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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfahren zum Tintenstrahldrucken.
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Es gibt eine Anzahl von gut bekannten
Techniken des Tintenstrahldruckens, bei welchen die Anzahl von pro
Einheitsbereich bzw. Flächeneinheit
abgelagerten Tintentröpfchen
gesteuert bzw. kontrolliert wird, um die optische Dichte des Druckens
zu verändern.
Mit Mehrfachdruckköpfen
kann in ähnlicher
Weise die Druckfarbe gesteuert bzw. kontrolliert werden.
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Ein Problem, welches häufig angetroffen
wird, liegt darin, dass die endgültige
Druckqualität
erheblich davon abhängt,
ob und in welchem Ausmaß einzelne
Tintentröpfchen
sich auf dem Substrat ausbreiten und mit ihren Nachbarn zusammenwachsen.
Das Verhalten von jedem Tintentröpfchen
in dieser Beziehung hängt in
einem beträchtlichen
Ausmaß von
der Anzahl von anderen in der gleichen Umgebung abzulagernden Tintentröpfchen ab.
Dieses Verhalten wird jedoch darüber
hinaus auch durch mikroskopische Änderungen in den mechanischen
und chemischen Eigenschaften des Substrats beeinflußt (insbesondere
die Rauhigkeit der Oberfläche
des Substrats und die Oberflächenspannung),
so dass das Ausmaß der
Ausbreitung des Zusammenwachsens von Tröpfchen nicht konstant oder
reproduzierbar ist, selbst dort, wo das Muster benachbarter Tröpfchen unverändert ist.
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Um einen Grad der Steuerung bezüglich des
Verhaltens von Tintentröpfchen
auf dem Substrat zu schaffen und dies sogar während des Prozesses des Niederschlags
von Tröpfchen,
ist es üblich,
Tinten zu verwenden, welche eine definierte Aushärtungs-, Fixier- oder Härtungsphase
haben, wie etwa ultraviolett-härtbare
Tinte. Diese flüssige
UV-härtbare
Tinte bleibt, während
sie sich innerhalb des Tintenstrahl-Druckkopfes befindet, während des
Fluges und für
ein anfängliches
Intervall auf dem Substrat in einem Zustand, der mit einer „flüssigen Phase" bezeichnet werden
könnte.
Zu der geeigneten Zeit werden die gedruckten Tröpfchen mit einer UV-Strahlung
belichtet, was durch UV-Hätrung
eine Transformation bzw. Umwandlung von der „nassen Phase" in eine „trockene
Phase" bewirkt.
Ein ähnlicher
Effekt kann mit heißschmelzenden
Tinten erreicht werden, wo die Transformation bzw. Umwandlung von
der "nassen Phase" in die „trockene
Phase" durch Temperatur
gesteuert wird, oder mit Zwei- Komponenten-Tinten,
wo das Aussetzen einer Härtungs-
oder fixierenden Komponente die Transformation bzw. Umwandlung bewirkt.
Hierin bzw. in dieser Beschreibung werden die Ausdrücke „naß" und „trocken" dazu verwendet,
die jeweils mehr oder weniger viskosen Zustände bzw. Stadien einer Tinte
oder eines anderen Druckmaterials zu bezeichnen, welches eine definierte
Aushärtungs-,
Fixier- oder Härtungsphase
hat.
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Es ist ein Ziel gemäß einem
Aspekt der Erfindung, ein verbessertes Verfahren des Tintenstrahldruckens
zu schaffen, in welchem die Variabilität des Tröpfchenverhaltens auf dem Substrat
erheblich reduziert wird.
