DE102009044802A1

DE102009044802A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf einem Werkstück

Info

Publication number: DE102009044802A1
Application number: DE102009044802A
Authority: DE
Inventors: Dr. Pankoke René
Original assignee: Hymmen Theodor Holding GmbH; Theodor Hymmen Holding GmbH
Current assignee: Hymmen GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2029-12-08
Also published as: DE102009044802B4; WO2011064075A2; ES2525744T3; WO2011064075A3; PL2507063T3; EP2507063B1; EP2507063A2

Abstract

Ein Verfahren und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf einem Werkstück umfasst folgende Schritte: Zuführung eines mit einem Dekorbild bedruckten Werkstückes zu einer Bearbeitungsstation; Aufspritzen eines transparenten, strahlenhärtenden Lackes durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf die Oberfläche des Werkstückes in Form von Lacktröpfchen, wobei die einzelnen Lacktröpfchen ein Volumen von 0,5–300 pl, bevorzugt von 3–80 pl, besonders bevorzugt von 10–50 pl, haben, und die Anzahl der Lacktröpfchen pro Flächeneinheit und/oder das Volumen der Lacktröpfchen durch Computersteuerung nach einer digitalen Vorlage erfolgt; und Aushärten des transparenten Lackes mit Strahlung, bevorzugt mittels UV-Strahlung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf einem Werkstück, insbesondere auf einem bahn- oder plattenförmigen Werkstück.
Zur Herstellung von dekorativen Oberflächen im Bereich von Innen- und Außenanwendungen, z. B. für Möbeloberflächen wie Schränke, Tischplatten, Fußbodendielen, beispielsweise Laminatfußboden oder auch Echtholz-Parkettfußboden) oder für Wand- oder Deckenpaneele, gibt es nach dem heutigen Stand der Technik verschiedene Verfahren sowohl zur dekorativen Bedruckung dieser Oberflächen als auch zur Aufbringung einer haptischen dreidimensionalen Oberflächenstruktur.
Im Bereich der Herstellung von Laminatfußboden wird nach dem heutigen Stand der Technik beispielsweise ein bedrucktes Dekorpapier, weiß, in einer Tiefdruckmaschine mit einem Dekor (z. B. eine Eichen-, Buchen- oder Ahornholznachbildung) bedruckt. In einem weiteren Schritt wird dieses so bedruckte Papier mit einem duroplastisch vernetzenden Harzsystem, z. B. einem Aminoharz, wie einem Harnstoff-Melamin-Gemisch o. ä., imprägniert und auf eine definierte Restfeuchte zurückgetrocknet. Dieses so behandelte, bedruckte und imprägnierte Dekorpapier wird in einem dritten Schritt in einer Heißpresse, z. B. einer Kurztaktpresse oder eine Doppelbandpresse, auf eine Holzwerkstoffplatte verpresst, wobei gleichzeitig das Harz, mit dem das Papier imprägniert worden ist, ausgehärtet wird.
Durch die Verwendung eines strukturierten Pressbleches, welches durch einen Ätzvorgang Erhöhungen und Vertiefungen hat, wird während des Aushärtevorgangs eine strukturierte Oberfläche geschaffen, die häufig so angelegt ist, dass sie den Holzmaserungen des gedruckten Holzdekors entspricht.
In dem heute bekannten Stand der Technik kann dieses Verfahren in vielen Varianten verändert werden. So werden z. B. oberhalb oder unterhalb des bedruckten Dekorpapiers weitere imprägnierte Papiere aufgebracht. Die verwendeten plattenförmigen Werkstücke können z. B. Spanplatten, MDF-Platten oder HDF-Platten sein, welche nach bekanntem Stand der Technik hergestellt werden.
Genauso wird ein sogenanntes dekoratives Laminat, wie z. B. ein „High Pressure Laminate”, ein sogenanntes HPL, oder ein „Continuous Pressure Laminate”, ein sogenanntes CPL, aus mehreren imprägnierten Papieren, von denen wenigstens eines ein dekorativ bedrucktes Papier ist, in einem Pressvorgang zu einem üblicherweise zwischen 0,2 und 1,2 mm starken Laminat zusammengepresst. Dieses so erhaltene abriebsfeste und sehr widerstandsfähige Laminat (häufig als Bahnware) wird dann beispielsweise auf eine 16- oder 20 mm dicke Spanplatte aufgeklebt, um als Endprodukt eine Küchenarbeitsplatte zu ergeben.
In einer ähnlichen Art und Weise können Möbelplatten hergestellt werden, die einseitig oder beidseitig beschichtet und geprägt werden.
