DE602004008466T2

DE602004008466T2 - Verfahren zum thermischen drucken eines farbstoffbildes auf ein dreidimensionales objekt durch verwendung flexibler heizelemente

Info

Publication number: DE602004008466T2
Application number: DE602004008466T
Authority: DE
Inventors: Patrick Ferguson; Paul Geoffrey Newton; Kenneth Cranston NERI
Original assignee: Key-Tech Inc; Key Tech Inc
Current assignee: Key-Tech Inc; Key Tech Inc
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2024-06-26
Also published as: EP1636043A4; EP1636043A2; US7563341B2; DE602004008466D1; ATE370842T1; US20060283344A1; EP1636043B1; WO2005004054A3; WO2005004054A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Drucken eines vorbestimmten Farbbilds auf einen dreidimensionalen Gegenstand unter Verwendung flexibler Heizelemente. Insbesondere werden die Heizelemente von einer Farbbild-Trägerfolie oder -Membran getragen, die sich während des Druckvorgangs dicht an die Form des Gegenstands anpasst.
Die Farbbild-Trägerfolie und -Membran, die flexible Heizelemente gemäß dieser Erfindung tragen, können mit dem Wärmeübertragungs-Drucksystem verwendet werden, das in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US2002/0131062 von Neri und Mutter („062-Veröffentlichung") beschrieben ist.
Im Allgemeinen umfasst das in der 062-Veröffentlichung beschriebene Drucksystem das Positionieren einer Bildträgerfolie, bestehend aus einem vorbestimmten Farbbild, über einem dreidimensionalen Gegenstand und das Wärmeübertragen des Bilds auf den Gegenstand. Ein Beispiel eines geeigneten dreidimensionalen Gegenstands ist eine Kunststoffabdeckung für ein Mobiltelefon oder eine Computermaus. Der dreidimensionale Gegenstand wird auf einer Unterlagenanordnung positioniert und die Bildträgerfolie wird über den Gegenstand gelegt. Eine flexible Membran mittels Vakuum wird über die Bildträgerfolie gezogen. Wenn das Vakuum die Membran und die Bildträgerfolie in Druckverbindung miteinander zieht, wird die Trägerfolie um die verschiedenen Oberflächen des Gegenstands gewickelt. Die Bildträgerfolie und der Gegenstand werden in Druckeingriff miteinander durch das Vakuum gehalten. Dann wird das gedruckte Farbbild auf der Trägerfolie mithilfe von Wärme auf den Gegenstand übertragen. In der 062-Veröffentlichung befindet sich eine Heizanordnung, die mehrere röhrenförmige Heizlampen enthält, über der Unterlagenanordnung, welche den Gegenstand aufnimmt. Die Heizlampen werden mit Strom versorgt, um die Bildträgerfolie zu erwärmen und die Wärmeübertragung des Farbbilds auf den Gegenstand durchzuführen.
Durand, US-Patent Nr. 4.670.084 , offenbart eine Vorrichtung, in der Farben von Bildfolien auf Gegenstände, wie etwa Computertastaturen, mittels Wärme übertragen werden. Eine flexible Membran wird über die Bildfolie gezogen und das Bild wird mittels Wärme und Druck auf den Gegenstand übertragen. Die Vorrichtung umfasst eine Haube, welche mehrere Heizlampen und Parabolspiegel enthält, die Wärmestrahlung von den Lampen nach unten auf den Gegenstand reflektieren. Ein Nachteil der Heizanordnung, der in Durand, 084-Patent, beschrieben ist, besteht darin, dass die angebrachten Heizlampen als sich in einigem Abstand von der Bildfolie und dem Gegenstand, auf den gedruckt werden wird, befindlich dargestellt sind. Die Heizlampen können die Wärmestrahlung nicht einheitlich an jeden Bereich der Folie und des Gegenstands abgeben. Als Resultat kann das gedruckte Bild, das auf dem Gegenstand erzeugt wird, von schlechter Qualität sein.
Denley, US-Patent Nr. 4.792.376 , offenbart ein anderes Wärmeübertragungs-Drucksystem zum Drucken von Text auf Tastenkappen oder Tastaturen. Das System umfasst einen mittels Luft aufblasbaren Heizbalg, der Luft und Druck auf ein Textträgermedium, wie etwa Papier, aufbringt. Gemäß dem 376-Patent müssen zuerst die Tastenkappen von einem Tastaturprofil zu einem planaren Druckprofil bewegt werden, bevor der Text auf die Tastenkappen aufgedruckt wird. Der mittels Luft aufblasbare Balg enthält Kammern, die elektrisch erwärmte Quarzstäbe tragen. Dieses Wärmeübertragungs-Drucksystem weist ebenfalls einige Nachteile auf. Insbesondere der Text wird nur auf die oberen Oberflächen der Tastenkappen gedruckt. Die Tastenkappen müssen in einer planaren Position angeordnet sein, um den Text aufzunehmen. Der Heizbalg wird ebenfalls nicht vollständig über die Tastenkappen gezogen. Statt dessen wird eine Druckplatte nach unten auf eine Druckfixiervorrichtung bewegt, die die Tastenkappen und das Papiermedium trägt.
