DE102009044802B4 - Method and device for producing a three-dimensional surface structure on a workpiece - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung einer dekorativen, dreidimensionalen Oberflächenstruktur mit folgenden Schritten: A) Zuführung eines Werkstückes (3.1, 4.1) zu einer Bearbeitungsstation B) Aufbringen eines strahlenhärtenden Lackes zur Herstellung einer Oberflächenstruktur (3.4) mit Druckköpfen durch Aufspritzen eines 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 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 Lackes mit Strahlung; und D) Druck eines Dekorbildes (3.7) auf die Oberflächenstruktur auf dem Werkstück (3.1, 4.1) mit mindestens zwei verschiedenen Farben.A process for producing a decorative, three-dimensional surface structure comprising the following steps: A) feeding a workpiece (3.1, 4.1) to a processing station B) applying a radiation-curing lacquer to produce a surface structure (3.4) with printheads by spraying a radiation-curing lacquer through a plurality of nozzle openings on the surface of the workpiece in the form of paint droplets, wherein the individual paint droplets have a volume of 0.5-300 pl and the number of paint droplets per unit area and / or the volume of the paint droplets is carried out by computer control according to a digital template; C) partial or complete curing of the paint with radiation; and D) printing a decorative image (3.7) on the surface structure on the workpiece (3.1, 4.1) with at least two different colors.
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. The present invention relates to a method and a device for producing a three-dimensional surface structure on a workpiece, in particular on a web-shaped or plate-shaped workpiece.
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. For the production of decorative surfaces in the field of indoor and outdoor applications, e.g. For furniture surfaces such as cabinets, table tops, floorboards, such as laminate flooring or real wood parquet floor) or for wall or ceiling panels, there are in the current state of the art, various methods both for decoratively printing these surfaces as well as for applying a haptic three-dimensional surface structure.
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. In the field of laminate flooring production, for example, according to the present state of the art, a printed decorative paper, white, is printed in a gravure printing machine with a decor (for example an oak, beech or maple replica). In a further step, this so-printed paper is coated with a thermosetting resin system, e.g. an amino resin, such as a urea-melamine mixture or the like, impregnated and dried back to a defined residual moisture. This so treated, printed and impregnated decorative paper is in a third step in a hot press, e.g. a short-cycle press or a double-belt press, pressed onto a wood-based panel, at the same time the resin with which the paper has been impregnated, is cured.
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. Through the use of a structured press plate which has ridges and pits by an etching process, a textured surface is created during the curing process, which is often designed to match the wood grains of the printed wood decor.
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. In the state of the art known today, this method can be modified in many variants. Thus, e.g. applied above or below the printed decorative paper more impregnated papers. The plate-shaped workpieces used can e.g. Particleboard, MDF boards or HDF boards, which are manufactured according to the known state of the art.
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. Likewise, a so-called decorative laminate, such as e.g. a "High Pressure Laminate", a so-called HPL, or a "Continuous Pressure Laminate", a so-called CPL, of a plurality of impregnated papers, at least one of which is a decoratively printed paper, in a pressing process usually between 0.2 and 1 , 2 mm thick laminate pressed together. This thus obtained abrasion-resistant and very resistant laminate (often as a web) is then glued, for example, to a 16- or 20 mm thick chipboard to give as a final product a kitchen countertop.
In einer ähnlichen Art und Weise können Möbelplatten hergestellt werden, die einseitig oder beidseitig beschichtet und geprägt werden. In a similar manner, furniture panels can be produced which are coated and embossed on one or both sides.
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 Singlepass-Digitaldrucker auf die vorbeschichtete Platte oder den vorbeschichteten, bahnförmigen Werkstoff erzeugt. In an alternative known method, the print is produced directly on a precoated plate at the location of a printed and then impregnated paper. For this purpose, with the aid of an indirect gravure printing method in which rotogravure cylinder prints via an intermediate, rubberized transfer cylinder on the plate passing below, are generated. In an alternative method, the decor is printed directly over a multi-pass or single pass digital printer on the precoated plate or pre-coated sheet material.
