DE102010054837A1 - Decorating, labeling and/or tagging component surfaces, comprises applying coloring layer on component surface and curing, applying clear coat layer over coloring layer and curing clear coat, and modifying selected area of coloring layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for decorating, labeling and / or marking component surfaces with the features of the preamble of claim 1.
Oberflächen lassen sich durch die Bearbeitung mit Laserstrahlen individuell beschriften, gestalten oder veredeln, wobei durch die Laserstrahlung die Oberfläche eines Werkstücks oder eines Bauteils verändert wird und auf diese Weise Beschriftungen, Schaltbilder oder individuelle Ornamente eingebracht werden.Surfaces can be individually labeled, designed or finished by laser beam processing, whereby the surface of a workpiece or a component is changed by the laser radiation and in this way inscriptions, circuit diagrams or individual ornaments are introduced.
Dabei können die Oberflächen auf unterschiedliche Weise verändert werden. So können beispielsweise bei einem Mehrschichtsystem Schichten abgetragen werden, wodurch Kernschichten freigelegt werden, die einen Kontrast zur abgetragenen Schicht aufweisen, so dass nach der entsprechenden Bearbeitung eine Markierung oder eine Beschriftung zu erkennen ist. Der Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, dass die Oberfläche eines so behandelten Werkstücks oder Bauteils nach der Behandlung uneben ist und eine fühlbare Oberflächenrauhigkeit aufweist. Dieser Nachteil kann durch einen zusätzlichen anschließenden Lackauftrag behoben werden, was jedoch mit einem entsprechenden Mehraufwand verbunden ist und darüber hinaus meist eine optisch unruhige Oberfläche zur Folge hat.The surfaces can be changed in different ways. Thus, for example, in a multi-layer system, layers can be removed, whereby core layers are exposed that have a contrast to the abraded layer, so that after the corresponding processing, a marking or a label can be seen. The disadvantage of such a method is that the surface of such a treated workpiece or component is uneven after the treatment and has a tactile surface roughness. This disadvantage can be remedied by an additional subsequent lacquer application, which, however, is associated with a corresponding additional effort and, moreover, usually results in an optically turbulent surface.
Es gibt andere Verfahren, bei denen werden farbgebende Pigmente in der Oberfläche durch Laserabsorption verändert, wobei ein Kontrast mit dem unveränderten Teil der Oberfläche ausgebildet wird. Eine weitere Möglichkeit der Markierung, die besonders geeignet ist für Kunststoffbauteile, besteht darin, durch Laserstrahlung die Oberfläche punktgenau zu karbonisieren. Die dabei entstehenden Rußpartikel bewirken eine Schwarzfärbung des Kunststoffs. Der umgekehrte Effekt kann durch Aufschmelzen und Aufschäumen der Oberfläche erzielt werden, wobei Gasbläschen entstehen, durch die das auftreffende Licht diffus reflektiert wird, so dass diese Bereiche auf den Betrachter heller wirken als die Umgebung.There are other methods in which coloring pigments in the surface are changed by laser absorption, forming a contrast with the unaltered part of the surface. Another possibility of marking, which is particularly suitable for plastic components, is to carbonize the surface precisely by means of laser radiation. The resulting carbon black particles cause blackening of the plastic. The reverse effect can be achieved by melting and foaming the surface, creating gas bubbles that diffuse the incident light so that these areas appear brighter to the viewer than the environment.