Angesichts einiger der Nachteile mit einigen herkömmlichen Wärmeübertragungs-Drucksystemen, die zum Drucken von Farbbildern auf dreidimensionale Gegenstände verwendet werden, besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren. Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren bereit. In dem Verfahren dieser Erfindung werden flexible Heizelemente zum Wärmetransfer des Bilds auf den Ge genstand verwendet. Die flexiblen Heizelemente werden durch eine Farbbild-Trägerfolie oder Membran, die den Gegenstand umhüllt, oder sowohl durch die Bildträgerfolie als auch die Membran getragen. Wenn die Heizelemente mit Strom versorgt werden, geben sie gleichmäßig Wärme an die Bildträgerfolie ab und das Farbbild wird vollständig und sauber auf den Gegenstand übertragen. Das gedruckte Bild, welches auf dem Gegenstand erzeugt wird, weist eine gute Druckauflösung, Helligkeit und Gesamtqualität auf. Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind anhand der folgenden Beschreibung und der dargestellten Ausführungsformen besser ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein verbessertes Verfahren zum thermischen Drucken eines vorbestimmten Farbbilds auf einen dreidimensionalen Gegenstand.
Insbesondere umfasst das Verfahren das gleichzeitige Aufbringen eines vorbestimmten Farbbilds auf mehrere Oberflächen eines dreidimensionalen Gegenstands unter Verwendung eines flexiblen Heizelements als Wärmequelle. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren im Allgemeinen die Schritte des: a) Bereitstellens eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Kunststoffaußenoberfläche zum Aufnehmen eines Farbbildes, wobei der dreidimensionale Gegenstand eine obere Oberfläche und eine Vielzahl an seitlichen Oberflächen aufweist, die in Bezug auf die obere Oberfläche benachbart, aber nicht koplanar angeordnet sind, b) deckungsgleichen Platzierens einer Farbbildträgerfolie über dem dreidimensionalen Gegenstand, wobei die Farbbildträgerfolie ein auf dieser aufgedrucktes, vorbestimmtes Farbbild aufweist und ein flexibles Heizelement trägt, c) Absenkens einer flexiblen Membran über dem dreidimensionalen Gegenstand und der Bildträgerfolie, d) Erzeugens eines Vakuums unter der Membran, um die Bildträgerfolie dazu zu veranlassen, sich mit der oberen Oberfläche und den seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands in Druckverbindung anzupassen und e) Erhitzens der Bildträgerfolie mit dem flexiblen Heizelement, um das Farbbild von der Trägerfolie auf die obere Oberfläche und die seitlichen Oberflächen des Gegenstands zu übertragen.
Die Bildträgerfolie und/oder die flexible Membran kann entweder vor oder nach dem Schritt der Vakuumerzeugung vorgeheizt werden. Dieser Vorheizschritt verbessert die Flexibilität der Trägerfolie und/oder der Membran.
Der verbesserte Aspekt dieses Verfahrens umfasst die Verwendung flexibler Heizelemente, die durch die Membran oder die Bildträgerfolie oder sowohl durch die Membran als auch die Bildträgerfolie getragen werden, um die Übertragung des Farbbilds von der Trägerfolie auf den Gegenstand durchzuführen. Die flexiblen Heizelemente können an jeder Oberfläche der Membran oder der Bildträgerfolie angeordnet werden oder in diese eingebettet werden. Für die Bildträgerfolie wird bevorzugt, dass die flexiblen Heizelemente auf der Oberfläche gegenüber der Oberfläche angeordnet werden, die das vorbestimmte Farbbild aufnimmt. Die flexiblen Heizelemente werden zum Erwärmen der Bildträgerfolie verwendet, um das Bild mittels Wärme auf den Gegenstand zu übertragen. Eine große Verfahrensvielfalt kann zur Erzeugung der flexiblen Heizelemente verwendet werden. Beispielsweise können die flexiblen Heizelemente durch Ätzen eines elektrischen Schaltkreises in eine Metallfolie ausgebildet werden, die mit einem Schichtsubstrat verbunden ist.
Die Membran kann aus jedem geeigneten Material, wie etwa Silikonkautschuk, hergestellt sein. Die Bildträgerfolie kann aus jedem geeigneten Substratmaterial, wie etwa einer dünnen Schicht oder einem Gewebe, hergestellt sein. Das Substratmaterial kann mit einer Farbaufnahmeschicht zum Aufnehmen eines vorbestimmten Farbbilds beschichtet sein.
