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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorbereiten von Glas für einen Ätzvorgang und ein System für ein solches. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Vorbereiten von handgeblasenem Buntglas für einen Ätzvorgang.
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Hintergrund
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Ätzen wird verwendet, um künstlerische Werke für Installationen zu kreieren, wie zum Beispiel architektonische Installationen und auch andere unabhängige Kunstwerke und dekorierte technische Glasprodukte. So kann Ätzen beispielsweise verwendet werden, um zusätzliche Behandlungsmerkmale an farbigem Glas wie beispielsweise Buntglasfenstern und andere Glasprodukte bereitzustellen.
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Beim Ätzen handelt es sich um einen Prozess, bei dem eine starke Säure verwendet wird, um Teile einer Materialoberfläche zu entfernen und dadurch ein Design auf der Materialoberfläche zu erzeugen. Es ist bekannt, Ätzen zur Herstellung von Designs auf buntem oder coloriertem Glas zu verwenden. Im bekannten Prozess wird eine „Maske“ oder ein „Abdecklack“ auf das Glas aufgebracht. Nachdem die Maske aufgebracht wurde, wird das Glas in eine Ätzlösung verbracht. Typischerweise enthält die Ätzlösung eine Säure, wie beispielsweise Fluorwasserstoffsäure. Die Verwendung solcher Säuren führt zu einer Vielzahl von Sicherheits- und Umweltproblemen. Die Maske ist aus einem Material hergestellt, das der Säure widersteht, sodass die Kolorierung des Buntglases in allen Bereichen des Glases entfernt wird, mit Ausnahme derjenigen, wo die Maske vorhanden ist, wenn das Glas in die Ätzlösung eingetaucht wird. In einigen Beispielen wird ein Wachs, wie etwa Bienenwachs, als Maske verwendet. Alternative Materialien für die Maske enthalten Teerfarbe, Asphalt, Vinylkunststoff, Latex oder Klebstoffe auf Plastikbasis. Wenn das Glas aus der Ätzlösung entnommen ist, kann die Maske von dem Glas entfernt werden, um die geätzte Oberfläche mit dem gewünschten Design freizulegen.
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In dem bekannten Prozess ist das Aufbringen der Maske zeit- und arbeitsaufwendig, was die Zahl der produzierbaren Stücke begrenzt. Die Maske wird auch typischerweise von Hand aufgebracht, sodass sie des Öfteren ungenau aufgebracht ist. Von Hand aufgebrachte Masken sind instabil und neigen zum Ablösen von der Oberfläche des Glases.
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Masken müssen manuell und handgefertigt entworfen werden, bevor sie aufgebracht werden, was ebenfalls den Zeitaufwand erhöht.
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Eine Eigenschaft des Buntglases liegt darin, dass es uneben ist. Glas kann beispielsweise unter Verwendung des Float-Glas-Prozesses perfekt eben hergestellt werden, wobei aber authentisches Buntglas nicht auf diese Weise hergestellt wird. Es ist handgeblasen, was zu Ungenauigkeiten und Schwankungen der Dicke und folglich zu Schwierigkeiten beim Ätzen führt, obgleich ästhetisch wünschenswert. Derzeit ist das Ätzen auf Buntglas zeitaufwändig und es ist schwierig, ein qualitativ hochwertiges Finish zu erzielen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt zum Vorbereiten von Glas für einen Ätzvorgang, mit: Bereitstellen eines Glasabschnitts; und Aufdrucken einer Maske direkt auf das Glasabschnitt durch Aufbringen von Tinte mittels eines Druckers.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Glasabschnitt ein Buntglas.
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Gemäß einem Beispiel ist der Glasabschnitt handgeblasen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Glasabschnitt ein Überfangglas mit einer Primärschicht und einer oder mehreren Sekundärschichten.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Drucker einen Tintenstrahldrucker.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Drucker einen 3-Achsen-Drucker.
