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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum strukturierten Aufbringen eines
Markierungsmaterials auf eine Oberfläche eines Objekts.
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Derartige
Verfahren, häufig
auch als Beschriftungsverfahren bezeichnet, sind beispielsweise in
der Form bekannt, dass die Oberfläche mit einem Material besprüht wird,
welches auf der Oberfläche einen
dünnen
Film bildet und mineralische Partikel, insbesondere Farbpigmente
enthält.
Die mit dem Sprühfilm
versehene Oberfläche
wird mit einem steuerbaren Laserstrahl beaufschlagt, welcher an
den beaufschlagten Stellen eine Fixierung der in dem Sprühfilm enthaltenen
Partikel auf der Oberfläche des
Objekts bewirkt.
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In
anderer Ausführung
sind sogenannte Transfer-Bänder
bekannt, welche auf einem bandförmigen
Träger,
welcher typischerweise aus einem transparenten Kunststoff besteht,
in feiner Verteilung wiederum Partikel, beispielsweise Pigmente
enthalten. Ein solches Band wird in geringem Abstand über einer
Objektoberfläche
angeordnet mit der Objektoberfläche
abgewandtem Trägerband.
Ein steuerbarer fokussierter Laserstrahl wird durch das transparente Trägerband
hindurch auf die der Objektoberfläche zuweisende Schicht mit
den Pigmentpartikeln gerichtet. Eine Trägersubstanz, welche zwischen
Band und den Pigmentpartikeln oder mit Pigmentpartikeln gemischt
auf dem Trägerband
vorliegt, wird durch die Einwirkung der Energie des Laserstrahls
verdampft und dabei werden die Pigmentpartikel auf die Objektoberfläche übertragen.
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Bei
den jeweiligen bekannten Verfahren wird durch Steuerung des Laserstrahls
in zwei Dimensionen eine strukturierte Übertragung von Beschriftungsmaterial,
insbesondere Pigmenten, auf die Objektoberfläche erreicht. Die übertragene Struktur kann
beispielsweise eine Beschriftung, eine grafische Gestaltung, ein
Barcode oder eine sonstige Kennzeichnung sein.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes
neues Verfahren zum Aufbringen eines Markierungsmaterials auf eine
Objektoberfläche
in flächiger
Strukturierung des aufgebrachten Materials anzugeben.
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Die
Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das auf die Objektoberfläche
aufzubringende Markierungsmaterial mit einem Bindemittel verbunden
und bildet mit diesem einen Film, welcher vorteilhafterweise auf
einem Träger
vorbereitet vorliegen kann. Der Film wird von dem Träger gelöst und zuvor
oder danach auf die Objektoberfläche
aufgebracht. Vorteilhafterweise besitzt das in dem Filmmaterial
enthaltene Bindemittel oder ein weiterer Zusatz zu dem Filmmaterial,
welcher auch nur an der Filmoberfläche vorliegen kann, klebende
Eigenschaften, mittels welcher der Film bis zum Beaufschlagen mit
dem Laserlicht auf der Objektoberfläche gehalten ist.
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Derartige
Filmschichten auf Trägern
können beispielsweise
nach Art von sogenannten Abziehbildern, in besonderer Ausführung auch
als Schiebebilder bekannt, ausgeführt sein.
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Vorzugsweise
ist der Film z. B. nach Art von Klebeetiketten von dem Träger abhebbar.
Dabei kann in erster vorteilhafter Ausführungsform die zuvor auf dem
Träger
anliegende Seite des Films an die Objektoberfläche angelegt werden. In anderer
vorteilhafter Ausführungsform
kann die dem Träger
abgewandte Seite des auf dem Träger
befindlichen Films mit einer Folie abgedeckt sein, welche bei auf dem
Träger
verbleibendem Film abgenommen wird. Die dabei freigelegte Oberfläche des
Films wird dann auf die Objektoberfläche aufgelegt und danach wird vorzugsweise
der Träger
von dem Film, welcher auf der Objektoberfläche verbleibt, gelöst, insbesondere abgehoben.
Das Abheben des Films vom Träger oder
umgekehrt erfolgt vorteilhafterweise durch eine als Abschälen bekannte
Bewegung.
