DE102013016117A1

DE102013016117A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung und Übertragung diffraktiver Mikrostrukturen auf einen Bedruckstoff

Info

Publication number: DE102013016117A1
Application number: DE102013016117.7A
Authority: DE
Inventors: Immanuel Fergen; Martin Schmitt-Lewen; Andreas Henn; Joachim Sonnenschein; Karl-Heinz Walther; Thorsten Euler; Martin Haas; Evgeny Kurmakaev; Marcel Mahner
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103770487A; DE102013016117B4; EP2724864A3; EP2724864B1; US20140109782A1; EP2724864A2; JP2014085671A; CN103770487B; US9573359B2

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Erzeugung und Übertragung diffraktiver Mikrostrukturen auf einen Bedruckstoff ist es vorgesehen, dass ein Fluid auf einen Prägezylinder aufgebracht wird und dort während der Rotation des Prägezylinders so weit verfestigt wird, dass dieser filmartig mit verfestigter Mikrostruktur auf einen Bedruckstoff übertragen wird, wobei der Prägezylinder einen Aufzug aufweist, der vorzugsweise entweder weich als „Flexoshim” oder hart als „Nickelshim” ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung diffraktiver Mikrostrukturen, z. B. Holgramme oder andere Feinstrukturen, welche auf Bedruckstoffe aus Papier, Karton oder Folie übertragen werden.
Durch die DE 4132476 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hologrammen oder anderen Feinstrukturen und dessen Übertragung auf einen Bedruckstoff bekannt. Hierbei ist es vorgesehen, dass eine Auftragswalze eine Lackschicht auf einen Druckzylinder aufträgt. Der Druckzylinder ist als Quarz- oder Acrylglaszylinder ausgebildet und weist im Inneren eine UV-Lichtquelle auf. Der Druckzylinder weist eine das Hologramm als Oberflächenreliefstruktur tragende Matrize auf. Der Druckzylinder wird von einer Papierbahn umschlungen. Im Umschlingungsbereich wirkt die UV-Lichtquelle vom Inneren des Zylinders auf die Lackschicht ein, so dass diese mit der eingeprägten Mikrostruktur im Umschlingungsbereich auf die Papierbahn abgelegt wird.
Bei einem Auftragwechsel muss der gesamte Quarz- oder Acrylglaszylinder gegen einen neuen ausgetauscht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher ein auf den Druckzylinder aufgebrachtes Fluid vor dem Übertrag auf einen Bedruckstoffträger verfestigt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Ansprüche 1 und 3 gelöst.
In besonders vorteilhafter Weise wird eine Mikrostruktur in dem auf den Prägezylinder aufgebrachten Fluid abgeformt und durch vorgesehene Trockner oder Härtungsquellen soweit verfestigt, dass dieses als Folie auf den Bedruckstoff abgelegt werden kann. Als Trägermaterial für die diffraktiven Mikrostrukturen wie z. B. Hologramme oder andere Feinstrukturen dient ein Fluid z. B. ein UV-Lack, Flexodruckfarbe oder Offsetfarbe.
In besonders vorteilhafter Weise besteht der Druckzylinder aus einem Zylinderkörper und einem von dem Zylinderkörper am Umfang getragenen Aufzug, welcher eine Oberflächenreliefstruktur aufweist.
In vorteilhafter Weise weist der als Prägezylinder ausgebildete Druckzylinder einen Aufzug aus einem weichen Material (Silikon, Gummi, Elastomer) mit einer Shore Härte von ca. 20 bis 70 ShA auf.
Der weiche Aufzug ist vorzugsweise aus einer flexiblen Silikonplatte hergestellt, welche auf den Druckzylinder aufgebracht wird, z. B. durch Kleben. Diese flexible Silikonplatte auch als „Flexoshim” bezeichnet, weist mindestens eine Oberflächenreliefstruktur auf.
Alternativ zu einem weichen Aufzug, wird zur Erhöhung der Standzeiten ein harter Aufzug aus Metall, z. B. ein sogenannter „Nickelshim” eingesetzt.
Der „Flexoshim” oder „Nickelshim” kann bei einem Auftragwechsel einfach gegen einen neuen ausgetauscht werden.
In vorteilhafter Weise haftet das mittels Trocknung/Härtung verfestigte Trägermaterial nach Übertragung eigenständig auf dem verwendeten Bedruckstoff.
