DE102010047924A1

DE102010047924A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit

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Publication number: DE102010047924A1
Application number: DE102010047924A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-10-09
Also published as: DE102010047924B4; DE102010047924C5

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen einer Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit, auf einer Körperoberfläche, wobei die ausgehärtete Flüssigkeitsoberfläche zum Ausgleichen von Unebenheiten der Körperoberfläche geeignet ist, enthält folgende Schritte: Bereitstellen der Körperoberfläche (32), Bereitstellen einer mittels eines programmierbaren, digitalen Verfahrens in Form einzelner Tröpfchen auf die Körperoberfläche aufbringbaren Flüssigkeit, tröpfchenweises Aufbringen der Flüssigkeit auf die Körperoberfläche mittels des programmierbaren digitalen Verfahrens in einer Menge derart, dass die aufgebrachten Flüssigkeitströpfchen sich zu einer zusammenhängenden Flüssigkeitsschicht (38) vereinen und Aushärten der Flüssigkeitsschicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit auf einer Körperoberfläche, wobei die ausgehärtete Flüssigkeitsoberfläche Unebenheiten der Körperoberfläche ausgleicht.
Beim Lackieren von Oberflächen werden kleine Unebenheiten oder Rauhigkeiten der Oberfläche dadurch ausgeglichen, dass der Lack beispielsweise mittels eines Pinsels oder in Form von Flüssigkeitsstrahlen in einer Menge derart aufgebracht wird, dass er vor seiner Trocknung bzw. seinem Härten in Folge der Oberflächenspannung eine Flüssigkeits- bzw. Lackoberfläche bildet, die Unebenheiten der Körperoberfläche zumindest teilweise augleicht. Ein Problem konventioneller Lackierungen besteht darin, dass die aufzubringende Menge nur schwer auf die jeweiligen Erfordernisse zum Erzielen einer einwandfreien Oberfläche abstimmbar ist und dass aufwendige Abklebungen erforderlich sind, wenn nur ein Teilbereich einer Körperoberfläche lackiert werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der auf Körperoberflächen, auch wenn diese uneben sind, auf einfache Weise wohldefinierte Oberflächen ausgebildet werden können, die Unebenheiten der Körperoberfläche ausgleichen.
Der Anspruch 1 ist auf ein Verfahren zur diesbezüglichen Lösung der Erfindungsaufgabe gerichtet.
Die Ansprüche 2 bis 11 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.
Der Anspruch 12 kennzeichnet eine Vorrichtung zur Lösung des diesbezüglichen Teils der Erfindungsaufgabe.
Die Anspruche 13 bis 15 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß einem Aspekt setzt die Erfindung programmierbare, digitale Aufbringverfahren, beispielsweise Tintenstrahldruckverfahren, ein, um damit auf vorgegebenen Körperoberflächen wohldefinierte Oberflächen aus ausgehärteter Flüssigkeit, z. B. Lack, herzustellen. Solche digitalen Druckverfahren, beispielsweise Tintenstrahldruckverfahren, wurden bisher typischerweise zur Herstellung hochqualitativer Farbdrucke verwendet, wobei einzelne Färbeflüssigkeitströpfchen, gesteuert von einer Datei, exakt auf eine vorgegebene Position einer Unterlage, beispielsweise Körperoberfläche, aufgebracht wurden. Zur Formung der Kante eines Einzelbuchstabens beispielsweise müssen einzelne Farbtröpfchen exakt positioniert werden, wobei die Unterlage auf die jeweilige Farbflüssigkeit derart abgestimmt sein muss, dass die Flüssigkeitströpfchen nicht zu stark verlaufen, da andernfalls keine scharfen Kanten erzeugbar sind. Ein weiteres Merkmal von Tintenstrahldruckverfahren (Ink-Jet Verfahren) besteht darin, dass dunklere Farben dadurch entstehen, dass die Farbflüssigkeitströpfchen in größerer Menge aufgetragen werden als hellere Farben, wodurch unterschiedliche Schichtdicken resultieren. Zur Fixierung der Flüssigkeitströpfchen müssen diese rasch von selbst trocknen, oder es wird, beispielsweise bei durch Ultraviolettstrahlen härtenden Farbflüssigkeiten, eine UV-Lichtzuführung unmittelbar an einen Druckkopf gekoppelt, der die Farbflüssigkeitströpfchen abspritzt.
Im Gegensatz zu den bekannten digitalen Druck- bzw. Aufbringverfahren, bei denen die Flüssigkeitströpfchen in wohldefinierter Weise erhalten bleiben müssen und nicht vollständig ineinander verlaufen dürfen, wird bei dem nachfolgend geschilderten Verfahren das programmierbare digitale Aufbringverfahren derart eingesetzt, dass die einzelnen Flüssigkeitströpfchen vollständig ineinander laufen und eine zusammenhängende Flüssigkeitsschicht bilden. Dabei bleiben die Vorteile der digitalen Druckverfahren, nämlich die exakte Positionsteuerung der abgespritzten Flüssigkeitströpfchen und deren exakte Mengensteuerung voll erhalten.
