DE102015110236B4 - Method and device for producing a structure on a surface - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines flächigen Werkstückes (1) mit folgenden Schritten:
(A) Aufbringen einer flüssigen Grundschicht (2) auf eine Oberfläche des Werkstückes (1);
(B) Aufspritzen einer Vielzahl von Tröpfchen (3) in die noch flüssige Grundschicht (2) dergestalt, dass sich die Schichtdicke der Grundschicht (2) an den Stellen, an denen die Tröpfchen (3) aufgespritzt werden, verändert, wobei durch das Aufspritzen der Tröpfchen (3) in die zuvor aufgetragene, flüssige Grundschicht (2) Vertiefungen eingebracht werden;
(C) Fixieren der flüssigen Grundschicht (2).
Method for producing a structure on a surface of a flat workpiece (1) with the following steps:
(A) applying a liquid base layer (2) to a surface of the workpiece (1);
(B) spraying a large number of droplets (3) into the still liquid base layer (2) in such a way that the layer thickness of the base layer (2) changes at the points where the droplets (3) are sprayed on, with the spraying the droplets (3) are introduced into the previously applied, liquid base layer (2) depressions;
(C) fixing the liquid base layer (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines flächigen Werkstückes, sowie eine Vorrichtung zum Herstellen der Struktur.The present invention relates to a method for producing a structure on a surface of a flat workpiece, as well as a device for producing the structure.
Eine dekorativ beschichtete Holzwerkstoffplatte ist Stand der Technik und wird in vielfältigen Anwendungsfällen, z.B. zum Herstellen von Möbeln, von Fußbodenlaminaten und von Wand-, Decken- oder Außenpaneelen angewendet. Ein typisches Beispiel für diese Holzwerkstoffplatten ist eine Spanplatte, welche mit einem dekorativ bedruckten Papier beschichtet wird. Alternativ gibt es auch andere Arten von Faserplatten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatte) oder HDF (hochdichte Faserplatten), wie auch Zementfaserplatten und zementgebundene Spanplatten, die z.B. in Stärken von ca. 3 bis 50 mm für verschiedene Anwendungsfälle verwendet werden.A decoratively coated wood-based panel is state of the art and is used in a variety of applications, e.g. for the production of furniture, floor laminates and wall, ceiling or exterior panels. A typical example of these wood-based panels is a chipboard, which is coated with a decoratively printed paper. Alternatively, there are also other types of fiberboard, e.g. MDF (medium-density fiberboard) or HDF (high-density fiberboard), as well as cement fiberboard and cement-bonded chipboard, which are used, for example, in thicknesses of approx. 3 to 50 mm for various applications.
In den meisten dieser Anwendungsfälle ist es wünschenswert, neben einer dekorativen Beschichtung, wie z.B. einer Holznachbildung oder einer Fliesennachbildung für einen steinartig anmutenden Laminatfußboden, auch eine Struktur in der Oberfläche zu erhalten.In most of these applications it is desirable, in addition to a decorative coating, such as a wood replica or a tile replica for a stone-like laminate floor, also to have a structure in the surface.
Nach dem Stand der Technik wird dies z.B. in einem Melaminbeschichtungsverfahren mittels einer Prägematrize hergestellt. Dabei wird beispielsweise ein mit einer Holzoptik bedrucktes Papier mit einem Melaminharz imprägniert, angetrocknet und dann in einer Heizpresse mit einem Prägeblech auf eine Spanplatte verpresst. Das Ergebnis ist eine 12 mm dicke Spanplatte, welche mit einer Buchenachbildungsoptik beschichtet ist. Auf der Oberfläche mit der Buchenachbildungsoptik ergeben sich dann durch das Prägeblech Strukturen mit einer Tiefe von üblicherweise 20 µm bis zu 150 µm oder 200 µm.According to the prior art, this is produced, for example, in a melamine coating process by means of an embossing die. In this case, for example, a paper printed with a wood look is impregnated with a melamine resin, dried and then pressed onto a chipboard in a heating press with an embossing plate. The result is a 12 mm thick chipboard, which is coated with a beech replica look. On the surface with the beech replica optics, the embossing plate then results in structures with a depth of usually 20 µm up to 150 µm or 200 µm.