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Für das Lösen des
Films von dem Träger kann
in einer ersten Ausführung
vorgesehen sein, dass zwischen dem Film und dem Träger eine
auflösbare
Haftschicht vorliegt, welche beispielsweise durch Einwirkung von
Wasser aufgeweicht wird und das Lösen des Films von dem Träger z. B.
durch Abheben oder durch Verschieben entlang dessen Oberfläche zuläßt. In anderer
bevorzugter Ausführung
ist die Haftung des Films auf dem Träger, z. B. durch die Eigenschaft
des Materials des Trägers
oder durch Beschichtung des Trägers
mit einem Trennmittel, wie z. B. Paraffin oder insbesondere Silikon,
so gering, dass der Film beschädigungsfrei
von dem Träger
abgehoben werden kann.
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Der
Film kann mit einer internen, flächigen Strukturierung
des Markierungsmaterials vorbereitet sein. Typischerweise ist der
Film ohne Flächenstruktur
und eine flächige
Struktur wird erst durch flächenselektive
Beaufschlagung des Films durch den steuerbaren Laserstrahl erzeugt.
Für besonders
dauerhafte Haftung einer durch das Markierungsmaterial gebildeten
flächigen,
insbesondere visuellen Struktur auf der Objektoberfläche wird
der aufgebrachte Film einem Hochtemperatur-Einbrennvorgang durch
Einwirken des Laserstrahls unterzogen, während dessen das Markierungsmaterial
auf der Objektoberfläche
fixiert wird. Das Bindemittel kann dabei auch vorteilhafterweise
verdampfen. Da an das Bindemittel keine besonderen Anforderungen
hinsichtlich des Verhaltens beim Fixieren des Markierungsmaterials gestellt
sind, kann ein, ins besondere im Vergleich zu den Transfer-Tapes
kostengünstiges
Material verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
braucht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
insbesondere im Vergleich zu den Sprühverfahren, nur der von der
Markierung betroffene Bereich mit dem Film versehen werden und besondere,
bei Sprühverfahren
notwendige Schutzmaßnahmen
wie z. B. Absaugvorrichtungen sind nicht erforderlich.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann ein Aufbringen des Films mit dem
Markierungsmaterial in aus dem genannten Stand der Technik an sich
bekannter Weise erfolgen. Eine Fixierung des Markierungsmaterials
auf der Objektoberfläche
wird mittels eines in der Fläche
veränderlich
ausrichtbaren, steuerbaren Laserstrahls vorgenommen, wobei durch
die Einwirkung der Energie des Laserstrahls, welche durch die Fokussierung
des Strahl auf engem Raum konzentriert ist, ein Aufschmelzen oder
Einbrennen des Markierungsmaterials auf der Objektoberfläche erfolgt.
In den nicht mit dem Laserstrahl beaufschlagten Flächenbereichen
wird anschließend
der Film mit dem Bindemittel und dem Markierungsmaterial entfernt,
was mechanisch und/oder vorzugsweise unter Verwendung eines Lösungsmittels
erfolgen kann. Für eine
Entfernung unter Verwendung eines Lösungsmittels wird vorteilhafterweise
ein wasserlösliches Bindemittel
in dem Filmmaterial verwendet und Wasser als Lösungsmittel benutzt. Vorteilhafte
Materialien können
beispielsweise Zellulosematerialien oder Gelatinen sein.
