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Die
Erfindung betrifft Bildübertragungsfolien und
Verfahren zur Übertragung
von Bildern auf nicht ebene Oberflächen, welche die Folien nutzen.
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Obwohl
viele Verfahren zur Übertragung
von Bildern auf zahllose Oberflächen
existieren, stoßt man
auf Schwierigkeiten, wenn die Oberflächen nicht eben sind. Bekannte
Techniken mit Verwendung von Abziehbildern, Etiketten, Farbe und
Druckfarbe können
angewandt werden, um Bilder auf herkömmliche Weise auf die Oberfläche dreidimensionaler,
nicht ebener Objekte aufzubringen, aber derartige Verfahren nicht
ideal.
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Abziehbilder
und Etiketten, die entweder aus Papier oder aus Folie bestehen,
können
bedruckt und entweder automatisch durch kostspielige Maschinen oder
physisch durch einen Handarbeiter auf eine nicht ebene Oberfläche aufgebracht
werden. Abziehbilder und Etiketten können nur auf eine Oberfläche auf
einmal aufgebracht werden. Beim Aufbringen von Abziehbildern und
Etiketten beispielsweise auf Spielzeuge muß eine vertiefte Flache, die
vorgeformt ist oder unmittelbar über
der Höhe
des Abziehbilds liegt, in das Gußstück einkonstruiert werden, um der
erforderlichen Gesetzgebung zur Manipulationssicherheit zu entsprechen,
die speziell auf dem Spielzeugmarkt existiert.
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Wasserabziehbilder
werden immer von Hand aufgebracht, und obwohl die Fläche um das
Bild herum zum größten Teil
durchsichtig ist, müssen
in bestimmtem Umfang letzte Feinkorrekturen ausgeführt werden,
um das fertige Endprodukt herzustellen. Dies ist ein langsamer Prozeß und erfordert
einen hohen Grad an manueller Geschicklichkeit, und selbst dann
ist der Ausschußanteil
hoch.
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Handbemalung
kann angewandt werden und ist in der Tat möglicherweise das gebräuchlichste
Dekorationsverfahren. Handbemalung ist jedoch sehr langsam und arbeitsintensiv.
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Klotzdruck,
obwohl als Single-Pass-Farbdruck angewandt, wird überwiegend
bei kleineren Spielzeugprodukten auf einer Produktionslinie eingesetzt.
Das Verfahren ist zuverlässig,
leidet aber in einer Anzahl von Bereichen, wie z. B. Registerhaltung, Kosten
und Bildvielseitigkeit, Bildqualität und Verarbeitungszeit.
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Das
Dokument
JP-A-59204501 offenbart eine
Folie, die eine Schicht aus Polymer mit Formgedächtnisfunktion aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung geht die oben genannten Probleme an und bietet
eine bequeme und wirkungsvolle Möglichkeit,
eine hochwertige Bildübertragung
auf nicht ebene Oberflächen
bereitzustellen.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung
eines Bilds auf eine nicht ebene Oberfläche bereitgestellt, wobei eine
Bildübertragungsfolie
benutzt wird, die ein Polymer mit Formgedächtnis (SMP) oder eine ähnliche Substanz
aufweist.
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Die
Bildübertragungsfolie
kann unter einem ersten Satz von vorgegebenen Bedingungen mit der Oberfläche in Kontakt
gebracht werden, wodurch das Bild auf die Oberfläche übertragen wird. Der erste Satz
von vorgegebenen Bedingungen kann die Anwendung von Wärme und
die Anwendung einer Kraft aufweisen, welche die Bildübertragungsfolie
in Kontakt mit der Oberfläche
preßt.
Die Kraft kann durch Anlegen eines Vakuums angewandt werden.
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Es
kann veranlaßt
werden, daß das
Polymer mit Formgedächtnis
(SMP) oder die ähnliche
Substanz unter einem zweiten Satz von vorgegebenen Bedingungen seine
(ihre) ursprüngliche
Form wieder annimmt.
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Der
zweite Satz von vorgegebenen Bedingungen kann eine Verminderung
der Kraft aufweisen, was einen Verlust des Vakuums einschließen kann.
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Alternativ
kann veranlaßt
werden, daß das Polymer
mit Formgedächtnis
(SMP) oder die ähnliche
Substanz unter einem zweiten Satz von vorgegebenen Bedingungen die
Form der Oberfläche
annehmen kann. Der zweite Satz von vorgegebenen Bedingungen kann
die Bereitstellung eines Klebstoffs aufweisen, der das Polymer mit
Formgedächtnis
(SMP) oder die ähnliche
Substanz an die Oberfläche
anklebt. Die Kraft kann durch Aufrechterhaltung des Vakuums beibehalten
werden.
