Der lithografische Druck (Offsetdruck)
basiert auf der Nichtmischbarkeit von Öl und Wasser auf der Druckform,
wobei die ölhaltige
Druckfarbe bzw. oleophile Lösung
von den bildaufbauenden Bereichen der Druckfläche festgehalten wird und das Wasser
bzw. die hydrophile Lösung
von den nichtbildaufbauenden Bereichen festgehalten wird. Wenn die
in geeigneter Weise vorbereitete Druckfläche mit oleophiler und hydrophiler
Lösung,
insbesondere mit Wasser und Druckfarbe, benetzt wird, so haftet
das Wasser vorzugsweise an den nichtbildmäßigen Bereichen und stößt dort
die Druckfarbe ab, während die
bildmäßigen Bereiche
die Druckfarbe annehmen und das Wasser abweisen. Die Druckfarbe
auf der so eingefärbten
Druckform wird anschließend
auf den Bedruckstoff übertragen,
in der Regel mittels eines dazwischen geschalteten Gummituchzylinders.
Sehr weit verbreitet werden als Druckformen Druckplatten
mit Aluminium als Trägermaterial
eingesetzt. Üblicherweise
wird das Aluminium zuerst mit einem Körnungsverfahren aufgeraut,
und dann wird mit einem Anodisierungsverfahren eine anodische Oxidschicht
aufgebracht. Durch die Körnung
wird die hydrophile Eigenschaft der Oberfläche verstärkt. Auf den Aluminiumträger wird
eine strahlungsempfindliche Schicht aufgebracht und gegebenenfalls
weitere Trenn- und Schutzschichten. Es ist eine große Zahl von
strahlungsempfindlichen Materialien bekannt, die nach Belichtung
sowie Entwicklung und Fixierung eine für den lithografischen Druck
geeignete Abbildung auf der Druckform erzeugen. Beispielsweise können dazu
fotopolymerisierbare Stoffe verwendet werden. Die Druckplatte wird
einer bildmäßigen Belichtung
unterworfen, indem selektiv Energie zugeführt wird. Dies kann beispielsweise
großflächig mittels
der Belichtung mit UV- Licht
durch einen sogenannten Farbauszugsfilm als Maske erfolgen oder auch
punktweise durch direktes Schreiben mit einem Laserstrahl.
Die lithografischen Druckplatten
der beschriebenen Art werden mit einer Entwicklerlösung behandelt,
die typischerweise eine wässrige
alkalische Lösung
mit organischen Zusätzen
ist. Die Notwendigkeit, beträchtliche
Mengen dieser Substanzen einzusetzen und zu entsorgen, hat seit
einiger Zeit zu Bestrebungen geführt,
sogenannte prozesslose Druckplatten herzustellen, bei denen zur
Erzeugung der druckbaren Abbildung auf ein nasschemisches Entwicklungsverfahren
verzichtet werden kann. Bei einem verbreiteten Typ solcher Druckplatten
befindet sich auf dem hydrophilen Aluminiumträger eine farbführende Schicht,
die aus Latex besteht. Mit energiereicher Strahlung wird die farbführende Schicht
selektiv gehärtet
und dabei mit dem Aluminium verbunden. In den nicht bestrahlten
Bereichen wird die Latexschicht in der Druckmaschine von der wässerigen Feuchtmittellösung zu
Beginn des Drucks aufgelöst und
zusammen mit der Druckfarbe auf die ersten Papierbogen übertragen.
Danach verhalten sich die freigelegten hydrophilen Bereiche wie
bei einer normalen Offsetdruckplatte. Bei anderen prozesslosen Druckplatten,
die nach einem Ablationsprinzip bebildert werden, wird mit energiereicher
Strahlung eine Oberflächenschicht,
die hydrophil oder oleophil sein kann, selektiv abgetragen, so dass
die darunter liegende Schicht mit der entgegengesetzten Eigenschaft
in den abgetragenen Bereichen wirksam wird. Das abgetragene Material
wird entweder in der Belichtungseinrichtung als Staub abgesaugt,
oder die Druckplatte wird in einem separaten Vorgang gereinigt.