In einem alternativen bekannten Verfahren wird an der Stelle eines bedruckten und dann imprägnierten Papiers der Druck direkt auf eine vorbeschichtete Platte erzeugt. Dazu kann mit Hilfe eines indirekten Tiefdruckverfahrens, bei dem Tiefdruckzylinder über einen zwischengeschalteten, gummierten Übertragungszylinder auf die darunter durchlaufende Platte druckt, erzeugt werden. In einem alternativen Verfahren wird das Drucken des Dekors direkt über einen Multi-pass- oder Single-pass-Digitaldrucker auf die vorbeschichtete Platte oder den vorbeschichteten, bahnförmigen Werkstoff erzeugt.
Im Fall des Digitaldruckes wird nach dem Stand der Technik sehr häufig eine UV-aushärtende Digitaldruckfarbe verwendet, die als Hauptbasis ein Acrylat enthält, welches mit speziellen Photoinitiatoren versetzt ist und dadurch unter Bestrahlung, z. B. mit UV-Strahlen oder Elektronenstrahlen aushärtet. Um einer so dekorativ beschichteten Platte eine kratzfeste Oberfläche zu geben und diese Oberfläche entsprechend mit einer strukturierten haptischen Anmutung zu versehen, so dass die Struktur einen Bezug zu dem darunter gedruckten dekorativen Bild hat, wird üblicherweise als oberste Schicht ebenfalls ein transparenter, strahlenhärtender Acrylatlackauftrag vorgesehen.
Da die darunter liegende dekorativ bedruckte Oberfläche neben Holzanmutungen auch eine Vielzahl anderer dekorativer Oberflächen zeigen kann, wie z. B. Steinanmutungen, Fliesen oder auch ein Fantasiemuster, sollte die darüber liegende Struktur in einer Vielzahl von unterschiedlichen Fällen dem Dekordruck angepasst sein: Die Fugen einer Fliesennachbildung sollen z. B. vertieft sein gegenüber der dargestellte Fliesenfläche.
Nach dem Stand der Technik wird diese Struktur z. B. über eine gerillte oder mit Hilfe eines Lasers strukturierte, gummierte Auftragswalze aufgebracht ( DE 10 2007 019 871 A1 ).
Bei einem direkt bedruckten, plattenförmigen Werkstück, welches mit einem strahlenhärtenden Lacksystem in der Oberfläche strukturiert werden soll, d. h. eine strukturierte Oberfläche erhalten soll, gibt es nach dem heutigen Stand der Technik ( DE 10 2007 019 871 A1 ) deutliche Einschränkungen hinsichtlich der Feinheit der Struktur. Nach dem heutigen Stand der Technik kann mit der strukturierten Walze eine Strukturbreite von < 1 mm nur schwer gedruckt werden. Eine bevorzugte Strukturbreite von < 0,2 mm ist nach dem Stand der Technik nicht möglich.
Ebenso ist es nicht möglich, beliebige Strukturen, die z. B. auch quer zur Durchlaufrichtung deutliche Ausprägungen haben (vgl. z. B. Fliesenfugen längs und quer!), zu erzeugen. Mit dem heutigen Stand der Technik sind besonders Holzmaserungen, die meist in Richtung der Produktionsrichtung laufen, erzeugbar.
Ebenso ist es nur mit großen Einschränkungen und mit sehr großem technischen Aufwand möglich, eine Struktur zu erzeugen, die sich synchron an das darunter liegende gedruckte Bild anpasst. Insbesondere, wenn das gedruckte Bild schnell wechselt und nur kleine Losgrößen produziert werden, ist der Aufwand z. B. eine neue strukturierte Walze in die Produktionsmaschine einzusetzen, sehr groß. Ein schneller Wechsel der Strukturen ist nur mit entsprechend großem Aufwand möglich.
Ebenso ist es nach dem Stand der Technik nicht möglich, die Struktur aus transparenten Lacken, die unterschiedliche Eigenschaften, wie z. B. Glanzgrade, haben, zu erzeugen. Die Variante, die nach dem Stand der Technik in Kurztaktpressen mit der Melaminverpressung machbar ist, nämlich in einer Vertiefung („Pore”) einen geringen Glanzgrad und oberhalb der Poren im normalen Bereich einen hohen Glanzgrad zu erzeugen, oder umgekehrt in der Pore einen hohen Glanzgrad und oberhalb der Pore eine matte Struktur, ist mit der Acrylatoberfläche bisher nach dem Stand der Technik nicht möglich.