In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung wird in dem Wärmeübertragungs-Druckverfahren keine flexible Membran verwendet. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des: a) Bereitstellens eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Kunststoffaußenoberfläche zum Aufnehmen des Farbbildes, wobei der dreidimensionale Gegenstand eine obere Oberfläche und eine Vielzahl an seitlichen Oberflächen aufweist, die in Bezug auf die obere Oberfläche benachbart, aber nicht koplanar angeordnet sind, b) deckungsgleichen Platzierens einer Farbbildträgerfolie über dem dreidimensionalen Gegenstand, wobei die Farbbildträgerfolie ein auf dieser aufge drucktes, vorbestimmtes Farbbild aufweist und ein flexibles Heizelement trägt, c) Erzeugens eines Vakuums unter der Bildträgerfolie, um diese dazu zu veranlassen, sich mit der oberen Oberfläche und den seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands in Druckverbindung anzupassen und d) Erhitzens der Bildträgerfolie mit dem flexiblen Heizelement, um das Farbbild von der Trägerfolie auf die obere Oberfläche und die seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands zu übertragen. Die Bildträgerfolie kann vorgeheizt werden, um deren Flexibilität vor oder nach dem Vakuumerzeugungsschritt zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuen Merkmale, welche charakteristisch für die vorliegende Erfindung sind, werden in den beigefügten Ansprüchen näher erläutert. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch, zusammen mit den weiteren Zielen und damit einhergehenden Vorteilen, unter Bezugnahme auf die folgende, detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 eine Querschnittsansicht der Druckanordnung ist, die zur Wärmeübertragung eines Farbbilds von der Farbbild-Trägerfolie auf einen Gegenstand in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
2A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Farbbild-Trägerfolie, die ein Schichtsubstrat zeigt, das mit einer Metallfolie verbunden ist,
2B eine perspektivische Ansicht der Bildträgerfolie von 2A, die einen elektrischen Schaltkreis zeigt, der in die Metallfolie geätzt ist,
2C eine perspektivische Ansicht der Bildträgerfolie von 2B, die Leitungsdrähte zeigt, die an dem elektrischen Schaltkreis befestigt sind,
2D eine perspektivische Ansicht der Bildträgerfolie von 2C, die ein elektrisch isolierendes Material zeigt, das auf der Metallfolie aufgebracht ist, und
3 eine perspektivische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Farbbild-Trägerfolie, die die Folie mit einer Zwischensperrschicht zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Wärmeübertragungs-Drucksystem, welches in der zuvor erwähnten 062-Veröffentlichung beschrieben ist, kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Unter Bezugnahme auf 1 wird diese Druckanordnung im Allgemeinen mit 10 bezeichnet. Die Anordnung 10 umfasst eine Trägervorrichtung 12 mit einer Formbasis 14 auf dieser, die zum Tragen des spezifischen Gegenstands ausgebildet ist, der das vorbestimmte Farbbild aufnehmen wird. Die Trägervorrichtung 12 und die Formbasis 14 werden durch die Trägerplatte 15 getragen. Die Formbasis 14 kann aus einem Silikonkautschukmaterial hergestellt sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Gegenstand ein Mobiltelefongehäuse aus Kunststoff 16. Es gilt jedoch, dass die Anordnung 10 zum Aufbringen des Farbbilds auf jeden anderen dreidimensionalen Gegenstand, wie etwa eine Computermaus, verwendet werden kann. Wie in 1 gezeigt, kann die Anordnung 10 zur Übertragung des Farbbilds auf ein Mobiltelefongehäuse 16 mit einer oberen Oberfläche 18 und Seitenoberflächen 20 und 22 verwendet werden. Eine mithilfe von Vakuum formbare Trägerfolie 24, die das Farbbild (nicht abgebildet) trägt, wird über das Telefongehäuse 16 gelegt. Eine flexible Membran 26 wird über der durch Vakuum formbaren Bildträgerfolie 24 positioniert. Wenn ein Vakuum (nicht abgebildet) die Membran 26 in Druckkontakt mit der Farbbild-Trägerfolie 24 zieht, wird die Trägerfolie 24 um die obere Oberfläche 18 und die Seitenoberflächen 20 und 22 des Telefongehäuses 16 gewickelt. Die Trägerfolie 24 passt sich dicht an die unebenen Oberflächen des Telefongehäuses 16 an und umhüllt das Gehäuse 16. Die Trägerfolie 24 und das Telefongehäuse 16 werden durch das Vakuum in Druckeingriff miteinander gehalten. Dann wird das gedruckte Farbbild auf der Trägerfolie 24 zum Telefongehäuse 16 durch Anlegen der Wärme befördert.
Wie oben erwähnt, wird bevorzugt, dass eine flexible Membran 26 über der Farbbild-Trägerfolie 24 positioniert wird, so dass das Vakuum die Membran 26 in Druckkontakt mit der Trägerfolie 24 ziehen kann und die Folie 24 um den Gegenstand 16 wickeln kann; es ist jedoch nicht notwendig, dass eine Membran 26 in jedem Beispiel eingesetzt wird.
