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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Oberflächen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung, kurz Drucker, zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Unter der Vielzahl gängiger Drucker gibt es neben solchen, die die Druckerfarbe direkt auftragen, beispielsweise Laserdruckern und Tintenstrahldruckern, auch Spezialdrucker für beispielsweise Sonderfarben, wie Metallictöne. Da sich diese nicht unmittelbar mit einem Druckkopf auftragen lassen, wird zunächst ein meist thermisch zu aktivierender Haftvermittler auf die zu bedruckende Oberfläche in der gewünschten Druckform aufgebracht. Nachdem dieser thermisch aktiviert wurde, wird dann eine mit der Druckfarbe versehene Transferfolie, z.B. Goldfolie, auf den Haftvermittler gedrückt, wobei Farbpartikel am Haftvermittler haften bleiben. Bei Entfernen der Transferfolie reißen die Farbpartikel meist in Form winziger Plättchen von der Folie ab und verbleiben auf dem Haftvermittler, so dass sich dort das gewünschte Druckbild zeigt.
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Die
DE 10 2015 118 841 A1 beispielsweise beschreibt ein solches Druckverfahren. Auch in der
WO 2016/162439 A1 wird ein entsprechendes Verfahren genutzt, um spezielle Drucke, beispielsweise mit Hologrammen, aufzubringen.
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Das vorbekannte Verfahren und nach ihm arbeitende Drucker sind jedoch in ihrem Anwendungsspektrum begrenzt. Insbesondere bei bestimmten Paarungen von schwierig zu verarbeitender Farbe und/oder Besonderheiten der zu bedruckenden Oberfläche können sich Farbauslassungen, mangelnde Präzision und ein unscharfes Druckbild ergeben. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung aufzuzeigen, die das Anwendungsspektrum bisheriger Drucker und Druckverfahren erweitern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Während bei den Druckverfahren und -vorrichtungen des Standes der Technik das Andrücken der Transferfolie auf den Haftvermittler in der Regel durch eine oder zwei zylindrische Walzen erfolgt, werden erfindungsgemäße Walzkegel eingesetzt, die um ihre Kegelachsen frei, d.h. ohne eigenen Antrieb, drehbar gelagert sind, wobei die Kegelachsen in Anstellwinkeln gegen eine senkrecht zur bedruckenden Oberfläche stehende Rotationsachse geneigt sind. Um diese Rotationsachse wird ein die Kegel aufnehmender Kegelhalter motorisch angetrieben, wodurch die Walzkegel auf der Transferfolie im Wesentlichen schlupffrei abwälzen - angestrebt ist völlige Schlupffreiheit, die jedoch in der Praxis normalerweise nicht erreichbar ist - und die Transferfolie an die zu bedruckende Oberfläche andrücken. Zwischen der Transferfolie und den Walzkegeln sollte die Differenzgeschwindigkeit somit Null sein, was Belastungen der Transferfolie vermindert, verhindert dass diese reißt und insbesondere dafür sorgt, dass die zu übertragenden Farbpartikel exakt platziert werden und nicht ggf. mitsamt dem eventuell noch nicht vollständig ausgehärteten Haftvermittler verschoben werden.
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Ebenfalls zur Erhöhung der Präzision und Schonung der Transferfolie ist es vorteilhaft, diese ohne Differenzgeschwindigkeit zu der zu bedruckenden Oberfläche auf der Oberfläche abzurollen. Dabei wird die Transferfolie, die in der Regel in einer Wickelgruppe aufgenommen ist, vor dem Kontaktbereich mit den Walzkegeln auf der zu bedruckenden Oberfläche abgerollt und nach dem Andrücken durch die Walzkegel wieder aufgerollt. Die Vorschubgeschwindigkeit für diesen Ab- und Aufrollvorgang liegt bevorzugt bei einer Größenordnung von 75 bis 125 mm/s, insbesondere bei etwa 100 mm/s. In Abhängigkeit davon lässt sich erfindungsgemäß die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Walzkegel, d.h. die Drehgeschwindigkeit am Kegelmantelrand mit dem größten Umfang, optimieren, so dass das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Walzkegel zur Vorschubgeschwindigkeit der Transferfolie in der Größenordnung von 8 bis 10, bevorzugt etwa 9 liegt, wodurch sich die Umfangsgeschwindigkeit der Walzkegel zu 200 bis 1.000 mm/s, besonders bevorzugt um die 900 mm/s ergibt.
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Es kann zur Verbesserung des Druckbildes beitragen, im Vorfeld und/oder während des Druckvorganges Strukturparameter der zu bedruckenden Oberfläche, wie deren Höhe, Kontur, Profil, Rauigkeit und/oder Saugfähigkeit zu messen. Einige Messungen können mittels eines Höhensensors taktil oder berührungslos erfolgen. In Abhängigkeit der gemessenen Strukturparameter und ggf. weiterer Einflussfaktoren wie beispielsweise klimatischer Bedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit etc.) kann dann die Rotationsgeschwindigkeit des Motors und/oder die Vorschubgeschwindigkeit der Transferfolie angepasst werden. Auch ist es möglich, die Kraft, mit der die Transferfolie an die zu bedruckende Oberfläche angedrückt wird, an das zu bedruckende Medium, die verwendete Farbe, den Haftvermittler und/oder die klimatischen Verhältnisse anzupassen. Die von den Walzkegeln auf die Transferfolie übertragene Kraft kann erfindungsgemäß so ausgeübt werden, dass auch eine Kraftkomponente quer zur Abrollrichtung der Transferfolie besteht, wodurch Farbpartikel in alle Richtungen gleichmäßiger von der Transferfolie abreißen. Auch dies trägt zur Verbesserung des Druckbilds bei.
