DE69705728T2 - A METAL ITEM WITH VISUALLY CONTRASTING SURFACE AREAS - Google Patents
A METAL ITEM WITH VISUALLY CONTRASTING SURFACE AREASInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft metallische Substrate mit visuell kontrastierenden Oberflächen, die sich beispielsweise für die Herstellung von Behältern wie Getränkedosen und dergleichen eignen oder solche sind.The present invention relates to metallic substrates with visually contrasting surfaces which are suitable for or are suitable for the manufacture of containers such as beverage cans and the like.
Um zweifarbige Logos, Beschriftungen oder dergleichen auf einem Metallsubstrat zu erzeugen, wird derzeit das folgende Verfahren angewendet: auf dem metallischen Substrat werden nacheinander zwei Epoxyharz-Lackschichten aufgebracht, die unterschiedlich gefärbt sind. Anschließend wird durch Laser-Ablation die obere der beiden Schichten vollständig abgetragen, sodaß an den Stellen, an denen der obere Lack verdampft ist, die Farbe der unteren, farblich kontrastierenden Lackschicht zu sehen ist.In order to produce two-coloured logos, lettering or the like on a metal substrate, the following process is currently used: two layers of epoxy resin paint, each of different colours, are applied to the metal substrate one after the other. The upper of the two layers is then completely removed by laser ablation, so that the colour of the lower, contrasting coloured paint layer can be seen in the places where the upper paint has evaporated.
Dieses Verfahren ist kostenintensiv, da der metallische Untergrund zweimal in getrennten Arbeitsgängen mit einer Harzbeschichtung versehen werden muß. Dies ist ein recht langsames und mühsames. Verfahren, z. B. wenn der metallische Untergrund oder das metallische Substrat in Form eines bahnenförmigen Bleches beschichtet werden soll. Ursache hierfür ist, daß die Gerätschaften, die für das Beschichten verwendet werden, zwischen dem Aufbringen jeder anders gefärbten Schicht gründlich gereinigt werden müssen und auch, daß das Aufbringen der zweiten Schicht erfordert, daß das kontinuierliche Herstellungsverfahren zu diesem Zeitpunkt unterbrochen werden muß, so daß die Kapazität einer Herstellungsstraße stark erniedrigt wird. Bis jetzt gab es jedoch kein anderes Verfahren zum Aufbringen von zwei unterschiedlich gefärbten Epoxyharz- Lackschichten auf einem metallischen Untergrund, wenn die Herstellung in großem Maßstab erfolgen soll.This process is costly because the metal substrate has to be coated twice in separate operations. This is a rather slow and laborious process, for example when the metal substrate or metal sheet is to be coated. This is because the equipment used for coating must be thoroughly cleaned between the application of each differently colored layer and also because the application of the second layer requires that the continuous manufacturing process be interrupted at that time, so that the capacity of a manufacturing line is greatly reduced. However, until now there has been no other method for applying two differently colored epoxy resin paint layers to a metal substrate when the manufacturing is to be carried out on a large scale.
Das US-Patent 4,547,649 beschreibt ein Markierungssystem auf Zirkonium oder anderen Metallen, die Sauerstoff lösen können. Das Verfahren umfaßt die Erzeugung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls und das lokale Reduzieren eines Teils der Oxidschicht unter Verwendung z. B. eines Laserstrahls, wodurch eine Markierung mit kontrastierender Struktur verbleibt. Dieses Verfahren ist jedoch auf die Oberfläche spezifischer Metalle beschränkt. Außerdem ist die Oberfläche der Markierung nicht abgedeckt und daher nicht gegen Umwelteinflüsse geschützt.US Patent 4,547,649 describes a marking system on zirconium or other metals that can dissolve oxygen. The process involves creating a thin oxide layer on the surface of the metal and locally reducing a portion the oxide layer using, for example, a laser beam, leaving a marking with a contrasting structure. However, this method is limited to the surface of specific metals. In addition, the surface of the marking is not covered and therefore not protected against environmental influences.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren schnelleres und kostengünstigeres, auf die. Herstellung großer Mengen ausgelegtes Verfahren aufzufinden. Außerdem soll das Verfahren eine visuell kontrastierende Oberfläche bereitstellen, die gegen über ihrer Umgebung geschützt ist.The object of the invention is to find a faster and more cost-effective process than the process described above, designed for the production of large quantities. In addition, the process should provide a visually contrasting surface that is protected from its surroundings.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der metallische Untergrund mit nur einer einzigen farbgebenden Schicht überzogen und diese Schicht partiell, also an den gewünschten Stellen, durch Laserstrahlung unvollständig abgetragen (abgedampft) wird. Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß das Behandeln der Schicht mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Laserstrahl-Energie zu einer unvollständigen Entfernung der Auflage führt. Zurück bleibt eine dünne, lichtdurchlässige "Haut" oder ein solcher Film, die/der deutlich dünner als die Lackschicht ist. Da diese Haut überraschenderweise durchscheinend ist, wird die Farbe des metallischen Untergrundes erkennbar, so daß visuelle Kontraste erscheinen.This task is solved by coating the metallic substrate with only a single color-giving layer and partially removing (evaporating) this layer, i.e. at the desired locations, using laser radiation. Surprisingly, it was found that treating the layer with a laser beam energy that is lower than that used in the prior art leads to incomplete removal of the coating. What remains is a thin, translucent "skin" or film that is significantly thinner than the paint layer. Since this skin is surprisingly translucent, the color of the metallic substrate becomes visible, so that visual contrasts appear.