Es ist die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine strukturierte Oberfläche zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 15, sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die Erfindung soll ein Werkstück mit einem strahlenhärtenden Lack beschichtet werden, wobei der Lackschicht mit wenig technischem Aufwand synchron zu dem darunter liegenden gedruckten Dekor erzeugt werden kann. Die Lackschicht kann von einem gedruckten Abschnitt zum nächsten gedruckten Abschnitt schnell gewechselt werden kann, und welche definierte matte und definierte glänzende Stellen in der Oberflächenstruktur bei gleichzeitiger, zumindest teilweiser Transparenz erzeugen kann.
In der vorliegenden Erfindung ist mit Oberflächenstruktur oder mit strukturierter Oberfläche eine fühlbare Unebenheit auf einer Platte oder einem bahnförmigen Werkstück gemeint, welche zwischen dem tiefsten und dem höchsten Punkt einen Höhenunterschied von 1 μm bis 3 mm aufweist, und welche wenigstens teilweise transparent ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden, eine sogenannte Synchronpore zu erzeugen. Damit ist für die vorliegende Erfindung gemeint, dass die erzeugte dreidimensionale Oberflächenstruktur zu dem darunter liegenden gedruckten dekorativen Bild passt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform mit einem gedruckten Holzdekor, welches eine längsgerichtete Maserung hat, und an einer Stelle ein gedrucktes Astloch, würde die erzeugte Oberflächenstruktur beispielsweise an den Stellen mit der Maserung ebenfalls eine dreidimensionale haptisch fühlbare, längsgerichtete Maserung korrespondierend zu der darunter liegenden gedruckten Maserung enthalten sowie eine runde oder ovale strukturierte Vertiefung an der Stelle des gedruckten Astloches.
Von einer Synchronpore soll in diesem Zusammenhang in der vorliegenden Erfindung dann gesprochen werden, wenn ein im Dekorbild optisch erkennbarer Abschnitt von einer Länge l und einer Breite b mit einem darüber liegenden, dreidimensionalen, fühlbaren strukturierten Oberflächenabschnitt in der Form übereinstimmt, dass der Abschnitt der strukturierten Oberfläche passend auf dem im gedruckten Dekorbild sichtbaren Abschnitt liegt und in Länge und Breite maximal 3 mm abweicht; bei einer bevorzugten Ausführungsform max. 1 mm; bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform max. 0,5 mm abweicht. In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform würde also der in der dreidimensionalen Oberflächenstruktur vorhandene Abschnitt eine Länge von max. l +/– 0,5 mm sowie eine Breite von b +/– 0,5 mm haben, und der Anfangspunkt als 0-Punkt eines Koordinatensystems gedacht, in X- und Y-Richtung jeweils ebenso maximal 0,5 mm vom Anfangspunkt des darunter liegenden gedrucktes Dekorbildes abweichen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass auf ein vorbehandeltes Werkstück, z. B. einer Holzwerkstoffplatte wie einer Spanplatten oder MDF-Platte, in einem ersten Schritt eine Oberflächenstruktur durch einen transparenten oder auch einfarbigen, z. B. weißen strahlenhärtenden Lack aufgebracht wird. Das Aufbringen dieses transparenten oder einfarbigen z. B. weißen strahlenhärtenden Lackes geschieht so wie auch oben bereits für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, durch einen oder mehrere Druckköpfe oder Druckmodule mit oder ohne Zwischentrocknung und mit einem weiteren Druckkopf oder Druckmodul. Bei dieser Ausführungsform wird also die Oberflächenstruktur vor dem Druckdekor des Dekorbildes aufgebracht. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird dann das Dekorbild über eine Druckstation auf das Werkstück aufgedruckt. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform dieses anschließende Drucken des Dekorbildes ebenfalls mittels eines Tintenstrahldruckes erfolgen. Alternativ kann auch ein Rotationsdruckverfahren, z. B. ein indirektes Tiefdruckverfahren, mittels einer zwischengeschalteten, gummierten Auftragswalze erfolgen. Diese zwischengeschaltete, gummierte Auftragswalze kann die aufzubringende Farbe in die Struktur und die dadurch gebildeten Erhöhungen und Vertiefungen bringen. Bevorzugt wird jedoch ein Tintenstrahldruckverfahren, bei dem deutlich höhere Sicherheit gegeben ist, dass die Farbe auch in die Erhöhungen und Vertiefungen („Berge und Täler”) eindringt, und so eine optisch ansprechende, geschlossen gedruckte Oberfläche erzeugt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem zu strukturierenden Werkstück (1.1), einer Zuführungseinrichtung (1.2), einer nur als Box dargestellten Druckeinrichtung (1.3), einer weiteren Zuführungseinrichtung (1.4) sowie einem ersten Druckkopf für einen ersten transparenten Lack (1.5), aternativ einer Reihe von Druckköpfen (1.5), einer Trocknungseinheit (1.7) bzw. (1.8) und einem zweiten Druckkopf (1.6) für einen anderen transparenten oder den gleichen transparenten Lack wie (1.6), alternativ eine Reihe von Druckköpfen (1.6); das darunter liegende Fördersystem (1.9).
