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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen dreidimensionaler Oberflächen.
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Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung hierzu sind bereits aus der
WO 2008/155276 A2 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird mittels einer Digitaldruckmaschine ein Bild auf ein Dekorpapier aufgedruckt, welches als endlose Bahn unterhalb der Digitaldruckmaschine vorbeigeführt wird. Anschließend wird das mit dem Bild versehene Dekorpapier zusammen mit einem Overlay-Papier auf ein Trägerelement aufgebracht und mit diesem verpresst. Wesentlich hierbei ist, dass durch das Verpressen des aus dem Trägerelement, dem Dekorpapier und dem Overlay-Papier bestehenden Verbundes die gewünschte Struktur in das Trägerelement eingeprägt bzw. eingepresst wird. Hierzu muss die Pressvorrichtung eine entsprechend ausgebildete Pressplatte bzw. Matrize aufweisen. Die Herstellung derartiger Matrizen bzw. Pressplatten ist insbesondere bei geringen Losgrößen bzw. geringen Stückgrößen des Trägerelements relativ aufwendig, teuer und benötigt eine relativ lange Zeit. Darüber hinaus ist nachteilig, dass das verwendete Trägerpapier bzw. Overlay-Papier, z. B. in Folge sich ändernder Feuchtigkeiten bzw. Temperaturen, Längen- bzw. Breitenschwankungen unterworfen ist, die sehr schwierig bzw. nur mit relativ hohem Aufwand in Deckung mit dem Druckbild der Matrize zu bringen ist.
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Darüber hinaus ist aus der
EP 1 017 555 B1 der Anmelderin ein Verfahren zum Herstellen einer eine dreidimensionale Struktur aufweisenden Matrize bekannt, die zum Erzeugen von Oberflächen, insbesondere von Oberflächen aus Melaminharz bei der Fertigung von Schichtstoffplatten verwendet wird. Hierbei wird an der Oberfläche der Schichtstoffplatte eine strukturierte Oberfläche dadurch erzeugt, dass die bahnförmige Matrize mit der Oberfläche der Schichtstoffplatte in Überdeckung gebracht wird und mit dieser verpresst wird. Dabei überträgt sich die Struktur der Matrize auf die Oberfläche der Schichtstoffplatte. Nach dem Abziehen der Matrize kann diese gegebenenfalls wiederverwendet werden, wobei aus der genannten Schrift es auch bekannt ist, die Schicht bzw. Struktur der Matrize mit Farbpigmenten zu versehen, die sich beim Aushärten bzw. Verpressen mit der Oberfläche der Schichtstoffplatte verbindet bzw. in diese eindiffundiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Oberflächen derart weiterzubilden, dass dieses bei relativ geringen Losgrößen wirtschaftlich anwendbar ist, eine hohe Flexibilität und eine hohe Genauigkeit aufweist sowie haptisch günstige Eigenschaften hat. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Oberfläche mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, das von wenigstens einer digitalen Druckmaschine erzeugte Bild als dreidimensionale Struktur auszubilden, so dass gegebenenfalls auf die Fertigung verteuernder Halbzeuge, z. B. speziell ausgeprägter Prägematrizen oder ähnliches, verzichtet werden kann. Es hat sich dabei nämlich überraschenderweise herausgestellt, dass derartige dreidimensionale Oberflächen mittels insbesondere mehrerer, hintereinander angeordneter digitaler Druckmaschinen erzeugt werden können, so dass das Bild bzw. die dreidimensionale Struktur mittel- oder unmittelbar mit dem Trägerelement verbunden werden kann. Dadurch lassen sich insbesondere auch haptisch gut wahrnehmbare Oberflächenstrukturen erzeugen, die den Eindruck z. B. einer echten Holzoberfläche oder ähnliches bewirken. Hierbei ist die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten prinzipiell nicht beschränkt. So ist es beispielsweise bei einer typischen Schichtdicke von 15 μm durchaus möglich, beispielsweise sechs derartige Schichten übereinander anzuordnen, wodurch sich eine haptisch deutlich erkennbare Struktur ergibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen dreidimensionaler Oberflächen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Bei der Verwendung von strahlenhärtbaren, insbesondere UV-härtbaren, lösemittel- und wasserfreien pigmentierten Bindemitteln wird der Produktionsprozess insofern beschleunigt bzw. vereinfacht, als dass die Schichten mit sehr kurzen Trockenzeiten bzw. innerhalb einer relativ kompakt angeordneten Vorrichtung aufgebracht werden können.