Es gilt ebenfalls, dass die Bildträgerfolie 24 entweder vor oder nach dem Erzeugungsschritt des Vakuums vorgeheizt werden kann, unabhängig davon, ob eine flexible Membran 26 in dem Verfahren verwendet wird oder nicht. Dieser Vorheizschritt verbessert die Flexibilität der Trägerfolie. Die Membran 26 kann vor oder nach dem Anlegen des Vakuums vorgeheizt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Wärmeübertragung des Farbbilds zum Gegenstand 16 bereit. Insbesondere flexible Heizelemente werden zum Heizen der Bildträgerfolie 24 verwendet, um das Farbbild mittels Wärme auf den Gegenstand 16 zu übertragen. Die Bildträgerfolie 24 oder Membran 26 kann ein flexibles Heizelement in Übereinstimmung mit diesem Verfahren tragen. Das Verfahren kann durchgeführt werden, wobei entweder die Bildträgerfolie 24 oder die Membran 26 das flexible Heizelement tragen. Das Verfahren kann ebenfalls durchgeführt werden, wobei sowohl die Bildträgerfolie 24 als auch die Membran 26 das flexible Heizelement tragen.
Das Heizelement kann in der Bildträgerfolie 24 und der Membran 26 in jeder geeigneten Weise hergestellt und angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Heizelement durch Ätzen eines elektrischen Schaltkreises in eine Metallfolie hergestellt werden, die mit der Trägerfolie 24 oder der flexiblen Membran 26 verbunden ist. Insbesondere ist die Bildträgerfolie unter Bezugnahme auf die 2A-2D im Allgemeinen mit 24 bezeichnet. Wie in 2A zu sehen, umfasst die Trägerfolie 24 ein Schichtsubstrat 30 mit einer unteren Oberfläche, die mit einer Farbaufnahmeschicht 32 zur Aufnahme des vorbestimmten Farbbilds (nicht abgebildet) beschichtet ist. Eine SURLYN-Schicht, die von E.I. du Pont de Nemours and Company erhältlich ist, kann als Schichtsubstrat 30 verwendet werden. Solche SURLYN-Schichtmaterialien weisen eine gute Thermoformeigenschaft sowie eine gute mechanische Festigkeit, wie unten stehend näher erläutert, auf. Eine Metallfolie 34 ist mit der oberen Oberfläche des Schichtsubstrats 30 unter Verwendung herkömmlicher Haftmittel verbunden worden. In 2B ist ein flexibles Heizelement 36 durch Ätzen eines elektrischen Schaltkreises in eine Metallfolie 34 unter Verwendung von nach Stand der Technik bekannten Verfahren ausgebildet worden. Der elektrische Schaltkreis 36 umfasst Anschlussenden 38. In 2C sind Zuleitungsdrähte 40 mit den Anschlussenden 38 durch Löten, leitfähige Haftmittel oder andere herkömmliche Verbindungsmittel verbunden. Die Zuleitungsdrähte können mit einer elektrischen Stromquelle (nicht abgebildet) verbunden sein. In 2D wird ein elektrisch isolierendes Material 42 als auf dem geätzten Muster der flexiblen Heizelemente 36 aufgebracht dargestellt, um eine Laminat- oder Sandwichstruktur auszubilden, die im Allgemeinen mit 44 bezeichnet ist. Das elektrisch isolierende Material 42 kann unter Verwendung herkömmlicher Haftmittel aufgebracht sein.
Das elektrisch isolierende Material 42, das in der Laminatstruktur verwendet wird, kann jedes geeignete Material sein, welches den relativ hohen Temperaturen, die während des Druckvorgangs erreicht werden, standhält. Beispielsweise können elektrisch isolierende Schichten oder Beschichtungen verwendet werden. Insbesondere Silikonkautschuk, Polyimidschichten und bestimmte wärmeresistente Lacke sind einige Beispiele solcher elektrisch isolierender Materialien 42. Das elektrisch isolierende Material 42 kann mit Fasern oder anderen Zusätzen verstärkt werden. Das elektrisch isolierende Material 42 weist üblicherweise eine Dicke im Bereich von etwa einem Zehntel (0,1) μm bis etwa fünfzig (50) μm auf. Vorzugsweise weist das elektrisch isolierende Material 42 eine Dicke von nicht mehr als zehn (10) μm auf. Die Metallfolie 34 kann aus jedem geeigneten widerstandsfähigen Material oder Legierung, wie etwa Aluminium, Kupfer, Nickel, Chrom, Edelstahl und Ähnlichem, sein. Die Metallfolie 34 weist üblicherweise eine Dicke im Bereich von etwa einem Zehntel (0,1) μm bis etwa fünfzig (50) μm auf. Vorzugsweise weist das elektrisch isolierende Mate rial 42 eine Dicke von nicht mehr als fünfundzwanzig (25) μm auf. Der Widerstand des flexiblen Heizelements 36 – und folglich die Betriebstemperatur – kann durch Ändern des Metallfolientyps 34, der Dicke der Metallfolie 34 oder der Gestaltungsform der Heizelemente 35 gesteuert werden.
Ein Schichtmaterial ist in den 2A-2D nur aus Veranschaulichungsgründen als Substrat 30 dargestellt und es ist verständlich, dass andere Substratmaterialien 30, wie etwa Gewebe, verwendet werden können. Solche Substratmaterialien 30 sind unten stehend näher erläutert. Ferner gilt, dass die Heizelemente 36 auf jeder Oberfläche des Substrats 30 angeordnet werden können und auch in dem Substrat eingebettet werden können. Die Heizelemente 36 werden jedoch vorzugsweise auf der oberen Oberfläche des Substrats 30, wie in den 2B und 2C gezeigt, angeordnet. Ein einziges Heizelement 36 oder mehrere Heizelemente 36 können verwendet werden.