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Das
als Polymer mit Formgedächtnis
oder SMP bekannte Material wird von Mitsubishi Heavy Industries,
630 Fifth Avenue, New York, NY 10111, USA, hergestellt. Es ist ein
Polyurethanmaterial, das leicht zu verarbeiten und herzustellen
ist, sich bei Erhitzen schnell von "hart" nach "weich" verändert und seine
ursprüngliche
Härte beim
Abkühlen
schnell zurückgewinnen
kann. Es ist die Existenz einer großen und reversiblen Änderung
des Elastizitätsmoduls beim
Durchlaufen der Glasübergangstemperatur (Tg),
die eine Formänderung
und Formerhaltung ermöglicht.
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Der
Bereich von Harte zu Weichheit kann individuell gestaltet werden,
und es kann ein breiter Bereich von Übergangstemperaturen gewählt werden. Beim
Erhitzen auf die vorgegebene Übergangstemperatur
Tg kann SMP leicht umgeformt werden, um beim Abkühlen eine neue Form anzunehmen.
Sobald das SMP wieder Temperaturen über Tg ausgesetzt wird, treibt
der Gedächtniseffekt
das SMP, seine ursprüngliche
Prozeßform
zurückzugewinnen.
Standard-Glasübergangstemperaturen
von SMP sind 25, 35, 45 und 55°C,
aber spezialisierte Übergangstemperaturen
sind zwischen –30
und 75°C
verfügbar.
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1 stellt
die Formgedächtniseigenschaften
von SMP dar. Es ist unter Umständen
möglich, die
SMP-Zusammensetzung zu modifizieren oder zu verstärken, oder
es könnten
sogar andere Materialien mit ähnlichen
Eigenschaften entwickelt werden. Derartige Materialien gehören zum
Gebiet der Erfindung.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Bildübertragungsfolie
bereitgestellt, die aufweist:
ein Polymer mit Formgedächtnis (SMP);
und
ein bildtragendes Medium.
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Die
Bildübertragungsfolie
kann ferner ein zwischen dem SMP oder ähnlichem Material und dem bildtragenden
Medium angeordnetes Bildabgabe- bzw. Bildtrennsystem aufweisen.
Das Bildtrennsystem kann eine Siliconbeschichtung aufweisen.
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Das
bildtragende Medium kann eine Druckfarbe oder einen Toner aufweisen.
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Die
Bildflbertragungsfolie kann eine ablösbare Trägerschicht aufweisen.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Verwendung von SMP oder
einer ähnlichen Substanz
bei der Bildübertragung
auf eine nicht ebene Oberfläche
bereitgestellt.
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Nachstehend
werden erfindungsgemäße Verfahren
und Bildübertragungsfolien
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 die
Struktureigenscheften von SMP zeigt;
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2 den
Druck eines Bilds auf eine Bildübertragungsfolie
darstellt;
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3a) eine erste Ausführungsform, b) eine zweite
Ausführungsform
und c) eine dritte Ausführungsform
der Bildübertragungsfolie
darstellt; und
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4 eine
Schemazeichnung einer Bildübertragungsstation
zeigt.
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3 stellt eine Anzahl möglicher Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Bildübertragungsfolie
dar. Der fachmännische
Leser wird erkennen, daß viele
weitere Ausführungsformen
möglich sind. 3(a) stellt eine erste Ausführungsform mit einer Trägerschicht 40 dar,
die auf einer Trennschicht 42 von einer SMP-Schicht 44 ablösbar ist.
Das zu übertragende
Bild ist in einer Schicht eines bildtragende Mediums 46 vorhanden. Überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß eine
Bildübertragung
unter solchen Bedingungen möglich
ist, bei denen das bildtragende Medium sich im direkten Kontakt
mit dem SMP befindet. Mit anderen Worten, es ist festgestellt worden,
daß das
SMP bisher ungeahnte Oberflächeneigenschaften
hat, die es befähigen,
i) als Träger
für das
bildtragende Medium zu dienen und ii) das bildtragende Medium freizugeben,
um die Bildübertragung
zu bewirken.
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Polymerfolien,
wie z. B. Polyethylenterephthalat (PET), könnten als die Trägerschicht 40 verwendet
werden. Die repräsentative
Schichtdicke beträgt
18 bis 24 μm.
