DE102018210113B3

DE102018210113B3 - Tintenstrahl-Druckverfahren zur Erzeugung homogen aussehender Druckbilder auf sphärischen Körpern

Info

Publication number: DE102018210113B3
Application number: DE102018210113.2A
Authority: DE
Inventors: Silas Falter
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: CN110626089A; US20190389228A1; CN110626089B; US10611175B2; JP6599038B1; JP2019217771A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Körpern mittels Tintenstrahldrucks, mit dem homogen aussehende Druckbilder auf den Körpern erhalten werden, insbesondere beim Bedrucken großer einfarbiger Flächen. Hierzu wird die Intensität der beim Pinning verwendeten UV-Strahlung in den Bahnanschlussbereichen verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Körpern mittels Tintenstrahldrucks, mit dem homogen aussehende Druckbilder auf den Körpern erhalten werden.
Bei dem Bedrucken von Körpern, insbesondere sphärischen Körpern wie beispielweise Fußbällen, Motorradhelmen und dergleichen, mittels Tintenstrahldrucks gibt es die bekannte Vorgehensweise, dass die auf die Körper zu druckenden Druckbilder angesichts der vergleichsweise geringen Größe von herkömmlichen Tintenstrahldruckköpfen nicht in einem einzigen Durchgang gedruckt werden, sondern dass das gewünschte Druckbild in einzelne Bahnen zerlegt wird und die einzelnen Bahnen nacheinander mit dem Tintenstrahldruckkopf auf den Körper gedruckt und nacheinander mit Strahlung, meist UV-Strahlung, gehärtet werden. Eine hierfür geeignete Druckmaschine ist beispielsweise in der DE 10 2015 203 798 A1 beschrieben.
Eine besondere Herausforderung bei dieser Art des Bedruckens von Körpern ist es, im Ergebnis ein homogenes Druckbild auf dem Körper zu erhalten, dem man nicht mit bloßem Auge ansieht, dass es aus mehreren Bahnen zusammengesetzt ist. Dieses Problem ist besonders ausgeprägt, wenn große gleichfarbige Flächen auf dem Körper gedruckt werden.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze beschrieben, diesen Herausforderungen zu begegnen.
EP 3 023 253 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Tintenstrahldruck auf Behältern. Zur Darstellung größerer Druckbilder auf den Behältern werden Teilaufdrucke verwendet, welche im Anschlussbereich kämmend überlappen.
WO 2013/165394 A1 beschreibt ein Inkjetdruckverfahren, bei dem die UV-Leistung nach dem Bedrucken variiert, beispielsweise linear vergrößert wird. Die Variation der UV-Leistung erfolgt dabei einheitlich über die gesamte Breite der gedruckten Bahnen.
Die Verfahren des Standes der Technik beschränken sich im Wesentlichen auf geometrische Optimierungen des Grenzbereiches benachbarter Druckbahnen oder die Optimierung der UV-Strahlungsleistung über die gesamte Breite der Druckbahn, um die Auffälligkeit des Bahnanschlusses zu verringern. Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren sind von den optischen Ergebnissen her nicht zufriedenstellend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Tintenstrahldruckverfahren auf Körpern anzugeben, mit dem es möglich ist, die Auffälligkeit des Bahnanschlusses weiter zu verringern und damit die optische Homogenität des Druckbildes weiter zu steigern.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein sehr homogenes Druckbild erhalten wird, wenn die Pinningleistung, also die Intensität der verwendeten UV-Strahlung, für jede Bahn so eingestellt wird, dass diese in den Randbereichen der Bahnen abfällt.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken eines Körpers mittels Tintenstrahldrucks, umfassend die folgenden Schritte:

i) Bereitstellen eines Körpers und Bedrucken des Körpers mit einem Druckbild mittels wenigstens eines Tintenstrahldruckkopfs, wobei das Druckbild sich aus wenigstens zwei Bahnen zusammensetzt und jede Bahn einen innenliegenden Kernbereich und zwei außenliegende Randbereiche aufweist, wobei die wenigstens zwei Bahnen so angeordnet sind, dass die außenliegenden Randbereiche benachbarter Bahnen aneinander angrenzen oder teilweise überlappen und
ii) Bestrahlen der in Schritt i) erzeugten Bahnen mit UV-Strahlung mittels einer UV-Strahlungsquelle,