Diese Strukturen werden entweder holzähnlich unabhängig von der tatsächlich gedruckten Holzart als sogenannte „all-over“ Struktur hergestellt. In entsprechend teureren Verfahren mit hochwertiger anmutenden Produkten wird auch eine sogenannte Synchronpore verwendet, bei der das Prägeblech eine Struktur hat, welche synchron zu der gedruckten Holzoptik angewendet wird. In diesem Falle ist beispielsweise ein gedrucktes Astloch auch tatsächlich fühlbar tiefer als der daneben etwas höher stehende Rest der gedruckten Holzoptik.These structures are either produced in a wood-like manner, regardless of the type of wood actually printed, as a so-called "all-over" structure. In correspondingly more expensive processes with high-quality products, a so-called synchronous pore is also used, in which the embossing plate has a structure that is used synchronously with the printed wood look. In this case, for example, a printed knothole is actually noticeably deeper than the remainder of the printed wood look standing next to it, which is slightly higher.
Neben diesem sogenannten Melaminverpressungsverfahren gibt es weitere Verfahren zur Beschichtung von Holzwerkstoffplatten. In einem weiteren bekannten Verfahren wird z.B. eine Holzwerkstoffplatte lackiert, bedruckt und dann mit einer transparenten Decklackschicht versehen. Um auch hier eine entsprechende Oberflächenstruktur zu erhalten, gibt es die Möglichkeit, mit einer strukturierten Decklackwalze eine Struktur aufzubringen. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in der
Alle diese Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche haben gemein, dass sie relativ wenig flexibel sind und dass bei Änderung einer Struktur das jeweilige Werkzeug (die Walze oder das Pressblech) gewechselt werden muss.All these methods for structuring the surface have in common that they are relatively less flexible and that when a structure is changed, the respective tool (the roller or the press plate) has to be changed.
Um diese Nachteile zu umgehen, gibt es ein Verfahren zur digitalen Aufbringung einer Struktur, welches in der
Auch dieses digitale Verfahren hat allerdings Nachteile: Es wird eine große Menge an strahlenhärtender Tinte verwendet, die sehr teuer ist. Darüber hinaus gelingt es nicht immer, eine volle Abdeckung der Oberfläche über die aufgedruckte Struktur zu erzielen. Des weiteren ist die aufgedruckte Tinte weniger kratzfest und widerstandsfähig als das mit anderen oben genannten Verfahren der Fall ist.However, this digital method also has disadvantages: it uses a large amount of radiation-curing ink, which is very expensive. In addition, it is not always possible to achieve full coverage of the surface via the printed structure. Furthermore, the printed ink is less scratch-resistant and tough than is the case with other methods mentioned above.
Die
Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Vorteile der Flexibilität einer digitalen Struktur zu erhalten und gleichzeitig die oben genannten Nachteile auszuschließen.Against this background, the aim of the method according to the invention and the device according to the invention is to obtain the advantages of the flexibility of a digital structure and at the same time to exclude the disadvantages mentioned above.
Dazu sieht das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass in einem ersten Schritt ein zu beschichtendes Werkstück, z.B. eine Holzwerkstoffplatte, eine Zementfaserplatte oder ähnlich (flächiges Werkstück) mit einer flüssigen Grundschicht beschichtet wird. In einem zweiten Schritt wird dann in dieser noch flüssigen Grundschicht mit Hilfe von aufgespritzten, flüssigen Tröpfchen eine Struktur erzeugt. In einem dritten Schritt wird diese so erzeugte Struktur fixiert, in dem die flüssige Grundschicht und die aufgespritzten, flüssigen Tröpfchen gemeinsam getrocknet werden.For this purpose, the method according to the invention and the device according to the invention provide that, in a first step, a workpiece to be coated, e.g. a wood-based panel, a cement fiber panel or similar (flat workpiece), is coated with a liquid base layer. In a second step, a structure is then created in this still liquid base layer with the aid of sprayed-on liquid droplets. In a third step, the structure created in this way is fixed in that the liquid base layer and the sprayed-on liquid droplets are dried together.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous refinements of the present invention are the subject matter of the subclaims.