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Das
Markierungsmaterial kann in bevorzugter Ausführungsform ein mineralisches
Material, insbesondere ein mineralisches farbiges Pigmentmaterial
sein, wobei unter farbig jede nicht klar durchsichtige Materialeigenschaft
verstanden sei, welche auf dem Objekt eine visuell erkennbare Struktur
hinterläßt. Das Filmmaterial
kann vorteilhafterweise einen bei lokaler Erhitzung durch den Laserstrahl
schmelzbaren Bestandteil, insbesondere Glas, Glaslot und/oder Schmelzkleber
als Haftvermittler enthalten. Das schmelzbare Material ermöglicht beim
Aufschmelzen eine besonders intensive Verbindung zu der Oberfläche des
Objekts, welche nach dem Abkühlen
erhalten bleibt. Das schmelzbare Material kann das Markierungsmaterial
allein oder zusammen mit weiterem Material, insbesondere Pigmenten,
vorzugsweise mineralisch, bilden. Gegebenenfalls zusätzliches
Material, insbesondere Pigmente und dergleichen werden in den schmelzbaren
Haftvermittler eingeschlossen. Insbesondere bei nur schwacher Laserstrahlung-Absorption
des Markierungsmaterials und/oder des Bindemittels kann es von Vorteil sein,
ein Filmmaterial mit einem zusätzlichen
Laser-Aabsorptionsmaterial zu verwenden, wobei ein solches Laser-Absorptionsmaterial,
welches z. B. Glimmer enthalten kann, durch Absorption von Laserlicht
eine starke lokale Erhitzung bewirken kann.
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Die
Erfindung ermöglicht
vorteilhafterweise eine Übertragung
von Markierungsmaterial in weitgehend beliebiger Flächenstrukturierung
auf der Objektoberfläche,
wobei sich der von dem Träger
gelöste Film
vorteilhafterweise auch an unebene Objektoberflächen anliegt. Es braucht nur
im wesentlichen ein jeweils im Einzelfall zu strukturierender Oberflächenbereich
des Objekts mit dem Film versehen werden. Insbesondere ermöglicht die
Erfindung auch in einem Laser-Bearbeitungsvorgang die Erzeugung
mehrfarbiger Markierungsstrukturen auf einer Objektoberfläche, indem
bei der Vorbereitung des Films in diesem bereits eine mehrfarbige
Struktur vorgegeben wird, welche dann vollständig oder insbesondere teilweise auf
die Objektoberfläche
unter Einwirkung des Laserstrahls übertragen wird. Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass in dem Film ein erster, gegebenenfalls
mehrfarbiger Bereich für
die Erzeugung einer ersten Kennzeichnung, beispielsweise eines Firmenlogos,
auf der Objektoberfläche
vorgesehen ist und in einem weiteren Flächenbereich des Films ein Markierungsmaterial
vorgesehen ist, welches zur Erzeugung einer zweiten Kennzeichnung,
beispielsweise einer Teilenummer, eines Barcodes usw. auf der Objektoberfläche dient.
Insbesondere kann hierdurch eine für viele Markierungsvorgänge gleichbleibende erste
Kennzeichnung auf vorteilhafterweise mit einer wechselnden oder
für jeden
Bearbeitungsvorgang individuellen zweiten Kennzeichnung verbunden
sein.
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Der
Film kann in vorteilhafter Weiterbildung aus wenigstens zwei in
Richtung der Flächennormalen
der Filmebene aufeinanderfolgenden Schichten bestehen, wobei die
der Objektoberfläche
zugewandte erste Schicht das Markierungsmaterial enthält und die
der Objektoberfläche
abgewandte zweite Schicht kein Markierungsmaterial enthält. Die
zweite Schicht kann vorzugsweise ein gleiches oder hinsichtlich
der Lösbarkeit ähnliches
Bindemittel enthalten. Die zweite Schicht kann auch ein eventuell
vorgesehenes Lagerabsorptionsmaterial enthalten, welches dann nicht
in das Markierungsmaterial eingeschlossen wird.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Abbildungen veranschaulicht. Dabei zeigen:
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1 bis 4 eine
Abfolge von Verfahrensschritten,
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5 eine
erste Ausführung
eines Filmtransfers,
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6 einen
Transfer eines Films mit Schutzfolie,
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7 einen
Filmtransfer nach Art eines Schiebebilds,
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8 einen
mehrschichtigen Filmaufbau.