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Insbesondere wenn Oberflächen mit großen Höhenunterschieden bedruckt werden sollen, beispielsweise Leder oder Karton mit starker Krokoprägung, ist es von Vorteil, die Walzkegel auf ihren mit der Transferfolie in Kontakt tretenden Kegelmänteln relieffiert und/oder elastisch auszugestalten. Dadurch sind die Walzkegel in der Lage, die Transferfolie und damit die anhaftende Druckfarbe auch in Rillen und Vertiefungen der zu bedruckenden Oberfläche hineinzudrücken, so dass auch dort ein Farbauftrag erfolgt. In die zu bedruckende Oberfläche wird die Farbe dabei gleichsam von den Walzkegeln einmassiert. Bevorzugt ist eine Reliefierung der Kegelmäntel der Walzkegel mit vorstehenden Bereichen derart ausgebildet, dass die Druckfarbe von der Transferfolie an den Haftvermittler auf der zu bedruckenden Oberfläche im Wesentlichen punktuell angearbeitet wird. Insbesondere können die Kegelmäntel der Walzkegel Noppen bzw. Stacheln aufweisen. Diese können bevorzugt selbst als 60°-Kegelchen mit leicht abgerundeter Spitze ausgebildet sein und sich vorzugsweise dicht an dicht auf dem Kegelmantel befinden. Eine Anisotrope, d.h. nicht regelmäßige, gewollt zufällige Verteilung dieser Noppen auf den Kegelmänteln ist zu bevorzugen, da eine absolut regelmäßige Platzierung eine schiebende Wirkung auf die Transferfolie haben würde.
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Die Walzkegel oder auch nur die Kegelmäntel können für ein optimiertes Andruckverhalten überwiegend, zumindest in ihren vorstehenden Bereichen bzw. Noppen aus einem Elastomer gefertigt sein. Unter Walzkegel im Sinne der Erfindung werden auch Kegelstümpfe verstanden, d.h. die Walzkegel müssen nicht bis zur Spitze voll ausgearbeitet sein. Vorteilhaft ist aber eine Anordnung der Walzkegel am Kegelhalter, bei der sich die Kegelachsen der Walzkegel in der Rotationsachse des Kegelhalters in einem sogenannten virtuellen Druckpunkt schneiden, was zu einer gleichmäßigen Rotation, einem sauberen Abwälzen der Walzkegel und damit zu einem präzisen Druckergebnis führt. Das Abwälzverhalten der Walzkegel ist optimal, wenn sich deren Kegelwinkel mit ihren jeweiligen Anstellwinkeln der Kegelachsen zu 90 ° ergänzen.
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Erfindungsgemäße Drucker können auch mit zwei Walzkegeln, auch unterschiedlicher Größe, betrieben werden. Ein gleichmäßiger Rundlauf und ein optimiertes Druckbild ergibt sich jedoch bei drei gleichmäßig angeordneten Walzkegeln, bevorzugt identischer Größe.
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Der Drucker kann mit mehreren Druckköpfen zum Aufbringen unterschiedlicher Haftvermittler ausgestattet sein. Insbesondere wenn das zu bedruckende Material relativ saugfähig ist, können dann unterschiedliche Haftvermittler nacheinander auf identische Positionen aufgebracht werden und/oder mehrere übereinanderliegende Schichten desselben Haftvermittlers aus einem Druckkopf, wenn beispielsweise eine erste und/oder zweite Portion des Haftvermittlers vom Material aufgesogen wird. Für die Verwendung von Haftvermittlern, die aktiviert werden müssen, sollte der Drucker ein Aktivierungselement erhalten, beispielsweise einen Lichtaktivator für UVaktivierbaren Klebstoff. Da viele Kleber bzw. Haftvermittler eine temperaturabhängige Viskosität und Haftverhalten aufweisen, kann der Drucker bevorzugt über eine Temperiervorrichtung für den bzw. die Druckköpfe und/oder die Übertragungseinheit verfügen, um ein optimales Druckklima einzustellen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie einem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel, das im Folgenden erläutert wird, es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Drucker in teils transparenter Darstellung,
- 2 eine Ansicht aus Richtung II auf den Gegenstand aus 1,
- 3 eine Detailvergrößerung der Übertragungseinheit (Bereich II) aus 2,
- 4 eine Ansicht aus Richtung IV-IV auf die Andruckgruppe aus 3,
- 5 eine Detailansicht eines Walzkegels,
- 6 eine isometrische Ansicht der Übertragungseinheit und
- 7 eine stark vergrößerte und schematische Darstellung bedruckter Oberfläche.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Drucker hat eine Basis 1 mit einem gekennzeichneten Druckbereich 2. Im vorderen Bereich befindet sich eine Bedienfläche 3, mit der die Druckerfunktionen gesteuert werden können. Im hinteren Bereich weist die Basis 1 eine Reinigungsöffnung 4 auf, über der ein Druckkopf 5 zur Reinigung (purge) ausgepustet werden kann. Der Druckkopf 5 ist Teil einer Auftragsfunktionseinheit 6, die sich in einer Druckbrücke 7 befindet. Die Druckbrücke 7 ist über der Basis 1 in Richtung der Pfeile 8 verfahrbar und nur in 1 transparent dargestellt, damit die Auftragsfunktionseinheit 6 mit ihren Elementen und eine ebenfalls in der Druckbrücke 7 angeordnete Übertragungseinheit 9 erkennbar ist.