Obwohl solche Druckplatten ohne ein
nasschemisches Entwicklungsverfahren auskommen, können sie
aber nur einmal für
einen Druckauftrag bebildert werden und müssen danach entsorgt werden.
Deshalb wurde auch an der Entwicklung von mehrfach verwendbaren
Druckformen gearbeitet, die nach dem Abschluss eines Druckauftrags
gelöscht und
wieder neu bebildert werden können.
In der
EP 0 911 154 A1 und in der
EP 0 911 155 A1 wird eine
wiederverwendbare Druckform vorgeschlagen, deren Oberfläche aus
Titanoxid oder Zinkoxid besteht, welche in keramischer Form sowohl
rein oder mit metallischen Zusätzen gemischt vorliegen
können.
Diese Oberfläche
ist in nicht angeregtem Zustand hydrophob und kann durch Bestrahlung
mit ultraviolettem Licht in einen hydrophilen Zustand versetzt werden.
Durch Erwärmung
kann die Oberfläche
wieder in den hydrophoben Zustand zurück versetzt werden. Die Bebilderung
der Druckform geschieht, indem die gesamte Oberfläche der
Platte mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird und Bereiche, die
beim Druck Farbe führen
sollen, durch eine Maske bzw. einen Film abgedeckt werden. Alternativ kann
die Oberfläche
der Platte mit einem ultravioletten Laserstrahl belichtet werden,
der bildmäßig moduliert
wird. Die Löschung
der Druckform geschieht mit einer Heizeinrichtung. In einer anderen
Ausführungsform
erfolgt die Bebilderung der Druckform, indem die gesamte Oberfläche der
Platte zunächst ohne
Maske mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird und anschließend die
Bereiche, die beim Druck Farbe führen
sollen, mit einem thermischen Schreibkopf oder einem thermisch wirkenden
Laserstrahl in den hydrophoben Zustand zurück geschaltet werden.
In der
US
5,743,188 wird die Verwendung von Zirkonat (ZnO
2) in reiner Form oder mit anderen Zusätzen versehen
als aktives Material der Oberfläche
für eine
wiederverwendbare Druckform vorgeschlagen. Die Oberfläche kann
mit energiereicher Laserstrahlung im infraroten Bereich bebildert
werden, indem sie von einem hydrophilen, stöchiometrischen Zustand in einen
oleophilen, unterstöchiometrischen
Zustand umgewandelt wird. Mit Laserstrahlung im sichtbaren Bereich
kann sie vom oleophilen in den hydrophilen Zustand zurück gewandelt
werden. Die Löschung
der Bildinformation erfolgt durch Erhitzen in einer Sauerstoffatmosphäre oder
durch Bestrahlung mit einem Kohlendioxidlaser. In der US 5,925,496
wird die Verwendung von reinem Zirkon oder einer Zirkonlegierung
mit sehr ähnlichen
Eigenschaften der aktiven Oberfläche
vorgeschlagen.
In der
DE 100 21 451 A1 wird eine
Druckform mit einer Oberfläche
aus einer metallischen Titanschicht beschrieben. Die Oberfläche kann
durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Energie punktweise oder
auch großflächig mittels
einer dadurch bewirkten Änderung
ihrer Oberflächenenergie
zwischen einem hydrophilen und einem hydrophoben Zustand umgeschaltet
werden. Beispielsweise wird die Druckform durch Zufuhr von Wärme großflächig in
den hydrophoben Zustand gebracht und dann mit einem Laser im ultravioletten
Spektralbereich punktweise in den hydrophilen Zustand umgeschaltet.
Alternativ kann die Druckform durch Bestrahlung mit einer UV-Lampe
großflächig in
den hydrophilen Zustand gebracht werden und dann mit einem Laser
im infraroten Spektralbereich punktweise in den hydrophoben Zustand
umgeschaltet werden. Die Löschung der
Druckform erfolgt in beiden Fällen
durch die großflächige Umschaltung
mit Wärme
bzw. mit der UV-Lampe in einen der beiden Zustände.