Zur Verbesserung der Hafteigenschaft kann der Bedruckstoff vor der Übertragungsstelle vom Druckzylinder auf den Bedruckstoff mit einer Klebeschicht versehen werden.
Weitere Vorteile sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung einer mit dem Druckzylinder zusammenwirkenden Auftragwalze mit dem gleichen Durchmesser, durch diese Maßnahme kann die Auftragwalze z. B. ein gravierter Tiefdruckzylinder sein, der das flüssige Trägermaterial punktgenau auf ausgewählte Flächen des Prägezylinders bzw. den Flexoshim oder Nickelshim überträgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden beschrieben.
Es zeigen
1 eine Transferprägevorrichtung mit einer Bedruckstoffbahn im Schnitt in schematischer Darstellung,
2 ein Transferprägewerk mit einer Rasterwalze bzw. einem Tiefdruckzylinder,
3 ein Transferprägewerk für Flexodruckfarben, Offsetfarben oder Lacke.
4 ein Transferprägewerk mit einem harten Aufzug „Nickelshim” auf dem Prägezylinder.
In der 1 ist eine Transferprägevorrichtung 1 gezeigt, bei welcher eine Bedruckstoffbahn 2 von einer Rolle 3 unterschiedlichen Verarbeitungsstationen 4, 6, 7 zugeführt und anschließend auf einer Aufwickelrolle 8 aufgewickelt wird. Die erste Verabeitungsstation 4 umfasst eine Corona-Anlage zur Bearbeitung des Bedruckstoffes, um insbesondere dessen Oberflächeneigenschaften zu verbessern. Die zweite Verarbeitungsstation 6 umfasst ein Offsetdruckwerk, welches gegebenenfalls für einen Klebeauftrag auf den Bedruckstoff vorgesehen ist. Die vierte Verarbeitungsstation 7 umfasst die erfindungsgemäße Transferprägestation.
Dieser nachgeschaltet ist ein Trockner 9 z. B. ein Heißlufttrockner und/oder Infrarottrockner, der ein Aushärten und Trocknen einer geprägten Reliefstruktur (z. B. Hologramm) begünstigt.
Selbstverständlich können auch weitere Verarbeitungsstationen, wie z. B. Druckwerke vorgesehen sein, die sowohl vor und/oder auch nach der Transferprägestation 7 angeordnet sein können.
2 zeigt die Transferprägestation 7, welche einen Formzylinder 11, z. B. einen Tiefdruckzylinder oder eine Rasterwalze aufweist, der ein leicht aushärtbares Fluid z. B. Lack oder Farbe aus einem Fluidreservoir 12, z. B. einer Farbwanne schöpft und dieses als dünne Schicht, erzeugt durch ein Rakel 13 einem Walzenspalt zwischen einem Prägezylinder 14 und einem Gegendruckzylinder 16 zuführt. In diesem Walzenspalt/Druckspalt wird eine in dem Fluid erzeugte diffraktive Mikrostruktur auf die Bedruckstoffbahn 2 abgelegt, auf welcher diese selbstständig haftet.
Zur Verbesserung der Trocknung bzw. Aushärtung des Fluids auf dem Prägezylinder 14 ist ein Trockner 17 z. B. ein Infrarot-Trockner vorgesehen, der im Transportbereich des Fluids zwischen Formzylinder 11 und Gegendruckzylinder 16 auf die Mantelfläche des Prägezylinders 14 gerichtet ist.
Der Prägezylinder 14 trägt einen Aufzug 18, einen sogenannten „Flexoshim”. Dieser ist z. B. eine gegossene Silikonplatte mit einer Härte von z. B. 20 bis 70 ShA. Die Silikonplatte weist die zu prägende Reliefstruktur auf, insbesondere eine mikroprägende Silikonstruktur mit geringerer Oberflächenenergie. Der Flexoshim 18 wird vorzugsweise auf die Mantelfläche des Prägezylinders 14 aufgeklebt.
3 zeigt ein alternatives Transferprägewerk 27 mit einer Rasterwalze 28, welche von einem Rakelsystem 29, z. B. einem Kammerrakel mit UV-Lack, Flexodruckfarbe oder Offsetdruckfarbe beaufschlagt wird. Die Rasterwalze 28 überträgt das Fluid an einen ersten Farbtransferzylinder 31 mit einer weichen Oberfläche. Dieser überträgt das Fluid an einen zweiten Farbtransferzylinder 32 mit einer harten Oberfläche, welche z. B. durch eine Flachdruckplatte gebildet sein kann. Der zweite Farbtransferzylinder 32 überträgt das Fluid an den Flexoshim 18 des Prägezylinders 14. Auf den Prägezylinder 14 gerichtete Trockner/Härtungseinrichtungen 17 begünstigen das Aushärten des Fluids, welches in einem Druckspalt zwischen Prägezylinder 14 und Gegendruckzylinder 16 auf den Bedruckstoff 2 übertragen wird.