Die Körperoberfläche, auf der mittels eines programmierbaren digitalen Verfahrens, beispielsweise Tintenstrahldruckverfahrens, eine wohldefinierte Oberfläche einer ausgehärteten Flüssigkeit aufgebracht werden soll, kann jedwelcher Art sein, wobei auf saugenden Oberflächen vor dem Aufbringen der aushärtenden Flüssigkeit mittels des digitalen Druckverfahrens vorteilhafterweise eine Sperrschicht aufgebracht wird. Die in der Körperoberfläche vorhandenen Unebenheiten, die mittels der aufgebrachten aushärtenden Flüssigkeit ausgeglichen werden sollen, können, wenn die Flüssigkeit seitlich nicht abströmen kann, eine Tiefe oder Höhe von mehreren Millimeter haben. Wenn keine Maßnahmen getroffen werden, die ein seitliches Abströmen der Flüssigkeit verhindern, oder wenn eine gewölbte Körperoberfläche, eine geneigte Körperoberfläche oder eine nach unten zeigende Körperoberfläche mit aushärtender Flüssigkeit beschichtet werden soll, haben die Unebenheiten vorteilhafter Weise eine Höhe oder Tiefe von weniger als einem Millimeter, vorteilhaft weniger als ein Zehntel Millimeter oder noch vorteilhafter weniger als ein Hundertstel Millimeter, damit ihre Kontur sich nicht in einer Unebenheit der Oberfläche der ausgehärteten Flüssigkeit abzeichnet. Mit dem digitalen Verfahren können Flüssigkeitsschichten bzw. Lackschichten in einer Dicke von weniger als 100 nm aufgebracht werden, so das Oberflächen mit Unebenheiten deutlich unter 100 nm entsprechend dünn lackiert werden können.
In dem Programm, das das digitale Druckverfahren steuert, können einer oder mehrere folgender Parameter berücksichtigt werden: dreidimensionale Geometrie der zu beschichtenden Oberfläche, Arbeitstemperatur, Viskosität der Flüssigkeit, Härtezeitdauer der Flüssigkeit, Änderung des Volumens der Flüssigkeit beim Trocknen bzw. Härten, Oberflächenspannung der Flüssigkeit, Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Körperoberfläche. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zur Beschichtung von Körperoberflächen, die elektronische Schaltungen enthalten, wobei Leiterbahnen der Schaltung und/oder Bauelemente Erhebungen der Körperoberfläche bilden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 schematisch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer ebenen Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit,
2 eine mit der Vorrichtung gemäß 1 mit Flüssigkeit zu beschichtende Körperoberfläche,
3 eine ebene Körperoberfläche, auf die Tröpfchen unterschiedlicher Flüssigkeiten aufgebracht sind,
4 eine Ansicht einer Körperoberfläche mit darauf befindlicher Flüssigkeit zur Erläuterung der Herstellung eines Randbereiches,
5 eine der 4 ähnliche Darstellung zur Erläuterung eines abgeänderten Randbereiches,
6 eine Körperoberfläche, die mit zwei übereinander angeordneten Flüssigkeitsschichten beschichtet ist,
7 einen Ausschnitt aus einer gewölbten Körperobefläche und
8 Beispiele von Bauteilen, deren Oberflächen mit einer aushärtenden Flüssigkeit zu beschichten sind
Gemäß 1 weist eine Vorrichtung zum Erzeugen einer ebenen Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit eine Aufbringeinrichtung 10, eine Halterung 12 zum Halten eines Festkörpers, eine Bewegungseinrichtung, mittels der die Oberfläche des Festkörpers relativ zu der Aufbringeinrichtung bewegbar ist, eine elektronische Steuereinrichtung 14 zum Steuern der Aufbringeinrichtung 10 und der Bewegungseinrichtung sowie eine Härteeinrichtung 16 und eine Messeinrichtung 18 auf.
Die Aufbringeinrichtung 10 enthält einen oder mehrere Düsenköpfe 20 mit Flüssigkeitsdüsen, aus denen Flüssigkeitströpfchen mit vorbestimmtem Volumen abspritzbar sind. Der oder die Düsenköpfe 20 sind mit Flüssigkeitsvorratsbehältern 22 verbunden, aus denen den Düsenköpfen bzw. deren Düsen unterschiedliche Flüssigkeiten zugeführt werden können.
Die Halterung 12 ist im dargestellten Beispiel durch ein Endlosband 24 gebildet, das um Walzen 26 umläuft, von denen wenigstens eine mittels eines Elektromotors 28 drehantreibbar ist.