Vor oder nach dem Fixieren der flüssigen Grundschicht können die aufgespritzten Tröpfchen verdampft werden.Before or after fixing the liquid base layer, the sprayed-on droplets can be vaporized.
In einer alternativen Ausführungsvariante können beim Fixieren der flüssigen Grundschicht auch die aufgespritzten Tröpfchen mitfixiert werden.In an alternative embodiment variant, the sprayed-on droplets can also be fixed when the liquid base layer is fixed.
Die Tröpfchen können nach einer digitalen Vorlage aus einem Digitaldruckkopf oder alternativ aus einem Digital-Düsenbalken einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Struktur auf einer Oberfläche des Werkstücks aufgespritzt werden. Diese Vorrichtung kann vorzugsweise eine Steuereinheit bzw. eine Steuervorrichtung aufweisen. Dies kann vorzugsweise nach einer digitalen Vorlage, die z.B. aus einem zur Vorrichtung gehörigen Datenspeicher abrufbar ist, erfolgen. Die Steuervorrichtung kann die Abgabe der Tröpfchen, so z.B. das Abgabevolumen und die Geschwindigkeit der Tröpfchen beim Auftreffen auf die Grundschicht entsprechend steuern.The droplets can be sprayed onto a surface of the workpiece according to a digital template from a digital print head or alternatively from a digital nozzle bar of a device for generating a structure. This device can preferably have a control unit or a control device. This can preferably take place on the basis of a digital template, which can be retrieved, for example, from a data memory belonging to the device. The control device can control the delivery of the droplets, for example the delivery volume and the speed of the droplets when they strike the base layer.
Die flüssige Grundschicht und/oder die aufgespritzten Tröpfchen können in einer bevorzugten Ausführungsvariante aus einem strahlenhärtenden Material bestehen. In a preferred embodiment variant, the liquid base layer and / or the sprayed-on droplets can consist of a radiation-curing material.
Das Fixieren kann in Form von Strahlenhärtung durch UV-Strahlung oder durch Elektronenstrahlung erfolgen. Hierfür weist eine entsprechende Vorrichtung entsprechende UV-Leuchtmittel oder elektronenstrahlerzeugende Elemente auf.The fixing can take place in the form of radiation curing by UV radiation or by electron beams. For this purpose, a corresponding device has appropriate UV lamps or electron beam-generating elements.
Die aufgespritzten Tröpfchen die nach einer bzw. der digitalen Vorlage aufgespritzt werden, können mit einem vorher oder nachträglich auf die Oberfläche gedruckten Dekorbild derartig abgestimmt sein, dass die entstandene Struktur mindestens in Teilbereichen der Oberfläche synchron zu dem gedruckten Dekorbild auf das Werkstück aufgebracht ist.The sprayed-on droplets, which are sprayed on according to a digital template, can be coordinated with a decorative image previously or subsequently printed on the surface in such a way that the resulting structure is applied to the workpiece, at least in partial areas of the surface, synchronously with the printed decorative image.
Die aufgespritzten Tröpfchen können aus einem acrylathaltigen Material bestehen und können bevorzugt nach einer digitalen Vorlage auf das Werkstück aufgebracht werden.The sprayed-on droplets can consist of an acrylate-containing material and can preferably be applied to the workpiece according to a digital template.
Nach dem Schritt des Fixierens der flüssigen Grundschicht und der aufgespritzten Tröpfchen, kann ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt werden, bei dem weitere Tröpfchen auf die dann fixierte Grundschicht aufgespritzt und anschließend ausgehärtet werden.After the step of fixing the liquid base layer and the sprayed-on droplets, a further process step can be carried out in which further droplets are sprayed onto the then fixed base layer and then cured.