Es hat sich gezeigt, daß eine
Beschichtung der Trägerschicht 40 mit
einer Silicontrennschicht vorteilhaft ist, obwohl sich dem Fachmann
andere Trennsysteme, wie z. B. Lacke und Wachs, ohne weiteres anbieten
würden.
Die SMP-Schicht 44 hat typischerweise eine Dicke zwischen
30 und 100 μm,
wobei allerdings dieser Bereich nicht als einschränkend zu
betrachten ist. Das bildtragende Medium 46 ist typischerweise
ein Toner oder eine Druckfarbe.
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3(b) stellt eine zweite Ausführungsform einer Bildübertragungsfolie
dar, die weitgehende Ähnlichkeit
mit der ersten Ausführungsform
hat. Daher werden zur Bezeichnung von Elementen, die beiden Ausführungsformen
gemeinsam sind, Bezugszeichen benutzt, die mit den in 3(a) verwendeten identisch sind. Bei der in 3(b) dargestellten zweiten Ausführungsform
wird die SMP-Schicht 44 vor dem Aufbringen des bildtragenden
Mediums 46 mit einem Bildtrennsystem 48 beschichtet,
wie Z. B. einer Siliconschicht. Das Bildtrennsystem 48 gestattet ehre
Kontrolle der Bindungs- und Trennbedingungen und gewährt daher
eine verbesserte Kontrolle der Ablösung des bildtragenden Mediums 46 von
der SMP-Schicht 44 auf
die vorgesehene Zielfläche.
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3(c) stellt eine dritte Ausführungsform einer Bildübertragungsfolie
dar, die weitgehende Ähnlichkeit
mit der zweiten Ausführungsform
hat. Daher werden zur Bezeichnung gemeinsamer Elemente Bezugszeichen
benutzt, die mit den in 3(b) verwendeten
identisch sind. Die dritte Ausführungsform weist
ferner eine zusätzliche
Schutzschicht 50 aus einem flexiblen harten Überzug auf,
um dem fertigen dekorierten Produkt zusätzlich Abrieb- und Kratzfestigkeit
zu verleihen.
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In
bevorzugten (aber nicht einschränkenden) Ausführungsformen
wird das zu übertragende
Bild digital unter Verwendung von Software erzeugt. Das Digitalbild
wird in PostScript formatiert und zu einer geeigneten Farbdruckpresse
gesendet. In einigen Fällen
kann vor dem Druck eine Vorverzerrung des Bilds notwendig sein,
um eine präzise
Registerhaltung zu erzielen. Dies läßt sich in Software durchführen.
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Nachstehend
wird die Erzeugung eines Digitalbilds auf einer Bildübertragungsfolie
beschrieben. Ein Digitalbild kann mit einer Digitaldruckpresse,
wie z. B. Xeikon DCP 32/50S, auf eine Bildübertragungsfolie gedruckt werden.
Die Bildübertragungsfolie kann
ehre der oben beschriebenen Konstruktionen aufweisen.
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2 zeigt
das Wiederaufschmelzen einer Bildübertragungsfolie 20,
die ein Folientrennmaterial 22 und eine Bildschicht 24 aufweist.
Die Bewegungsrichtung der Bildübertragungsfolie 20 ist
mit Pfeilen dargestellt. Das Folientrennmaterial 22 mit
darauf aufgebrachtem ungeschmolzenem Trockentonermedium 26 wird
einem Schmelzapparat zugeführt,
der allgemein bei 28 dargestellt ist. Das Folientrennmaterial 22 wird
bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 175°C, vorzugsweise 135 bis 160°C, mit einer ersten
Walze 30 in Kontakt gebracht, die dazu dient, das Tonermedium
auf die Rückseite
des Trennsubstrats aufzuschmelzen.
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Nach
dem Schritt zum Schmelzen des Tonermediums wird die Vorderseite 22a des
Trennsubstrats 22 bei einer niedrigeren Temperatur als
derjenigen der ersten Walze 30, die vorzugsweise niedriger als
120°C, besonders
bevorzugt niedriger als 105°C ist,
in Kontakt mit einer zweiten Walze 32 gebracht. Es hat
sich gezeigt, das eine Temperatur von etwa 99°C sehr geeignet ist. Die Temperatur
dieser zweiten Walze 32, die sich im direkten Kontakt mit
dem Tonermedium befindet, kann bis zu einem Punkt abgesenkt werden,
wo zwischen der zweiten Walze 32 und dem Trennmaterial 22 keine
thermoplastische Grenzfläche
vorhanden ist. Die zweite Walze 32 dient zu Aufpressen
der erhitzten Tonerteilchen auf die Oberfläche des Trennsubstrats 22.