Der oder die Düsenköpfe 20 sind mittels eines nicht dargestellten Antriebs in z-Richtung (vertikal) und y-Richtung (senkrecht zur Papierebene) bewegbar, so dass der oder die Düsenköpfe 20 relativ zu einem auf dem Endlosband 24 aufliegenden Festkörper 30 beliebig bewegbar sind und aus dem oder den Düsenköpfen 20 Flüssigkeitströpfchen in genau vorbestimmter Weise auf vorbestimmte Stellen der Körperoberfläche 32 des Festkörpers 30 abspritzbar sind. Zur Positionsbestimmung des oder der Düsenköpfe 20 relativ zu der Körperoberfläche 32 kann in den oder die Düsenköpfe 20 eine nicht dargestellte Sensoreinrichtung integriert sein, mit der einerseits der Abstand zwischen den Düsen und der Körperoberfläche 32 und andererseits die Position einer Düse relativ zur Körperoberfläche 32 in x- und y-Richtung bestimmt werden kann.
Zur Steuerung der Aufbringeinrichtung bzw. des Abspritzens der Flüssigkeitströpfchen und der Relativbewegung zwischen den Düsen und der Körperoberfläche 32 ist die in ihrem Aufbau an sich bekannte elektronische Steuereinrichtung 14 vorgesehen, die in unterschiedlichster Weise programmiert sein kann. Beispielsweise können in der elektronischen Steuereinrichtung 14 die Kontur der Körperoberfläche 32, deren Erstreckung in x-y Richtung, Eigenschaften der aufzubringenden Flüssigkeit(en), Menge der aufzubringenden Flüssigkeiten je Flächeinheit der Körperfläche, Relativbewegung zwischen dem Düsenkopf 20 und der Körperoberfläche 32, usw. abgelegt sein.
Die Funktion der bisher beschriebenen Baugruppen ist an sich bekannt und wird daher im Einzelnen nicht erläutert.
Wie dargestellt ist die unterhalb eines Düsenkopfes 20 angeordnete Körperoberfläche 32 im dargestellten Beispiel zwar insgesamt waagerecht, jedoch mit Vertiefungen 34 (2) und Erhebungen 36 ausgebildet. Beispielsweise kann die Körperoberfläche 32 die Oberfläche eines Festkörpers sein, der mit einer gedruckten Schaltung oder sonstigen Funktionselementen versehen ist, die die unebene Konturierung ausmachen. Als insgesamt waagrecht wird dabei beispielsweise verstanden, dass eine gedachte Ebene 39 (2) waagrecht ist, die die Vertiefungen 34 und Erhebungen 36 derart ausmittelt, dass das unter ihr zwischen der Körperoberfläche 32 und ihr liegende Volumen gleich groß ist wie das über ihr liegende Volumen des Körpers.
Gemäß 1 wird der Festkörper 30 durch Abspritzen von Tröpfchen beispielsweise nur einer Flüssigkeit zunächst mit konstanter Dicke beschichtet, das heisst die gesamte Körperoberfläche wird unabhängig davon, ob sie Vertiefungen und Erhebungen aufweist, mit Flüssigkeitströpfchen in einer Menge beschichtet, die eine gleichmäßige Dicke hat, wie in dem Bereich A mit der Flüssigkeitsschicht 38A angedeutet. Dabei wird der Festkörper 30 gemäß der Figur von links nach rechts unter dem Düsenkopf 20 entlang bewegt. Die Darstellung der Flüssigkeitsschicht 38A ist schematisch, da die tröpfchenweise Flüssigkeit durch Vereinigung bzw. Zusammenlaufen der Tröpfchen eine Flüssigkeitsschicht bildet, die je nach Viskosität der Flüssigkeit mehr oder weniger rasch verläuft, so dass sich deren Kontur über der stark konturierten Körperoberfläche 32 glättet. Diese Glättung ist durch die weiter nach rechts bewegte Flüssigkeitsschicht 38B dargestellt. Bei der Bewegung weiter nach rechts glättet sich die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht weiter, so dass allmählich eine vollkommen ebene Flüssigkeitsschicht 38C entsteht, in der die Konturierung der Körperoberfläche 32 nicht mehr erscheint.
Mit der Messeinrichtung 18, die im Abstand a von dem Düsenkopf 20 angeordnet ist, kann festgestellt werden, ob die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht 38C völlig eben ist. Ist dies der Fall, kann zur Beschleunigung der Trocknung oder Härtung die Härteeinrichtung 16 in Betrieb gesetzt werden, so dass die Flüssigkeitsschicht 38C aushärtet. Je nach Flüssigkeit kann die Härtung durch Wärmestrahlung, UV-Bestrahlung, Bestrahlung mit einem Gas, usw. unterstützt werden oder erst unter dem Einfluss der Bestrahlung erfolgen. Die Geschwindigkeit des Endlosbandes 24 und der Abstand a sind derart auf die Trocknungseigenschaften und die Viskosität der Flüssigkeit abgestimmt, dass sich die vollständig ebene Flüssigkeitsoberfläche bildet, bevor die Flüssigkeit zähflüssig wird, geliert oder sonst wie härtet.