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Demgemäß besteht die vorliegende Erfindung
gemäß einem
Aspekt in einem Verfahren des Tintenstrahldruckens auf einem Substrat,
welches die Schritte aufweist: Bilden einer nassen Grundierungsschicht
auf dem Substrat; Ablagern eines Musters von nassen Tintentröpfchen auf
der Grundierungsschicht, während
die Grundierungsschicht naß bleibt
und die nachfolgende Transformierung bzw. Umformung der Grundierungsschicht
und der abgelagerten Tintentröpfchen
in einen trockenen Zustand, wobei die Dicke der Grundierungsschicht
sich räumlich
mit dem Muster von abzulagernden Tintentröpfchen verändert.
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Die Grundierungsschicht kann gebildet
werden, in dem eine Vielzahl von gut bekannten Techniken, wie etwa
Offset- oder Leistenbeschichtung verwendet wird, obgleich sie vorzugsweise
ganz oder teilweise durch Tintenstrahldrucken geformt bzw. gebildet
wird.
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Die Grundierung ist typischerweise
farblos, obgleich dies nicht wesentlich ist. Eine weiße Grundierung kann
z. B. zweckmäßig sein
beim Verbergen von Farbveränderungen über das
Substrat. Wenn die Grundierung eine andere Farbe als das Substrat
besitzt, welches bedruckt werden soll, kann ein Erfordernis für eine weitere
Bildverarbeitung der Druckdaten vor dem Drucken bestehen.
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Es wurde gefunden, dass das Ausbreiten
und Zusammenwachsen von nassen Tintentröpfchen auf einer nassen Grundierung
bzw. einem nassen Untergrund beträchtlich gleichförmiger und
reproduzierbarer ist, als auf einem reinen bzw. bloßen Substrat
selbst.
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Bei vielen Anwendungen ist das beschriebene
Problem der Änderung
des Verhaltens von niedergeschlagenen Tintentröpfchen merklich bei bestimmten
Dichten des Druckens aber nicht bei anderen. Es kann z. B. bei niedrigen
Dichten sein, dass die niedergeschlagenen Tintentröpfchen ausreichend
voneinander getrennt sind, dass sie niemals zusammenwachsen. Bei
hohen Dichten überlappen
sich die Tintentröpfchen
ausreichend um immer zusammenzuwachsen. Gerade über einen Zwischenbereich von
Dichten erzeugt das Problem des variablen Tröpfchenverhaltens merkliche
Strukturen.
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Wenn – z. B. – UV-Drucken mit 100% reaktiven
Tinten erfolgt, wird gewöhnlich
ein glänzendes
Finish erreicht. Reflektiertes Licht von der Oberfläche legt
Veränderungen
der Dicke über
das Bild offen.
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Es wurde beobachtet, dass in solchen
und gewissen anderen Anwendungen die Druckqualität weiter verbessert werden
kann, wenn die Dicke der Grundierungsschicht im wesentlichen entgegengesetzt
zu der Zahl der in einem lokalen Bereich niederzuschlagenden Tintentröpfchen verändert wird.
Auf diese Weise kann es eingerichtet werden, das die Gesamtdicke
der Grundierung plus Tinte im Wesentlichen konstant über dem Substrat
bleibt. Dieser Schritt ist besonders nützlich bzw. vorteilhaft, wo
Veränderungen
der Druckdichte relativ graduell sind, wie etwa bei dem Drucken
von Fotografien oder anderen Bildern. Wo hohe Raum- bzw. Ortsfrequenzen
in dem Bildinhalt vorhanden sind – wie etwa bei Text – und die
gewünschten Änderungen
in der Druckdichte abrupt und nicht graduell sind, kann der Schritt
weniger vorteilhaft oder – sogar – schädlich sein.
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Somit wird bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung die Veränderung
in der Dicke der Grundierungsschicht mit dem Muster von abzulagernden
Tintentröpfchen
in Bereichen inaktiviert, wo der durch das Muster der Tinte repräsentierte
Druckinhalt bestimmt ist, Text oder anderen Inhalt mit hoher Raum-
bzw. Ortsfrequenz zu enthalten.