Die 4 zeigt ein weiteres alternatives Transferprägewerk 37 mit einer Rasterwalze 21, welche von einem Rakelsystem 29, z. B. einem Kammerrakel mit UV-Lack, Flexodruckfarbe oder Offsetdruckfarbe beaufschlagt wird. Die Rasterwalze 28 überträgt das Fluid an einen Farbtransferzylinder 31 mit einer weichen Oberfläche. Dieser überträgt das Fluid an einen harten Aufzug 19 des Prägezylinders 14. Auf den Prägezylinder 14 gerichtete Trockner/Härtungseinrichtungen 17 begünstigen das Aushärten des Fluids, welches in einem Druckspalt zwischen Prägezylinder 14 und Gegendruckzylinder 16 auf den Bedruckstoff 2 übertragen wird. Der harte Aufzug 19 ist zur Erhöhung von Standzeiten aus einem Metallwerkstoff, z. B. Nickel (Nickelshim) hergestellt.
Die Aufzüge 18, 19 sind auf dem Prägezylinder 14 mittels Spanneinrichtungen befestigbar, vorzugsweise werden diese aufgeklebt, oder können im Fall des Nickelshims 19 mittels Magnetkraft gehalten werden.
Die Rasterwalze 28, die Farbtransferzylinder 31, 32 sowie der Prägezylinder 18 mit Flexoshim 18 oder Nickelshim 19 weisen vorzugsweise die gleichen Durchmesser auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass das Fluid, in das die Feinstprägung von diffraktiven Strukturen vorgenommen wird, auf dem Prägezylinder 14, 18; 14, 19 getrocknet oder mindestens angetrocknet wird, so dass in Folge des Antrocknens die Feinstprägung (Textur) in dem Fluid fixiert wird. Das Antrocknen des Fluids wird bei wasserbasierten Lacken als Fluid durch thermische Trocknung begünstigt. Bei der Verwendung UV-härtender Lacke sind entsprechende UV-Härter vorgesehen. Die Trockner/Härter 17 sind vorzugsweise von außen auf einen Bereich des Prägezylinders ausgerichtet, der zwischen einer Fluidübertragungsstelle auf den Prägezylinder 14 und einer Abgabestelle auf den Bedruckstoff 2 liegt. An der Abgabestelle wird das verfestigte filmartige Fluid auf den Bedruckstoff 2 abgelegt.
Zur Verbesserung der Trocknung, bzw. thermischen Härtung kann es vorgesehen sein, dass die Wärmeenergie von der Zylinderseite eingebracht wird, hierbei kann der Zylinder erwärmt werden oder der Silikonshim 18 mit Heizelementen, z. B. in Form von Heizmatten unterlegt werden. Wahlweise kann der Silikonshim integrierte CNT-Elemente (Carbon Nanotube) zur Versteifung und bei thermischer Härtung zur Erhöhung der IR-, Laser- oder Strahlungsabsorption aufweisen. Der Silikonshim 18 kann auch mit einer CNT-Heizmatte vergossen sein und/oder ein Drahtgewebe zur Versteifung aufweisen. Der Silikonshim 18 kann auch Laserabsorber (Schwarzfärbung, oder Wellenlängen selektiv arbeitende Absorber) aufweisen.
Zur Einfärbung der Prägeform 18, 19 werden folgende alternative Mittel vorgeschlagen: Tiefdruckform, Inkjetsystem (digital positionierte Hologramme), Sprühverfahren, Offsetdruckwerk, wobei ein Drucktuch die Mikroprägestruktur zumindest in Teilen aufweist, z. B. durch eingesetzte Silikonelemente mit Prägemuster. Hierbei färbt die Offsetdruckplatte die Prägeanteile partiell ein.
Bei der Verwendung eines Offsetdruckwerkes wird das Drucktuch durch einen Silikonshim ersetzt, wobei die Offsetdruckplatte den Silikonshim partiell bzw. bildbezogen einfärbt.