2a: In 2 ist das zu strukturierende, bereits dekorativ bedruckte Werkstück (2.1) mit einzelnen Tröpfen belegt, wobei als Beispiel für ein großes Tröpfchen am oberen Ende des Volumens, beispielsweise 300 pl (2.2) dargestellt ist, sowie ein kleineres Tröpfchen, beispielsweise 10 pl (2.3). Die resultierende Oberflächenstruktur ist die Einhüllende der aufgebrachten Tröpfchen (2.4); die maximale Höhe der Struktur („Strukturhöhe”) ist mit H bezeichnet (2.5).
2b In 2b ist das nicht erwünschte Verfliessen eines aufgebrachten Tröpfchens vor der Aushärtung durch das Tröpfchen direkt nach dem Aufbringen (2.6) sowie nach einer Zeit t bis zur Aushärtung durch (2.6a) dargestellt. Die Höhe nach dem Aufbringen des Tröpfchens ist mit h, die Höhe nach dem Verfliessen nach der Zeit t mit h' dargestellt.
3 eine schematische Darstellung eines bedruckten Werkstücks gemäß einer weiteren Ausführungsform.
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein plattenförmiges oder bahnförmiges Werkstück 1.1 wird über eine Zuführungseinrichtung 1.2 zu einer Druckmaschine 1.3 zugeführt, wobei die Druckmaschine als herkömmliche Druckmaschine, z. B. Tiefdruckmaschine oder Flexodruckmaschine oder Rollen-off-set-Druckmaschine ausgeführt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann diese auch als Digitaldruckmaschine ausgeführt sein.
Nachdem das plattenförmige oder bahnförmige Werkstück dekorativ bedruckt worden ist, wird es über eine weitere Zuführungseinrichtung 1.4 einem ersten Digitaldruckkopf 1.5 zugeführt. Dieser erste Digitaldruckkopf 1.5 kann auch als Druckmodul ausgeführt werden, wobei ein Druckmodul eine Reihe von einzelnen Druckköpfen enthält, die jeweils einzeln oder auch gemeinsam an ein Lackversorgungssystem angeschlossen sind. Dieser Druckkopf oder diese Anzahl von Druckköpfen im Druckmodul sind als Tintenstrahldruckköpfe ausgebildet, bevorzugt als Piezo-gesteuerte Tintenstrahldruckköpfe. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Druckköpfe 1.5 als Druckköpfe mit variablen Graustufen ausgeführt, d. h. sie können unterschiedliche Tröpfchengrößen auf das Werkstück 1.1 aufbringen. Der transparente Lack, der durch diese Druckköpfe 1.5 auf das Werkstück 1.1 aufgebracht wird, ist in einer besonderen Ausführungsform als strahlenhärtender Lack vorgesehen, wobei die Strahlenhärtung durch eine UV-Strahlenquelle 1.7 erfolgen kann. In einer besonderen Ausführungsform kann diese Strahlenquelle 1.7 auch als eine Elektronenstrahlquelle ausgebildet sein. Die Tintenstrahldruckköpfe (1.5) geben einzelne Lacktröpfchen auf das Werkstück 1.1 ab, wobei ein einzelnes Lacktröpfchen ein Volumen von 0,5–300 pl, bevorzugt ein Volumen von 3–80 pl, besonders bevorzugt ein Volumen von 10–50 pl, hat. Die Auflösung, d. h. die Menge an einzelnen Lacktröpfchen pro Quadratzentimeter Oberfläche des Werkstückes wird in Vorschubrichtung (Pfeil in 1) durch die Geschwindigkeit des Werkstückes 1.1 und die Frequenz, mit der die Lacktröpfchen aus den Druckköpfen 1.5 abgegeben werden, gesteuert. In Richtung quer zur Vorschubrichtung wird die Auflösung durch die Anzahl der Düsen der Digitaldruckköpfe 1.5, die je Längeneinheit vorhanden sind, gesteuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Auflösung quer zur Vorschubrichtung zwischen 10 bis 500 dpi (dots per inch, d. h. Tröpfchen pro 2,54 cm), besonders bevorzugt 50–400 dpi. In Vorschubrichtung (Pfeilrichtung in 1) liegt die Auflösung bei einem durch die Geschwindigkeit und die Frequenz, mit der die Tröpfchen auf die Oberfläche aufgegeben werden, vorgegebenen Wert im gleichen Bereich. Die Frequenz, mit der die Tröpfchen abgegeben werden, wird daher so gewählt, dass bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 5–100 m/min., bevorzugt 10–50 m/min., eine Auflösung innerhalb des oben angegebenen Bereiches erzielt werden kann.