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Die Erfindung wird nun mittels Beispiel
und Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen
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1 eine
schematische Darstellung ist, welche ein Verfahren des Tintenstrahldruckens
gemäß einem
Aspekt der Erfindung darstellt;
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2 ein
schematischer Querschnitt durch ein gemäß einem Aspekt der Erfindung
bedrucktes Substrat zeigt und
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3 einen
Querschnitt ähnlich
demjenigen in 2 ist,
welcher eine Modifikation darstellt.
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1 ist
eine Darstellung, welche ein Verfahren des Tintenstrahldruckens
gemäß einem
Aspekt der Erfindung zeigt. In diesem Beispiel ist das Substrat
eine Plastikkarte, die bei 100 gezeigt ist, und aus PVC oder ABS
gebildet ist.
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Zuerst wird eine Grundierung in der
Form einer dünnen
Schicht eines UV-härtbaren
Trägers
auf das Substrat bei einer Grundierungsstation 102 aufgebracht
und zwar vor dem Tintenstrahldrucken.
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Zwei Tintenstrahl-Druckköpfe 104, 106 sind
im Winkel zu der Bewegungsrichtung 108 des Substrats angeordnet,
damit eine 360dpi Auflösung
erreicht wird bzw. gegeben ist. Die Druckköpfe sind monochrom und drucken
jeweils helle und dunkle Tinten von jeweils einer einzigen Farbe.
Die Tinten können
z. B. die gleichen Bestandteile aber unterschiedliche Anteile von
Pigment haben. Die Druckköpfe
können
z. B. irgendeine der Formen haben, wie sie in der EP-A-0 277 703
oder der EP-A-0 278 590 offenbart sind und sind vorzugsweise zum
Mehrtondrucken, wie dies in der EP-A-0 422 870 gezeigt ist, eingerichtet.
Die zwei Druckköpfe
drucken naß-auf-naß und nach
einer durch die Entfernung zu der UV-Lampe 108 und die
Druckgeschwindigkeit bestimmten Verzögerung wird die kombinierte
Schicht ausgehärtet.
Die Verzögerung
vor dem Aushärten
ist typischerweise geringer als eine Sekunde. Eine typische Aushärtungsenergie
ist 1,25 J/cm2 mit einer Aushärtungszeit
von weniger als einer Sekunde.
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Es wurde gefunden, dass es mit dieser
Anordnung möglich
ist, einen Keil einer einzelnen Farbe auf einer Plastikkarte zu
drucken. Durch „Keil" ist ein einheitlicher
Block gemeint, bei dem sich die Druckfarbe in der Richtung des Druckens
kontinuierlich verändert.
Dies ist ein genauer Test der Fähigkeit
des Druckers, geringe Unterschiede in der Farbe oder in der Flächenhelligkeit
aufzulösen
ohne Druckartefakte bzw. -strukturen. Wenn ein Verfahren gemäß dieser
Erfindung verwendet wird, so wird gefunden, dass der gedruckte Keil
glatt bzw. verlaufend ist und keine sichtbare Punktstruktur aufweist
und nahezu linear ist. Die Ergebnisse sind subjektiv mit der Qualität vergleichbar,
welche durch Offset-Lithografie erreicht wird.
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Ein Schlüsselmerkmal, welches erforderlich
ist, um dieses Ergebnis zu erreichen, ist die nasse Grundierungsschicht.
Dies erlaubt es, dass sich die Tröpfchen gleichmäßig ohne
Bezug auf ihre Nachbarn ausbreiten. Wenn auf einem trockenen Substrat
gedruckt wird, hängt
das Ausbreiten und Vermischen der Tröpfchen stark von der Menge
von Tinte in benachbarten Pixeln ab. Die Verwendung einer nassen
Grundierung homogenisiert dieses Verhalten.