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Die Auftragsfunktionseinheit 6 umfasst neben dem Druckkopf 5 zum Auftrag von Haftvermittler einen Höhenfühler 11, der zunächst die Höhe des zu bedruckenden Materials ermittelt, sowie ein Lichtaktivator (12), der mittels LEDs UV-Licht zur Aktivierung eines lichtaktivierbaren Haftvermittlers abstrahlt.
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Um die gewünschte Druckform vorzugeben, ist die Auftragsfunktionseinheit 6 in Richtung der Pfeile 13 in der Druckbrücke 7 verfahrbar. Nach Auftrag des Haftvermittlers und dessen Aktivierung wird mittels der Übertragungseinheit 9, die ebenfalls in der Druckbrücke in Richtung der Pfeile 14 verfahrbar ist, Druckfarbe auf die aufgedruckten Haftvermittlertröpfchen gebracht. Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren detaillierter erläutert.
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Die im Detail in den 3, 4 und 6 dargestellte Übertragungseinheit 9 umfasst eine Wickelgruppe 16 für mit Druckfarbe versehene Transferfolie 17 sowie eine in 4 dargestellte Andruckgruppe 18. Diese hat zwei Andruckrollen 19, die die Transferfolie (17) sanft in Kontakt mit der Oberfläche 21 des zu bedruckenden Mediums bringen. Zwischen den beiden Andruckrollen 19 ist ein Kegelhalter 22 um seine senkrechte Rotationsachse 23 motorisch angetrieben rotierbar gelagert. Der Kegelhalter 22 nimmt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckers drei Walzkegel 24 auf, die um ihre Kegelachsen 26 an einem den Walzkegel 24 nach hinten verlängernden Schaft, siehe 5, frei drehbar gelagert sind. Die Walzkegel 24 sind dabei in Anstellwinkeln α gegen die Rotationsachse 23 geneigt. Zusammen mit dem Kegelwinkel φ. ergänzt sich der Anstellwinkel α zu 90°.
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Bei motorischer Drehung des Kegelhalters 22 um seine Achse 23 wälzen die Walzkegel 24 durch die Reibung zwischen den Kegelmänteln und der Transferfolie 17 mit ihren Kegelmänteln auf der Transferfolie 17 ab. Dabei werden die Walzkegel 24 selbst nicht aktiv angetrieben, sondern in passive Rotation versetzt, indem sie frei um ihre Kegelachsen 26 drehen.
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Wie insbesondere 5 zeigt, sind die Kegelmäntel der Walzkegel 24 durch eine Mehrzahl von ebenfalls kegelförmigen Noppen gebildet. Diese drücken die Transferfolie 17 auch in eventuelle Vertiefungen der zu bedruckenden Oberfläche 21 hinein und massieren sich lösende Farbpartikel an bereits aufgebrachten Haftvermittler an.
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7 zeigt stark vergrößert eine mögliche Oberflächenbeschaffenheit des zu bedruckenden Mediums, wobei auf dessen Oberfläche 21 einzelne Tropfen Haftvermittler 27 und daran anhaftende Plättchen aus Farbpartikeln 28 angedeutet sind. In der Praxis werden die maximalen Höhenunterschiede H auf der zu bedruckenden Oberfläche 21 in der Regel nicht mehr als 0,5 mm betragen. Die Beschaffenheit der Farbe auf der Transferfolie 17 ist so zu wählen, dass diese in einer passenden Plättchengröße abreißt. Diese sollte größer als die Tropfengröße der Haftvermittlertropfen 27 sein, damit sich die Farbplättchen 28 randseitig überdecken und ein gleichmäßiger, lückenloser Druck entsteht.
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Die erfindungsgemäßen Drucker und das entsprechende Verfahren können eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen bedienen, bei denen vorher keine ausreichende Qualität erreicht werden konnte. So können auch Einzelstücke oder geringe Auflagen von wertigen Dokumenten in Gold- oder Silberfarben beispielsweise auf Karton in Krokoprägung gedruckt werden, wie es für Urkunden oder wissenschaftliche Arbeiten gefragt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015118841 A1 [0003]
- WO 2016/162439 A1 [0003]