Nach dem Durchlaufen der ersten Auftragsstation des transparenten, strahlenhärtenden Lacks mit dem Druckkopf 1.5 oder dem Druckmodul 1.5 mit einer Vielzahl von Druckköpfen, wird der aufgebrachte Lack durch die Strahlenquelle 1.7 ausgehärtet. In einer anderen Ausführungsform wird die Strahlenquelle 1.7 so auf die chemischen Eigenschaften des Lackes abgestimmt, dass dieser nicht komplett ausgehärtet, d. h. nicht komplett vernetzt ist, sondern nur teilvernetzt.
Danach läuft das plattenförmige oder bahnförmige Werkstück unter einem zweiten Druckkopf 1.6 oder einem zweiten Druckmodul mit einer Vielzahl von Druckköpfen 1.6 her. Die Auftragsmengen und Tröpfchengrößen sind hier identisch zu dem oder den Köpfen 1.5 gewählt. Der zweite Druckkopf 1.6 wird eingesetzt, um entweder eine größere Auftragsmenge und Strukturtiefe in der strukturierten Oberfläche zu erzielen. In einer alternativen Ausführungsform kann der transparente Lack, der in den Druckköpfen 1.6 verdruckt wird, auch einen anderen Glanzgrad als der in den Druckköpfen 1.5 verwendete haben. So kann beispielsweise der in den Druckköpfen 1.6 verdruckte Lack nach der Aushärtung eine sehr matte Oberfläche ergeben, während der in den Druckköpfen 1.5 verdruckte Lack nach der Aushärtung eine hochglänzende Oberfläche ergibt.
In einer alternativen Ausführungsform kann der glänzende und der matte Lack auch vertauscht werden. Nach dem Durchlaufen des zweiten Druckkopfes oder des zweiten Druckkopfmoduls mit einer Vielzahl von Druckköpfen 1.6 wird der auf die Oberfläche des Werkstücks 1.1 aufgebrachte Lack in einer zweiten Strahlenquelle 1.8 ausgehärtet. In einer alternativen Ausführungsform kann er auch hier nur angehärtet werden und in einer folgenden Strahlenquelle komplett ausgehärtet werden.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zusätzlich zu den Druckköpfen oder Druckkopfreihen 1.5 und 1.6 eine Vielzahl weiterer Druckkopfreihen mit oder ohne Zwischentrocknung 1.7 und 1.8 angebracht werden. Dabei kann die erwünschte Struktur der Oberfläche, die in 2 als kompletter Auftrag aus strahlenhärtendem Lack 2.5 dargestellt ist, aus mehreren Schichten mit jeweils einer Vielzahl von unterschiedlich großen Tröpfchen kombiniert sein. Als Beispiel ist hier in 2(a) ein großer Tropfen mit dem größtmöglichen Volumen 2.2 dargestellt sowie ein kleinerer Tropfen mit einer entsprechend kleineren Menge 2.3. Aus der Platzierung der Tröpfchengrößen ergibt sich die einhüllende Oberflächenstruktur 2.4.
Der verwendete strahlenhärtende Lack wird mit seinen chemischen Eigenschaften so eingestellt, dass ein Verlaufen in eine flachere Form bis zur Strahlenhärtung des Lackes innerhalb eines Zeitraumes von weniger als 10 Sek., bevorzugt weniger als 5 Sek., nach dem Aufbringen des Lackes durch die Druckköpfe 1.5 oder 1.6 nicht die gewünschte Struktur beeinflusst. Das bedeutet, dass die Höhe h eines aufgebrachten Tropfens auf dem Werkstück 2.1 innerhalb des Zeitraums von weniger als 10 Sek., bevorzugt weniger als 5 Sek., zwischen Aufbringung und Antrocknung durch die Strahlenquelle 1.7 sich weniger als 30%, bevorzugt weniger als 10%, durch Verfließen verringert. Dies wird durch die Viskosität und die Tixotropie des verwendeten strahlenhärtenden Lackes gesteuert (vgl. 2(a) und (b), Höhe h bzw. h').