Es ist wichtig, dass die Heizelemente 36 eine ausreichende Elastizität und Flexibilität aufweisen, um sich an die Umrisse und Unregelmäßigkeiten der Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands 16 (1) anzupassen. Insbesondere die Heizelemente 36 müssen dazu geeignet sein, sich mit der Trägerfolie 24 und der Membran 26 zu biegen und sich an diese anzupassen, wenn diese Materialen mittels Vakuum über die obere Oberfläche 18 und die Seitenoberflächen 20 und 22 des Gegenstands 16 gezogen werden. Die Seitenoberflächen 20 und 22 sind mit der oberen Oberfläche 18 nicht koplanar und es ist für die Heizelemente 36, die Trägerfolie 24 und die Membran 26 wichtig, die freiliegenden Oberflächen des Gegenstands 16 zu umhüllen. Es ist ebenfalls wichtig, dass die flexiblen Heizelemente 36 eine hohe Elastizität und mechanische Festigkeit aufweisen, so dass sie mittels Vakuum über die ausgeformten Oberflächen des Gegenstands 16 gezogen werden können, ohne dass dabei Sprünge oder Risse entstehen. Die Trägerfolienstrukturen 24 und Membranstrukturen 26, die die Heizelemente 36 tragen, sollten ebenfalls eine hohe mechanische Beständigkeit aufweisen.
Ferner müssen die Trägerfolienstrukturen 24 und die Membranstrukturen 26 dazu geeignet sein, relativ hohen Temperaturen standzuhalten. Beispielsweise kann die Temperatur in den Trägerfolienstrukturen 24 und den Membranstrukturen 26 zu einer Temperatur im Bereich von 38°C (100°F) bis 316°C (600°F) nach der Aktivierung der Heizelemente 36 oder während des Vorheizvorgang ansteigen.
Die Heizelemente 36 können durch Ätzen eines leitfähigen Musters in einer widerstandsfähigen Metallfolie 34 und durch Ausformen einer Laminatstruktur 44, wie oben erläutert und in den 2A-2D dargestellt, hergestellt werden. Als Alternative können andere Verfahren und Strukturen verwendet werden, vorausgesetzt, dass die entstehenden Heizelemente 36 die hierin beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können die Heizelemente drahtgewickelte Elemente sein, die durch Wickeln elektrischer Widerstandsdrähte um entfernbare Fiberglaskerne erzeugt werden können. In anderen Beispielen können die Heizelemente 36 verflochtene Kohlenstofffaserbahnen oder metallisierte Faserplattenstrukturen, wie etwa mit Nickel beschichtetes Polyester, umfassen. Insbesondere eine metallisierte, gewebte Gewebenetzstruktur, die photochemisch geätzt ist, um einen elektrischen Schaltkreis auszubilden, kann als flexibles Heizelement 36 verwendet werden. Solche metallisierten Gewebe sind in der veröffentlichen internationalen PCT-Patentanmeldung Nr. WO03/053101 (NEL Technologies, Ltd.) beschrieben. Ein wärmebeständiger, elektrisch isolierender Lack kann auf das geätzte metallisierte Gewebe mithilfe von Tauchbeschichten, Farbspritzen oder einem anderen geeigneten Verfahren aufgetragen werden. Ein laminiertes Gewebe, umfassend eine Gewebeschicht, zwei Sammelschienen und zwei thermoplastische Schichten, wie in Gardner et al., US-Patent 6.483.087 , beschrieben, kann als die flexiblen Heizelemente 36 verwendet werden. In wieder anderen Ausführungsformen können die flexiblen Heizelemente 36 mit leitfähigen Beschichtungen oder Druckfarben hergestellt werden. Außerdem können mittels Siebdruck aufgetragene Schaltkreise als Heizelemente 36 verwendet werden. Die Schaltkreise, die durch Dampfabscheidung oder Sputtern von Metallen erzeugt werden, können ebenfalls als Heizelemente 36 verwendet werden.
Daher können die Heizelemente 36 als einstückige Komponenten der Trägerfolienstruktur 24 unter Verwendung solcher Verfahren, wie oben erläutert, ausgebildet werden. Als Alternative können die Heizelemente 36 als separate Komponenten erzeugt werden, die anschließend mit der Trägerfolie 24 verbunden werden. Beispielsweise können flexible, elektrisch isolierende Heizelemente 36 mit der Metallfolie 34 unter Verwendung von druckempfindlichen Haftmitteln verbunden werden. In solchen Beispielen wird die Metallfolie 34 einen optimal wärmeleitenden, leitfähigen Pfad für die Heizelemente 36 bereitstellen. Diese einzelnen Heizelemente 36 können aus denselben Materialien wie das Substratmaterial 30, welche die oben erläuterten Verfahren verwenden, sein.