In der
Die
In der
Die bekannten Verfahren der Laserdekoration von Bauteiloberflächen haben meist den Nachteil, dass die Oberflächenqualität durch die Behandlung in Mitleidenschaft gezogen wird.The known methods of laser decoration of component surfaces usually have the disadvantage that the surface quality is affected by the treatment.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen oder Werkstückoberflächen zur Verfügung zu stellen, das Vorteile gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik hat.The object of the present invention is to provide a method for decorating, labeling and / or marking component surfaces or workpiece surfaces that has advantages over the prior art methods.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, die entsprechenden laserbeschrifteten, markierten und/oder dekorierten Bauteile zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is also to provide the corresponding laser-marked, marked and / or decorated components available.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen, wobei in einem ersten Schritt mindestens eine farbgebende Schicht auf die Bauteiloberfläche aufgetragen wird, die dann anschließend ausgehärtet wird. In einem zweiten Schritt wird auf die mindestens eine farbgebende Schicht eine Klarlackschicht aufgetragen und ebenfalls anschließend ausgehärtet. Danach wird mindestens ein ausgewählter Bereich der mindestens einen farbgebenden Schicht durch Bestrahlen mit Laserstrahlung verändert, wobei zwischen dem mindestens einen ausgewählten Bereich der mindestens einen farbgebenden Schicht und der unveränderten farbgebendend Schicht ein Kontrast ausgebildet wird. Trotz der Bestrahlung mit Laser ist die Klarlackschicht nach dem Verändern des mindestens einen ausgewählten Bereichs der mindestens einen farbgebenden Schicht optisch und haptisch unverändert und unversehrt.The object is achieved by a method for decorating, labeling and / or marking of component surfaces, wherein in a first step at least one coloring layer is applied to the component surface, which is then subsequently cured. In a second step, a clearcoat is applied to the at least one coloring layer and then likewise cured. Thereafter, at least one selected region of the at least one changed coloring layer by irradiation with laser radiation, wherein between the at least one selected region of the at least one coloring layer and the unchanged coloring layer a contrast is formed. Despite the laser irradiation, the clearcoat layer is optically and haptically unchanged and intact after changing the at least one selected region of the at least one colorant layer.
Zur Beschichtung der Bauteiloberfläche wird die mindestens eine farbgebenden Schicht bevorzugt mit einer Schichtdicke von 15 μm aufgetragen, während die Klarlackschicht vorzugsweise mit einer Schichtdicke von ≤ 50 μm über die farbgebende Schicht aufgetragen wird. Dabei wird als Klarlack vorteilhaft ein Klarlack auf Acrylat-Basis eingesetzt, der vorzugsweise n-Butylacetat als Lösungsmittel umfasst.For coating the component surface, the at least one coloring layer is preferably applied with a layer thickness of 15 .mu.m, while the clearcoat layer is preferably applied over the coloring layer with a layer thickness of .ltoreq.50 .mu.m. In this case, a clearcoat based on acrylate, which preferably comprises n-butyl acetate as the solvent, is advantageously used as the clearcoat.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil mit mindestens einer auf die Bauteiloberfläche aufgetragenen farbgebenden Schicht und einer darüber angeordneten Klarlackschicht, wobei die farbgebende Schicht ohne erkennbare optische oder haptische Veränderung der Klarlackschicht mittels einer Bestrahlung mit Laserstrahlung veränderbar ist. Nach dem Verändern des mindestens einen ausgewählten Bereiches der farbgebenden Schicht ist vorzugsweise ein Kontrast zu den unveränderten Bereichen der farbgebenden Schicht ausgebildet, wobei die Veränderungen sich randscharf von der verbleibenden farbgebenden Schicht absetzen.The present invention also provides a component produced by the process according to the invention having at least one colorant layer applied to the component surface and a clearcoat layer disposed thereover, wherein the colorant layer is changeable without detectable optical or haptic change of the clearcoat layer by means of irradiation with laser radiation. After changing the at least one selected area of the coloring layer, a contrast is preferably formed to the unaltered areas of the coloring layer, wherein the changes settle out sharply from the remaining coloring layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch mehrere unterschiedliche farbgebende Schichten übereinander auf das Bauteil aufgetragen werden, wobei unter Einwirkung von Laserstrahlung durch Verändern mindestens eines ausgewählten Bereiches mindesten einer der farbgebenden Schichten ein mehrfarbiges Dekor ausgebildet werden kann. Beim Auftragen mehrerer unterschiedlicher farbgebender Schichten auf die Bauteiloberfläche können durch Laserbestrahlung anschließend gezielt bestimmte Schichten abgetragen werden, so dass im Endeffekt ein mehrfarbiges Dekor entsteht.According to a preferred embodiment of the present invention, a plurality of different coloring layers can be applied one above the other to the component, whereby a multicolored decoration can be formed under the action of laser radiation by changing at least one selected area of at least one of the coloring layers. When applying several different coloring layers to the surface of the component, specific layers can then be selectively removed by laser irradiation, so that in the end a multicolored decoration is created.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine farbgebende Schicht Metallpartikel als farbgebende Pigmente umfasst. Die Metallpartikel werden unter Einwirkung der Laserstrahlung verdampft und abgetragen und es kommt die Bauteiloberfläche oder eine andere unter der farbgebenden Schicht liegende Schicht zum Vorschein, die dann einen Kontrast zur farbgebenden Schicht bildet, so dass eine kontrastreiche, kantenscharfe Dekorierung ohne sicht- oder fühlbare Oberflächenveränderung des Klarlacks entsteht.A further advantageous embodiment of the present invention provides that the at least one coloring layer comprises metal particles as coloring pigments. The metal particles are vaporized and removed under the action of the laser radiation and it comes to the component surface or another layer lying below the coloring layer to light, which then forms a contrast to the coloring layer, so that a high-contrast, edge-sharp decoration without visible or palpable surface change of the Clear lacquer is created.