In einer alternativen Ausführungsform kann das dekorative Bedrucken des Werkstückes 1.1 in der Druckmaschine 1.3 auch Teil eines vorhergehenden Verfahrens sein, welches bereits abgeschlossen ist, d. h. zeitlich und räumlich von dem hier anzuwendenden erfindungsgemäßen Verfahren getrennt ist. In diesem Fall beginnt das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Aufbringen der ersten Tröpfchen des transparenten, strahlenhärtenden Lackes in dem Druckkopf 1.5 bzw. der Reihe der Druckköpfe 1.5. Der Rest des Verfahrens ist dann identisch zu dem oben Beschriebenen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Verfahren auch vorsehen, dass die Druckköpfe 1.5 bzw. 1.6 sowie weitere Druckköpfe beweglich angeordnet sind, d. h. entweder quer zur Vorschubrichtung oder in Vorschubrichtung oder beides. In dem Fall dieser alternativen Ausführungsform bewegt sich das Werkstück schrittweise, kommt dann zur Ruhe, während der oder die Druckköpfe 1.5 bzw. 1.6 über das Werkstück in Längs- und Querrichtung sich bewegen und den entsprechenden Druck mit transparentem, strahlenhärtendem Lack abgeben, und wird danach weiterbewegt. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in den geringeren Anlagenkosten, da hier auch mit einer kleineren Anzahl von Druckköpfen gearbeitet werden kann. Der Nachteil liegt darin, dass die Kapazität dieser alternativen Ausführungsform in produzierter Oberfläche pro Zeiteinheit deutlich geringer ist.
Mit Verfliessen der Lackstruktur ist bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren gemeint, dass die Höhe eines Tröpfchens h in 2b sich auf die Höhe des verflossenen Tröpfchens h' in 2b verringert.
In 3 ist ein Werkstück 3.1 mit einer strukturierten und dekorativ bedruckten Oberfläche gezeigt. Das Werkstück 3.1 hat ein oder mehrere Beschichtungen 3.2 und 3.3, die optional vorhandene Vorbeschichtungen oder Grundierungen sind. Mit dem Bezugszeichen 3.4 ist eine einhüllende Oberfläche von durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgedruckten Tröpfchen dargestellt, die insgesamt eine max. Höhe von H haben. Dabei kann ein Tropfen 3.5 mit einem größeren Volumens, z. B. 50 pl, und ein Tröpfchen 3.6 mit einem kleineren Volumens, z. B. 80 pl. Auf der Beschichtung 3.3 vorgesehen sein. Ferner ist ein Dekordruckbild 3.7, d. h. die Mischung aus verschiedenen Farben, z. B. zwei, drei oder vier Farben, die in dieser alternativen Ausführung auf den zuvor aufgespritzten Lack als oberste Schicht aufgedruckt. Auf das Dekordruckbild 3.7 ist ein weitere, transparente Schutzschicht 3.8 aufgetragen. Diese Schutzschicht 3.8 kann optional zusätzlich aufgebracht werden. Es ist allerdings auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Schutzschicht 3.8 auszuführen.
In 4 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Werkstück 4.1 wird in einer Walzenauftragmaschine 4.31 mit Lack in einer Lackvorlage 4.32 vorbeschichtet. Die so aufgetragene Gundierung wird in einem Trockner 4.41, der entweder als Heißluft- oder Umlufttrockner oder auch mit einer Strahlenquelle 4.42 ausgeführt sein kann, vollständig oder teilweise getrocknet.
In einer Auftragsvorrichtung 4.51 werden in mehreren Druckköpfen oder mehreren Druckkopfreihen, hier schematisch angedeutet mit 4.52, 4.54 und 4.56, in mehreren Reihen auf das darunter durchlaufende Werkstück Tröpfchen eines eingefärbten oder transparenten strahlenhärtenden Lackes aufgebracht. Der Lack ist hier angedeutet in Tankvorräten 4.58. Zwischen den jeweiligen Tintenstrahldruckköpfen oder Reihen von Tintenstrahldruckköpfen sind in einer alternativen Ausführungsform vorhandene Strahlenquellen zum teilweisen oder zur vollständigen Antrocknung der jeweils aufgebrachten Lacktröpfchen 4.53, 4.55 und 4.57 angebracht. In einer alternativen Ausführungsform kann das so behandelte Werkstück durch die Trocknungseinheit 4.61 komplett durchgetrocknet werden.