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Gemäß einem Beispiel ist ein Druckkopf des Druckers ausgestaltet zum Bewegen in einer Tiefenrichtung des Glasabschnitts beim Drucken der Maske, um Veränderungen der Dicke des Glasabschnitts zu berücksichtigen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren ein Aufbringen verschiedener Tintendicken an verschiedenen Positionen auf dem Glasabschnitt.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren, nach dem Drucken der Maske auf den Glasabschnitt, ein Exponieren des Glasabschnitts gegenüber einer Ätzlösung, um eine Kolorierung von dem Glasabschnitt in nicht von der Maske bedeckten Bereichen zu entfernen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren ein Durchführen mehrerer Exponierungen des Glasabschnitts gegenüber der Ätzlösung.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren ein Exponieren verschiedener Bereiche des Glasabschnitts gegenüber der Ätzlösung zu verschiedenen Zeitpunkten, um eine Dunkelheit der Kolorierung über dem Glasabschnitt zu variieren.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren ein Exponieren verschiedener Bereiche des Glasabschnitts gegenüber der Ätzlösung für verschiedene Zeitperioden, um eine Dunkelheit der Kolorierung über dem Glasabschnitt zu variieren.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Verfahren ein Waschen des Glasabschnitts und Entfernen der Maske, um ein fertiges Glasprodukt bereitzustellen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Drucksystem zum Vorbereiten eines Glasabschnitts für einen Ätzvorgang bereitgestellt, mit einem Drucker ausgestaltet zum Drucken einer Maske direkt auf einen Glasabschnitt durch Aufbringen von Tinte auf den Glasabschnitt.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Glasabschnitt ein Buntglas.
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Gemäß einem Beispiel ist der Glasabschnitt handgeblasen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Glasabschnitt ein Überfangglas mit einer Primärschicht und einer oder mehreren Sekundärschichten.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Drucker einen Tintenstrahldrucker.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der Drucker einen 3-Achsen-Drucker.
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Gemäß einem Beispiel ist ein Druckkopf des Druckers ausgestaltet zum Bewegen in einer Tiefenrichtung des Glasabschnitts, um Veränderungen der Dicke des Glasabschnitts zu berücksichtigen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Drucksystem ein Druckbett zum Aufnehmen eines Glasabschnitts für den Druckvorgang.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Glasätzsystem bereitgestellt, mit: einem Drucksystem gemäß dem zweiten Aspekt; und einem Ätzbad zum Aufnehmen eines Glasabschnitts, zum Exponieren zumindest eines Bereichs des Glasabschnitts gegenüber einer Ätzlösung, um eine Kolorierung aus dem Glasabschnitt in nicht von der Maske bedeckten Bereichen zu entfernen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Glasätzsystem eine Waschstation zum Waschen des Glasabschnitts, um die Maske zu entfernen und dadurch ein fertiges Glasprodukt bereitzustellen.
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Figurenliste
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Die Erfindung kann besser verstanden werden durch Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen:
- 1 ein fertiggestelltes Beispiel eines dekorativen Buntglasprodukts zeigt, das unter Verwendung der unten näher beschriebenen Erfindung hergestellt wurde;
- 2 schematisch eine Vorrichtung zeigt zum Herstellen einer Ätzmaske gemäß der Erfindung;
- 3 bis 5 schematisch Herstellungsstufen eines geätzten Glasartikels gemäß der Erfindung zeigen;
- 6 schematisch ein System zeigt zum Drucken einer Ätzmaske gemäß der Erfindung;
- 7 ein Beispiel für einen Glasabschnitt zeigt, an dem die Erfindung ausgeführt werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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Gemäß der Erfindung wird ein von einem Computer numerisch gesteuerter (CNC-) Drucker verwendet zum Bilden einer Maske auf einem zu ätzenden Buntglasabschnitt. In einigen Beispielen kann der Buntglasabschnitt als ein Glaswerkstück bezeichnet sein. In einigen Beispielen handelt es sich bei dem Drucker um einen Tintenstrahldrucker, wobei die Tinte als die Maske dient. Einige Beispiele für verwendbare Drucker umfassen hochwertige Tintenstrahldrucker wie zum Beispiel Mimaki® JFX200, TECJET6090 Flachbettdrucker, und Canon® Océ 1280XT. In einigen Beispielen ist die verwendete Tinte eine kohlenstoffhaltige Tinte. Ein Beispiel für eine verwendbare Tinte umfasst die Fuji®-Sericol®-Tinte. In einigen Beispielen ist die verwendete Tinte eine weiße Tinte. Weiße Tinte ist kostengünstig und umfasst ein widerstandsfähiges Titanoxidmolekül. Es ist jedoch ersichtlich, dass in anderen Beispielen Tinten mit anderen Farben verwendet werden können.
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In einigen Beispielen ist das Buntglaswerkstück handgeblasen (im Gegensatz zu einer Herstellung beispielsweise mittels eines Float-Glas-Prozesses). Jedes handgeblasene Glas weist Oberflächenungenauigkeiten auf, wie beispielsweise eine unebene oder konturierte Oberfläche.