Fig. 1 verdeutlicht schematisch das erfindungsgemäße Verfahren und das dabei erzeugte Produkt: ein metallischer Untergrund 1 ist vor der Laser-Ablation vollständig mit einer farbgebenden Schicht 2 beschichtet (A). Nach dem Wegdampfen der farbgebenden Schicht erkennt man in B an den Orten 4, an denen der Laserstrahl auftraf, eine verbliebene transparente Schicht 3, die deutlich dünner als die ursprüngliche farbgebende Schicht ist.Fig. 1 schematically illustrates the method according to the invention and the product produced thereby: a metallic substrate 1 is completely coated with a color-providing layer 2 before laser ablation (A). After the color-providing layer has evaporated away, a remaining transparent layer 3 can be seen in B at the locations 4 where the laser beam hit, which is significantly thinner than the original color-providing layer.
Fig. 2 verdeutlicht im Gegensatz hierzu das in der Einleitung erwähnte übliche Verfahren, in welchem der metallische Untergrund 1' unter der (ersten) farbgebenden Schicht 2' eine zweite, andersfarbige Schicht 5' aufweist, die direkt auf dem Substrat aufgetragen ist (A'). Aus B' erkennt man, daß durch das Auftreffen des Laserstrahls an den betroffenen Stellen 4' die erste farbgebende Schicht völlig verdampft ist, von der zweiten Schicht 5' jedoch noch der größte Teil vorhanden ist, so daß die Farbe der zweiten Schicht 5' an den Stellen 4' für den Betrachter sichtbar wird.In contrast, Fig. 2 illustrates the usual method mentioned in the introduction, in which the metallic substrate 1' has a second, differently colored layer 5' under the (first) coloring layer 2', which is applied directly to the substrate is applied (A'). From B' it can be seen that the first color-imparting layer has completely evaporated due to the impact of the laser beam on the affected areas 4', but the majority of the second layer 5' is still present, so that the color of the second layer 5' is visible to the viewer at the areas 4'.
Die Dicke der farbgebenden Schicht kann im allgemeinen frei gewählt werden; man legt sie nach üblichen Erwägungen (Kratzfestigkeit, Preis etc.) fest. Während in altbekannten Verfahren die Dicke der farbgebenden Schicht üblicherweise 3-4 um betrug und die Dicke der darauf aufliegenden Schicht dünner war (z. B. etwa 0.5 bis 2 um), kann die einzige und farbgebende Schicht der vorliegenden Erfindung beispielsweise genauso dick oder weniger dick sein (z. B. etwa 2 bis 4 um, vorzugsweise weniger als 3 um), verglichen mit dem, was in bekannten Verfahren üblich war. Nach der Laser-Ablation verbleibt eine deutlich dünnere Schicht (z. B. mit einer. Dicke von nur 1/6 bis 1/3); wenn z. B. eine Schicht mit einer Dicke von 3 um der Laser-Ablation unterworfen wird, erhält man eine transparente Schicht mit einer Dicke von etwa 0,6 um.The thickness of the color-imparting layer can generally be freely chosen; it is determined according to usual considerations (scratch resistance, price, etc.). While in well-known processes the thickness of the color-imparting layer was usually 3-4 µm and the thickness of the layer on top was thinner (e.g. about 0.5 to 2 µm), the single and color-imparting layer of the present invention can, for example, be just as thick or less thick (e.g. about 2 to 4 µm, preferably less than 3 µm) compared to what was usual in known processes. After laser ablation, a significantly thinner layer remains (e.g. with a thickness of only 1/6 to 1/3); for example, if a layer with a thickness of 3 µm is subjected to laser ablation, a transparent layer with a thickness of about 0.6 µm is obtained.