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1 zeigt
schematisch den Transfer eines anfänglich auf einem Träger TR befindlichen
dünnen Films
FI auf die Oberfläche
OO eines Objekts OB. Das Filmmaterial des Films FI kann insbesondere
mineralische Partikel und/oder Pigmente enthalten, welche fein verteilt
in dem Filmmaterial vorliegen und über ein Bindemittel zusammengehalten
sind. Je nach Art des Beschichtungsmaterials kann dieses eventuell
auch selbst einen in sich zusammen haltenden Film FI bilden. Das
Filmmaterial kann auch weitere Bestandteile, insbesondere ein Laserabsorptionsmaterial
enthalten. Das Laserabsorptionsmaterial besitzt vorteilhafterweise
eine gegenüber
den übrigen
Bestandteilen des Filmmaterials höhere Laserabsorption, d. h.
absorbiert Laserlicht stärker
als die anderen Bestandteile. Die mit der Objektoberfläche OO in
Kontakt gebrachte Seite des Films FI ist vorteilhafterweise klebend
ausgebildet, so dass der Film auf die Oberfläche OO aufgeklebt werden kann.
Vorteilhafterweise kann ein Bindemittel mit klebenden Eigenschaften
in dem Filmmaterial verwendet werden.
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Nach
Aufbringen des Films FI auf die Objektoberfläche, an welcher der Film nach
Art von Etiketten, Klebefilmen, Abziehbildern und dergleichen großflächig anliegt,
wird ein fokussierter Laserstrahl LS auf den Film FI und die Oberfläche des
Objekts gerichtet. Der Aufpunkt des Laserstrahls LS ist über die
Oberfläche
des Objekts OB veränderlich
ausrichtbar, was durch einen Kippspiegel SP in 2 angedeutet
ist. Eine solche Steuerung eines durch eine Strahloptik SO fokussierten
Laserstrahls LS ist an sich in verschiedenen Ausführungen
bekannt, welche bei der Erfindung benutzt werden können.
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In
den von dem Laserstrahl beaufschlagten Flächenbereichen wird durch die
Einwirkung der Energie des Laserstrahls das in dem Film FI enthaltene Markierungsmaterial
auf der Oberfläche
des Objekts OB fixiert und bildet dort Markierungsbereiche MB innerhalb
des Films FI, welcher insbesondere mit nicht durch den Laser beaufschlagten
Bereichen noch auf der Objektoberfläche vorliegt. In den durch
den Laserstrahl beaufschlagten Markierungsbereichen MB kann ein
im Film vorliegendes Bindemittel verdampft oder thermisch umgewandelt
sein.
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Nach
Abschluss des Laser-Bearbeitungsvorgangs werden die während der
Laser-Bearbeitung nicht mit dem Laser beaufschlagten Bereiche des Films
FI entfernt, wofür
mechanische Verfahren, Lösungsmittel
oder eine Kombination von beiden eingesetzt sein können. Es
bleibt eine flächig
strukturierte Markierung MB aus dem fixierten Markierungsmaterial
auf der Oberfläche
OO des Objekts OB zurück, wie
in 4 skizziert. Vorteilhafterweise kann der Film
mit dem nicht fixierten Markierungsmaterial dabei mit geringem Aufwand
praktisch vollständig
und rückstandsfrei
von der Objektoberfläche
entfernt werden, wogegen das fixierte Markierungsmaterial eine gute
Haftung auf der Objektoberfläche
zeigt und bei der Entfernung des Filmrestes nicht beeinträchtigt wird.
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5 zeigt
eine vorteilhafte Variante der Übertragung
eines Films FE von einem Träger
nach Art der Übertragung
eines Klebeetiketts, wobei der Film FE von dem Träger TRE
gelöst
und mit der zuvor auf dem Träger
aufliegenden Seite ST auf die Oberfläche OO des Objekts OB aufgeklebt
wird. Die der Seite ST abgewandte Seite SA ist dabei vorzugsweise
nicht klebend ausgeführt.
Der Träger
kann für eine
gute Ablösung
des Films mit einem Trennmittel wie z. B. Silikon beschichtet sein.
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In
der in 6 skizzierten Variante ist ein auf einem Träger TRD
vorbereiteter Film FD auf der dem Träger TRD abgewandten Seite SD
klebend ausgeführt
und mit einer Schutzfolie SF abgedeckt. In einem ersten Schritt
wird die Schutzfolie abgezogen. Danach wird der Film mit der Seite
SD auf die Oberfläche
OO aufgeklebt und schließlich
wird der Träger TRD
von der dem Objekt abgewandten Seite STD des Films FD abgezogen.