In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass Versuche gezeigt haben, dass sich insbesondere bei dem Einsatz. von Metallpartikel enthaltenden farbgebenden Schichten der Zusatz eines Elastifizierers oder Weichmachers im Klarlack positiv auf das Verhalten der Klarlackschicht bei der Bestrahlung mit Laserstrahlen auswirkt. So wurden in diesen Fällen selbst bei relativ dicken farbgebenden Schichten bzw. Klarlackschichten nach der Laserbestrahlung unversehrte Oberflächen erhalten. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die Klarlackschicht zumindest kurzzeitig unter der Einwirkung von Laserstrahlung möglicherweise eine gewisse Gasdurchlässigkeit aufweisen muss, um ein Entweichen des verdampften Metalls zu ermöglichen, wobei die Gasdurchlässigkeit durch das Vorhandensein eines Elastifizierers erleichtert werden könnte oder die Reversibilität der für die Gasdurchlässigkeit eventuell erforderlichen Veränderungen der Klarlackschicht erhöht werden könnte.In this context, it should be noted that experiments have shown that, especially in use. color-containing layers containing metal particles, the addition of an elastifier or plasticizer in the clearcoat has a positive effect on the behavior of the clearcoat layer during the irradiation with laser beams. Thus, in these cases, intact surfaces were obtained even with relatively thick coloring layers or clearcoat layers after the laser irradiation. This may be due to the fact that, at least for a short time under the action of laser radiation, the clearcoat layer may need to have some gas permeability to allow vaporized metal to escape, gas permeability may be facilitated by the presence of an elastomer or the reversibility of gas permeability possibly required changes of the clearcoat film could be increased.
Je nachdem welche Anforderungen an die Oberfläche gestellt werden, kann als Klarlack ein matter oder glänzender, gegebenenfalls kratzfester Klarlack eingesetzt werden, der nach Möglichkeit darüber hinaus gegen Chemikalien resistent sein kann.Depending on which surface requirements are met, the clearcoat used may be a matt or glossy, optionally scratch-resistant, clearcoat which, if possible, may also be resistant to chemicals.
Der Grundkörper für das Bauteil kann aus Metall oder Kunststoff bestehen, so dass für das Verfahren insgesamt eine große Anwendungsbreite resultiert, wobei die erfindungsgemäßen Bauteile insbesondere im Bereich der Sicherheitstechnik zur Bereitstellung von durch Klarlack geschützten Dekoren und/oder Beschriftungen, in der Automobilindustrie zur Bereitstellung von Außen- oder Innenbauteilen mit hochwertigen Dekorflächen und in der Medizintechnik zur Bereitstellung von leicht zu reinigenden dauerhaft gekennzeichneten Oberflächen verwendet werden.The main body for the component may be made of metal or plastic, so that the process overall results in a wide range of applications, the components according to the invention in particular in the field of safety technology for the provision of clear lacquer protected decors and / or labels, in the automotive industry to provide Exterior or interior components with high-quality decorative surfaces and used in medical technology to provide easy-to-clean permanently marked surfaces.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.In the following, the present invention will be explained in more detail by way of examples.