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In einigen Beispielen wird ein 3-Achsen-Drucker zum Aufbringen der Maske verwendet. Der 3-Achsen-Drucker weist einen Druckkopf auf, der in der x-y-Ebene bewegt wird, um das Maskendesign oder -muster auf das Glas zu drucken. Darüber hinaus ist der Druckkopf in der z-Richtung bewegbar, um die Glasdicke auszugleichen. In einigen Beispielen druckt der Druckkopf während der Bewegung in z-Richtung nicht, und beginnt mit dem Drucken oder nimmt das Drucken wieder auf, sobald die korrekte Position relativ zum Glasabschnitt erreicht ist.
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In der Praxis kann die Form der Maske an einer Computerbenutzerschnittstelle unter Verwendung bekannter Computerdesigntools gestaltet werden. In einigen Beispielen wird eine Computerdesigntool verwendet, das eine für einen Rastergrafikprozessor (RIP) geeignete Datei bereitstellen kann. Die gestaltete Maske kann dann zum Drucker übertragen werden, der die Maske auf das Glas drucken kann. Dies ermöglicht ein Bilden von sehr viel aufwendigeren Masken (Auflösung des in das Glas geätzten Designs) auf das Glas, als gewöhnlich per Hand möglich ist. Darüber hinaus wird der Prozess des Vorbereitens und Aufbringens einer Maske im Vergleich zu bekannten manuellen Techniken deutlich beschleunigt. Der gespeicherte Datensatz für die Maske kann selbstverständlich auch wiederverwendet werden, was bedeutet, dass die Maske auch auf einfache Weise auf verschiedene oder weitere Glasabschnitte reproduziert werden kann. In Beispielen stellt die Verwendung und wiederholte Verwendung eines gleichen Datensatzes für eine Maske (z.B. ein Designer entwirft eine Maske an einem Computer, die Maskendaten werden durch den Computer formatiert und zum Ansteuern des Druckers gesendet) auch eine Sicherheit des Ergebnisses bereit und vereinfacht die Reproduzierbarkeit und Qualitätskontrolle eines fertigen Produkts.
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Durch die vorliegende Erfindung kann die Arbeitszeit beim Herstellen eines geätzten Glasprodukts von Stunden auf Minuten verkürzt werden. Zwar ist der Zeitverbrauch von der Größe und Komplexität abhängig, zum Beispiel wären ungefähr 8 Stunden oder so erforderlich, um einen komplexen geätzten Glasabschnitt mit 0,5m2 unter Verwendung bekannter manueller Verfahren herzustellen. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung könnte dies auf 4 oder 5 Minuten verringert werden. Mehrere Kacheln oder Abschnitte können gedruckt werden, um ein größeres Design zusammenzustellen. So kann beispielsweise ein Maskenentwurf in zwei oder mehr Sektionen auf einen Glasabschnitt gedruckt werden. Das Glas kann relativ zum Druckkopf bewegt werden, um ein Bilden der getrennten Maskensektionen zu ermöglichen. In einigen Beispielen wird die Bewegung des Werkstücks zwischen Druckstufen manuell von einer Bedienperson ausgeführt.
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Zusätzlich zu den Zeitgewinnen ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Detailgenauigkeit in der Maske (und folglich dem fertiggestellten geätzten Produkt), die zuvor nicht möglich war. Durch Verwenden einer CNC-Maschine zur Erzeugung der Maske kann ein digitaler Satz von Informationen und eine Massenfertigung identischer Produkte ermöglicht werden. Dies kann den vorherigen langsamen und teuren Prozess ersetzen, bei dem die Herstellungsdauer sehr stark vom Design abhängig ist. Unter Verwendung des alten Prozesses kann es bei einem komplexen Design Stunden dauern, bis die Maske geschnitten ist, und noch länger, bis die Maske aufgebracht ist, bei hoher Fehlerwahrscheinlichkeit während des Schneidens.
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7 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels eines Abschnitts eines Glases 700, das in einigen Beispielen verwendet werden kann. Das Glas 700 umfasst eine Primäroberfläche 740. Die Primäroberfläche kann klar sein. Das Glas 700 umfasst eine Sekundäroberfläche 742. Die Sekundäroberfläche 742 umfasst eine kolorierte oder bunte Schicht. In einigen Beispielen kann mehr als eine sekundäre Schicht vorhanden sein. Das Glas 700 wird erzeugt durch Verbringen eines schmelzenden oder geschmolzenen Abschnitts der Sekundärschicht 742 in einen schmelzenden oder geschmolzenen Abschnitt der Primärschicht 740 und anschließendes Blasen des Glases. Diese Art des Glases 700 wird als „überfangenes Glas“ („flashed glass“) oder „Überfangglas“ („flash glass“) bezeichnet. Die Sekundärschicht 742 ist die durch die Säure entfernte Schicht. Die Sekundärschicht 742 kann auch als die „Überfangschicht“ bezeichnet werden.
