DE10324488A1

DE10324488A1 - Verfahren zum Laserbeschriften

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Publication number: DE10324488A1
Application number: DE2003124488
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Verfahren zum Laserbeschriften,
– bei dem ein Gemisch aus Flußmittel, Absorber und Farbpigmenten auf ein Substrat aufgebracht wird und
– das Gemisch durch Lasereinwirkung an ausgewählten Stellen fest mit dem Substrat verbunden wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– aus Metalloxidverbindungen mit organischen Resten oder Metallsalzen werden durch Hydrolyse und Kondensation Nanopartikel hergestellt,
– mit Absorber und Farbpigmenten vermischt und das eingedickte Gemisch auf das Substrat aufgetragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserbeschriften von bsw. Glas, Keramik, bei dem ein flüssiges Gemisch aus Flußmittel, Absorber und Farbpigmenten auf ein Substrat aufgebracht wird und das Gemisch durch Lasereinwirkung an ausgewählten Stellen fest mit dem Substrat verbunden wird. Verfahren dieser Art sind bsw. in der US-Patentschrift 6075223 näher beschrieben.
Durch hohe Laserenergie kann es zu Schäden am Substrat kommen. Ferner ist man in der Wahl der Farbpigmente eingeschränkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Laserbeschriftungsverfahren die erforderliche Laserleistung aus den vorgenannten Gründen möglichst zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:

– aus Metalloxidverbindungen mit organischen Resten oder Metallsalzen werden durch Hydrolyse und Kondensation Nanopartikel des Flußmittels hergestellt,
– diese werden mit Absorber und Farbpigmenten vermischt und auf das Substrat aufgebracht. (z.B. durch Sprühen, Ink-jet-Verfahren, Folientechnik).

Durch die Nanopartikel wird eine hohe Packungsdichte und eine optimale lokale Verteilung von Metalloxidverbindungen, Absorberpulver und Farbpigmenten erreicht und damit die Wärmeübertragung der absorbierten Laserenergie verbessert. Gleichzeitig wird durch den Zusammenschluß der Nanopartikel durch die Laserenergie auch die entsprechende Oberflächenenergie freigesetzt. Durch beide Effekte lässt sich die erforderliche Laserleistung reduzieren.
Ein nach dem vorstehendem Verfahren beschriftetes Substrat ist normalerweise frei von Wärmerissen und lässt eine höhere Freiheit in der Wahl der Farbpigmente als übliches Flußmittel, wie bsw. feingemahlenes Glas zu.
Der Anteil des im wesentlichen zunächst die Laserenergie aufnehmenden Absorbers, wie z.B. SnO kann zwischen 1–15 % liegen der Pigmentanteil richtet sich nach der gewünschten Farbe; er kann bis 70% gehen. Der Rest sind die Nanopartikel.
Als Ausgangssubstanzen werden Metalloxidverbindungen mit organischen Resten wie Alkyl, Carboxyl, Acetylacetonyl-Verbindungen usw. verwendet. Alternativ können auch Metallsalze wie Nitrate oder Hydroxide verwendet werden.
Die Ausgangsstoffe werden in einem Reaktionsprozeß einer Hydrolyse und Kondensation unterzogen. Hierdurch entstehen Nanopartikel im Größenbereich zwischen 10–500 nm.
Unter Hydrolyse ist dabei eine Reaktion zu verstehen, bei der die Bestandteile des späteren Flußmittels in Lösung gebracht werden.
Aus diesem Sol werden durch Zugabe von Katalysatoren Nanopartikel ausgefällt (Kondensation). In diese Suspension werden Absorber und Farbpigmentpartikel eingerührt. Die Suspension wird dann auf das Substrat flächig aufgesprüht und an den gewünschten Stellen eingelasert. Die nicht gelaserten Stellen sind leicht abwaschbar.
Alternativ kann das Material durch eine feine Düse strukturiert auf das Substrat aufgebracht und dann gelasert werden.
Ferner ist es möglich, das Material auf einer transparenten Kunststoffträgerfolie aufzubringen, die auf das Substrat aufgedrückt wird.
Der geführte Laserstrahl bewirkt dann das Aufschmelzen des Materials an den gewünschten Stellen und damit die Verbindung mit dem Substrat.
Es ist auch möglich, aus Metalloxiden mit organischen, molekularen Verbindungen ein vielkomponentiges Flußmittel zu erzeugen, das die Lasermaterialien Farbpigmente und Absorber umhüllt. Bei diesem Verfahren werden die Metalloxide mit den organischen Resten (z.B. Alkyl, Carboxyl-Acetylacetonyl-Gruppen) durch eine Hydrolyse in Lösung gebracht. Zusätzlich können die Absorber und die Farbpigmente in die Lösung eingebracht werden.
Durch Zugabe eines Katalysators (alkalische oder saure Flüssigkeit) kann eine Gelbildung hervorgerufen werden. In diesem stabilen Gel befinden sich homogen verteilt die Absorber und die Farbpigmente. Diese Gele enthalten natürlich noch viel gebundenes und freies Wasser.
Durch einen Erwärmungsprozeß bis zu einem Temperaturbereich von 500–700 °C schäumt das Gel sehr stark auf und bildet ein fein laminiertes Glas mit vielen kleinen Bläschen. In den Lamellen sind die Absorber und die Farbpigmente eingeschlossen und damit von einer sehr dünnen Schicht von Flußmitteln umgeben.
Eine einfache Mahltechnik führt zu einem partikularen Produkt, das flächig aufgesprüht oder mittels einer Düse (Ink-jet-Verfahren) strukturiert aufgebracht wird.
Alternativ kann das Produkt auch mittels einer Kunststoffträgerfolie auf das Substrat aufgebracht werden. Der innige Kontakt zwischen Absorber und Flußmittel und Farbpigmenten und Flußmittel bewirkt eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Laserleistung. Damit können auch empfindliche Substrate markiert werden. Darüberhinaus macht die verringerte Temperatur des Laservorganges die Verwendung sensibler gelber und roter Farbpigmente möglich.
Statt das Siliziumdioxid oder die Alkalidioxide (Na2O, Ka2O) über den oben beschriebenen Weg einzubringen ist es auch möglich, direkt gelöstes Wasserglas (SiO2 75–90 Gewichtsprozent, Na2O oder K2O 10–25 Gewichtsprozent) zu verwenden.

Claims

Verfahren zum Laserbeschriften, – bei dem ein Gemisch aus Flußmittel, Absorber und Farbpigmenten auf ein Substrat aufgebracht wird und – das Gemisch durch Lasereinwirkung an ausgewählten Stellen fest mit dem Substrat verbunden wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – aus Metalloxidverbindungen mit organischen Resten oder Metallsalzen werden durch Hydrolyse und Kondensation Nanopartikel hergestellt, – mit Absorber und Farbpigmenten vermischt und das eingedickte Gemisch auf das Substrat aufgetragen.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Metalloxidverbindungen mit organischen Resten von Alkyl, Carboxyl und/oder Acetylacetatverbindungen oder Metallsalzen aus Nitraten und/oder Hydroxiden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hydrolyse mit der die Metalloxide mit organischen Verbindungen in Lösung gebracht werden, in die Absorber und Farbpigmente eingerührt werden, – durch Zugabe von Katalysatoren zur Gelbildung und Aufschäumen des Gels und Glasbildung – und durch Aufbringen des fein gemahlenen Glases auf das Substrat.
Beschriftetes Substrat welches nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.