In der
DE 39 38 449 C2 wird ein Druckwerk beschrieben,
in dem auf einen farbführenden
Zylinder eine äußere Schicht
aus einem Werkstoff mit einem temperaturabhängigen Formgedächtnis aufgebracht
ist, die eine Anordnung von Näpfchen
enthält. Mit
einer Temperiereinrichtung aus ein- und ausschaltbaren Heizelementen
können
Bereiche der Schicht selektiv zwischen zwei Formzuständen umgeschaltet
werden, wobei die Tiefe der Näpfchen
verändert
wird. Der Zylinder kann als löschbarer
und wiederverwendbarer Tiefdruckformzylinder verwendet werden oder
als Rasterwalze in dem Farbwerk einer Offsetdruckmaschine.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Herstellung einer verbesserten löschbaren und wiederbeschreibbaren
Druckform für
den Offsetdruck. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Formgedächtnismaterials
als Oberflächenmaterial
gelöst,
wobei Bereiche der druckenden Oberfläche durch Veränderung
der Temperatur zwischen zwei Kristallstrukturen umgewandelt werden,
die eine unterschiedliche Oberflächenenergie
aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine
Ausführungsform
der Druckform,
2 ein
Temperatur-Form-Diagramm eines Formgedächtnismaterials,
3 ein
Druckwerk für
eine erste Ausführungsform
der Erfindung,
4 ein
Druckwerk für
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung,
5 ein
Druckwerk für
eine dritte und vierte Ausführungsform
der Erfindung, und
6 einen
Aufbau der wiederverwendbaren Druckform.
Erfindungsgemäß weist die wiederverwendbare
Druckform eine Oberfläche
aus einem Formgedächtnismaterial
auf. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform
als Druckzylinder 1, der aus einem Kern 2 aus
Metall, aus einer Legierung oder aus einer Keramik besteht, auf
dem die druckende Oberfläche aus
dem Formgedächtnismaterial
als Schicht, Folie oder Umhüllung 3 aufgebracht
oder in geeigneter Weise abgeschieden wurde, wobei eine äußere Druckfläche 4 bereit
gestellt wird. Alternativ kann die Schicht oder Umhüllung 3 auch
eine hohle zylindrische Hülse
sein, die bei Verschleiß nach
einer gewissen Betriebsdauer bzw. Anzahl von Druckvorgängen ausgewechselt
werden kann.
Eine in der Technik häufig eingesetztes Formgedächtnismaterial
ist eine Legierung, die ungefähr
zu gleichen Teilen aus Titan und Nickel besteht und unter dem Handelsnamen
Nitinol bekannt ist. Es gibt noch weitere Legierungen mit der Formgedächtnis-Eigenschaft,
beispielsweise Kupfer-Zink-Aluminium- oder Kupfer-Nickel-Aluminium-Legierungen.
Eine Formgedächtnislegierung nimmt
in Abhängigkeit
von der Temperatur zwei unterschiedliche Kristallstrukturen ein,
eine weiche martensitische Struktur bei einer niedrigen Temperatur
T1, beispielsweise bei Raumtemperatur, und eine harte austenitische
Struktur bei einer höheren
Temperatur T3. Bei der niedrigen Temperatur kann die Legierung plastisch
verformt werden und behält
die Formänderung
bei. Wird die Legierung danach auf die höhere Temperaturerwärmt, wechselt
die martensitische Kristallstruktur in die austenitische Struktur. Dabei
bildet sich die plastische Formänderung
von selbst zurück
und die Legierung nimmt wieder ihre ursprüngliche Form ein, d.h. die
Legierung "erinnert" sich an ihre ursprüngliche
Form. Nach dem Abkühlen auf
die geringere Temperatur T2, die zwischen T1 und T3 liegt, behält sie auch
die austenitische Struktur und den damit verbundenen Formzustand
wieder bei, bis sie erneut auf die Temperatur T1 abgekühlt und
damit in die martensitische Struktur zurückgeführt wird. 2 zeigt diesen Hystereseeffekt in einem
Temperatur-Form-Diagramm.