Die Laser-Ablation kann im erfindungsgemäßen Verfahren nach üblichen Methoden erfolgen. Beispielsweise geschieht das Abtragen durch das Auflegen einer Maske oder Schablone, die Buchstaben, Wörter, Logos, figürliche Darstellungen oder dergleichen abdeckt oder umgekehrt freiläßt, oder durch ein Druckverfahren, z. B. ein "dot-matrix"-Druckverfahren. Die tatsächlich aufzubringende Energie ist für den Fachmann leicht errechenbar und hängt von der Schichtdicke ab. Natürlich führt eine höhere Energie zu einer stärkeren Ablation. Bei gleicher Dicke der Schichten ist, wenn man die obere Schicht des Standes der Technik mit der einzigen Schicht der vorliegenden Erfindung vergleicht, die aufzubringende Energie deutlich geringer als die im Stand der Technik verwendete, wenn die Schichten die gleiche Dicke haben. Es ist daher ausreichend, einen NO-Laser für das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzen. Man wählt eine solche Einstellung, daß der größere Teil (siehe oben) der farbgebenden Schicht aus den belichteten Bereichen entfernt wird und die restliche "Haut" in diesen Bereichen lichtdurchlässig wird, so daß das metallische Substrat wie in einem Zwei- Farben-Druck als zweite Farbe erscheint.Laser ablation can be carried out in the method according to the invention using conventional methods. For example, the removal is carried out by applying a mask or stencil that covers letters, words, logos, figurative representations or the like or, conversely, leaves them free, or by a printing process, e.g. a "dot matrix" printing process. The energy actually to be applied is easy for the person skilled in the art to calculate and depends on the layer thickness. Of course, a higher energy leads to a stronger ablation. If the layers are the same thickness, if one compares the upper layer of the prior art with the single layer of the present invention, the energy to be applied is significantly lower than that used in the prior art when the layers have the same thickness. It is therefore sufficient to use an NO laser to carry out the method according to the invention. A setting is selected such that the larger part (see above) of the color-imparting layer is removed from the exposed areas. and the remaining "skin" in these areas becomes translucent, so that the metallic substrate appears as a second color, like in a two-color print.
Die Tatsache, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wirklich eine transparente Schicht verbleibt, kann leicht mit Hilfe von Experimenten bestätigt werden, in denen die bearbeiteten Substrate mit Kupfersulfat behandelt werden.The fact that a transparent layer actually remains with the help of the method according to the invention can easily be confirmed by means of experiments in which the processed substrates are treated with copper sulfate.
Die einzige farbgebende Schicht kann ein üblicher Lack sein, z. B. ein Lack auf Epoxyharz-Basis. Bezüglich der Farben besteht keine Beschränkung, wobei dunkle Farben wegen des stärkeren Kontrastes zum metallischen, durchscheinenden Untergrund (z. B. Aluminium, Stahl) besonders geeignet sind.The only coloring layer can be a standard varnish, e.g. an epoxy resin-based varnish. There are no restrictions on the colors, although dark colors are particularly suitable because of the stronger contrast to the metallic, translucent background (e.g. aluminum, steel).
Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Laser-Ablation nicht ein völliges Verdampfen der belichteten Teile der Farbschicht bewirkt, fungiert die restliche, dünnere und farblose Schicht ("Haut") als Schutzschicht für das Metall gegenüber atmosphärischen Einflüssen und/oder als Kontakt- Barriere gegenüber beliebigen anderen Substanzen, die das Metall angreifen könnten, und damit auch als Korrosionsschutz.Because the laser ablation in the process according to the invention does not cause the exposed parts of the color layer to completely evaporate, the remaining, thinner and colorless layer ("skin") functions as a protective layer for the metal against atmospheric influences and/or as a contact barrier against any other substances that could attack the metal, and thus also as corrosion protection.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auf einfache Weise neue beschichtete Metallbleche oder -folien erzeugen. Diese Bleche oder Folien sind sowohl korrosionsgeschützt als auch graphisch ansprechend gestaltet. Neben der Herstellung von flächigen Metallsubstraten eignet sich das Verfahren auch zur Herstellung von Metallbehältern wie Dosen, die entweder bereits in geformten Zustand erfindungsgemäß "lackiert" werden oder aber aus erfindungsgemäß behandelten Metallblechen oder -folien erzeugt wurden. Je nach Bedarf können spezifische Bereiche der Behälter oder Dosen erfindungsgemäß bearbeitet werden, z. B. der Boden oder die Aufreißlasche. So kann z. B. die Rückseite der Aufreißlasche mit sehr kleinen Markierungen versehen werden, die für den Hersteller oder mit den Gegenständen vertraute Personen als Identifikation oder dergleichen dienen.With the help of the method according to the invention, new coated metal sheets or foils can be produced in a simple manner. These sheets or foils are both corrosion-protected and have an attractive graphic design. In addition to the production of flat metal substrates, the method is also suitable for the production of metal containers such as cans, which are either "painted" according to the invention while still in a shaped state or are produced from metal sheets or foils treated according to the invention. Depending on requirements, specific areas of the containers or cans can be processed according to the invention, e.g. the base or the tear tab. For example, the back of the tear tab can be provided with very small markings that serve as identification or the like for the manufacturer or people familiar with the objects.
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