Das Aufbringen der Flüssigkeit auf die Körperoberfläche 32 muss nicht zwangsläufig derart erfolgen, dass die Körperoberfläche mit gleichmäßiger Dicke beschichtet wird (A in 1), sondern kann derart erfolgen, dass auf den Bereich einer Vertiefung mehr Flüssigkeit aufgebracht wird als auf den Bereich einer Erhebung.
Wie in 2 verdeutlicht, muss die Menge an Flüssigkeit, die tröpfchenförmig auf die Körperoberfläche 32 insgesamt aufgebracht wird, mindestens so groß sein, wie ein Volumen V, das zwischen der Körperoberfläche 32 und einer waagerechten Ebene 40 ausgebildet ist, die über der Körperoberfläche 32 verläuft und auch von den Erhebungen 36 beabstandet ist. Nur dann kann die Flüssigkeitsschicht 38C die Körperoberfläche 32 vollständig überdecken, ohne dass sich deren Kontur in der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht 38C zeigt. Genauer, muss die Menge bzw. das Volumen der aufgebrachten Flüssigkeit derart sein, dass das Volumen der ausgehärteten Flüssigkeit, das beispielsweise wegen einer Volumenabnahme der Flüssigkeit beim Aushärten etwas kleiner sein kann als das Volumen der aufgebrachten Flüssigkeit, das Volumen V füllt. Der Mindestabstand zwischen der Ebene 40 und der Erhebung 36 hängt von den Eigenschaften der Flüssigkeit und der Körperoberfläche 32 ab. Die Körperoberfläche 32 kann unmittelbar die Oberfläche des Festkörpers sein oder eine Oberfläche sein, die durch die Oberfläche einer ggf. bereits erhärteten Flüssigkeitsschicht gebildet ist, die die Körperoberfläche nicht vollständig bedeckt und aus den Erhebungen des Festkörpers vorstehen.
Flüssigkeitsparameter, wie die temperaturabhängige Viskosität, das zeitliche Trocknungs- bzw. Aushärtungsverhalten oder die Volumenänderung beim Trocknen bzw. Härten, können in die Steuereinrichtung 14 eingegeben werden, so dass die Geschwindigkeit des Festkörpers derart gesteuert werden kann, dass die Oberfläche der Flüssigkeitsschicht vollständig eben ist, bevor die Härtung erfolgt.
3 zeigt das Verhalten von Flüssigkeitströpfchen dreier unterschiedlicher Flüssigkeiten, die auf die Körperoberfläche 32 aufgebracht werden.
Das Flüssigkeitströpfchen 42 besteht aus einer Flüssigkeit, deren Oberflächenspannung deutlich größer ist als die Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit 42 und der Körperoberfläche 32. Ein solcher Flüssigkeitstropfen bleibt im Wesentlichen kugelförmig und flacht sich im Bereich seiner Auflage auf die Körperoberfläche 32 nur etwas ab. Der Winkel α zwischen der Innenseite der Flüssigkeitsoberfläche und der von der Flüssigkeit beschichteten Körperoberfläche 32 ist größer als 90°. Die Flüssigkeit des Flüssigkeitströpfchen 42 benetzt die Körperoberfläche 32 nicht.
Das Flüssigkeitströpfchen 44 besteht aus einer Flüssigkeit, deren Grenzflächenspannung mit der Körperoberfläche 32 erheblich größer ist als im Falle des Flüssigkeitströpfchen 42, so dass der Winkel α kleiner 90° besteht. Die Flüssigkeit des Flüssigkeitströpfchen 44 benetzt die Körperoberfläche 32 zumindest teilweise.
Das Flüssigkeitströpfchen 46 stellt den Fall dar, in dem die Grenzflächenspannung nochmals erheblich größer ist, so dass die Flüssigkeit des Tröpfchens 46 die Körperoberfläche 32 benetzt und sich auf der Körperoberfläche ausbreitet.
Die Darstellungen der 3 zeigen die Flüssigkeitströpfchen jeweils in ihrem energetisch günstigsten Zustand, den sie beim Aufbringen auf die Körperoberfläche 32 selbsttätig annehmen.