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Mit besonderem Vorteil wird angesehen, dass die Struktur unmittelbar auf einem Trägerelement, insbesondere einer Platte, wie z. B. einer Möbelplatte oder einem Fußbodenelement aufgebracht werden kann. Dadurch kann auf aufwändige Matrizen bzw. Werkzeuge zur Ausbildung der dreidimensionalen Struktur verzichtet werden, was den wirtschaftlichen Einsatz bzw. die wirtschaftliche Fertigung relativ kleiner Losgrößen ermöglicht. Weiterhin wird durch den Verzicht auf zusätzliche Zwischenelemente, wie z. B. einem Trägerpapier oder ähnlichem, die Fertigung zusätzlich vereinfacht bzw. wirtschaftlicher gestaltet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass die Struktur auf einem platten-, bahn- oder walzenförmigen Werkzeug, insbesondere einer Matrize, aufgebracht wird. Hierdurch wird insbesondere die Fertigung preiswert herstellbarer Werkzeuge ermöglicht, da beispielsweise mechanische Bearbeitungen der Oberfläche der Werkzeuge oder ähnliches entfallen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Struktur auf einer blatt- oder folienartigen Bahn, aufgebracht wird. Eine derartige Bahn wird zum Beispiel zur Beschichtung von Möbelstücken verwendet und kann ggf. auf der dem Möbelstück zugewandten Seite mit einer Verbindungsschicht versehen sein.
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Mit besonderem Vorteil wird angesehen, dass der Glanzgrad jeder Schicht über die Trocknung bzw. Aushärtung der pigmentierten Bindemittel, insbesondere deren Trocknungszeit, eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich der optische Eindruck für einen Betrachter zusätzlich verbessern, so dass der Eindruck entsteht, dass die dreidimensionale Oberfläche beispielsweise aus einem natürlichen Material, wie einem Holzfurnier, besteht. Dies ist insbesondere beispielsweise bei Laminatfußböden von Vorteil, die beim Betrachter bzw. Benutzer den Eindruck eines echten Holzfußbodens vermitteln sollen.
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Um gegebenenfalls zusätzlich gewünschte Eigenschaften der Oberfläche, z. B. eine vergrößerte Härte, auszubilden, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Struktur weiteren Bearbeitungsschritten, insbesondere Oberflächenbearbeitungsschritten, unterzogen wird.