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Eine Draufsicht auf ein Beispiel eines durch das offenbarte Verfahren erzeugten Buntglasprodukts oder -artikels 100 ist in 1 gezeigt. Das Buntglasprodukt 100 ist auf einem Glasabschnitt, oder Glaswerkstück, 102 gebildet.
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In diesem Beispiel entsprechen die grauen Bereiche (d.h. die Bereiche 104, 106, 108, 110, 112, 114) solchen Bereichen, die von der gedruckten Maske bedeckt waren, bevor das Glass 102 in das Ätzbad mit der Ätzlösung (Säure) verbracht wurde. Bereiche ohne Schattierung (z.B. der Bereich 116) entsprechen solchen Bereichen, in denen die Kolorierung während des Ätzprozesses entfernt wurde.
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Es ist ersichtlich, dass variierende Schattierungen (z.B. Dunkelheit) der Kolorierung entlang des Produkts 100 vorhanden sein können. Beispielsweise ist der Bereich 103 innerhalb des Bereichs 104 dunkler als der Bereich 105. In gleicher Weise ist das Band 106 dunkler als das Band 108. In einigen Beispielen wird die Variation der Dunkelheit durch Veränderung der Ätzungsdauer (d.h. der Zeitdauer, während der das Glas der Säure ausgesetzt ist) verursacht. Je länger ein Bereich in der Lösung gehalten wird, desto heller wird der Bereich sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Veränderung der Dunkelheit auch durch mehrmaliges Wiederholen eines Eintauchens („Dips“) in die Säure, und möglicherweise eine verschiedene Zahl von Dips in verschiedenen Bereichen des Glases erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Veränderung der Dunkelheit durch Verändern der Dicke der aufgedruckten Maske über dem Glass erreicht werden.
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Wenn das Glas aus der Ätzlösung entfernt ist, wird das Glas zum Entfernen verbleibender Säure gewaschen. In einigen Beispielen kann ein Isopropanol-Glasreiniger zum Reinigen des Glases verwendet werden. Dann wird die Maske entfernt, um das fertiggestellten Glasprodukt freizulegen (z.B. Buntglasprodukt 100).
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein die Erfindung beinhaltendes System. Zu bedruckendes Glas (z.B. ein Abschnitt eines Buntglases) ist schematisch bei 200 gezeigt. Bei dem Glas 200 kann es sich um einen Abschnitt eines Überfangglases, wie oben beschrieben, handeln. Die Farbe oder Kolorierung des Glases 200 ist schematisch durch die Punktanordnung dargestellt. Das Glas 200 ruht auf einem Bett 206 eines 3-Achsen-CNC-Tintenstrahldruckers. Ein Druckkopf des Tintenstrahldruckers ist schematisch bei 208 gezeigt. Wie oben erläutert, kann der Druckkopf 208 in den x-, y- und z-Richtungen bewegt werden (wobei die z-Richtung bei der Betrachtung der 2 in das und aus dem Dokument zeigt). Das heißt, der Druckkopf 208 kann über eine Länge, Breite und Tiefe des Glases 200 bewegt werden. Das Werkstück 200 kann an die Größe des Druckerbetts 206 angepasst sein. Alternativ, falls das Glas 200 für das Druckerbett 206 zu groß ist, können geeignete Unterlagen zum Unterstützen des Glases verwendet werden, und das Glas wird dann in einer Reihe von Druckoperationen um das Druckerbett bewegt, bis das erforderliche Drucken abgeschlossen ist.
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Wie oben erläutert, kann der CNC-Drucker so programmiert sein, dass der Druckkopf 208 ein unter Verwendung eines geeigneten Computerdesigntools vorbereitetes Design druckt.
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3 zeigt ein Beispiel, bei dem Computeranweisungen zu dem Druckkopf 208 gesendet wurden, um ein Dreieck 210 auf das Glas 200 durch Bewegen des Druckkopfs über das Glas unter Abscheiden von Tinte zu drucken. Die aufgebrachte Tinte ist schematisch durch das schwarze Dreieck gezeigt, obgleich ersichtlich ist, dass die Tinte in der Praxis eine andere Farbe (z.B. weiß) aufweisen kann.