Als Fluide werden folgende Mittel vorgeschlagen: Lack (transparent oder gefärbt), Druckfarben, Flüssigtoner, metallisierte Lacke, Lacke mit Effektpigmenten, Gelatine, sonstige filmbildende Fluide.
Zur Beschleunigung der Trocknung/Härtung des Fluids auf dem Prägezylinder vor der Übertragung auf einen Bedruckstoff werden folgende Mittel vorgeschlagen: Heißluft, IR, UV, Elektronenstrahltrocknung, Lasertrocknung, Kombination verschiedener Verfahren.
Als Bedruckstoffe können vorzugsweise folgende Mittel verwendet werden: Papier/Karton mit und ohne Vordruck, Folie mit und ohne Vordruck, metallisierte Substrate, sonstige 2D Oberflächen (Alublister, Glas, Kunststoffplatte, etc.).
Selbstverständlich ist es auch möglich, 3D-Objekte ähnlich den Anwendungen im Tampondruck oder Lebensmittel oder Tabletten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu bedrucken.
Zur Erhöhung der Haftkraft des angetrockneten Fluids auf dem Bedruckstoff wird außer der Verwendung von Klebstoff noch folgende Mittel vorgeschlagen: Lack, Farbe, Gelatine, elektrostatische Kräfte.
Als alternative Prägetypen werden Folgende vorgeschlagen: Diffraktive Strukturen für hologrammartige Effekte, Mikrorauheiten (Lotusstrukturen), Mattierung, Optische Strukturen (Mottenaugen), Lentikularartige Strukturen, Texturen.
Bezugszeichenliste

1: Transferprägevorrichtung
2: Bedruckstoff
3: Bedruckstoffrolle
4: Corona-Anlage
5: ./.
6: Offset-Druckwerk
7: Transferprägewerk
8: Bedruckstoffrolle/Aufwickelrolle
9: Trockner
10: ./.
11: Formzylinder
12: Fluidreservoir
13: Rakel
14: Prägezylinder
15: ./.
16: Gegendruckzylinder
17: Trockner
18: Aufzug (Flexoshim)
19: Aufzug (Nickelshim)
27: Transferprägewerk
28: Rasterwalze
29: Rakelsystem
30: ./.
31: Farbtransferzylinder (weich)
32: Farbtransferzylinder (hart)
37: Transferprägewerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4132476 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Erzeugung und Übertragung diffraktiver Mikrostrukturen auf einen Bedruckstoff mittels eines Prägezylinders, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid auf den Prägezylinder (14, 18; 14, 19) aufgetragen wird, dass das Fluid in einem Bereich zwischen der Auftragstelle und einer Übergabestelle an den Bedruckstoff antrocknet, wobei die Mikrostruktur in dem Fluid fixiert wird und das verfestigte Fluid filmartig auf den Bedruckstoff übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid im Bereich zwischen der Auftragstelle des Fluids und der Übergabestelle des Fluids an den Bedruckstoff vor dem Kontakt mit dem Bedruckstoff mittels Temperier-/oder Härterstrahlung beaufschlagt wird.
Vorrichtung zur Erzeugung und Übertragung diffraktiver Mikrostrukturen auf einen Bedruckstoff, mit einem Zylinder zum Auftrag eines Fluids auf einen Prägezylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägezylinder (14) einen Zylinderkörper und einen am Umfang des Zylinderkörpers angeordneten Aufzug (18; 19) umfasst, welcher eine Oberflächenreliefstruktur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzug (18) weich ausgebildet ist und eine Materialhärte von 20 bis 70 ShA aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzug (19) hart ausgebildet ist und aus einem Metallwerkstoff insbesondere Nickelwerkstoff besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weiche Aufzug (18) aus Silikon, Gummi oder einem Elastomer besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzug (18; 19) durch Kleben auf dem Prägezylinder (14) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Anspruche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (11) zum Auftrag des Fluids ein Tiefdruckzylinder oder eine Rasterwalze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid übertragenden Zylinder (11, 28, 31, 32) und der Prägezylinder (14) die gleichen Durchmesser aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid UV-Lack, Flexodruckfarbe oder Offsetdruckfarbe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prägezylinder (14) mindestens eine Vorrichtung (17) zum Trocknen und/oder Härten des Fluids zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klebestoffauftragsvorrichtung (6) zur Verbesserung der Haftkraft des Fluids auf dem Bedruckstoff (2) vorgesehen ist.
Rollen- oder Bogenrotationsdruckmaschine mit einer Vorrichtung gemäß der Ansprüche 3 bis 12.