Die Vielzahl der Tröpfchen können aus mindestens zwei verschiedenen Materialien bestehen, so dass an bestimmten Stellen Tröpfchen mit einem Material und an bestimmten Stellen Tröpfchen mit einer anderen Materialzusammensetzung aufgebracht werden.The multiplicity of droplets can consist of at least two different materials, so that droplets with one material are applied at certain points and droplets with a different material composition are applied at certain points.
Nach und/oder während dem Aufspritzen der Vielzahl von Tröpfchen in die noch flüssige Grundschicht kann eine chemische Reaktion zwischen dem Material der aufgespritzten Tröpfchen und der noch flüssigen Grundschicht erfolgen, dergestalt, dass das Reaktionsprodukt zwischen Grundschicht und Tröpfchen die Struktur an der Stelle optisch und/oder haptisch verändert.After and / or during the spraying of the large number of droplets into the still liquid base layer, a chemical reaction can take place between the material of the sprayed-on droplets and the still liquid base layer, such that the reaction product between the base layer and the droplets visually and / or changed haptically.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Sie zeigen:
-
1 Schnittansicht eines Werkstücks vor dem Tröpfchenauftrag; -
2 Werkstück während des Tröpfchenauftrags; -
3 Werkstück nach dem Tröpfchenauftrag und nach der Aushärtung; -
4 Werkstück nach erfolgtem Tröpfchenauftrag in der Oberansicht; -
5 Vorrichtung zur Erzeugung einer Struktur auf dem Werkstück
-
1 Sectional view of a workpiece before the application of droplets; -
2 Workpiece during droplet application; -
3 Workpiece after application of droplets and after hardening; -
4th Workpiece after application of the droplets in the top view; -
5 Device for creating a structure on the workpiece
Dazu zeigt
In
Das Ergebnis des Aufspritzens ist in
In
Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1:
Zunächst wird eine Spanplatte mit einer Dicke von 12 mm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt. Die Vorrichtung dient der Erzeugung einer Struktur auf einer Oberfläche des Werkstücks mit einer Transportvorrichtung zum An- und/oder Abtransport eines mit einer flüssigen Grundschicht versehenen Werkstücks in einer Transportrichtung, mit einem oder mehreren Druckköpfen und/oder einem oder mehreren Düsenbalken zur Abgabe von Tröpfchen auf und/oder in die flüssige Grundschicht und mit einer Fixierungsvorrichtung, welche dem oder den Druckköpfen in Transportrichtung nachgeordnet ist und welche Wärme und/oder Licht auf die Grundschicht des Werksstücks abstrahlt, wobei die Vorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, Unter Licht ist dabei nicht nur Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich zu verstehen, sondern insbesondere auch UV-Licht und Infrarotlicht.First, a chipboard with a thickness of 12 mm is fed to the device according to the invention. The device is used to generate a structure on a surface of the workpiece with a transport device for the delivery and / or removal of a workpiece provided with a liquid base layer in one transport direction, with one or more print heads and / or one or more nozzle bars for dispensing droplets and / or in the liquid base layer and with a fixing device, which is arranged downstream of the print head or heads in the transport direction and which heat and / or light to the The base layer of the workpiece radiates, the device having a control device. In this context, light is not only understood to mean light in the visible wavelength range, but in particular also UV light and infrared light.
