und 2 zeigen
einen erfindungsgemäßen Drucker
mit einem Druckkopf und einen damit verbunden Belichtungskopf in
einem Längsschnitt bzw.
in einer Draufsicht.
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Der
erfindungsgemäße Drucker
ist vorzugsweise als Auftischdrucker ausgeführt und besteht im Wesentlichen
aus einer Gehäusewanne 1 und
einem Gehäuseoberteil 2,
in dem ein Druckergestell mit Seitenwänden 3, 4 vorgesehen
ist. Diese sind durch eine Winkeltraverse 5 beabstandet.
Am Druckergestell ist eine Schlittenführung 6 montiert,
auf der ein Schlitten 7, 7.1 gelagert ist. Der
Schlitten 7, 7.1 wird durch ein endloses Zugmittel 9 über einen
Motor 10 angetrieben, wobei das Zugmittel 9 über eine
Rolle 11 umgelenkt wird. Auf dem Schlitten 7, 7.1 ist
ein Druckkopf 12, 12.1 und daneben ein Belichtungskopf 13, 13.1 montiert.
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Zwischen
beiden befindet sich ein Wärmeschutzschild 14,14.1,
das den Druckkopf 12, 12.1 vor Wärmestrahlung
des Belichtungskopfes 13, 13.1 schützt.
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Unterhalb
einer Düseneinrichtung 15 des Druckkopfes 12 ist
in der Grundstellung des Schlittens 7 eine Reinigungseinrichtung 16 für den Druckkopf 12 vorgesehen.
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Unterhalb
des Belichtungskopfes 13 befindet sich eine Lichttransformationseinrichtung 17,
in der die Lichtenergie des Belichtungskopfes 13 in Grundstellung
des Schlittens 7 in Wärme
umgewandelt und nach außen
abgeführt
wird.
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Durch
die Anordnung der Baugruppen in der beschriebenen Form zueinander
wird erreicht, dass der Belichtungskopf 13 die Reinigungsstation 16 bei der
Schlittenbewegung nicht überfährt. Damit
wird vermieden, dass der Belichtungskopf 13 an der Reinigungsstation 16 insbesondere
an seiner Dichtfläche 38 anhaftende
Tintenreste aushärtet.
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In
der Mitte des Druckers unterhalb einer mit dem Druckkopf 12, 12.1 verbundenen
Düseneinrichtung 15, 15.1 ist
als Druckgut ein Beschriftungsträger 18 im
Querschnitt dargestellt, welcher von der Transporteinrichtung 19, 19.1 quer
zur Schlittentransportrichtung transportiert wird und von den Andruckelementen 20, 20.1 an
die Transportelemente 19, 19.1 angedrückt wird.
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Links
neben der Transporteinrichtung 19, 19.1 befinden
sich eine Gerätesteuerung 21 und
eine Stromversorgungseinrichtung 22 in der Gehäusewanne 1.
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Im
oberen Bereich des Druckkopfes 12, 12.1 befindet
sich eine Tintenzuführung 23, 23.1,
durch die der Druckkopf 12, 12.1 über einen
hier nicht dargestellten Schlauch aus einem auf dem Schlitten 7, 7.1 montierten
Tank mit Tinte versorgt wird.
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Gemäß 2 ist
zwischen den beiden Endstellungen des traversierenden Schlittens 7, 7.1 die Transporteinrichtung 19, 19.1, 20, 20.1 angeordnet, die
den Druckbildträger 18 zeilenweise
in Richtung des mit 26 bezeichneten Pfeils bewegt.
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Der
Beschriftungsträger 18 besteht
aus Führungsstegen 27, 28,
zwischen denen Beschriftungselemente 29 an Sollbruchstellen 30 befestigt
sind. In der 2 ist eine erste Reihe 31 der
Beschriftungselemente 29 beschriftet dargestellt, während sich
die zweite Reihe 32 in der Beschriftungsposition befindet.
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Vor
der Beschriftung dieser zweiten Beschriftungselementenreihe 32 steht
der Schlitten 7, 7.1 in der Position 7.1.
Durch einen Befehl der Gerätesteuerung 21 bewegt
sich der Schlitten 7.1 mit dem Druckkopf 12.1 und
dem Belichtungskopf 13.1 mit hoher Druckgeschwindigkeit
nach rechts in Richtung der Seitenwand 3. Dabei spritzt
der Druckkopf 12 programmgesteuert an ausgewählten Stellen
Tintentropfen auf die Beschriftungsträgerelemente 33 der Beschriftungselementenreihe 32.
Dem Druckkopf 12 folgt im kurzen Abstand 34 der
Belichtungskopf 13, welcher ein rechteckiges Belichtungsfenster 39 mit einer
Breite 35 und einer Länge 36 aufweist.
Durch die hohe Druckgeschwindigkeit und dem zwischen dem Druckkopf 12 und
dem Belichtungsfenster 39 gering gewählten Abstand 34 wird
die auf ein Druckgut aufgespritzte Tinte kurz nach ihrem Auftreffen
auf das Druckgut durch den Belichtungskopf 13 über das Belichtungsfenster 39 bestrahlt.