Ferner gilt, dass die Heizelemente 36 jede geeignete Größe und Form aufweisen können, vorausgesetzt, dass sie zum Kompensieren jeder durch den Wicklungsvorgang verursachten Formverzerrung geeignet sind. Beispielsweise können die Heizelemente 36 eine kreisrunde, quadratische, rechteckige oder röhrenförmige Form aufweisen. Die Heizelemente 36 können ebenfalls in jedem geeigneten Muster angeordnet sein. Beispielsweise können die Heizelemente 36 in separaten, parallelen Pfaden oder in S-förmigen Pfaden, wie in 2B und 2C zu sehen, angeordnet sein.
In den 2A-2D sind die Heizelemente 36 mit den Zuleitungsdrähten 40 verbunden. Die Zuleitungsdrähte 40 können mit einer elektrischen Stromquelle (nicht abgebildet) verbunden sein, die Strom zur Aktivierung der Heizelemente 36 zuführt. Die Spannung der elektrischen Stromquelle wird je nach Gestaltungsform der Bildträgerfolie 24, der Heizelemente 36 und der beabsichtigten Druckanwendung variieren. Beispielsweise können die Heizelemente 36 gestaltet sein, um mit einer Wattleistung im Bereich von etwa 0,1 Watt/cm² bis etwa 10 Watt/cm² zu arbeiten. Die Heizelemente 36 können so gestaltet sein, dass der gewünschte Pegel der elektrischen Leistung erzeugt wird, wenn Strom durch diese hindurchtritt. Außerdem können die Heizelemente 36 einheitlich voneinander beabstandet sein, wie in den 2B und 2C zu sehen, um einen einheitlichen Pegel der elektrischen Leistung über der Oberfläche der Trägerfolie 24 zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Farbbild-Trägerfolie 24 näher dargestellt. Die Trägerfolie umfasst ein Substrat 30. Jedes geeignete Material kann zur Herstellung des Substrats 30 verwendet werden. Ein Schichtmaterial kann beispielsweise als Substrat 30 verwendet werden. Üblicherweise ist das Schichtmaterial mittels Vakuum verformbar, aber durch Wärme schrumpfende Schichten können ebenfalls in Übereinstimmung mit dieser Erfindung verwendet werden. Die Gewebematerialien, wie etwa gewobenes oder nicht gewobenes Gewebe, können als Substrat 30 verwendet werden. Geeignete Materialien zum Herstellen des Substrats umfassen beispielsweise Ionomer-Copolymere, Polyethylenterephthalat, andere Polyestermaterialien, Vinyle (z.B. Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat), Polyamide, Polyolefine (z.B. Polyethylen und Polypropylen), Polyacrylate, Polyimide, Polystyrene, Polysulfone, Aramide, Polycarbonate und Ähnliche. In 3 ist ein Schichtsubstrat 30 nur zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt. Das Schichtsubstrat 30 kann mit einer Farbaufnahmeschicht 32 beschichtet werden. Wahlweise kann zumindest eine Zwischensperrschicht 42 zwischen dem Substrat 30 und der Farbaufnahmeschicht 32, wie unten stehend näher beschrieben, angeordnet werden. Ein vorbestimmtes Farbbild 45 wird auf die Farbbild-Trägerfolie 24 gedruckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 30 eine SURLYN-Schicht. Das SURLYN-Schichtsubstrat 30 kann einzeln oder in Zusammensetzung mit anderen Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann das SURLYN-Schichtsubstrat 30 mit Nylon gemeinsam stranggepresst werden. Solche SURLYN-Schichtsubstrate sind in der parallelen, anhängigen und mitübertragenen, veröffentlichten US-Patentanmeldung 2004/0112500 (Ferguson und Neri) beschrieben. Das SURLYN-Schichtsubstrat 30 weist einige vorteilhafte Eigenschaften, einschließlich guter Wärmeformbarkeit, hoher Schrumpfkraft, Zerreißfestigkeit und Schmelzfestigkeit, auf. Insbesondere das SURLYN-Schichtsubstrat 30 ist physikalisch fest und kann die flexiblen Heizelemente 36 tragen und hohen Temperaturen während des Wärmedruckverfahrens standhalten.
Das Substrat 30 kann mit einer Farbaufnahmeschicht 32, wie in 3 dargestellt, beschichtet werden. Beispielsweise kann eine Beschichtungsausbildung, umfassend Farbstoff- und Polymer-Schichtausbildungsbindemittel, vorbereitet werden und als die Farbaufnahmeschicht 32 auf dem Substrat 30 aufgetragen werden. Der Farbstoff führt zur Porosität der beschichteten Schicht, die eine gute Farbabsorption und eine gute Farbfixierung ermöglicht.