Im Gegensatz zu der bekannten Anwendung eines
Formgedächtnismaterials
für eine
Tiefdruckform wird in der vorliegenden Erfindung die Formänderung
des Materials zwischen den beiden Formzuständen nicht genutzt. Die Erfindung
nutzt dagegen die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften, insbesondere
die unterschiedlichen Oberflächenenergien,
die mit den beiden temperaturabhängigen Kristallstrukturen
martensitisch und austenitisch verbunden sind. Die Form der Druckfläche 4 wird
beim Wechsel zwischen den Oberflächenzuständen nicht geändert. Zur
Herstellung der Druckform wird die Hysterese des Phasenüberganges
bei dem Abkühlen
der Legierung genutzt. Diese Hysterese beträgt je nach verwendeter Legierung
zwischen 10 und 100°K.
In dem Bereich der Hysterese kann je nach Legierung auch eine dritte
kristalline Struktur entstehen (z. B. kubische), dadurch wird die
Funktion der Druckform nicht beeinträchtigt. Die Oberflächenenergie
der martensitischen Struktur ist wesentlich höher als die der austenitischen
oder einer z. B. kubischen Struktur.
In einer ersten Ausführungsform
der Erfindung wird die Druckfläche 4 bebildert,
indem sie zunächst
durch Kühlung
auf die Temperatur T1 in die martensitische Kristallstruktur mit
einer hohen Oberflächenenergie
umgewandelt wird. Danach wird sie selektiv z.B. mit einem Laserstrahl
auf die Temperatur T3 aufgeheizt, so dass die bestrahlten Bereiche
in die austenitische Kristallstruktur mit der geringeren Oberflächenenergie
umgewandelt werden. Unmittelbar nach der Umwandlung kühlen die
bestrahlten Bereiche auf die Temperatur T2 ab, die die Raumtemperatur
oder die in der Druckmaschine vorherrschende Temperatur sein kann,
wobei aber die austenitische Struktur in diesen Bereichen erhalten
bleibt. Dann wird die Druckfläche 4 mit
einem Feuchtmittel benetzt, das nur an den nicht bestrahlten martensitischen
Bereichen mit der hohen Oberflächenenergie haften
bleibt. Die Druckfarbe haftet dann an den nicht wasserführenden
austenitischen Bereichen und wird direkt oder mittels eines Gummituchzylinders
auf den Bedruckstoff abgedruckt. Die Druckform wird somit nach dem
Prinzip des Nassoffsetdrucks verwendet.
In einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung kann die Druckform auch für den wasserlosen Offsetdruck
mit speziellen dafür
geeigneten Druckfarben verwendet werden. In dem Fall wird die Druckfläche 4 direkt
mit der Druckfarbe eingefärbt,
die nur an den nicht bestrahlten martensitischen Bereichen mit der
hohen Oberflächenenergie
haften bleibt.
In einer dritten Ausführungsform
der Erfindung wird das latente Bild, das durch die selektive Bebilderung
mit dem Laserstrahl entstanden ist, zunächst mit dem Feuchtmittel benetzt,
das nur an den nicht bestrahlten martensitischen Bereichen mit der hohen
Oberflächenenergie
haften bleibt. Dann wird eine Entwicklerflüssigkeit aufgetragen, die nur
an den trockenen Bereichen des latenten Bildes haftet, d.h. an den
nicht wasserführenden
austenitischen Bereichen. Die Entwicklerflüssigkeit wird anschließend ausgehärtet, beispielsweise
durch Wärmeeinwirkung
oder durch Bestrahlung mit UV-Licht, sichtbarem Licht oder infrarotem
Licht. Die Entwicklerflüssigkeit
kann beispielsweise eine Silikonverbindung sein, die noch durch
Zugabe von geringen Mengen eines Aktivators für die Einwirkung von Licht
sensibilisiert wird und somit besser mit Licht passender Wellenlänge ausgehärtet werden
kann. Aber auch unterschiedliche Öle und Farben, auch als Dispersion
mit dem Zusatz von Pigmenten, können
als Entwicklerflüssigkeit
verwendet werden. Ebenfalls denkbar sind verschiedene Kunststoffe,
die flüssig
aufgetragen und anschließend
ausgehärtet
werden. Wesentlich für
die Erfindung ist, dass die Entwicklerflüssigkeit und das Feuchtmittel
sich nicht vermischen können, und
dass die Entwicklerflüssigkeit
nach dem Aushärten
eine Oberflächenenergie
aufweist, die sich deutlich von der Oberflächenenergie der nicht mit Entwicklerflüssigkeit
bedeckten Druckfläche 4 unterscheidet
und bei der die Druckfarbe gut auf der ausgehärteten Entwicklerflüssigkeit
haftet. Nach dem Aushärten
der Entwicklerflüssigkeit
kann die Druckform während
der Druckphase im Nassoffset- oder auch im Trockenoffsetverfahren
verwendet werden, wobei die Druckfarbe auf den Flächen haftet,
die mit der ausgehärteten
Entwicklerflüssigkeit
bedeckt sind. Vor einer erneuten Bebilderung muss bei dieser Ausführungsform
die Druckform von der ausgehärteten Entwicklerflüssigkeit
gereinigt werden.