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Bei einer Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Oberflächen wird es zur Ausbildung einer relativ kompakten sowie eine hohe Leistung aufweisenden Vorrichtung erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mehrere digitale Druckmaschinen vorgesehen sind, dass die Druckmaschinen in Förderrichtung des Trägerelements hintereinander angeordnet sind und, dass jeder Druckmaschine eine Trocknungseinrichtung zugeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Oberfläche in einem plattenförmigen Trägerelement,
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2 einen Schnitt durch das Trägerelement gemäß 1 zur Darstellung seiner dreidimensionalen Struktur und deren Aufbau,
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3 bis 5 die Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur unter Verwendung elektrisch leitfähiger Farben in verschiedenen Bearbeitungsschritten und
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6 bis 10 einen Schnitt durch ein Trägerelement mit einer Struktur, die unter Verwendung elektrisch nichtleitender Farbe entstanden ist, wobei die dreidimensionale Oberfläche einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, ebenfalls während verschiedener Bearbeitungsschritte.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit identischen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen einer dreidimensionalen Oberfläche 1 an einem Trägerelement 5 dargestellt. Bei dem Trägerelement 5 handelt es sich bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Platte, wie z. B. eine Möbelplatte oder ein Fußbodenelement, insbesondere um ein Fußbodenelement als Teil eines Laminatfußbodens. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass das Trägerelement 5 ein platten-, bahn-, band- oder walzenförmiges Werkzeug ist. Ebenso fällt es im Rahmen der Erfindung, dass das Trägerelement 5 eine blatt- oder folienartige Bahn ist, wie sie zur Beschichtung von Möbelwerkstücken dient, wobei die Bahn auf der dem Möbelwerkstück zugeordneten Seite eine Verbindungsschicht aufweisen kann. Im Falle, dass das Trägerelement 5 ein Werkzeug ist, kann dieses insbesondere zum Prägen von dreidimensionalen Oberflächen 1 dienen. In jedem Fall weist somit das Endprodukt eine dreidimensionale Oberfläche 1 auf.
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Das Trägerelement 5 wird mittels einer insbesondere kontinuierlich angetriebenen, im Einzelnen nicht näher dargestellten Fördereinrichtung 11 in Richtung des Pfeils 12 gefördert.
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Die Vorrichtung 10 umfasst im Ausführungsbeispiel vier, jeweils als digitale Druckmaschinen 13 bis 16 ausgebildete Einrichtungen mit insbesondere jeweils einer Vielzahl von Druckerdüseneinheiten 18. Ferner schließt sich an jede der digitalen Druckmaschinen 13 bis 16 in Förderrichtung (Pfeil 12) des Trägerelements 5 eine insbesondere regelbare UV-Trocknungseinrichtung 20 an.
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Mittels der soweit beschriebenen Vorrichtung 10 wird auf die Oberseite bzw. Oberfläche 1 des Trägerelements 5 eine dreidimensionale, in der 2 näher dargestellte Struktur 2 aufgebracht. Die Struktur 2 weist in dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vier, jeweils gleich dicke Druckschichten 22 bis 25 auf. Die Anzahl der Druckschichten 22 bis 25 kann jedoch auch größer oder kleiner ausfallen, je nach Anzahl der eingesetzten digitalen Druckmaschinen 13 bis 16. Im Ausführungsbeispiel sind die vier Druckschichten 22 bis 25 jeweils gleich dick ausgebildet, sie können jedoch auch unterschiedliche Dicken aufweisen. Als typische Schichtdicke der Druckschichten 22 bis 25 weist diese eine Dicke von ca. 15 μm auf. Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuche wurden mittels eines piezoelektrischen Tintenstrahldruckers der Baureihe „LEC-330” der Firma Roland gemacht. Hierbei wurden UV-aushärtende Bindemittel eingesetzt, in denen pigmentierte Tinten bzw. Farben beigefügt wurden. Die lösemittelfreien Farben wurden dabei im Ink-Jet Verfahren aufgebracht. Ergänzend wird erwähnt, dass sich die Dicke der Druckschichten 22 bis 25 am einfachsten über die Größe der verwendeten Farbtropfen (Tröpfchengröße) einstellen lässt.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass mittels der Vorrichtung 10 bzw. der digitalen Druckmaschinen 13 bis 16 die Druckschichten 22 bis 25 nacheinander erzeugt bzw. ausgebildet werden, indem zunächst mittels der ersten digitalen Druckmaschine 13 die erste Druckschicht 22 erzeugt wird. Diese Druckschicht 22 wird dann mittels der der Druckmaschine 13 zugeordneten ersten Trocknungseinrichtung 20 getrocknet, worauf anschließend mittels der zweiten Druckmaschine 14 die zweite Druckschicht 22 aufgetragen wird usw.. Wesentlich ist, dass wenigstens eine, vorzugsweise alle Druckschichten 22 bis 25 insgesamt ein Bild erzeugen. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass lediglich die dem Trägerelement 5 zugewandte, unterste Schicht 22 das Bild erzeugt, während die anderen Schichten die dreidimensionale Struktur 2 erzeugen.