Adhäsionskräfte zwischen der
Seite SD des Films und der Objektoberfläche sind größer als solche zwischen dem
Träger
TRD und der Seite STD des Films FD und diese sind wiederum größer als
die Adhäsionskräfte zwischen
der Seite SD des Films FD und der Schutzfolie SF.
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In 7 ist
dargestellt, wie ein Film FS nach Art eines Schiebebildes von einem
Träger
TRS gelöst
und auf die Oberfläche
des Objekts OB aufgebracht wird. Beispielsweise kann der Film FS
im Ausgangszustand über
eine Haftschicht HS auf dem Träger
TRS gehalten sein, wobei die Haftschicht HS durch Einwirken eines
Lösungsmittels,
welches auch Wasser sein kann, gelöst wird und ein Verschieben des
Films relativ zum Träger
TRS erlaubt. Nach einem ersten Kontakt des Films FS mit der Oberfläche des
Objekts OB wird typischerweise der Film FS in dieser Position gehalten
und der Träger
TRS unter dem Film FS weg gezogen.
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8 zeigt
eine vorteilhafte Ausführung
eines Films in zweischichtigem Aufbau mit senkrecht zur Filmebene,
d. h. in Richtung der Flächennormalen
der Filmebene aufeinanderfolgenden Schichten FA und FB. Eine erste,
bei dem Verfahrensschritt nach 2 auf die
Objektoberfläche
OO aufgelegte Schicht FA enthält
neben dem Bindemittel das Markierungsmaterial, also je nach Zusammensetzung des
Filmmaterials insbesondere Pigmente und/oder schmelzbares Haftvermittlermaterial.
Die zweite, der Objektoberfläche
OO abgewandte Schicht FB enthält vorzugsweise
Bindemittel, wobei das Bindemittel in der zweiten Schicht FB vorteilhafterweise
gleich dem Bindemittel in der Schicht FA ist oder zumindest vergleichbare
Eigenschaften hinsichtlich der Lösbarkeit für die Entfernung
nach Abschluss des Belichtungsvorgangs besitzt. In der zweiten Schicht
FB kann Laser-Absorptionsmaterial eingebettet sein. Die von diesem
bei Laserbestrahlung aufgenommene Energie wird durch die geringe
Dicke der Schichten als Wärme
auch auf das Markierungsmaterial in der ersten Schicht FA übertragen
und bewirkt dessen Fixierung auf der Objektoberfläche. Das
Laser-Absorptionsmaterial wird dabei typischerweise nicht oder nur zu
einem geringen Anteil in das auf der Objektoberfläche fixierte
Markierungsmaterial eingebettet und vielmehr zusammen mit dem Bindemittel
entfernt. Die beiden Schichten FA und FB sind fest miteinander verbunden.
Die Schicht FB ermöglicht
insbesondere eine vereinfachte Handhabung bei zugleich vorteilhafterweise
sehr dünner
erster Schicht FA. Die erste Schicht FA besitzt vorteilhafterweise
eine Dicke zwischen 0,02 mm und 0,08 mm, insbesondere zwischen 0,03
mm und 0,06 mm. Der mehrschichtige Filmaufbau ist für alle vorbeschriebenen
Varianten der Übertragung
des Films von einem Träger
auf die Objektoberfläche
anwendbar.
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Anstelle
der Übertragung
des Markierungsmaterials mittels eines Films von einem Träger auf die
Objektoberfläche
kann auch vorgesehen sein, das Markierungsmaterial auf die Objektoberfläche aufzudrucken,
beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens oder eines Tampon-Print-Verfahrens.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
im Rahmen fachmännischen
Könnens
auf mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere kann die Objektoberfläche, welche
in dem skizzierten Beispiel als mineralisch, beispielsweise aus
Glas oder Keramik bestehend, angenommen ist, auch eine Kunststoffoberfläche oder
eine Metalloberfläche
sein. Das Markierungsmaterial und ein gegebenenfalls vorhandenes Bindemittel
können
auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt sein.