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Eine Anzahl von Tröpfchen von
einem der Druckköpfe
oder von beiden Druckköpfen,
welche jeweils helle und dunkle Tinte ausstoßen, werden verwendet, um einen
gedruckten Punkt bzw. Dot auf dem Substrat zu bilden. Wenn jeder
Druckkopf in der Lage ist, n Stufen bzw. Pegel auszustoßen (d.
h. n – 1
Tropfen pro Punkt bzw. Dot), existieren theoretisch n2 Tonwerte.
Zum Beispiel haben wir für
n = 4:
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Diese Anzahl von Stufen bzw. Pegeln
kann praktisch nur verfügbar
gemacht werden, wenn das Verhalten der Tröpfchen von jedem Druckkopf
auf dem Substrat sorgfältig
gesteuert wird. Dies wird durch die Verwendung einer nassen Grundierung
erreicht. Es hat sich herausgestellt, das ohne eine solche Steuerung
die Verwendung nur einige der zur Verfügung stehenden Stufen bzw.
Regel möglich
ist.
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Das Drucken mit allen dieser Stufen
bzw. Pegeln führt
zu übenaschenden
Ergebnissen; wie dies bemerkt wurde ist eine Druckqualität erreichbar,
welche vergleichbar mit der von Offset-Lithografie ist. Es ist zu beachten,
das die Anzahl von Stufen bzw. Pegeln, welche erforderlich ist,
um eine gewünschte
Druckqualität zu
erzeugen, entsprechend der Anwendung variiert.
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In einigen Fällen wird ein gegensätzlicher
bzw. der Erwartung zuwiderlaufender Effekt beobachtet, wonach die
Dunkelheit bzw. Schwärze
des Keils mit zunehmenden Mengen von Farbe sich reduziert. Dies
ist ein Ergebnis von komplexen Interaktionen zwischen den Tröpfchen der
beiden Tinten, welche selbst innerhalb der gesteuerten Substratumgebung,
welche durch die nasse Grundierung geschaffen wird, verbleiben.
Jedes solche anormale Verhalten kann gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung korrigiert werden, in dem die Dichte des Aus gangstons
für jeden
der verwendeten Werte (wie oben gezeigt) gemessen wird und in dem
diese Werte als eine inverse Beziehung zu den Bildwerten angewendet
werden.
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Eine Kombination der oben erwähnten Merkmale
hat zu einem erfolgreichen Drucken mit 12 Stufen bzw. Pegeln von
zwei Tinten geführt.
Es bestehen jedoch weitere Aspekte der Erfindung, welche eine weitere Verbesserung
oder ein einfacheres Drucken erbringen.
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Die Verwendung von hellen und dunklen
Tinten der gleichen Farbe ist nicht ein wesentliches Merkmal der
Erfindung; die Verwendung einer nassen Grundierung schafft einen
Vorteil bei einem einzelnen Druckkopf oder bei Mehrfachdruckköpfen entsprechend
jeweils mit drei, vier, sechs oder anderen bekannten Farbkomponentenschemata.
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Es ist auch möglich, einen Druckkopf von
derjenigen Art zu verwenden, wie er in der WO95/25011 offenbart
ist mit Auslöseimpulsen,
welche eine Dauer von weniger als L/c aufweisen, um „Bruchteil"-Tropfen zu erzeugen.
Dies kann verwendet werden (a) um die Größe des kleinsten Punktes bzw.
Dots (anstelle der Verwendung von heller Tinte) zu reduzieren oder
(b) die Tonkurve wie oben beschrieben zu linearisieren aber durch Änderung
der Wellenform und nicht des Bilds. Das Verfahren hat ferner den
Vorteil, das es die Gesamtmenge der Tinte reduziert, welche abgezogen
wird und würde
deshalb die Gesamtzahl der Stufen bzw. Pegel erhöhen, welche mit einer gegebenen
Kopfanordnung erreichbar sind. Es soll angenommen werden, dass sieben
Tröpfchen
pro Fleck bzw. Dot erforderlich sind, um eine volle Dichte zu drucken
und zwar bei Verwendung von Betätigungswellenformen
von gleicher Dauer: wenn die Dauer der Betätigungswellenform, welche verwendet
wird, um das erste Tröpfchen
auszustoßen,
halbiert wird und andere zwischen 0,5 und 1 verringert werden, dann
ist das Gesamttintenvolumen, welches durch sieben Tröpfchen niedergeschlagen
wird, nun geringer und anstelle dessen könnten 10 oder 12 dpd (Tröpfchen pro
gedrucktem Fleck bzw. Dot) erforderlich sein, um das volle Schwarz
zu erreichen. Die Leistung dieses einfachen Kopfes ist mit einer
Zweiton-Tinten-Lösung
vergleichbar.
