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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Vorbereiten von Glas für einen Ätzvorgang. 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. So kann Ätzen beispielsweise verwendet werden, um zusätzliche dekorative Merkmale an farbigem Glas wie beispielsweise Buntglasfenstern 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 Designs auf farbigem oder koloriertem Glas zu erzeugen. Im bekannten Prozess wird eine „Maske“ oder ein „Abdecklack“ auf das Buntglaswerkstück gebracht. Nachdem die Maske aufgebracht wurde, wird das Werkstück in eine Ätzlösung verbracht. Typischerweise enthält die Ätzlösung eine Säure, wie beispielsweise Fluorwasserstoffsäure. Die Maske ist aus einem Material hergestellt, das der Säure widersteht, sodass die Kolorierung des Buntglases in allen Bereichen des Werkstücks entfernt wird, mit Ausnahme derjenigen, wo die Maske vorhanden ist, wenn das Werkstück in die Ätzlösung eingetaucht wird. In einigen Beispielen wird ein Wachs als Maske verwendet. Wenn das Werkstück aus der Ätzlösung entfernt wurde, kann die Maske von dem Werkstück entfernt werden, um das Buntglasdesign 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.
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Masken müssen auch manuell und handgefertigt gestaltet werden, bevor sie aufgebracht werden, was ebenfalls den Zeitaufwand erhöht.
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Eine Schwierigkeit beim Buntglas liegt darin, dass es uneben ist. Glas kann beispielsweise unter Verwendung des Float-Glas-Prozesses perfekt eben hergestellt werden, wobei aber Buntglas nicht auf diese Weise hergestellt wird. Es ist handgeblasen, was zu Ungenauigkeiten und Schwankungen in der Dicke führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Drucksystem bereitgestellt zum Vorbereiten eines Glaswerkstücks für einen Ätzvorgang, mit: einem Drucker ausgestaltet zum Drucken einer Maske direkt auf das Glaswerkstück durch Aufbringen von Tinte mittels des Druckers auf das Glaswerkstück.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Glaswerkstück ein Buntglaswerkstück.
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Gemäß einem Beispiel ist das Glaswerkstück handgeblasen.
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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 Glaswerkstücks beim Drucken der Maske, um Veränderungen der Dicke des Glaswerkstücks zu berücksichtigen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Glasätzsystem bereitgestellt, mit dem Drucksystem und einem Ätzbad zum Aufnehmen eines Glaswerkstücks, zum Exponieren des Glaswerkstücks gegenüber einer Ätzlösung, um eine Kolorierung von dem Glaswerkstück in nicht von der Maske bedeckten Bereichen zu entfernen.
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Gemäß einem Beispiel werden mehrere Exponierungen des Glaswerkstücks gegenüber der Ätzlösung durchgeführt.
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Gemäß einem Beispiel werden verschiedene Bereiche des Glaswerkstücks gegenüber der Ätzlösung zu verschiedenen Zeitpunkten exponiert, um eine Dunkelheit der Kolorierung über dem Werkstück zu variieren.
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Gemäß einem Beispiel werden verschiedene Bereiche des Glaswerkstücks gegenüber der Ätzlösung für verschiedene Zeitperioden exponiert, um eine Dunkelheit der Kolorierung über dem Werkstück zu variieren.
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Gemäß einem Beispiel wird das Glaswerkstück gewaschen und die Maske entfernt, um einen fertigen Glasartikel bereitzustellen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Drucksystem einen 3-Achsen-Drucker ausgestaltet zum Drucken einer Maske direkt auf das Glaswerkstück durch Aufbringen von Tinte auf dieses mit einem Druckkopf des Druckers.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Drucksystem ein Druckbett zum Aufnehmen eines Glaswerkstücks für den Druckvorgang.
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Gemäß einem Beispiel ist der Druckkopf des Drucksystems ausgestaltet zum Bewegen in einer Tiefenrichtung des Glaswerkstücks beim Drucken der Maske, um Veränderungen in der Dicke des Glaswerkstücks Rechnungen zu tragen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der 3-Achsen-Drucker einen Tintenstrahldrucker.
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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 des unten näher beschriebenen neuen Prozesses produziert wurde;
- 2 schematisch eine Vorrichtung zeigt zum Herstellen einer Ätzmaske gemäß der Erfindung;
- 3 bis 5 schematisch Produktionsstufen eines geätzten Glasartikels gemäß dem neuen Verfahren zeigen;
- 6 schematisch ein System zeigt zum Drucken einer Ätzmaske gemäß der Erfindung schematisch.