Auch im Fall des Flüssigkeitströpfchens 42, das heißt einer nicht benetzenden Flüssigkeit, breitet sich die Flüssigkeit, wenn die Flüssigkeitsschicht 38 nur dick genug ist, über die gesamte Körperoberfläche 32 aus, da benachbarte Flüssigkeitströpfchen bei ihrer Berührung verschmelzen und die Schwerkraft den Flüssigkeitstropfen 42 flach drückt. Günstig ist es jedoch, Flüssigkeiten zu verwenden, die die Körperoberfläche 32 zumindest teilweise benetzen (Fall des Flüssigkeitströpfchens 44) oder noch vorteilhafter, die die Körperoberfläche 32 vollständig benetzen (Flüssigkeitströpfchen 46).
Die Darstellung der 1 und 2 und das bisher Geschilderte gehen nicht auf die Randbildung der Flüssigkeitsschicht 38 ein.
Wenn die Körperoberfläche 32 mit einer Flüssigkeitsschicht 38 einer bestimmten Dicke beschichtet wird, beispielsweise einer Dicke, die so groß ist, dass auch Erhebungen auf der Körperoberfläche mit Flüssigkeit bedeckt werden, kann der innere hydrostatische Druck in der Flüssigkeitsschicht dazu führen, dass die Flüssigkeit über den Rand der Flüssigkeitsoberfläche hinaus quillt und abtropft. Dies geschieht insbesondere dann, wenn es sich um eine benetzende Flüssigkeit handelt (Flüssigkeitströpfchen 44 und 46 der 3) und der Seitenrand des Festkörpers, in den die Körperoberfläche übergeht, ebenfalls von der Flüssigkeit benetzt werden kann. Eine die Körperoberfläche nicht benetzende Flüssigkeit (Flüssigkeitströpfchen 42 der 3) kann wegen der hohen Oberflächenspannung und der geringen Grenzflächenspannung eine Flüssigkeitsschicht einer gewissen Höhe bilden, aus der die Flüssigkeit nicht seitlich abströmt.
Wenn Flüssigkeitströpfchen auf die Körperoberfläche 32 aufgebracht werden, laufen diese bei benetzenden Flüssigkeiten unmittelbar auseinander und neu aufgebrachte Flüssigkeitströpfchen laufen in die auseinander laufenden Flüssigkeitströpfchen über, so dass keine getrennten Flüssigkeitströpfchen vorhanden sind. Auch bei nicht benetzenden Flüssigkeiten verschmelzen die Flüssigkeitströpfchen, sobald sie sich berühren ineinander und bilden eine zusammenhängenden Flüssigkeitsschicht.
4 zeigt schematisch einen Festkörper 30 der in Richtung des Pfeils von links nach rechts unter einem Düsenkopf 20 vorbeibewegt wurde und auf dem sich eine Flüssigkeitsschicht 38 gebildet hat. Die Flüssigkeitsschicht 38, die die Außenfläche 48 nicht benetzt, bildet am gemäß 4 rechten Rand eine nach außen hin konvexe Oberfläche, die in Folge der nach innen wirkenden Oberflächenspannung einem in Folge der Dicke der Flüssigkeitsschicht 38 entstehenden statischen Druck bis zu einer gewissen Dicke der Flüssigkeitsschicht standhält. Um den Randbereich 49 (zwischen den beiden gestrichelten senkrechten Linien) der Flüssigkeitsschicht 38 zu stabilisieren, wird dieser Randbereich mit einer Härteeinrichtung 50, beispielsweise einer Quelle für UV-Strahlung oder Infrarotstrahlung, gezielt gehärtet. Der Randbereich 49 der Flüssigkeitsschicht 38 ist auf diese Weise stabilisiert, so dass die gemäß 4 links vom Randbereich 49 befindliche Flüssigkeitsschicht 38 langsam trocknen bzw. erhärten kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass noch dünnflüssige Flüssigkeit nach außen abläuft. Zur raschen Ausbildung eines Randbereiches ist es vorteilhaft, wenn die Härteeinrichtung 50 in den Düsenkopf 20 integriert ist. Dadurch ist es möglich, Flüssigkeitströpfchen auf Bereiche der Körperoberfläche 32 gezielt aufzubringen und sofort zu härten, so dass ein in sich geschlossener Randbereich 49 bzw. Randwulst ausgebildet werden kann, innerhalb dessen dann die Flüssigkeitsschicht aufgebracht wird, die vor ihrem Erhärten eine vollständig ebene Oberfläche bildet, die etwaige Unebenheiten der Flüssigkeitsoberfläche überdeckt. Es versteht sich, dass ein solcher Randwulst mehrschichtig ausgebildet werden kann, indem Schicht über Schicht aufgebracht wird und sofort beim Aufbringen gehärtet wird. Der Randwulst kann vollständig hergestellt werden, bevor der Oberflächenbereich innerhalb des Bandwulstes mit Flüssigkeit beantschlagt wird. Der Randwulst kann auch zusammen mit der weiteren Beschichtung ausgebildet werden, indem die Flüssigkeit im Randbereich gezielt und rasch ausgehärtet oder zumindest geliert wird. Die den Randbereich bildende Flüssigkeit kann verschieden von der weiteren Flüssigkeit sein.