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Die
Bildübertragungsfolie 20 durchläuft den Schmelzapparat 28 und
erfährt
weitere Verarbeitungsschritte, die dem Fachmann bekannt sind.
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Ein
besonders geeigneter Schmelzapparat ist eine modifizierte Version
der Digitaldruckpresse Xeikon DCP 32/50S (Xeikon, Vredebaan, Mortsel, Belgien).
Die herkömmliche
DCP 32/S05-Presse ist an herkömmliche
Xerographie mit Aufschmelzen auf die Vorderseite angepaßt. Die
DCP 32/50S-Presse weist im allgemeinen in der Position der Walze 32 in 2 eine
beheizte Walze auf, die als Hauptaufschmelzwalze auf die Vorderseite
eines Substrats wirkt. Die Aufschmelzwalze wird auf hoher Temperatur
gehalten, typischerweise im Bereich von 135 bis 160°C. Ferner
weist die DCP 32/50S-Presse eine "Voraufschmelzwalze" auf, im allgemeinen in der Position
der Walze 30 in 2. Diese "Voraufschmelzwalze" wird typischerweise auf einer Temperatur
im Bereich von 100 bis 120°C
gehalten, um die Rückseite
des Substrats leicht zu erwärmen,
dadurch den Aufschmelzvorgang zu unterstützen und das Substrat vor dem
Hauptaufschmelzschritt zu glätten.
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Es
ist festgestellt worden, daß sich
die Xeikon DCP 32/50S durch geeignete Einstellung der Temperaturen
der "Voraufschmelz-" und "Hauptaufschmelzwalzen", d. h. Erhöhen der
Temperatur der ersteren und Absenken der Temperatur der Letzteren,
an die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
anpassen läßt. Dies
kann sehr bequem durch Anpassen der auf der DCP 32/50S-Presse laufenden
Software erreicht werden.
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Alternativ
könnte
ein Bildübertragungsschema,
wie es beispielsweise in der Internationalen Veröffentlichung Nr.
WO98/39 166 beschrieben wird, an die
Verwendung in der vorliegenden Erfindung angepaßt werden.
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Nachdem
das Bild auf die SMP-Folie aufgedruckt worden ist, wird die Bildübertragungsfolie
wieder umgewickelt, und die Rolle wird entnommen und zu einer Bildübertragungsstation
transportiert. Unter Umständen
kann dieser Transportschritt automatisiert werden, zum Beispiel
indem die Bildübertragungsfolie
direkt zu der Bildübertragungsstation transportiert
wird, möglicherweise
unter Verwendung von Rollen und/oder eines Fördersystems.
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Es
gibt eine Anzahl von Arten, auf die das Bild auf das nicht ebene
Objekt übertragen
werden kann. Nachstehend werden Beispiele diskutiert:
Nichtselektive
Druckdekoration Aufbringen eines Gesamtdessins oder -musters auf
die gesamte Oberfläche
eines 3D-Objekts und Entfernen des SMP-Trägen.
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Selekive
Druckdekoration Aufbringen eines Bilds auf einen Teil eines 3D-Objekts
und Entfernen des SMP-Trägers.
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Druckdekoration
mit fester Form Aufbringen eines bebilderten SMP, Ankleben sowohl
des Bilds als auch des SMP an die Oberfläche eines 3D-Objekts.
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Handgepreßte Druckdekoration
Aufbringe entweder einer selektiven oder einer nichtselektiven Bildfläche auf
die Oberfläche
eines 3D-Objekts und Entfernen des SMP-Trägen Nachstehend wird ein Beispiel
einer Bildübertragungsstation
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Bildübertragungsfolie 52 wird
zu der Station transportiert, und eine Abzugswalze 54 entfernt
die Trägerschicht 56 von
der Bildübertragungsfolie 52.
Der Rest der Bildübertragungsfolie 52,
der das SMP und das bildtragende Medium aufweist, wird mit einem
Foliengreifer 58 und einem Folienziehbalken 60 in
die Station transportiert, welche die Bildübertragungsfolie in Kontakt
mit einer flexiblen Membran 62 bringt. Über der flexiblen Membran 62 und
vorzugsweise in direktem Kontakt damit ist ein Heizkörper 64 angeordnet.
Die Station weist ferner ein Gehäuse 66,
ein Förderband 68 zum Transport
des nicht ebenen Objekts 70, ein Vakuumsystem 72 und
einen elektronischen Sensor 73 auf, um eine genaue Registerhaltung
der Bildübertragungsfolie 52 zu
ermöglichen.