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Wenn das Drucken der Maske beendet ist, kann das Glas 200 in eine Ätzlösung (z.B. ein Ätzbad) getaucht werden, wie vorstehend beschrieben, um Farbe (Kolorierung) auf dem Glas 200 in nicht von der gedruckten Maske (in diesem Falle die dreieckförmige Maske 210) bedeckten Bereichen zu entfernen. In Beispielen wird das Glas 200 von Hand unter sehr kontrollierten Bedingungen aufgrund der von der Säure ausgehenden Gesundheitsgefahr in die Ätzlösung verbracht. So wird die das Glas in die Ätzlösung verbringende Person Schutzkleidung, wie etwa einen Raumanzug, tragen. Das Verfahren wird auch an einem abgesetzten Ort (z.B. entfernt vom Zentrum einer Ortschaft oder Stadt) innerhalb einer angemessen konstruierten Einrichtung mit geeigneten Lufteinlässen und -auslässen und geeigneter Reinigungsausstattung ausgeführt.
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4 zeigt schematisch das Glas 200 nach dem Eintauchen in und Entfernen aus der Ätzlösung. Wie schematisch durch das Weglassen der Punkte (vgl. mit 3) gezeigt ist, wurde die Farbe in den nicht von der Maske 210 bedeckten Bereichen von dem Glas 200 entfernt. In diesem Beispiel wurde die gesamte Farbe in diesen Bereichen entfernt, sodass diese Bereiche nunmehr klares (oder merklich klares) Glas sind, obgleich gemäß vorstehender Beschreibung das Ausmaß der Farbentfernung von der Ätzungsdauer, der Anzahl von Dips, der Dicke der Maske usw. abhängen kann. In 4 wurde die Maske 210 noch nicht entfernt.
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5 zeigt das Glas 200 schematisch nach der Entfernung der Maske 210, um einen entsprechenden dreieckförmigen Bereich 212 freizulegen, in dem die Farbe des Buntglases beibehalten wurde.
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6 zeigt schematisch einen Drucker 300, der zum Ausführen des beschriebenen Druckprozesses verwendet werden kann. In diesem Beispiel umfasst der Drucker 300 einen Tintenstrahldrucker, wie zuvor beschrieben. Der Drucker 300 umfasst ein Bett 206 zum Aufnehmen des Glases 200. Ein Bewegen des Druckkopfes 208 über dem Glas 200 in den x-, y-, z-Richtungen kann mittels eines Roboterarms 214 bewirkt werden, der die Bewegung des Druckkopfs 208 steuert. Der Druckkopf 208 umfasst eine oder mehrere Düsen 216 zum Ausstoßen von Tinte auf das Glas 200.
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Eine Rechnervorrichtung ist schematisch bei 222 gezeigt. Die Rechenvorrichtung ist schematisch mit einem Speicher 218 und einem Prozessor 220 gezeigt. Der Speicher 218 kann die für die Steuerung des Druckers 300 erforderlichen Druckertreiber speichern. Der Speicher 218 kann auch zu einem oder mehreren auf das Glas 200 zu druckenden Mustern gehörende Daten speichern. Die Funktionalität der Rechenvorrichtung 222 kann in dem Drucker 300 vorhanden sein, in einem mit dem Drucker 300 kommunizierenden externen Computer, oder kann zwischen dem Drucker 300 und einem externen Computer verteilt sein. Das Druckersystem gemäß 6 ist ausgestaltet zum Ausführen des Druckprozesses des Aufbringens einer Maske gemäß der Beschreibung unter Bezugnahme auf die 2 bis 5.
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Die hier beschriebenen Beispiele sind als erläuternde Beispiele von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu verstehen. Weitere Ausführungsbeispiele und Beispiele sind beabsichtigt. Jedes in Bezug auf ein Beispiel oder Ausführungsbeispiel beschriebene Merkmal kann alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen verwendet werden. Darüber hinaus kann jedes in Bezug auf ein Beispiel oder Ausführungsbeispiel beschriebene Merkmal auch in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen eines jeden anderen der Beispiele oder Ausführungsbeispiele verwendet werden, oder jede Kombination aus jedem anderen der Beispiele oder Ausführungsbeispiele. Ferner können auch hier nicht beschriebene Äquivalente und Modifikationen im Umfang der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist, einbezogen sein.