5 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie eine Flüssigkeitsschicht 38 auf einen Bereich einer Körperoberfläche 32 in wohldefinierter Weise aufgebracht werden kann. Gemäß 5 ist ein Randbereich 52 der Körperoberfläche, innerhalb dessen die Flüssigkeitsschicht 38 aufgebracht werden soll, mit einer Schicht 54 versehen, die von der mittels der Aufbringeinrichtung 10 aufzubringenden Flüssigkeit nicht benetzt wird. Die Flüssigkeit kann somit innerhalb des hydrophoben Randbereichs 52 in einer durch ihre Oberflächenspannung definierten Dicke aufgebracht werden. Wie anhand der 1 erläutert, bildet diese Flüssigkeitsschicht im noch flüssigen Zustand eine vollständig ebene bzw. waagrechte Oberfläche, die nach ihrem Aufbringen selbsttätig und/oder mit Hilfe einer Härteeinrichtung zu einer harten Oberfläche aushärtet.
Wenn zum Beschichten bzw. Floaten der Körperoberfläche 32 eine Flüssigkeit verwendet wird, die die Körperoberfläche nicht benetzt (Flüssigkeitströpfchen 42 der 3), kann auf der Körperoberfläche eine aus den zusammenlaufenden Tröpfchen entstehende zusammenhängende Flüssigkeitsschicht mit einer durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit definierten Dicke ähnlich der Flüssigkeitsschicht 38 der 5 aufgebracht werden, ohne dass die zusammenhängende Flüssigkeitsschicht sich ausbreitet, wie es bei einer netzenden Flüssigkeit der Fall ist. Auf diese Weise können vorbestimmte Bereiche der Körperoberfläche mit dann zu einer ebenen Oberfläche aushärtender Flüssigkeit beschichtet werden, ohne dass ein Abkleben oder eine sonstige Vorbehandlung der Randbereiche erforderlich ist.
6 stellt schematisch dar, wie auf eine auf einer Körperoberfläche 32 aufgebrachte erste Flüssigkeitsschicht 381 nach deren Aushärtung eine zweite Flüssigkeitsschicht 382 aufgebracht wird, so dass eine mehrschichtige Flüssigkeitsschicht großer Dicke aufgebracht werden kann. Die erste Flüssigkeitsschicht 381 muss vor dem Aufbringen der zweiten Flüssigkeitsschicht 382 nicht vollständig ausgehärtet sein. Es reicht, wenn die erste Flüssigkeitsschicht 381 geliert ist. Bezüglich des Aufbringens der oberen Flüssigkeitsschicht 382 bildet die Oberfläche der unteren Flüssigkeitsschicht 381 die Körperoberfläche.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine unebene Körperoberfläche 32 zunächst mit einer ersten Flüssigkeitsschicht 38 beschichtet werden kann, die nicht so dick ist, dass sie alle Erhebungen 36 vollständig überdeckt. Die vollständige Überdeckung kann dann erst beim Aufbringen weiterer Flüssigkeitsschichten erfolgen.
Die Flüssigkeitsschichten 381, 382 müssen nicht aus denselben Flüssigkeiten bestehen.
In 1 und 2 sind Körperoberflächen 32 dargestellt, die mit Flüssikeit, beispielsweise einem Lack, derart beschichtet werden können, dass die sich bildende ausgehärtete Oberfläche der Flüssigkeit eine vollständig ebene waagrechte Oberfläche bildet.
7 zeigt einen Ausschnitt aus einem Festkörper 30, dessen Oberfläche Vertiefungen 34 und durch Bauelemente, beispielweise elektrische Leitungen oder Bauteile, gebildete Erhebungen 36 aufweist und der insgesamt gekrümmt bzw. gewölbt ist. Während ein insgesamt waagrecht angeordneter Körper, insbesondere wenn die Ränder der mit einer Flüssigkeitsschicht zu beschichtenden Oberfläche mit Randbereichen bzw. Randwulsten versehen sind, die ein Ausfließen der Flüssigkeiten verhindern, mit großer Dicke beschichtet werden kann, so dass auch hohe Erhebungen und Vertiefungen voll augeglichen werden und die Oberfläche der erhärtenden Flüssigkeit eine waagrechte, vollständig ebene Fläche 40 bildet, die zu der gedachten waagrechten Fläche 39 parallel ist, ist die Dicke einer aufzubringenden Flüssigkeitsschicht bei der gewölbten Körperoberfläche 32 der 7 begrenzt. Bei einer Wölbung gemäß 7 fließt die durch das digitale Verfahren aufgebrachte Flüssigkeit bei entsprechender Dünnflüssigkeit aus einem höchsten Bereich D der Flüssigkeitsschicht zu tieferen Bereichen ab, so dass im höchsten Bereich nur eine begrenzte Schichtdicke herstellbar ist, die von der Oberflächenspannung und der Viscosität der Flüssigkeit, sowie der Krümmung der Festkörperoberfläche 32 abhängt. Tatsächlich ist bei der Darstellung gemäß 7 de Flüssigkeitsoberfläche 54 weniger stark gekrümmt, als die Körperoberfläche 32 oder eine ähnlich der Ebene 39 (2) konstruierte Ebene.