Die Vorrichtung beinhaltet in der konkreten Ausführungsvariante der
Danach wird die so vorbeschichtete Platte einer digitalen Druckeinheit zugeführt, bei der eine ebenfalls acrylathaltige Tinte aus digitalen Druckköpfen (
In einem weiteren Schritt entsteht dann die Endhärtung durch intensivere UV-Bestrahlung.In a further step, the final hardening occurs through more intensive UV radiation.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach dem ersten Auftrag der flüssigen Grundschicht und dem Aufbringen der Tröpfchen und der ersten Aushärtung ein zweiter Durchgang erfolgen, bei dem eine weitere flüssige Grundschicht aufgebracht wird und ebenfalls Tröpfchen aufgespritzt werden.In an alternative embodiment of the method according to the invention, after the first application of the liquid base layer and the application of the droplets and the first curing, a second pass can take place in which a further liquid base layer is applied and droplets are also sprayed on.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird nach dem Erzeugen dieser dreidimensionalen Struktur mit einer Tiefe von 2 µm - 100 µm, besonders bevorzugt 3 µm - 50 µm, ein dekoratives Bild auf die vorher schon erfindungsgemäß strukturierte Oberfläche gedruckt werden. Der Druckvorgang erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers. Dabei wird das dekorative Bild so auf die dreidimensionale Struktur abgestimmt, dass die dekorativen Elemente des Bildes mindestens in Teilbereichen der Oberfläche synchron zu der zuvor erzeugten, dreidimensionalen Struktur sind. Dabei bedeutet synchron, dass die dekorative Bildgebung eine längenmäßige Abweichung von der darunter liegenden, dreidimensionalen Struktur von weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm erreicht. Abweichungen werden hier gemessen zwischen Teilen des Bildes, z.B. einem dekorativ gedruckten Astloch und der entsprechend zugeordneten Struktur, z.B. einer runden Vertiefung gleichen Ausmaßes, wie das gedruckte Astloch.In a further alternative embodiment, after this three-dimensional structure has been produced, with a depth of 2 μm-100 μm, particularly preferably 3 μm-50 μm, a decorative image is printed on the surface that has already been structured in accordance with the invention. In a preferred embodiment, the printing process is also carried out with the aid of an inkjet printer. The decorative image is matched to the three-dimensional structure in such a way that the decorative elements of the image are synchronous with the previously generated three-dimensional structure, at least in partial areas of the surface. Synchronous here means that the decorative imaging achieves a length-wise deviation from the three-dimensional structure underneath of less than 5 mm, particularly preferably less than 1 mm. Deviations are measured here between parts of the image, e.g. a decoratively printed knot hole and the correspondingly assigned structure, e.g. a round depression of the same size as the printed knot hole.
In einer alternativen Ausführungsform wird das dekorative Bild als erstes vor der Strukturierung der Oberfläche auf das Werkstück, z.B. die Holzwerkstoffplatte, gedruckt. Dabei hat die Werkstoffoberfläche vor dem Drucken des Bildes eine geeignete Druckempfangsschicht als Beschichtung erfahren, die in einer Ausführungsform aus einer weißen Lackierung besteht. Auf diese wird dann das dekorative Bild gedruckt, bevorzugt ebenfalls mit einem Tintenstrahlverfahren. Danach erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beschichtung mit der flüssigen Grundschicht, die in diesem Falle transparent ist, um das darunter dekorativ gedruckte Bild zu erkennen. Nach dem Auftrag dieser flüssigen Grundschicht wird dann mit dem Aufspritzen der Tröpfchen die erfindungsgemäße Struktur erzeugt, die dann durch das nachfolgende Aushärten der flüssigen Schicht und der Tröpfchen fixiert wird. Auch in dieser Ausführungsform wird bevorzugt eine synchrone Struktur zwischen dem darunter liegenden Bild und der aufgebrachten Struktur erzeugt. Diese synchrone Struktur wird durch Abgleich von elektronischen Bilddaten erzeugt, welche sowohl zum Drucken des dekorativen, unten liegenden Bildes verwendet werden, wie auch für das Aufspritzen der Tröpfchen in die flüssige Grundschicht.In an alternative embodiment, the decorative image is first printed on the workpiece, e.g. the wood-based panel, before the surface is structured. Before the image was printed, the material surface was given a suitable pressure-receiving layer as a coating, which in one embodiment consists of a white lacquer. The decorative image is then printed on this, preferably likewise using an inkjet process. Thereafter, in the method according to the invention, the coating is carried out with the liquid base layer, which in this case is transparent in order to recognize the decoratively printed image underneath. After the application of this liquid base layer, the structure according to the invention is then produced with the spraying on of the droplets, which structure is then fixed by the subsequent hardening of the liquid layer and the droplets. In this embodiment too, a synchronous structure is preferably generated between the image below and the structure applied. This synchronous structure is generated by comparing electronic image data, which are used both for printing the decorative image below and for spraying the droplets into the liquid base layer.
Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:
Es wird eine Zementfaserplatte mit 10 mm Dicke zu einer Walzenauftragsvorrichtung transportiert, bei der ein wässriger, mit Titandioxid weiß eingefärbter Acrylatlack über Walzenauftrag mit einer Schichtstärke von 40 µm auf die Zementfaserplatte aufgebracht wird. Der wässrige Acrylatlack hat eine Viskosität von 300 bis 600 mPa s. Danach wird die so mit der flüssigen Grundschicht versehene Zementfaserplatte einem Digitaldrucker zugeführt, bei dem eine wässrige Tinte mit Tröpfchen mit einem Volumen von 10 - 40 pL aufgespritzt werden. Die so entstandene Struktur wird anschließend in einem IR-Strahler vorgetrocknet und danach in einem Düsenkanal endgetrocknet, um die so entstandene Oberflächenstruktur zu fixieren.A cement fiber board with a thickness of 10 mm is transported to a roller application device in which an aqueous acrylate varnish colored white with titanium dioxide is applied to the cement fiber board with a layer thickness of 40 μm by roller application. The aqueous acrylate varnish has a viscosity of 300 to 600 mPa s. The cement fiber board thus provided with the liquid base layer is then fed to a digital printer, where an aqueous ink with droplets with a volume of 10 - 40 pL is sprayed on. The structure created in this way is then pre-dried in an IR radiator and then finally dried in a nozzle channel in order to fix the surface structure created in this way.
In einer alternativen Ausführungsform kann die flüssig aufgebrachte Grundschicht aus einem wässrigen Lacksystem oder einem lösemittelbasierten Lacksystem bestehen. Dieses wird nach dem Aufspritzen der Tröpfchen dann z.B. ein einem Düsentrockner getrocknet und erhält so die Struktur.In an alternative embodiment, the base layer applied in liquid form can consist of an aqueous lacquer system or a solvent-based lacquer system. After the droplets have been sprayed on, this is then dried in a nozzle dryer, for example, and thus receives its structure.
In einer alternativen Ausführungsform wird auf ein glattes Werkstück zunächst eine lösemittelbasierte Tinte digital aufgedruckt, welche mit dem in einem zweiten Schritt flüssig aufgetragenen, wässrigen Acrylatlack reagiert, dergestalt, dass die im ersten Schritt aufgedruckte Tinte den Lack an diesen Stellen verdrängt. Durch diese Verdrängung entsteht an der Stelle eine Struktur, die in dem anschließenden Schritt dann durch Antrocknen des wässrigen Acrylatlackes angetrocknet und fixiert wird.In an alternative embodiment, a solvent-based ink is first digitally printed on a smooth workpiece, which ink reacts with the aqueous acrylate lacquer applied as a liquid in a second step, in such a way that the ink printed in the first step displaces the lacquer at these points. This displacement creates a structure at the point, which is then dried and fixed in the subsequent step by drying the aqueous acrylate lacquer.
Generell ist eine beliebige Kombination der verschiedenen Verfahrensschritte, d.h. Drucken eines dekorativen Bildes, Aufbringen einer flüssigen Grundschicht, Aufspritzen von Tröpfchen in die flüssige Grundschicht, Fixieren und Aushärten der Grundschicht, ggf. Drucken eines dekorativen Bildes auf eine bestehende, vorher entstandene Struktur sowie auch Drucken einer Struktur nach dem oben bereits genannten Stand der Technik entsprechend der Schrift
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Werkstückworkpiece
- 22
- Grundschichtbase layer
- 33
- Tröpfchendroplet
- 44th
- DigitaldruckköpfeDigital print heads
- 55
- UV-StrahlerUV emitter
- 66th
- BandtransportBelt transport
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