Beispiel 1example 1
Es wurden Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff mit einem metallische Partikel als Farbpigmente enthaltenden Dekorlack grundiert, wobei der Dekorlack mit einer Schichtdicke von ca. 10 μm auf die Kunststoffoberfläche aufgetragen wurde. Bei dem Dekorlack handelte es sich um einen Al-Partikel umfassenden, in den Fachkreisen als „Galvanosilber” bekannten Lack. Nach dem thermischen Aushärten der farbgebenden Schicht (Dekorlack), wurde auf den Dekorlack eine ca. 30 μm dicke Klarlackschicht aufgetragen, die thermisch ausgehärtet wurde. Als Klarlack wurde ein Produkt der Firma Ritzi Lackiertechnik GmbH, D-78609 Tuningen mit dem Handelsnamen translas 01 eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen n-Butylacetat umfassenden Klarlack auf Acrylat-Basis.It was primed components made of thermoplastic material with a metallic paint containing color pigments decorative lacquer, wherein the decorative lacquer was applied with a layer thickness of about 10 microns on the plastic surface. The decorative paint was a paint comprising Al particles, known in the art as "galvanosilver". After the thermal curing of the coloring layer (decorative lacquer), a ca. 30 μm thick clearcoat was applied to the decorative lacquer, which was thermally cured. The clearcoat was a product of Ritzi Lackiertechnik GmbH, D-78609 Tuningen with the trade name translas 01 used. This is an acrylate-based clearcoat comprising n-butyl acetate.
Das so vorbehandelte Bauteil wurde anschließend mittels Laserstrahlung bearbeitet, wobei ein Laser der Firma Trumpf Laser Marking Systems AG, CH-7214 Grüsch mit der Bezeichnung VMC5 eingesetzt wurde. Das System arbeitet mit einer Wellenlänge von 1064 nm und dem laseraktiven Medium Nd:YV04.The component pretreated in this way was subsequently processed by means of laser radiation, a laser from Trumpf Laser Marking Systems AG, CH-7214 Grüsch with the designation VMC5 being used. The system operates at a wavelength of 1064 nm and the laser-active medium Nd: YV0 4 .
Bei dieser Behandlung wird die Metallpartikel enthaltende Dekorschicht abgetragen und es kommt die Bauteiloberfläche zum Vorschein, die einen Kontrast zu unversehrten farbgebenden Schicht bildet. Der die farbgebende Schicht bedeckende Klarlack bleibt bei dieser Operation unversehrt und es sind weder optische noch fühlbare Veränderungen der Lackoberfläche zu erkennen. Das so erhaltene Dekor zeichnet sich durch eine außerordentliche Kantenschärfe aus.In this treatment, the decorative layer containing the metal particles is removed and the component surface appears, which forms a contrast to the intact coloring layer. The varnish covering the coloring layer remains intact during this operation and neither visual nor tactile changes in the surface of the varnish are discernible. The decor thus obtained is characterized by an extraordinary edge sharpness.
Beispiel 2Example 2
Farbig lackierte Metallbauteile wurden mit einem Klarlack auf Acrylat-Basis beschichtet. Als Klarlack wurde ein Produkt der Firma Nano-X GmbH, D-66130 Saarbrücken mit der Produktbezeichnung VB KR 3812 eingesetzt. Die Schichtdicke des Farblackes betrug 8 μm, während die Schichtdicke der Klarlackschicht 25 μm aufwies. Wie in Beispiel 1 erfolgt die Laserbestrahlung mit einem Laser VMC5 der Firma Trumpf. Unter Einwirkung des Laserstrahls wurde die Farblackschicht an ausgewählten Bereichen karbonisiert und die dabei entstandenen Rußpartikel haben diesen Bereichen eine schwarze Farbe verliehen, die im Kontrast zur ursprünglichen Farbe steht. Auch in diesem Fall hat die Klarlackschicht die Laserbestrahlung ohne sichtbare oder fühlbare Veränderungen überstanden, während auf der Oberfläche des Bauteils ein kantenscharfes Dekor zu erkennen ist.Color-coated metal components were coated with an acrylate-based clearcoat. The clearcoat used was a product from Nano-X GmbH, D-66130 Saarbrücken with the product name VB KR 3812. The layer thickness of the color coat was 8 μm, while the layer thickness of the clearcoat layer had 25 μm. As in Example 1, the laser irradiation is carried out with a laser VMC5 Trumpf. Under the influence of the laser beam, the color coat was carbonized at selected areas and the resulting soot particles gave these areas a black color, which stands in contrast to the original color. Also in this case, the clear coat has survived the laser irradiation without visible or tactile changes, while on the surface of the component a sharp-edged decor can be seen.