In einer vierten Ausführungsform
der Erfindung wird die Entwicklerflüssigkeit direkt auf das latente
Bild aufgebracht, das durch die selektive Bebilderung mit dem Laserstrahl
entstanden ist. Die Entwicklerflüssigkeit
haftet in dem Fall nur an den nicht bestrahlten martensitischen
Bereichen mit der hohen Oberflächenenergie
und wird dort ausgehärtet.
Anschließend
kann die Druckform während
der Druckphase wiederum im Nassoffset- oder auch im Trockenoffsetverfahren
verwendet werden, wobei die Druckfarbe auf den Flächen haftet,
die mit der ausgehärteten
Entwicklerflüssigkeit
bedeckt sind. Vor einer erneuten Bebilderung wird die Druckform
von der ausgehärteten
Entwicklerflüssigkeit
gereinigt.
Die Bebilderung der Druckform kann
außerhalb
der Druckmaschine in einem separaten Belichten erfolgen, aber vorzugsweise
ist die Bebilderungseinrichtung in die Druckmaschine integriert. 3 zeigt schematisch ein
solches Druckwerk für
die erste Ausführungsform
der Erfindung in einer Querschnittsansicht. Durch Anlegen einer
Kühlwalze 6 an den
Druckzylinder 1 wird die Druckfläche 4 bei der Temperatur
T1 in die martensitische Kristallstruktur umgewandelt. Alternativ
kann die Druckfläche 4 beispielsweise
auch mit kaltem Wasser oder mit einem kalten Luftstrom heruntergekühlt werden.
Anschließend
wird sie mit einer Bebilderungseinrichtung 7 bei der Temperatur
T3 selektiv in die austenitische Kristallstruktur umgewandelt. Die
Bebilderungseinrichtung 7 erzeugt vorzugsweise einen oder
mehrere Laserstrahlen mit einer für die Erwärmung ausreichenden Energiedichte,
die mit der Bildinformation moduliert werden und dabei axial (senkrecht
zur Zeichenebene in 3)
an dem rotierenden Druckzylinder 1 entlang bewegt werden,
so dass die Druckfläche 4 in Form
von engen Schraubenlinien Bebildert wird. Alternativ können die
Laserstrahlen auch mit hoher Geschwindigkeit entlang einer Mantellinie
des Druckzylinders 1 abgelenkt werden, zum Beispiel mit
einem rotierenden Polygonspiegel, während der Druckzylinder langsam
rotiert. Nach der Bebilderung beginnt die Druckphase, bei der die
Druckfläche 4 bei
jeder Umdrehung des Druckzylinders 1 mittels der Feuchtwalzen 8 mit
einem Feuchtmittel benetzt wird. Anschließend werden die nicht wasserführenden
Bereiche mittels der Farbwalzen 9 mit Druckfarbe eingefärbt, die
dann auf den Gummituchzylinder 10 übertragen und schließlich auf
den Bedruckstoff 5 abgedruckt wird. Nach dem Ende des Drucks
kann die Druckfläche 4 erneut
bebildert werden, wobei der alte Bildinhalt zunächst mit der Kühlwalze 6 durch
Herunterkühlen
auf die Temperatur T1 gelöscht
wird.