Geeignete Schichtausbildungs-Bindemittel umfassen beispielsweise Poly(vinylalkohol), Poly(vinylpyrrolidon), Gelatine, Poly(vinlyacetat), Poly(acrylsäuren), Polyethylenoxid, Polyacrylate oder Polymethacrylate und Cellulosederivate, wie etwa Celluloseether, Carboximethylcellulose und Hydroxyethylcellulose und Proteine, Caseine und Stärke. Geeignete Farbstoffe umfassen beispielsweise Siliciumdioxid, Kalzium, Sulfate, Kalziumkarbonat, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumkarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Zinksulfat, Zinkkarbonat, Kaolin, Talk, Ton und Ähnliches. Die Farbaufnahmeschicht 32 kann eine ausreichende Menge an Farbstoffen und Schichtausbildungs-Bindemitteln enthalten, um die Farbe wirksam zu absorbieren und das Bild zu fixieren. Beispielsweise kann die Farbaufnahmeschicht 32 etwa 20 bis etwa 80 Gew.-% an Farbstoff und etwa 80 bis 20 Gew.-% an Polymerbindemitteln, basierend auf dem Trockengewicht der Schicht, enthalten.
Wahlweise kann zumindest eine Zwischensperrschicht 42 zwischen dem Substrat 30 und der beschichteten Farbaufnahmeschicht 32 angeordnet sein. Die Sperrschicht 42 kann dazu dienen, eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Die Sperrschicht 42 kann ebenfalls dazu dienen, die Abwanderung der Farben in das Schichtsubstrat 30 zu verhindern. Die Sperrschicht 42 kann eine metallisierte Schicht oder eine beschichtete Schicht auf chemischer Basis sein.
Durch Wärme übertragbare Farben werden auf die Farbaufnahmeschicht 32 aufgetragen, um ein vorbestimmtes Farbbild 45 auszubilden. Jedes geeignete Druckverfahren kann zum Drucken des Bilds 45 verwendet werden. Eine einzige Farbe oder ein Farbengemisch kann in die Zusammensetzung des Druckfarbstoffs aufgenommen werden, um etwa Farbstoffe in den Farben gelb, Magenta, Cyan oder schwarz zu erzeugen. Das Farbbild 45 kann jedes charakteristische Zeichen sein, wie etwa Buchstaben, Zahlen, Symbole, Muster, geometrische Formen, Fotografien und Ähnliches. Das Farbbild 45 kann auf die Farbaufnahmeschicht 32 gedruckt werden, so dass es ein Spiegelbild (umgekehrtes) ist. Dann kann das Farbbild 45 mittels Wärmeübertragung auf den Gegenstand 16 unter Verwendung des oben beschriebenen Vakuum-/Heizverfahrens aufgetragen werden und das Bild wird als echtes Bild (nach vorne zeigendes Bild) auf dem Gegenstand 16 erscheinen.
Wenn ein Sublimationsfarbstoff verwendet wird, wird das Farbbild 45 sublimiert und an die gewünschten Oberflächen des Gegenstands 16 durch ein Wärmeübertragungsverfahren transferiert. In einem Verfahren vom Wärmeschweißtyp weicht die Wärme das Bild 45 auf und das weichgemachte Bild wird dann an die gewünschten Oberflächen des Gegenstands 16 transferiert. Das Bild 45 kann aus Pigmentdruckfarbe oder Plastisolen sein, deren Schmelz- oder Aufweichpunkt unterhalb des Schmelzpunkts des Gegenstands 16 ist, der das Bild 45 aufnimmt. Andere Farbstoffe, Farben und Bildabgabemedien, die nach Stand der Technik bekannt sind, können ebenfalls in Übereinstimmung mit dieser Erfindung verwendet werden.
In den 2B und 2C ist eine Bildträgerfolie 24 gezeigt, welche die flexiblen Heizelemente 36 trägt. Es ist ebenfalls möglich, dass die flexible Membran 26 die Heizelemente 36 tragen kann. Die flexible Membran 26 kann aus jedem geeigneten Material, wie etwa Silikonkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymeren, Polychloropren, Polyurthanen oder anderen elastischen Polymermaterialien, sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird, wie oben erläutert, die Membran 26, welche die flexiblen Heizelemente 36 trägt, in Druckkontakt mit der Farbbild-Trägerfolie 24 durch Anlegen des Vakuums gezogen. Dieser Vorgang bewirkt, dass sich die Trägerfolie 24 um die obere Oberfläche 18 und die Seitenoberflächen 20 und 22 des dreidimensionalen Gegenstands 16 wickelt. Die Trägerfolie 24 passt sich eng an die unregelmäßig geformten Oberflächen des Objekts 16 an. Die Heizelemente 36, die durch die Bildträgerfolie 24 oder die Membran 26 getragen werden, werden aktiviert, um Wärme bereitzustellen und das Farbbild 45 wirksam von der Trägerfolie zum Gegenstand 16 zu übertragen.