Beispiel 3Example 3
Ein Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff wurde mit einem Metallpartikel als farbgebende Pigmente enthaltenden Dekorlack mit einer Schichtdicke von ca. 8 μm beschichtet. Als Dekorlack wurde Al-Metallpartikel enthaltendes „Galvanosilber” eingesetzt, das thermisch ausgehärtet wurde. Der anschließend aufgetragene und mit UV-Strahlung ausgehärtete hochglänzende Klarlack war ein Produkt der Firma Lackfabrik Votteler GmbH & Co. KG, 70825 Korntal-Münchingen, der unter dem Handelsnamen Cry-Lux-Lack mit der Artikelnummer 115440180 vertrieben wird. Wie in den vorherigen Fällen wurde die Laserbestrahlung mit einem Laser VMC5 der Firma Trumpf vorgenommen.A component made of thermoplastic material was coated with a decorative paint containing a metal particle as coloring pigments with a layer thickness of about 8 microns. The decorative lacquer used was "Galvanosilber" containing Al metal particles, which was thermally cured. The subsequently applied and cured with UV radiation high-gloss clearcoat was a product of Lackfabrik Votteler GmbH & Co. KG, 70825 Korntal-Münchingen, which is sold under the trade name Cry-Lux-Lack with the article number 115440180. As in the previous cases, the laser irradiation was performed with a laser VMC5 from Trumpf.
Nach der Laserbehandlung sind bei der Klarlackschicht keine sichtbaren oder fühlbaren Veränderungen zu erkennen.After the laser treatment, no visible or tangible changes can be seen in the clearcoat.
Darüber hinaus wurde das so beschichtete und dekorierte Bauteil einem sogenannten Schwitzwassertest bei 50°C und 98% relativer Luftfeuchte unterzogen, ohne dass eine Verschlechterung oder ein Aufplatzen des Klarlackes beobachtet wurde. Das gleiche Bauteil wurde ebenfalls einem Gitterschnitttest nach
Beispiel 4Example 4
Ausgesuchte Bereiche eines Bauteils aus einem thermoplastischen Kunststoff wurden zunächst mit einer 8 μm dicken Farblackschicht beschichtet. Nachdem diese Bereiche ausgehärtet waren, wurde das gesamte Bauteil mit einem Metallpartikel enthaltenem Dekorlack (Galvanosilber) beschichtet. Die ca. 8 μm dicke Schicht wurde thermisch ausgehärtet. Auf diese Schicht wurde eine ca. 20 μm dicke Klarlackschicht auf Acrylat-Basis aufgetragen, wobei ein Klarlack der Firma BASF SE, 67056 Ludwigshafen mit der Bezeichnung Laromer PO 9026 eingesetzt wurde. Die Laserbehandlung erfolgte wiederum mit dem Lasersystem VMC5 der Firma Trumpf. In den Bereichen der Dreifachbeschichtung wurde die Dekorlackschicht mit Hilfe der Laserstrahlung entfernt, während gleichzeitig die darunterliegende Farblackschicht karbonisiert wurde, so dass in diesen Bereichen ein konturscharfes schwarzes Dekor erhalten wurde, während in den nur zweischichtig vorliegenden Bereichen durch die Laserbestrahlung lediglich der Dekorlack entfernt wird und damit die Bauteilfarbe selber zum Vorschein kommt, so dass auf diese Weise ein mehrfarbiges Dekor erhalten wird.Selected areas of a component made of a thermoplastic material were first coated with an 8 μm thick colored lacquer layer. After these areas had hardened, the entire component was coated with a decorative paint (galvanic silver) containing metal particles. The approximately 8 μm thick layer was thermally cured. An approximately 20 μm thick clearcoat film based on acrylate was applied to this coat, using a clearcoat from BASF SE, 67056 Ludwigshafen, designated Laromer PO 9026. The laser treatment was again carried out with the laser system VMC5 from Trumpf. In the areas of the triple coating, the decorative lacquer layer was removed by means of laser radiation, while at the same time the underlying lacquer layer was carbonized, so that in these areas a contour sharp black decor was obtained, while in the only two-layered areas by the laser irradiation only the decorative lacquer is removed and so that the component color itself comes to light, so that in this way a multi-colored decor is obtained.
Auch in diesem Fall wurde das fertige Produkt, an dessen Klarlackbeschichtung weder optische noch haptische Veränderungen zu erkennen waren, einem Schwitzwassertest und einem Gitterschnitttest unterzogen. In beiden Tests konnte keine schadhafte Veränderung des Klarlacks ermittelt werden.Also in this case, the finished product, on whose clear coat no visual or haptic changes were detected, a sweat test and a cross hatch test were subjected. In both tests, no defective change in the clearcoat could be determined.
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Legal Events
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R079 | Amendment of ipc main class |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140912 |