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Die Grundierung kann durch eine Walze
oder einen Wischer oder durch eine weite Vielzahl anderer bekannter
Techniken aufgebracht werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird
jedoch eine klare Grundierungsschicht abgelagert, in dem ein weiterer
Tintenstrahl-Druckkopf
verwendet wird. Der „Ton" dieser Schicht würde so sein,
dass er den Tintenfilm „auffüllt" wo wenig zu drucken
ist. Wenn z. B. angenommen wird, das die Gesamttinte, wel che für alle Farben
vorgesehen ist, 300% ist, dann würde
der Druckkopf für
die Grundierung drucken (300-C-M-Y-K-c-m-y-k) wobei C dunkles Cyan,
c helles Cyan usw. ist.
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Eine einfache Art und Weise eine
aufgefüllte
Grundierung zu erreichen, ist es, eine „Helligkeits"- („Luminosity")- Version eines
Bilds (z. B. durch Konvertieren eines Farbbildes in grau unter Verwendung
von gut bekannter Software für
die Bildverarbeitung) zu schaffen. Dies kann als eine Abbildung
bzw. Karte angesehen werden, welche die Menge der an jedem Punkt
des Bilds niederzuschlagenden Tinte zeigt. Wenn diese Abbildung
bzw. Karte invertiert wird (durch Subtraktion von einem geeigneten
festgelegten Wert) kann dann eine gewünschte Tiefenabbildung bzw.
-karte für
die Grundierung geschaffen werden.
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Wenn das Beispiel von monochromem
Drucken (oder einer einzigen Komponente eines Mehrkomponenten Farbschemas)
genommen wird, ist es zweckmäßig, die
Anzahl von Tinten-dpd und von Grundierungs-dpd so zu steuern, dass
die Summenzahl von dpd konstant bleibt.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen. Dort ist eine Anordnung
gezeigt, bei welcher die Dicke der Aufnahmegrundierung 200 welche
auf dem Substrat 202 abgelagert ist, mit der Dicke der
Tinte 204 derart verändert
wird, dass eine konstante Gesamtdicke erreicht wird und deshalb
eine flache obere Oberfläche.
In vielen Anwendungen, insbesondere bei Plastiksubstraten, wurde
gefunden, dass dadurch eine exzellente Druckqualität erzeugt
wird.
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Die gesteuerte Verwendung eines binären Tintensystems
(Tinte + klare oder weiße
Grundierung) derart, dass die Summenzahl Tröpfchen pro Druckfleck bzw.
-dot vernünftigerweise
konstant gehalten wird, wird so angesehen, dass sie wichtige Vorteile
beinhaltet. Es wird erkannt werden, dass die gleiche Technik auch auf
andere binäre
Systeme angewendet werden kann, in welchen die beiden Komponenten
verschiedene optische Dichte aufweisen, wie auch für mehr komplexe
Systeme, welche mehr als zwei Komponenten aufweisen. Die Reihenfolge,
in welcher die verschiedenen Komponenten auf dem Substrat abgelagert
werden, können
manchmal verändert
werden. So könnte
eine flache obere Oberfläche
erreicht werden, in dem eine klare obere Schicht verwendet wird.