Die auf das Druckgut aufgespritzte Tinte bildet linsenförmig Tropfen,
welche kurz nach ihrem Entstehen mit dem von dem Belichtungskopf 13 ausgestrahlten
Licht bestrahlt werden. Durch die geringe Zeitdifferenz zwischen
dem Auftreffen der Tinte auf der Druckgutoberfläche und ihrer Bestrahlung mit
Licht wird erreicht, dass die linsenförmigen Tintentropfen zumindest
in ihren Randbereichen polymerisiert werden. Hierdurch steigt die Viskosität in den
Tropfenrandbereichen, wodurch die Tinte fixiert ist. Damit wird
in einem ersten Schritt mit relativ geringer Bestrahlungsleistung
ein randscharfes Druckbild erzielt, das aber insgesamt noch nicht wischfest
ist.
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In
einem zweiten Schritt verfahren der Belichtungskopf 13 und
der Druckkopf 12 auf dem Schlitten 7 nach links
in Richtung der Seitenwand 4, wobei der Belichtungskopf 13 die
aufgespritzte Tinte bestrahlt und der Druckkopf 12 keine
Tinte freigibt. Der Belichtungskopf 13 wird mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
nach rechts und links bewegt.
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Vorzugsweise
ist seine Geschwindigkeit nach rechts größer als die nach links. Das
Verhältnis der
Geschwindigkeiten kann je nach verwendeter Tinte und zu bedruckendem
Druckgut bis zu Faktor 10 betragen. Auch die Geschwindigkeit
nach links und/oder nach rechts kann jeweils auf die Tinte und das
Druckgut abgestimmt sein. Wesentliche Parameter für die Geschwindigkeiten
und das Verhältnis
der Geschwindigkeiten sind bspw. der Werkstoff und die Oberflächenrauhigkeit
des Druckguts sowie die Tintenzusammensetzung.
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Nach
dem der Schlitten die Endposition 7.1 erreicht hat, wird
der Druckbildträger 18 durch
die Transporteinrichtung 19, 19.1, 20, 20.1 um
eine Beschriftungselementenreihe weiter bewegt und der Beschriftungszyklus
beginnt von vorn.
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Zur
Geschwindigkeitssteuerung des Belichtungskopfes 13 und
des Druckkopfes 12 in Abhängigkeit der Tinte und des
Druckguts können
bspw. hierfür
charakteristische Werte in die Gerätesteuerung 21 manuell
eingegeben werden, welche dann die Informationen verarbeitet und
mit gespeicherten Daten vergleicht und klassifiziert. Abhängig hiervon
steuert die Gerätesteuerung 21 den
Druckkopf 12 und den Belichtungskopf 13 in ihren
Geschwindigkeiten.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
dass die Gerätesteuerung
neben den Geschwindigkeiten auch die Strahlungsleistung des Belichtungskopfes 13 in Abhängigkeit
des Druckguts und/oder der Tinte steuert.
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- 1
- Gehäusewanne
- 2
- Gehäuseoberteil
- 3
- Seitenwand
- 4
- Seitenwand
- 5
- Winkeltraverse
- 6
- Schlittenführung
- 7,
7.1
- Schlitten
- 9
- Zugmittel
- 10
- Motor
- 11
- Umlenkrad
- 12,
12.1
- Druckkopf
- 13,
13.1
- Belichtungskopf
- 14,
14.1
- Wärmeschutzschild
- 15,
15.1
- Düseneinrichtung
- 16
- Reinigungseinrichtung
- 17
- Lichttransformator
- 18
- Beschriftungsträger
- 19,
19.1
- Transporteinrichtung
- 20,
20.1
- Andruckelemente
- 21
- Gerätesteuerung
- 22
- Stromversorgung
- 23,
23.1
- Tintenzuführung am
Druckkopf
- 24
- Beschriftungselement
der ersten Beschriftungselementenreihe
- 25
- Oberfläche des
Beschriftungsträgers
- 26
- Feil
in Transportrichtung des Beschriftungsträgers
- 27
- Rechter
Führungssteg
des Beschriftungsträgers
- 28
- Linker
Führungssteg
des Beschriftungsträgers
- 29
- Beschriftungselement
- 30
- Sollbruchstelle
- 31
- Erste
Beschriftungselementenreihe
- 32
- Zweite
Beschriftungselementenreihe
- 33
- Beschriftungselement
der zweiten Beschriftungselementenreihe
- 34
- Abstand
zwischen Düseneinrichtung und
Belichtungsfeld
- 35
- Belichtungsfeldbreite
- 36
- Belichtungsfeldlänge in Druckrichtung
- 37
- Länge der
Düseneinrichtung
des Druckkopfes in Zeilenrichtung
- 38
- Dichtfläche der
Reinigungsstation
- 39
- Belichtungsfenster