Die Verhältnisse sind umgekehrt, wenn der Festkörper 30 um eine waagrechte Achse um 180° gedreht wird. In diesem Fall läuft Flüssigkeit an der tiefsten Stelle der Körperoberfläche 32 zusammen, so dass dort eine größere Dicke entsteht.
Es versteht sich, dass zum Beschichten eines Festkörpers 30 mit gewölbter Oberfläche der oder die Düsenköpfe 20 und der Festkörper 30 mittels geeigneter Halterungen und Aktoren relativ zueinander derart bewegbar sind, dass jeweils ein vorbestimmter Abstand zwischen den Flüssigkeitsdüsen des Düsenkopfes und der Körperoberfläche einhaltbar ist und die Flüssigkeitströpfchen etwa senkrecht auf die Körperoberfläche auftreffen.
8 zeigt unterschiedlichste Oberflächen und Festkörper, die mit dem programmierbaren digitalen Verfahren mit Flüssigkeit beschichtbar sind. Wenn die gesamte Oberfläche eines Körpers beschichtet werden soll, kann ohne Randbereiche ähnlich dem Randbereich 49 gemäß 4 oder 52 gemäß 5 bzw. ohne Wulste gearbeitet werden. Wenn die gesamte Oberfläche eines Festkörpers beschichtet werden soll, wird vorteilhafter Weise mit die Oberfläche benetzenden Flüssigkeiten gearbeitet. Bei nur in Teilbereichen zu beschichtender Körperoberfläche kann es vorteilhaft sein, Flüssigkeiten zu verwenden, die die Körperoberfläche nicht benetzen.
Für die Erfindung können alle Flüssigkeiten eingesetzt werden, die mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens aufgebracht werden können. Dies können beispielsweise klare Flüssigkeiten, Flüssigkeiten mit vollständig gelösten Farbstoffen und Flüssigkeiten mit Pigmentfarbstoffen, Flüssigkeiten oder Lacke auf Cellulosebasis, auf Lösungsmittelbasis (z. B. Nitrolacke), auf Wasserbasis (Dispersionen) oder Kunstharzlacke sein. Solche Flüssigkeiten oder Lacke trocknen bzw. härten unter Beibehaltung einer glatten Oberfläche ohne Rissbildung oder Entstehung sonstiger Unebenheiten. Unebenheiten der Oberfläche, die sich bei unterschiedlichen Schichtdicken der Flüssigkeit infolge unebener Körperoberfläche ergeben, können vernachlässigt werden.
Innerhalb einer Schicht können nebeneinander angeordnete Schichtbereiche, die zusammen eine ebene Oberfläche bilden können, aus unterschiedlichen Flüssigkeiten bestehen. Es ist auch möglich, aus verschiedenen Flüssigkeiten bestehende Flüssigkeitströpfchen derart abzuspritzen, dass sich die Tröpfchen bereits beim Auftreffen auf die Körperoberfläche mischen, so dass zweikomponentige Flüssigkeiten mit beispielsweise vorbestimmten Härteeigenschaften verwendet werden können.
Die zu beschichtenden Körperoberflächen können unterschiedlichster Art sein, beispielsweise Körperoberflächen, die mit gedruckten Schaltungen versehen sind, die Sensoren tragen usw.
Der oder die Düsenköpfe können als Düsenbalken ausgebildet sein, deren Düsen über die gesamte Breite (y-Richtung) der Körperoberfläche verteilt sind. Eine Bewegbarkeit in Breitenrichtung ist dann nicht erforderlich.
Wie vorstehend erläutert, wird ein Verfahren geschaffen, mit Hilfe dessen unter Nutzung der Steuerungsmöglichkeiten beispielsweise von Tintenstrahldruckverfahren genau vorbestimmte Bereiche von Körperoberflächen derart beschichtet werden können, dass auf der Körperoberfläche ausgebildete Strukturen von einer Schicht mit einer glatten Oberfläche überdeckt werden. Je nach Flüssigkeit, aus der die Schicht gebildet ist, können die Strukturen durchscheinen oder völlig undurchsichtig sein.