4 zeigt
schematisch ein Druckwerk für die
zweite Ausführungsform
der Erfindung in einer Querschnittsansicht, das für den trockenen
Offsetdruck geeignet ist und das die Druckfarbe vom Druckzylinder 1 direkt
auf den Bedruckstoff 5 abdruckt. Nach der Umwandlung der
Druckfläche 4 in die
martensitische Struktur bei der Temperatur T1 durch die Kühlwalze 6 wird
sie mit der Bebilderungseinrichtung 7 bei der Temperatur
T3 selektiv in die austenitische Kristallstruktur umgewandelt. Anschließend werden
die martensitischen Bereiche direkt mittels der Farbwalzen 9 mit
einer Druckfarbe eingefärbt,
deren Oberflächenenergie
an die Oberflächenspannung
der martensitischen Bereiche angepasst ist und die deswegen dort
haftet, und dann auf den Bedruckstoff 5 abgedruckt. Bei
dieser Ausführungsform
kann aber auch wie in 3 ein
Gummituchzylinder 10 vorgesehen werden, der die Druckfarbe vom
Druckzylinder 1 übernimmt
und sie dann auf den Bedruckstoff 5 abdruckt.
5 zeigt
ein Druckwerk für
die dritte Ausführungsform
der Erfindung in einer Querschnittansicht. Nach der Umwandlung der
Druckfläche 4 in
die martensitische Struktur bei der Temperatur T1 durch die Kühlwalze 6 wird
sie mit der Bebilderungseinrichtung 7 bei der Temperatur
T3 selektiv in die austenitische Kristallstrukturumgewandelt. Dann
wird das latente Bild, das durch die selektive Bebilderung entstanden
ist, mittels der Feuchtwalzen 8 mit dem Feuchtmittel benetzt,
das nur an den nicht bestrahlten martensitischen Bereichen mit der
hohen Oberflächenenergie
haften bleibt. Mit den Entwicklerwalzen 12 wird danach
die Entwicklerflüssigkeit
aufgetragen, die nur an den trockenen Bereichen des latenten Bildes
haftet, d.h. an den nicht mit dem Feuchtmittel benetzten austenitischen
Bereichen. Die Härtungseinrichtung 13 härtet anschließend die Entwicklerflüssigkeit
aus. Nach dem Aushärten
der Entwicklerflüssigkeit
wird die Druckform während
der Druckphase beispielsweise im Nassoffsetverfahren verwendet.
Dazu wird sie mit den Feuchtwalzen 8 mit Feuchtmittel benetzt
und mit den Farbwalzen 9 mit Druckfarbe eingefärbt. Wenn
im Trockenoffsetverfahren gedruckt werden soll, kommen die Feuchtwalzen 8 während der
Druckphase nicht mehr zum Einsatz, und die Druckform wird nur mit
den Farbwalzen 9 eingefärbt.
Nach Beendigung der Druckphase wird die Druckform mit der Reinigungseinrichtung
14 von
der ausgehärteten
Entwicklerflüssigkeit
sowie Resten der Druckfarbe gereinigt und kann dann erneut bebildert
werden. Zur Reinigung können
erprobte nasse Reinigungssysteme verwendet werden, die die Oberfläche mit
Lösungsmitteln
und rotierenden Bürstenwalzen
säubern.
Das Druckwerk von 5 kann auch für die vierte Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden. In dem Fall kommen die Feuchtwalzen 8 während der
Bebilderungsphase nicht zum Einsatz. Die Entwicklerflüssigkeit
wird mit den Entwicklerwalzen 12 direkt auf die nicht bestrahlten
martensitischen Bereiche des latenten Bildes aufgebracht, das durch
die selektive Bebilderung mit dem Laserstrahl entstanden ist, und
wird dann mit der Härtungseinrichtung 13 ausgehärtet.
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Aufbaus des Druckzylinders 1. Auf das Material des Kerns 2 ist
zunächst
eine Wärmeisolationsschicht 11 aufgebracht,
auf der dann die druckende Oberfläche aus dem Formgedächtnismaterial
beispielsweise als Folie oder Umhüllung 3 aufgebracht ist.
Die Wärmeisolationsschicht 11 unterstützt die
Bebilderung der Druckform, indem sie dafür sorgt, dass die durch die
Bebilderungseinrichtung in die Druckfläche 4 eingebrachte
Wärme nicht
so schnell in den Kern 2 abgeführt wird.