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. In the case of digital printing, the prior art very often uses a UV-curable digital ink containing as its main base an acrylate which has been added with special photoinitiators and thereby irradiated, e.g. cured with UV rays or electron beams. In order to give such a decorative coated plate a scratch-resistant surface and to provide this surface with a structured haptic appearance, so that the structure has a relation to the decorative image printed underneath, a transparent, radiation-curing acrylate lacquer coating is usually also provided as topmost layer.
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. Since the underlying decorative printed surface can show a variety of other decorative surfaces in addition to wood appearance, such as e.g. Stone appearances, tiles or even a fantasy pattern, the overlying structure should be adapted to the decor pressure in a variety of different cases: The joints of a tile replica should e.g. be deepened opposite the tile surface shown.
Nach dem Stand der Technik wird diese Struktur z.B. über eine gerillte oder mit Hilfe eines Lasers strukturierte, gummierte Auftragswalze aufgebracht (
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 (
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. Likewise, it is not possible to use any structures, e.g. also transversely to the passage direction distinct characteristics have (see, for example, tile joints longitudinal and transverse!) To produce. With the current state of the art are particularly wood grains, which run mostly in the direction of production, generated.
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. Likewise, it is only with great limitations and with great technical effort possible to create a structure that adapts synchronously to the underlying printed image. In particular, if the printed image changes quickly and only small lot sizes are produced, the expense is e.g. to use a new structured roller in the production machine, very large. A quick change of structures is only possible with a correspondingly great effort.
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. Likewise, it is not possible in the prior art to make the structure of transparent varnishes having different properties, e.g. Gloss levels, have to produce. The variant which is feasible according to the prior art in short-cycle presses with Melaminverpressung, namely in a recess ("pore") to produce a low gloss level and above the pores in the normal range, a high gloss level, or vice versa in the pore a high gloss level and above the pore a matte structure, is not possible with the acrylate surface according to the prior art.
Die
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In der
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Es ist die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine strukturierte Oberfläche auf einem Werkstück zu schaffen, die auch in kleinen Losgrößen mit beliebigen Oberflächenstrukturen hergestellt werden kann. It is the object of the method according to the invention and of the device according to the invention to provide a structured surface on a workpiece, which can also be produced in small batch sizes with arbitrary surface structures.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 5. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
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. In the present invention, a surface texture or a structured surface means a tactile unevenness on a plate or a sheet-like workpiece having a height difference of 1 μm to 3 mm between the deepest and the highest point, and which is at least partially transparent.
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 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. 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. In one embodiment of the method according to the invention, it is provided that on a pretreated workpiece, for. As a wood-based panel such as particle board or MDF board, in a first step, a surface structure by a transparent or monochrome, z. B. white radiation-curing paint is applied. The application of this transparent or monochrome z. B. white radiation-curing paint is done by one or more printheads or printing modules with or without intermediate drying and with another printhead or print module. In this embodiment, therefore, the surface structure is applied before the printing decor of the decorative image. In a subsequent method step, the decorative image is then printed on the workpiece via a printing station. In this case, in a preferred embodiment, this subsequent printing of the decorative image can likewise be effected by means of an inkjet printing. However, preferred is an ink-jet printing process in which there is much greater certainty that the ink will also penetrate the peaks and valleys ("mountains and valleys"), thus creating a visually pleasing, closed printed surface.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
In
In
In einer Auftragsvorrichtung
Die danach folgende Auftragseinheit, hier als Walzenauftragsmaschine
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“).In yet another alternative embodiment, not shown, the method of providing very large surface capacities per unit of time with a high quality three-dimensional surface may be provided with a plurality of series of printheads, each delivering only a volume size of droplets. But to achieve a well-structured surface, the first row of printheads, z. 1.5, a volume size of droplets in an exemplary embodiment is 50 pl. These are then dried between, the workpiece continues to move, passes under the second row 1.6 of printheads, which also give a constant size of droplet volume, which, however, compared to the first row 1.5 is significantly reduced. In a particularly preferred embodiment, this second droplet size is reduced to 50% or less of the volume of the first droplet size. It is also possible for a third row of printheads to deliver a further reduced, constant droplet volume size. With this alternative embodiment, the workpiece to be structured with a constant, high speed of z. B. 25 m / min. or 50 m / min. under printheads 1.5 and 1.6 to further print heads. As a result of the decreasing droplet size, both a flat structure and a flat, very sharp-edged structure can be produced ("construction of a pyramid").
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