Bezugszeichenliste

10: Aufbringeinrichtung
12: Halterung
14: Steuereinrichtung
16: Härteeinrichtung
18: Messeinrichtung
20: Düsenkopf
22: Flüssigkeitsvorratsbehälter
24: Endlosband
26: Walze
28: Elektromotor
30: Festkörper
32: Körperoberfläche
34: Vertiefung
36: Erhebung
38: Flüssigkeitsschicht
38A: Flüssigkeitsschicht
38B: Flüssigkeitsschicht
38C: Flüssigkeitsschicht
39: Ebene
40: Ebene
42: Flüssigkeitströpfchen
44: Flüssigkeitströpfchen
46: Flüssigkeitströpfchen
48: Außenfläche
49: Randbereich
50: Härteeinrichtung
52: Randbereich
54: Oberfläche
56: Flüssigkeitsoberfläche

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit, auf einer Körperoberfläche, wobei die ausgehärtete Flüssigkeitsoberfläche zum Ausgleichen von Unebenheiten der Körperoberfläche geeignet ist, enthaltend folgende Schritte: Bereitstellen der Körperoberfläche (32), Bereitstellen einer mittels eines programmierbaren, digitalen Verfahrens in Form einzelner Tröpfchen auf die Körperoberfläche aufbringbaren Flüssigkeit, tröpfchenweises Aufbringen der Flüssigkeit auf die Körperoberfläche mittels des programmierbaren digitalen Verfahrens in einer Menge derart, dass die aufgebrachten Flüssigkeitströpfchen sich zu einer zusammenhängenden Flüssigkeitsschicht (38) vereinen und Aushärten der Flüssigkeitsschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit die Körperoberfläche (32) benetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit die Körperoberfläche (32) nicht benetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Flüssigkeit auf die Körperoberfläche (32) in einer Menge derart aufgebracht wird, dass sie im ausgehärteten Zustand ein Volumen (V) füllt, das zwischen der Körperoberfläche und einer die Körperoberfläche überdeckenden und von der Körperoberfläche beabstandeten Fläche (40) vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine die Körperoberfläche (32) mittelnde Fläche (39) waagrecht angeordnet ist und die von der Körperoberfläche beabstandete Fläche (40) eine waagrechte Ebene bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Flüssigkeit auf Erhebungen (36) der Körperoberfläche (32) mit vorbestimmter Dicke und auf Vertiefungen (34) in einer Dicke aufgebracht wird, die gleich der Summe aus der vorbestimmten Dicke und der Tiefe der Vertiefung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Flüssigkeit auf einen durch einen Rand (49; 52) abgegrenzten Bereich der Körperoberfläche (32) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Körperoberfläche (32) im Bereich des Randes (52) derart beschichtet wird, dass die Flüssigkeit den Rand nicht benetzt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Rand (49) dadurch gebildet wird, dass auf den Rand aufgebrachte Flüssigkeit zumindest teilweise ausgehärtet wird bevor Flüssigkeit auf die Körperoberfläche innerhalb des Randes aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf die Körperoberfläche eine Flüssigkeit aufgebracht wird und auf die zumindest teilweise ausgehärtete Flüssigkeit eine weitere Flüssigkeit aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei auf die Körperoberfläche mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten aufgebracht werden.
Vorrichtung zum Erzeugen einer Oberfläche einer aushärtenden Flüssigkeit auf einer Körperoberfläche, wobei die ausghärtete Flüssigkeitsoberfläche zum Ausgleichen von Unebenheiten der Körperoberfläche geeignet ist, enthaltend eine Aufbringeinrichtung (10), mittels der Flüssigkeitströpfchen aus einem Düsenkopf (20) abspritzbar sind, eine Halterung (12) zum Halten eines Festkörpers (30) mit einer Körperoberfläche, eine Bewegungseinrichtung (28), mittels der die Körperoberfläche und der Düsenkopf relativ zueinander sind, eine programmierbare elektronische Steuereinrichtung (14) zum Steuern der Bewegungseinrichtung und der Aufbringeinrichtung derart, dass die Flüssigkeit tröpfchenweise auf die Körperoberfläche in einer Menge derart aufbringbar ist, dass die aufgebrachte Flüssigkeitsmenge eine die Körperoberfläche überdeckende Flüssigkeitsschicht bildet und nach vollständigem Aufbringen unter Bildung einer ebenen Oberfläche aushärtet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, enthaltend eine Härteeinrichtung (16; 50) zum gezielten Aushärten von auf die Körperoberfläche (32) aufgebrachter Flüssigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Härteeinrichtung (16; 50) von einem in der Steuereinrichtung abgelegten Programm gesteuert wird, das von der aufgebrachten Flüssigkeit abhängige Parameter enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, enthaltend eine Messeinrichtung (18) zum Bestimmen des Abstandes zwischen dem Düsenkopf (20) und der Körperoberfläche (32).