Die danach folgende Auftragseinheit, hier als Walzenauftragsmaschine 4.71 dargestellt, kann einen dünnen zusätzlich strahlenhärtenden Lackfilm auf das so vorbehandelte Werkstück aufbringen. Zwischen 4.71 und 4.81 würde in diesem Fall noch eine weitere Trocknung, in der Zeichnung nicht dargestellt, verwendet werden. Anschließend wird das dekorative Bild mit mindestens zwei Farben, d. h. einem Zwei-, Drei- oder Vierfarbendruck, ggf. auch mehr Farben, aufgebracht. In diesem Fall ist schematisch eine Digitaldruckeinrichtung mit vier Farben, mit jeweiligen Druckköpfen bzw. Druckkopfreihen 4.82, 4.84, 4.86 und 4.88 sowie jeweils alternativ möglichen Zwischentrocknungen als Strahlungsquellen 4.83, 4.85 und 4.87 dargestellt. Anschließend kann das so beschichtete und bedruckte Werkstück in einer Trocknungseinheit 4.91 noch vollständig ausgehärtet werden. Abschließend kann in einer alternativen Ausführungsform noch eine Verschleißschutz- oder Schutzschicht durch die Walzenauftragsmaschine 4.92 aufgebracht werden. In diesem Fall würde auch eine weitere Trocknungseinheit, in der Zeichnung nicht dargestellt, sich anschließen.
In einer weiteren, nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann das Verfahren, um besonders große Kapazitäten an Oberflächen pro Zeiteinheit mit einer qualitativ hochwertigen dreidimensionalen Oberfläche zu versehen, mit mehreren hintereinandergeschalteten Reihen von Druckköpfen versehen sein, die jeweils nur eine Volumengröße von Tröpfchen abgeben. Um aber eine gut strukturierte Oberfläche zu erzielen, gibt die erste Reihe von Druckköpfen, z. B. 1.5, eine Volumengröße von Tröpfchen in einer beispielhaften Ausführungsform 50 pl ab. Diese werden dann zwischengetrocknet, das Werkstück bewegt sich weiter voran, gelangt unter die zweite Reihe 1.6 von Druckköpfen, welche ebenfalls eine konstante Größe von Tröpfchenvolumen abgeben, die allerdings gegenüber der ersten Reihe 1.5 deutlich reduziert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist diese zweite Tröpfchengröße auf 50% oder weniger des Volumens der ersten Tröpfchengröße reduziert. Es ist auch möglich, dass eine dritte Reihe von Druckköpfen eine nochmals reduzierte, konstante Tröpfchenvolumengröße abgibt. Mit dieser alternativen Ausführungsform kann das zu strukturierende Werkstück mit einer konstanten, hohen Geschwindigkeit von z. B. 25 m/min. oder 50 m/min. unter den Druckköpfen 1.5 und 1.6 zu den weiteren Druckköpfen sich fortbewegen. Dabei kann durch die abnehmende Tröpfchengröße sowohl eine flächige Struktur als auch eine flächige, sehr scharf abgekantete Struktur erzeugt werden („Aufbau einer Pyramide”)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007019871 A1 [0011, 0012]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf einem Werkstück mit folgenden Schritten: A) Zuführung eines mit einem Dekorbild bedruckten Werkstückes zu einer Bearbeitungsstation B) Aufspritzen eines transparenten, strahlenhärtenden Lackes durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf die Oberfläche des Werkstückes in Form von Lacktröpfchen, wobei die einzelnen Lacktröpfchen ein Volumen von 0,5–300 pl, bevorzugt von 3–80 pl, besonders bevorzugt von 10–50 pl, haben, und die Anzahl der Lacktröpfchen pro Flächeneinheit und/oder das Volumen der Lacktröpfchen durch Computersteuerung nach einer digitalen Vorlage erfolgt; C) Aushärten des transparenten Lackes mit Strahlung, bevorzugt mittels UV-Strahlung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit den Schritten B)–C) einmal oder mehrfach wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgespritzte, transparente und strahlenhärtende Lack innerhalb einer Zeit < 10 Sek., besonders bevorzugt < 5 Sek., bis zur Aushärtung durch eine Strahlenquelle um weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 15%, hinsichtlich der Tröpfchenhöhe verfließt.
Verfahren nach Anspruch einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale durch das Verfahren aufgebrachte Strukturhöhe 2–200 μm, bevorzugt 10–100 μm, besonders bevorzugt 15–60 μm, beträgt.
Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Durchlauf der Schritte B) und C) die Lacktröpfchen ein festes, nicht variables Volumen haben und bei mindestens einem zweiten Wiederholvorgang der Schritte B) und C) die Lacktröpfchen ein kleineres Volumen besitzen als bei dem ersten Auftrag, bevorzugt ein Volumen von 50% desjenigen Volumens beim ersten Auftrag gemäß der Schritte B) und C).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Auftrag gemäß Schritt B) eine Anzahl von 200–40.000 Tröpfchen pro cm² aufgebracht werden, bevorzugt 5.000–30.000 Tröpfchen pro cm².