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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 Buntglaswerkstück. In einigen Beispielen handelt es sich bei dem Drucker um einen Tintenstrahldrucker, wobei die Tinte als die Maske dient. In einigen Beispielen ist die Tinte eine weiße Tinte.
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In einigen Beispielen ist das Buntglaswerkstück handgeblasen (im Gegensatz zu einer Herstellung beispielsweise mittels eines Float-Glas-Prozesses). Jedes handgeblasene Werkstück 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. Ein Laser oder eine Sonde (beispielsweise eine Renishaw-Sonde) misst vorab die Konturen auf dem Werkstück in der Druckkopfbewegungsrichtung und führt eine Information über die Konturen zurück zu der Druckerverarbeitungseinheit. Die Druckerverarbeitungseinheit kann dann, falls erforderlich, den Druckkopf während des Bildens der gedruckten Masse anheben oder absenken, um die unebenen Konturen des Werkstücks zu berücksichtigen und eine gleichmäßige Verteilung der Tinte sicherzustellen. Eine Bewegung des Druckkopfs in der z-Achse ermöglicht auch ein Variieren der Dicke der aufzutragenden Maske durch Aufbringen verschiedener Tintenvolumen. Dies kann besser verstanden werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die 2 bis 6.
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In der Praxis kann die Form der Maske an einer Computerbenutzerschnittstelle unter Verwendung bekannter Computerdesigntools gestaltet werden. Die gestaltete Maske kann dann zum Drucker übertragen werden, der die Maske auf das Werkstück drucken kann. Dies ermöglicht ein Bilden von sehr viel aufwendigeren Masken (Auflösung des in das Glas geätzten Designs) auf das Werkstück, 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 Werkstücke 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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In Beispielen kann sich eine typische Druckzeit im Bereich von ungefähr 5 Minuten bewegen, abhängig von der Größe des Werkstücks und der Komplexität der gebildeten Maske. Mehrere Kacheln können gedruckt werden, um ein größeres Design zusammenzustellen. So kann beispielsweise ein Maskenentwurf in zwei oder mehr Sektionen auf ein Werkstück gedruckt werden. Das Werkstück 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 durchgeführt.
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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 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 Werkstück 102 in die Ätzlösung 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 Ätzdauer (d.h. der Zeitdauer, während der das Werkstück der Ätzlösung 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 Lösung, und möglicherweise eine verschiedene Zahl von Dips in verschiedenen Bereichen des Werkstücks erreicht werden.
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Wenn ein Werkstück aus der Ätzlösung entfernt ist, wird das Werkstück zum Entfernen verbleibender Ätzlösung gewaschen. Dann wird die Maske entfernt, um den fertiggestellten Glasartikel freizulegen (z.B. Buntglasprodukt 100).
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein die Erfindung beinhaltendes System. Ein zu druckendes Werkstück (z.B. ein Abschnitt eines Buntglases) ist schematisch bei 200 gezeigt. Die Farbe oder Kolorierung des Werkstücks 200 ist schematisch durch die Punktanordnung dargestellt. Das Werkstück 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 Papier zeigt). Das heißt, der Druckkopf 208 kann über eine Länge, Breite und Tiefe des Werkstücks 200 bewegt werden. Das Werkstück 200 kann an die Größe des Druckerbetts 206 angepasst sein. Alternativ, falls das Werkstück für das Druckerbett 206 zu groß ist, können geeignete Unterlagen zum Unterstützen des Werkstücks verwendet werden, und das Werkstück kann dann in einer Reihe von Druckoperationen um das Druckerbett bewegt werden, 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 Werkstück 200 durch Bewegen des Druckkopfs über das Werkstück 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 Werkstück 200 in eine Ätzlösung (z.B. ein Ätzbad) getaucht werden, wie vorstehend beschrieben, um Farbe (Kolorierung) auf dem Werkstück 200 in nicht von der gedruckten Maske (in diesem Falle die dreieckförmige Maske 210) bedeckten Bereichen zu entfernen.
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4 zeigt schematisch das Werkstück 200 nach dem Eintauchen in und Entfernen von 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 Werkstück 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 Ätzdauer, der Anzahl von Dips usw. abhängen kann. In 4 wurde die Maske 210 noch nicht entfernt.
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5 zeigt das Werkstück 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. Der Drucker 300 umfasst ein Bett 206 zum Aufnehmen des Werkstücks 200. Ein Bewegen des Druckkopfes 208 über dem Werkstück 200 in den x-, y-, z-Richtungen kann bewirkt werden mittels eines Roboterarms 214, der die Bewegung des Druckkopfs 208 steuert. Der Druckkopf 208 umfasst eine oder mehrere Düsen 216 zum Ausstoßen von Tinte auf das Werkstück 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 Werkstück 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.