Als Druckbild wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das übergeordnete Bildmotiv verstanden, das sich aus den wenigstens zwei gedruckten Bahnen zusammensetzt.
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Bedrucken des Körpers eine Tinte eingesetzt, die mit UV-Strahlung gehärtet werden kann. Die Auswahl der Tinten ist nicht sonderlich eingeschränkt. Es können prinzipiell alle dem Fachmann bekannten, zum Drucken und Härten in einer Druckmaschine einsetzbaren Tinten verwendet werden, beispielsweise wasserbasierte Tinten oder auf organischen Lösungsmitteln basierende Tinten. Die Tinten können farbig oder farblos sein, wobei farbige Tinten bevorzugt sind.
Erfindungsgemäß werden wenigstens zwei Bahnen auf dem Körper mittels wenigstens eines Tintenstrahldruckkopfs erzeugt, wobei die wenigstens zwei Bahnen anschließend mittels einer UV-Strahlungsquelle gehärtet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform legt der wenigstens eine Tintenstrahldruckkopf eine Wegstrecke zur Herstellung der wenigstens zwei Bahnen über dem Körper zurück und die UV-Strahlungsquelle folgt dieser Wegstrecke, um mit zeitlichem Abstand nach dem Aufbringen der Tinte auf den Körper die Härtung der Tinte auf dem Körper zu bewirken. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform legt der Körper beim Erzeugen der wenigstens zwei Bahnen mittels des wenigstens einen Tintenstrahldruckkopfs eine Wegstrecke unter dem wenigstens einen Tintenstrahldruckkopf zurück und die UV-Strahlungsquelle folgt dieser Wegstrecke.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man die Intensität der UV-Strahlung beim in Schritt ii) durchgeführten Bestrahlen so ein, dass die UV-Strahlung nur zu einem Zwischenhärten der in Schritt i) erzeugten Bahnen führt. Anschließend härtet man in einem auf Schritt ii) folgenden Schritt iii) die zwischengehärteten Bahnen durch Bestrahlen mit UV-Strahlung größerer Intensität vollständig durch.
Erfindungsgemäß nimmt die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche der in Schritt i) erzeugten Bahnen hin ab. Bevorzugt ist die Intensität der UV-Strahlung über die gesamte Breite des innenliegenden Kernbereichs einer Bahn nahezu konstant und nimmt dann vom inneren Rand des jeweiligen außenliegenden Randbereichs zum äußeren Rand des jeweiligen außenliegenden Randbereichs ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung von den innenliegenden Kernbereichen zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche der in Schritt i) erzeugten Bahnen bis auf eine Intensität von Null ab.
Der Abfall der Intensität der UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich zum äußeren Rand eines jeweiligen außenliegenden Randbereichs kann einem linearen, exponentiellen oder einem anderen Verlauf folgen. Bevorzugt ist ein in etwa exponentieller Abfall der Intensität der UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich zum äußeren Rand eines jeweiligen außenliegenden Randbereichs. Bevorzugt erfolgt der in etwa exponentielle Abfall der Intensität der UV-Strahlung bis auf eine Intensität von Null am äußeren Rand des außenliegenden Randbereichs einer Bahn.
Erfindungsgemäß bestrahlt man in Schritt ii) die in Schritt i) erzeugten Bahnen mit UV-Strahlung. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Intensität der UV-Strahlung im innenliegenden Kernbereich bei höchstens 5000 mW/cm², bevorzugt bei höchstens 3000 mW/cm² und besonders bevorzugt bei höchstens 2000 mW/cm². In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung über die gesamte Breite der Bahn im Bereich zwischen 0 und 5000 mW/cm², bevorzugt im Bereich zwischen 0 und 3000 mW/cm² und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0 und 2000 mW/cm².
Erfindungsgemäß setzt sich das Druckbild aus wenigstens zwei Bahnen zusammen, wobei die wenigstens zwei Bahnen so angeordnet sind, dass die außenliegenden Randbereiche benachbarter Bahnen aneinander angrenzen oder teilweise überlappen. Benachbarte Bahnen können parallel zueinander oder auf andere Weise, beispielsweise schräg zueinander, angeordnet sein. Bei paralleler Anordnung der benachbarten Bahnen zueinander können diese aneinander angrenzen, also ohne Zwischenraum und ohne zu überlappen nebeneinander angeordnet sein, oder teilweise überlappen. Sind die benachbarten Bahnen schräg zueinander angeordnet, überlappen diese zumindest teilweise. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Bahnen parallel zueinander angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Bahnen parallel zueinander angeordnet und überlappen teilweise.
Die Breite der in Schritt i) erzeugten Bahnen ist nicht sonderlich eingeschränkt und im Wesentlichen nur abhängig von der Druckbreite des verwendeten Tintenstrahldruckkopfs. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Breite einer in Schritt i) erzeugten Bahn im Bereich zwischen 0,5 und 10 cm, bevorzugt zwischen 1 und 8 cm.
Jede auf dem Körper erzeugte Bahn weist einen innenliegenden Kernbereich und zwei außenliegende Randbereiche auf, welche zusammen die gesamte Breite der jeweiligen Bahn ergeben. Es ist bevorzugt, dass die beiden außenliegenden Randbereiche einer Bahn gleich breit sind. Bevorzugt liegt das Verhältnis der Breite des innenliegenden Kernbereichs zu der Breite eines außenliegenden Randbereichs einer Bahn im Bereich zwischen 1:5000 und 5000:1, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1:1000 und 1000:1, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1:500 und 500:1 und speziell im Bereich zwischen 1:100 und 100:1.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren nimmt die UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche der bestrahlten Bahnen ab. Bevorzugt wird dies durch wenigstens eine der folgenden Maßnahmen erreicht:

a) teilweises Abschirmen der UV-Strahlungsquelle, insbesondere mittels einer Blende;
b) teilweises Abschirmen des Körpers, insbesondere mittels einer Blende;
c) Verändern der Position von Körper und UV-Strahlungsquelle zueinander, insbesondere der zueinander stehenden Winkel; und
d) Steuerung der lokalen Leistung der UV-Strahlungsquelle.

Im bevorzugten Fall d) kann es sich bei der UV-Strahlungsquelle um eine LED-Leiste handeln, bei welcher UV-Strahlung emittierende LED-Strahler nebeneinander aufgereiht sind. Um ein Abfallen der UV-Intensität zum Rand hin zu erreichen, kann bei einer solchen LED-Leiste beispielsweise die Strahlungsleistung der außenliegenden LED-Strahler im Vergleich zu den innenliegenden LED-Strahlern verringert sein.
Als zu bedruckende Körper in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind solche bevorzugt, welche eine zumindest teilweise gewölbte Struktur aufweisen und insbesondere eine sphärische, also elliptische oder kugelförmige Form besitzen. Beispiele für geeignete zu bedruckende Körper sind Bälle, beispielsweise Fußbälle, Handbälle oder Basketbälle, Helme, beispielsweise Motorradhelme, Rennfahrerhelme oder Fahrradhelme, Flaschen, Kanister und dergleichen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können als UV-Strahlungsquelle prinzipiell alle dem Fachmann bekannten UV-Strahlungsquellen eingesetzt werden, beispielsweise UV-Leuchtdioden (LEDs), UV-Kaltkathodenröhren, UV-Laser, Quarzlampen oder Quecksilberdampflampen.
1 zeigt schematisch zwei parallel nebeneinander liegende Bahnen (1, 2), die direkt aneinander anschließen, jeweils mit einem innenliegenden Kernbereich (3) und zwei außenliegenden Randbereichen (4). Dargestellt ist auch die UV-Strahlungsquelle (5), welche beispielsweise nebeneinander angeordnete UV-LEDs (nicht dargestellt) aufweisen kann. In einem ersten Schritt wird die erste Bahn (1) erzeugt, indem der Körper unter einem ortsfesten Tintenstrahldruckkopf (nicht dargestellt) von oben nach unten (auf der y-Achse) verfahren wird und die auf diese Weise erzeugte Bahn dann in einem zweiten Schritt mit UV-Strahlung mittels der UV-Strahlungsquelle (5) gehärtet wird (Pinning). Die UV-Strahlungsquelle (5) folgt dabei dem Verlauf der Bahn, verfährt also ebenfalls von oben nach unten (auf der y-Achse, symbolisiert durch den Pfeil an der UV-Strahlungsquelle). Anschließend wird auf die gleiche Weise die zweite Bahn (2) erzeugt und durch Bestrahlen mit der UV-Strahlungsquelle (5) gehärtet.
2 zeigt die in 1 dargestellten zwei parallel nebeneinander liegenden Bahnen (1, 2) mit den Raumrichtungen x und y und zusätzlich schematisch die lokale Verteilung der applizierten UV-Strahlungsintensität, die auch als UV-Leistung bezeichnet werden kann, auf beiden Bahnen (1, 2) (Linien mit Punkten, zunehmende UV-Strahlungsintensität in y-Richtung). In den innenliegenden Kernbereichen (3) der Bahnen (1, 2) ist die UV-Strahlungsintensität über die gesamte Breite des jeweiligen innenliegenden Kernbereichs nahezu konstant und auf maximalem Niveau. In den außenliegenden Randbereichen (4) nimmt die UV-Strahlungsintensität von dem hohen Niveau des innenliegenden Kernbereichs (3) ab bis auf eine UV-Strahlungsintensität von Null an den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche (4). Der Abfall der UV-Strahlungsintensität vom innenliegenden Kernbereich (3) zu einem äußeren Rand eines außenliegenden Randbereichs (4) wird auch als Flanke (6) bezeichnet.
3 zeigt ein ähnliches Prinzip wie 2, wobei die zwei parallel nebeneinander liegenden Bahnen (1, 2) mit ihren jeweiligen außenliegenden Randbereichen (4) teilweise überlappen (4a). Dementsprechend erfolgt auch ein Bestrahlen mit der UV-Strahlungsquelle (nicht dargestellt) auf eine Weise, dass die mit UV-Strahlung bestrahlten Flächen in den außenliegenden Randbereichen der Bahnen teilweise überlappen (Linien mit Punkten).
Bezugszeichenliste