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Druckkopf (1.5) oder einer ersten Reihe von Druckköpfen (1.5) ein Lack aufgebracht wird, der nach der Aushärtung einen höheren oder niedrigeren Glanzgrad hat als derjenige Lack, welcher mit dem zweiten Druckkopf oder der zweiten Reihe von Druckköpfen (1.6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Oberflächenstruktur an das darunter liegende gedruckte Dekorbild so angepasst ist, dass bestimmte im Dekordruck sichtbare Strukturen und korrespondierende Oberflächenstrukturen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt wurden um weniger als 3 mm, bevorzugt um weniger als 1 mm, voneinander abweichen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionserfassung des Dekorbildes erfolgt und dann eine Anpassung der Oberflächenstruktur an das Dekorbild erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Verfahren erzeugte Oberflächenstruktur aus dem gleichen elektronischen Datensatz erzeugt wird wie das eigentliche gedruckte, dekorative Bild.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dekorative, gedruckte Bild auf der Oberfläche des Werkstückes und die nach dem Verfahren mit den Schritten A)–C) erzeugte strukturierte Oberfläche in einem kontinuierlichen Verfahren nacheinander und in einer gemeinsamen Vorrichtung ohne Unterbrechung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein plattenförmiges Werkstück ist, auf welches das dekorative Bild aufgedruckt oder bereits in Form eines bahnförmiges Werkstückes aufgeklebt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine Holzwerkstoffplatte, z. B. Spanplatte, MDF-Platte oder HDF-Platte ist, auf welche das Dekorbild aufgedruckt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein bahnförmiges Werkstück, z. B. ein vorbehandeltes Papier oder eine Kunststoff- oder PVC-Folie ist, welche bereits mit dem dekorativen Bild bedruckt ist.
Verfahren zur Erzeugung einer dekorativen, dreidimensionalen Oberflächenstruktur mit folgenden Schritten: A) Zuführung eines Werkstückes zu einer Bearbeitungsstation B) Aufspritzen eines eingefärbten, strahlenhärtenden Lackes durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf die Oberfläche des Werkstückes in Form von Lacktröpfchen, wobei die einzelnen Lacktröpfchen ein Volumen von 0,5–300 pl, bevorzugt 3–80 pl, besonders bevorzugt 10–50 pl, haben und die Anzahl der Lacktröpfchen pro Flächeneinheit und/oder das Volumen der Lacktröpfchen durch Computersteuerung nach einer digitalen Vorlage erfolgt; C) teilweises oder vollständiges Aushärten des eingefärbten Lackes mit Strahlung, bevorzugt mittels UV-Strahlung; und D) Druck eines Dekorbildes auf die Oberfläche des Werkstückes mit mindestens zwei verschiedenen Farben.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt C) und vor Schritt D) eine vollflächige Zwischenbeschichtung des Werkstückes mit einem strahlenhärtenden Lack, bevorzugt mittels einer Walzenauftragsmaschine, mit einer Auftragsmenge von 0,5–20 g/m², bevorzugt 1–10 g/m² erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte B) und C) mindestens zweimal wiederholt werden, wobei bei der ersten Wiederholung eine einheitliche Volumengröße von Lacktröpfchen aufgespritzt wird, und bei der zweiten Wiederholung eine ebenso einheitliche, aber kleinere Volumengröße von Lacktröpfchen aufgespritzt wird, beispielsweise kleiner als 50% des Volumens der Lacktröpfchen des ersten Auftragsschrittes.
Vorrichtung zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur auf einem Werkstück mit einer Zuführeinrichtung des Werkstückes zu einem ersten digitalen Druckkopf (1.5) oder einer ersten Reihe aus einer Vielzahl von Druckköpfen (1.5), durch die ein transparenter oder eingefärbter, strahlenhärtender Lack auf die Oberfläche des Werkstückes aufgebracht werden kann und einer dahinter angeordneten Strahlenquelle (1.7).
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein- bis mehrfachen Wiederholung des Aufbaus mit einem jeweils weiteren einzelnen Druckkopf (1.6) bzw. einer weiteren Reihe von Druckköpfen (1.6) und einer dahinter angeordneten Strahlenquelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstes zwei Druckköpfe verwendet werden, die beide einen transparenten, strahlenhärtenden Lack auf das Werkstück aufbringen, wobei mindestens einer der Druckköpfe oder eine Reihe von Druckköpfen ein nach der Aushärtung glänzenden, transparenten Lack aufbringt, während die anderen verwendeten Druckköpfe oder Druckkopfreihen einen nach der Aushärtung transparenten, matten Lack auf die Oberfläche des Werkstückes aufbringen.