Es versteht sich jedoch, dass eine solche Anordnung nicht die Vorteile
einer nassen Grundierung schafft, wie sie vorher erwähnt wurde.
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Während
die Verwendung einer nassen Grundierung (oder einer co-abgelagerten
bzw. mitabgelagerten klaren Komponente) wichtige Vorteile bietet
kann durch die Auftragung einer Grundierung Vorteil gezogen werden,
welche in der Dicke variiert, um die örtliche Tintendicke anzupassen,
selbst wenn diese Grundierung nicht nass ist, wenn die Tinte niedergeschlagen
wird. Wie in 3 zu ersehen,
kann eine Grundierungsschicht auf ein Substrat aufgetragen werden,
um „Vertiefungen" („pits") zu schaffen, um
die notwendige Anzahl von Tröpfchen
von einem stromabwärtigen
Tintenstrahl-Druckkopf aufzunehmen.
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Es wurde entdeckt, das viele der
oben beschriebenen Techniken unterschiedlich mit unterschiedlichen Arten
von Druckmaterial arbeiten. Es wird z. B. gefunden, dass während die
Verwendung einer Grundierung besonders wirksam beim Drucken von
Fotografien oder ähnlichen
Bildern ist, es weniger effektiv bzw. wirksam (und tatsächlich in
einigen Fällen
nicht hilfreich) beim Drucken von Text ist. In einer Ausführungsform
der Erfindung wird deshalb die Natur des Druckinhalts bestimmt und
die Aufbringung einer Grundierung in Bereichen von Text inaktiviert.
Dies stellt die Kantenbildung sicher. Es wurde als vorteilhaft gefunden,
dort keine Grundierung zu drucken, wo immer sich ein hochfrequentes
Detail (entweder auf Grund von Text oder mehr allgemein) ergibt,
wobei dies möglicherweise
zu einem „Halo" von trockenem Grund
um den Text oder einen anderen Bereich von Hochfrequenzdetails führt. Der
Druckinhalt kann zu diesem Zweck analysiert werden, in dem eine Raumfiltertechnik
verwendet wird, um eine Abbildung bzw. Karte von Bereichen zu bestimmen,
wo die Verwendung einer Grundierung inaktiviert werden soll. Diese
Abbildung bzw. Karte kann raum- bzw. ortsgefiltert werden, um den
unbeschichteten Bereich „auszubreiten" z. B. mittels eines
einfachen FIR (Festimpulsansprech-) Filters.
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Die in den verschieden oben beschriebenen
Beispielen verwendete Grundierung kann, falls sie klar ist, im wesentlichen
die Form eines Verdünnungsmittels
annehmen, welches in der entsprechenden Tinte verwendet wird.
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Ein Beispiel wird in der unten stehenden
Tabelle 1 eines 4-Farb-Druck-Schemas gegeben mit einer weißen Grundierung
für die
Verwendung gemäß der Erfindung.
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Tabelle
1 (Anteile als Gewichtsprozente)
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Ein weiteres Beispiel wird in der
unten stehenden Tabelle 2 eines monochromen hellen und dunklen Tintenschemas
mit einer klaren Grundierung gegeben.
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Tabelle
2 (Anteile als Gewichtsprozente)
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Selbstverständlich wurde diese Erfindung
nur im Wege von Beispielen beschrieben und selbstverständlich ist
eine große
Anzahl von Modifikationen möglich,
ohne dass der Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart
ist, verlassen wird. Somit ist, während die Erfindung insbesondere
mit Bezug auf UV-härtbare
Tinten und Grundierungen beschrieben worden ist, die Erfindung auf
heißschmelzende Tinte
und andere Tinte mit definierten nassen und trockenen Phasen anwendbar.
Eine geeignete Grundierung nimmt typischerweise die gleiche Form
wie die Tinte an, wobei das Pigment oder andere Färbemittel
entfernt oder durch weißes
Pigment oder andere Färbemittel
ersetzt sind.