1: erste Bahn
2: zweite Bahn
3: innenliegender Kernbereich
4: außenliegender Randbereich
4a: überlappende außenliegende Randbereiche
5: UV-Strahlungsquelle
6: Abfall der Kurve der UV-Strahlungsintensität (Flanke)
x: Raumrichtung x
y: Raumrichtung y

Claims

Verfahren zum Bedrucken eines Körpers mittels Tintenstrahldrucks, umfassend die folgenden Schritte: i) Bereitstellen eines Körpers und Bedrucken des Körpers mit einem Druckbild mittels wenigstens eines Tintenstrahldruckkopfs, wobei das Druckbild sich aus wenigstens zwei Bahnen (1, 2) zusammensetzt und jede Bahn (1, 2) einen innenliegenden Kernbereich (3) und zwei außenliegende Randbereiche (4) aufweist, wobei die wenigstens zwei Bahnen (1, 2) so angeordnet sind, dass die außenliegenden Randbereiche (4) benachbarter Bahnen aneinander angrenzen oder teilweise überlappen und ii) Bestrahlen der in Schritt i) erzeugten Bahnen (1, 2) mit UV-Strahlung mittels einer UV-Strahlungsquelle (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich (3) zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche (4) der in Schritt i) erzeugten Bahnen (1,2) hin abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bedrucken des Körpers mittels Tintenstrahldrucks eine Tinte eingesetzt wird, die mit UV-Strahlung gehärtet werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper beim Erzeugen der wenigstens zwei Bahnen (1, 2) mittels des wenigstens einen Tintenstrahldruckkopfs eine Wegstrecke unter dem wenigstens einen Tintenstrahldruckkopf zurücklegt und die UV-Strahlungsquelle (5) dieser Wegstrecke folgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Schritt ii) durchgeführte Bestrahlen nur zu einem Zwischenhärten der in Schritt i) erzeugten Bahnen (1, 2) führt und man in einem auf Schritt ii) folgenden Schritt iii) die zwischengehärteten Bahnen (1, 2) durch Bestrahlen mit UV-Strahlung durchhärtet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung von den innenliegenden Kernbereichen (3) zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche (4) der in Schritt i) erzeugten Bahnen (1, 2) hin bis auf eine Intensität von Null abnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Intensität der beim Bestrahlen in Schritt ii) verwendeten UV-Strahlung über die gesamte Breite der Bahn (1, 2) im Bereich zwischen 0 und 5000 mW/cm² liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Schritt i) erzeugten wenigstens zwei Bahnen (1, 2) parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite einer einzelnen in Schritt i) erzeugten Bahn (1, 2) im Bereich zwischen 0,5 und 10 cm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Breite des innenliegenden Kernbereichs (3) zu der Breite eines außenliegenden Randbereichs (4) einer Bahn (1, 2) im Bereich zwischen 1:500 und 500:1 liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man das Abnehmen der Intensität der UV-Strahlung vom innenliegenden Kernbereich (3) zu den äußeren Rändern der außenliegenden Randbereiche (4) der bestrahlten Bahnen (1, 2) durch wenigstens eine der folgenden Maßnahmen erreicht: a) teilweises Abschirmen der UV-Strahlungsquelle (5), insbesondere mittels einer Blende; b) teilweises Abschirmen des Körpers, insbesondere mittels einer Blende; c) Verändern der Position von Körper und UV-Strahlungsquelle (5) zueinander, insbesondere der zueinander stehenden Winkel; d) Steuerung der lokalen Leistung der UV-Strahlungsquelle (5).