Das Verfahren dieser Erfindung erzeugt hochqualitative Druckbilder auf dem dreidimensionalen Gegenstand. Die flexiblen Heizelemente, die durch die Bildträgerfolie oder die Membran getragen werden, sind zur dichten Anpassung an die obere Oberfläche und die Seitenoberflächen des dreidimensionalen Gegenstands mit der Bildträgerfolie und der Membran geeignet. Die erzeugte Wärme wird gleichmäßig auf jede Oberfläche des Gegenstands angewendet und das Farbbild wird gleichmäßig übertragen, um ein ausgezeichnetes Druckbild zu erzeugen.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen eines vorbestimmten Farbbildes auf mehrere Oberflächen eines dreidimensionalen Gegenstands, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Kunststoffaußenoberfläche zum Aufnehmen eines Farbbildes, wobei der dreidimensionale Gegenstand eine obere Oberfläche und eine Vielzahl an seitlichen Oberflächen aufweist, die in Bezug auf die obere Oberfläche benachbart, aber nicht koplanar angeordnet sind; b) deckungsgleiches Platzieren einer Farbbildträgerfolie über dem dreidimensionalen Gegenstand, wobei die Farbbildträgerfolie ein auf dieser aufgedrucktes, vorbestimmtes Farbbild aufweist und ein flexibles Heizelement trägt; c) Absenken einer flexiblen Membran über dem dreidimensionalen Gegenstand und der Bildträgerfolie; d) Erzeugen eines Vakuums unter der Membran, um die Bildträgerfolie dazu zu veranlassen, sich mit der oberen Oberfläche und den seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands in Druckverbindung anzupassen; und e) Erhitzen der Bildträgerfolie mit dem flexiblen Heizelement, um das Farbbild von der Trägerfolie auf die obere Oberfläche und die seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildträgerfolie ein Substrat umfasst, auf das eine Farbaufnahmeschicht beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildträgerfolie ein Schichtsubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bildträgerfolie ein Schichtsubstrat umfasst, das mit einer Metallfolie verbunden ist, wobei die Metallfolie in dieser eine geätzte elektrische Schaltung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildträgerfolie ein Gewebesubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bildträgerfolie ein metallisiertes Gewebesubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das metallisierte Gewebe zur Bildung einer elektrischen Schaltung in diesem photochemisch geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das geätzte metallische Gewebe mit einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Lack beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiters umfassend den Schritt des Vorerhitzens der Bildträgerfolie vor dem Schritt der Vakuumerzeugung.
Verfahren nach Anspruch 1, weiters umfassend den Schritt des Vorheizens der Membran vor dem Schritt der Vakuumerzeugung.
Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen eines vorbestimmten Farbbildes auf mehrere Oberflächen eines dreidimensionalen Gegenstands, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Kunststoffaußenoberfläche zum Aufnehmen eines Farbbildes, wobei der dreidimensionale Gegenstand eine obere Oberfläche und eine Vielzahl an seitlichen Oberflächen aufweist, die in Bezug auf die obere Oberfläche benachbart, aber nicht koplanar angeordnet sind; b) deckungsgleiches Platzieren einer Farbbildträgerfolie über dem dreidimensionalen Gegenstand, wobei die Farbbildträgerfolie ein auf dieser aufgedrucktes, vorbestimmtes Farbbild aufweist; c) Absenken einer flexiblen Membran über dem dreidimensionalen Gegenstand und der Bildträgerfolie, wobei die Membran ein flexibles Heizelement trägt; d) Erzeugen eines Vakuums unter der Membran, um die Bildträgerfolie dazu zu veranlassen, sich mit der oberen Oberfläche und den seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands in Druckverbindung anzupassen; und e) Erhitzen der Bildträgerfolie mit dem flexiblen Heizelement, um das Farbbild von der Trägerfolie auf die obere Oberfläche und die seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 11, weiters umfassend den Schritt des Vorerhitzens der Bildträgerfolie vor dem Schritt der Vakuumerzeugung.
Verfahren nach Anspruch 11, weiters umfassend den Schritt des Vorerhitzens der Membran vor dem Schritt der Vakuumerzeugung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die flexible Membran Siliconkautschuk umfasst.
Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen eines vorbestimmten Farbbildes auf mehrere Oberflächen eines dreidimensionalen Gegenstands, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Kunststoffaußenoberfläche zum Aufnehmen des Farbbildes, wobei der dreidimensionale Gegenstand eine obere Oberfläche und eine Vielzahl an seitlichen Oberflächen aufweist, die in Bezug auf die obere Oberfläche benachbart, aber nicht koplanar angeordnet sind; b) deckungsgleiches Platzieren einer Farbbildträgerfolie über dem dreidimensionalen Gegenstand, wobei die Farbbildträgerfolie ein auf dieser aufgedrucktes, vorbestimmtes Farbbild aufweist und ein flexibles Heizelement trägt; c) Erzeugen eines Vakuums unter der Bildträgerfolie, um diese dazu zu veranlassen, sich mit der oberen Oberfläche und den seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands in Druckverbindung anzupassen; und e) Erhitzen der Bildträgerfolie mit dem flexiblen Heizelement, um das Farbbild von der Trägerfolie auf die obere Oberfläche und die seitlichen Oberflächen des dreidimensionalen Gegenstands zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 15, weiters umfassend den Schritt des Vorerhitzens der Bildträgerfolie vor dem Schritt der Vakuumerzeugung.