Das in 4 abgebildete nicht ebene Objekt 70 ist
ein Auto, obwohl man erkennen wird, daß Bilder auf viele andere nicht
ebene Objekte, wie z. B. Spielzeuge und Dosen, übertragen werden könnten. In
die Station könnten
mehrere Artikel zur gleichzeitigen Bildübertragung eingebracht werden.
Die genaue Konstruktion und die Maße der Station werden wahrscheinlich
von der ins Auge gefaßten
genauen Anwendung abhängen.
Zu Darstellungszwecken ist das Objekt 70 in 4 dreimal
dargestellt: vor, während
und nach der Bildübertragung.
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4 zeigt
die Baugruppe aus Gehäuse 66 und
Heizkörper 64 in
hochgefahrener Position, die eine Bewegung des Objekts 70 auf
dem Förderband 68 in
die und aus der Station zuläßt. Die
Baugruppe aus Gehäuse 66 und
Heizkörper 64 ist
beweglich, und bevor die Bildübertragung
stattfindet, wird die Baugruppe so abgesenkt, daß das Gehäuse eine luftdichte Abdichtung
mit dem Boden der Station herstellt. Der Heizkörper 64 wird auf eine
geeignete Temperatur über
der Tg-Temperatur des SMP aufgeheizt und erweicht dadurch das SMP,
so daß es
formbar ist. Das Vakuumsystem 72 erzeugt ein Vakuum in der
Station, das die Bildübertragungsfolie 52 und
die flexible Membran 62 nach unten über das Objekt 70 ansaugt
und dadurch das Auftreten der Bildübertragung ermöglicht.
Das Vakuum wird weggenommen, und daher kehrt die flexible Membran 62 in
die Ausgangsposition zurück.
Infolge der Gedächtniseigenschaften
des SMP nimmt das SMP seine ursprüngliche Form wieder an und
läßt das Bild
auf dem Objekt 70 zurück.
Alternativ könnte
ein Klebstoff verwendet werden, um das SMP an das Objekt 70 anzukleben. In
diesem Fall ist die Gestalt des SMP auf die Form des Objekts 70 fixiert.
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Die
flexible Membran 62 sollte einem breiten Bereich von Temperaturen über der
Glasübergangstemperatur
(Tg) des SMP widerstehen können
und ist vorzugsweise durchscheinend oder halbundurchsichtig.
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Die
flexible Membran 62 kann eine dünne, flexible Gummifolie sein,
vorzugsweise ein siliconbehandelter Gummi. Repräsentative Dicken sind 0,2 bis 0,8
mm. Das SMP könnte
unter Anwendung eines Teillaminierungsverfahrens mit der flexiblen
Membran 62 in Kontakt gebracht werden, was eine einheitliche
Bewegung des SMP und der flexiblen Membran ermöglicht, bis der Vakuumprozeß abgeschlossen ist.
Wie oben bemerkt, würde
in einer Anwendung das SMP mit Bildern in Dünnschichtform permanent an
dem Objekt fixiert, in einer anderen Anwendung müßte das SMP entfernt werden
und ließe
nur das Bild zurück,
und in einer weiteren Anwendung müßte das SMP wiederum entfernt
werden, ließe
aber diesmal sowohl das Bild als auch eine (kratz- und abriebfeste)
Deckschicht auf dem Objekt zurück.
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Jede
der Anwendungen erfordert die Bindung des Bilds an die Oberfläche des
Zielobjekts während
des Vakuumformvorgangs, und in Berg auf den Bild/Substrat-Bindungsvorgang
könnten
unterschiedliche Behandlungen durchgeführt werden.
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Die
Behandlung (Klebstoff oder Beschichtung) kann auf drei Arten angewandt
werden:
- 1/ Auf das Zielobjekt.
- 2/ Auf die SMP-Bildfläche.
- 3/ Sowohl auf das Objekt als auch auf das bebilderte SMP.
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Die
Behandlung könnte
je nach Anwendung und Herstellungsbedingungen hitzeaktiviert, UV-härtbar oder selbstklebend sein.
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Es
sind zahlreiche Varianten möglich.
Zum Beispiel könnte
das Gehäuse
in einer festen Position bleiben, und der Boden und das Objekt könnten in luftdichten
Kontakt damit gebracht werden. Statt eine Vakuums könnten bestimmte
andere Mittel, wie z. B. mechanische Mittel, eine Kraft anwenden,
um das SMP in Kontakt mit dem Objekt zu bewegen.