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Wesentlich ist es auch, dass über die Aushärtung mittels der Trocknungseinrichtungen 20, insbesondere über die Trocknungszeit, der Glanzgrad der jeweiligen Druckschicht 22 bis 25 beeinflusst werden kann. Hierbei sind Glanzgrade zwischen glänzend und matt über eine Variation der Trocknungszeit einstellbar, wobei eine längere Trocknungszeit mit einer Erhöhung des Glanzgrades einhergeht.
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Die soweit mittels der Druckmaschinen 13 bis 16 erzeugte dreidimensionale Oberfläche 1 bzw. deren Struktur 2 kann nachfolgend weiteren Behandlungs- bzw. Bearbeitungsschritten unterzogen werden, die beispielsweise der Härtung der Oberfläche 1 dienen. Derartige Oberflächenbehandlungen können beispielsweise auch in der Verwendung verschiedener Lacksysteme bestehen, die ggf. anschließend auf die Oberfläche 1 aufgebracht werden. Ferner kann die Oberfläche 1 mittels einem Overlay verpresst werden oder mit verschiedenen Folien überzogen werden. Weiterhin ist auch eine Elektronenstrahlbehandlung oder sonstige mechanische Bearbeitung (zum Beispiel Polieren oder Mattieren) der Oberfläche 1 denkbar.
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In den 3 bis 5 sind die verschiedenen Bearbeitungsschritte zur Erzeugung einer galvanisch behandelten Oberfläche 30 dargestellt. Hierbei ist in der 3 zunächst das unbehandelte Trägerelement 31 dargestellt, welches anschließend entsprechend der 4, im Ausführungsbeispiel mit drei Schichten 32 bis 34 aus elektrisch leitender Farbe entsprechend des vorher beschriebenen Verfahrens bedruckt wird. Anschließend wird entsprechend der 5 die mittels der Schichten 32 bis 34 ausgebildete, dreidimensionale Oberfläche 30 mit einer Galvanikschicht 35 versehen bzw. beschichtet. Als Beschichtungen kommen beispielsweise Chromschichten, z. B. Mattchrom oder Hartchrom, in Frage. Ebenfalls ist die Verwendung von Nickel oder Kupfer mit anschließender mechanischer oder galvanischer Nachbehandlung möglich.
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In den 6 bis 10 sind Bearbeitungsschritte dargestellt, wie sie unter Verwendung von elektrisch nichtleitender Farbe zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberfläche 40 an einem Trägerelement 41 dienen. Hierbei wird entsprechend der 7 zunächst eine Schicht 42 aus elektrisch nichtleitender Farbe auf das Trägerelement 41 aufgedruckt. Anschließend werden entsprechend der 8 die Zwischenräume der Schicht 42 komplett mit einem Material 43 aufgalvanisiert. In einem weiteren Fertigungsschritt entsprechend der 9 wird anschließend die Druckfarbe (Schicht 42) entfernt und zuletzt entsprechend 10 die verbleibende Struktur wahlweise nachbearbeitet oder ohne Nachbehandlung komplett mit einer Schicht 45 galvanisiert bzw. beschichtet.
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Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 bzw. das soweit beschriebene Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Oberfläche 1 kann in vielfältiger Art und Weise modifiziert bzw. abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht insbesondere in der direkten Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur 2 auf einer Oberfläche 1 mittels zumindest einer digitalen Druckmaschine 13 bis 16. So kann es beispielweise vorgesehen sein, durch die Zugabe von abrasiven Mitteln in der Druckfarbe (bzw. direkt in einen Glanzlack) eine verschleißfeste Oberfläche, auch ohne Nachbearbeitung, zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/155276 A2 [0002]
- EP 1017555 B1 [0003]
