EP0201627A2 - Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen - Google Patents

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EP0201627A2
EP0201627A2 EP85112773A EP85112773A EP0201627A2 EP 0201627 A2 EP0201627 A2 EP 0201627A2 EP 85112773 A EP85112773 A EP 85112773A EP 85112773 A EP85112773 A EP 85112773A EP 0201627 A2 EP0201627 A2 EP 0201627A2
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EP
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plastic
dye
laser beam
sublimation dye
diffused
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Eckart Dr. Reese
Eckard Dipl.-Ing. Foltin
Hans Werner Depcik
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/26—Printing on other surfaces than ordinary paper
    • B41M1/30—Printing on other surfaces than ordinary paper on organic plastics, horn or similar materials

Definitions

  • the invention relates to a method for marking of plastics, by means of a dye bathträ- g ers is transferred to a plastic.
  • legible, easily readable inscriptions are often to be attached, which differ from case to case in the composition and size of the characters. This applies in particular to the keys of input units, e.g. Typewriters.
  • Transfer printing in which a carrier made of paper provided with a dye is pressed against the plastic by means of a hot pressure stamp with slight pressure, the dye being transferred to the surface.
  • the disadvantage of this method is that the action of the energy of the laser beam leads to irreversible reactions in the plastic, which are usually associated with significant changes in color.
  • the color change can only be set to a limited extent: this means that only a light font on a dark background or a dark font on a light background is possible.
  • the invention has for its object to provide an economical, flexible process for the inscription of plastics can be produced with sharp contours, abrasion-resistant character in any desired color and size on belie- bi g em background only by drawing or electronic constraint, wherein a Destruction of the plastic must not occur.
  • the object is achieved in that the subtimation dye is diffused via the gaseous phase into the respectively heated surface of the plastic via at least one laser beam which can be controlled according to the characters as a heat carrier.
  • laser beams with a wavelength ⁇ of 100-1500 nm, in particular of 1000-1500 nm have proven successful.
  • the power density should be 114-220 J / cm 2 , in particular 124-150 J / cm 2 , with an exposure time of 0.2-0.8 s / mm 2 , in particular 0.5-0.7 s / mm 2 .
  • the amount of diffusion depends on the current multiplied by the number of modes through speed.
  • the softening temperature of the plastic should be at least 30 ° C above the sublimation temperature of the dye.
  • the sublimation dye applied directly to the surface is diffused.
  • the sublimation dye is guided past the surface of the plastic on a carrier material.
  • the sublimation dye is brought to the place where the laser beam hits.
  • carrier material which can consist of paper, tissue or foil.
  • the sublimation dye is brought to the place where the laser beam hits.
  • a device with a step-wise continuous tape is advantageous for this, which is wound up from one spool before use and rewound on the next spool after signing.
  • the path opposite to the direction of propagation of the laser beam is blocked for the gaseous dye.
  • the gaseous phase of the sublimation dye can only migrate in the direction of the plastic to be labeled.
  • the sublimation dye is pressed onto the plastic directly over the carrier material.
  • the carrier material is pressed against the plastic via a transparent device which allows the laser beam to pass through almost unhindered.
  • a transparent PU body at wavelengths in the range of 1000 - 1500 nm, in which, for example, the Nd-YAG solid-state laser emits has practically no change when irradiating with a laser beam during the usual exposure time, it is possible to do this using fluid cushions Press the carrier material cleanly, the fluid being able to serve as an energy carrier, for example for preheating the dye and thus for faster entry into the gaseous phase.
  • the sublimation dye is passed in the gaseous phase to the area where the laser beam strikes at high speed with simultaneous compression.
  • An intensive effect can be achieved by adding dye in the gaseous phase at high speed and compression by funnel-shaped formation of the gas channel, the excess dye being sucked off again and again in order to be added to the cycle again.
  • the sublimation dye is diffused into thermoplastically processable, pourable or pressable plastics.
  • the process can be advantageous, among other things, for materials such as acrylonitrile butadiene styrene (Novodur ) Cellulose acetate (Cellidor ) - polyamides (Durethan ) Polycarbonate (Makrolon ), Polyester and polybutylene terephthalate (Pocan ) or a mixture of the polymers mentioned and preferably (PC / ABS blend (Bayblend ) PC / PBTP blend (macro blend ) and polyurethane as well as silicone rubbers are used.
  • PC / ABS blend Boyblend
  • PC / PBTP blend macro blend
  • silicone rubbers a mixture of the polymers mentioned and preferably
  • thermoplastic materials can be processed.
  • Thermal diffusion dyes and sublimation dyes are suitable as dyes.
  • a transfer printing paper printed with Resiren T, blue area is positioned on a typewriter key made of Novodur PH-AT (ABS) and arranged under the laser optics of an Nd-YAG solid-state laser.
  • a polyester film (Hostaphan RE 0.050 n) printed with black Resiren T, is positioned on a plastic housing made of Durethan BKV 30 and arranged under the laser optics of a Nd-YAG solid-state laser. A focused laser beam is generated ( ⁇ 1.06 ⁇ m) and (in a circle) guided over the film. After removing the film, the dye in the irradiated zone has penetrated the plastic.

Landscapes

  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Mit Hilfe eines steuerbaren Laserstrahles wird ein sublimierbarer Stoff über die gasförmige Phase als beliebig farbiges Schriftzeichen in den Oberflächenbereich eindiffundiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschriften von Kunststoffen, indem ein Farbstoff mittels eines Wärmeträ- gers auf einen Kunststoff übertragen wird.
  • Bei Meß-, Regel-, Schalt- und Bedienungsgeräten sind oft gut lesbare, abgriffeste Beschriftungen anzubringen, die in der Zusammensetzung und Größe der Zeichen von Fall zu Fall verschieden sind. Dieses gilt insbesondere für die Tasten von Eingabeeinheiten, wie z.B. Schreibmaschinen.
  • Bekannt ist der Transferdruck, bei dem ein mit Farbstoff versehener Träger aus Papier mittels eines heißen Druckstempels bei leichtem Anpreßdruck gegen den Kunststoff gedrückt wird, wobei der Farbstoff auf die Oberfläche übertragen wird.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß für jedes Zeichen besondere Stempel notwendig sind, so daß das Verfahren unflexibel hinsichtlich Schriften und teuer bei geringeren Stückzahlen ist. Auch ist bei einem solchen Stempel die Haltung der Temperatur schwierig, wobei diese Schwankungen zu Qualitätseinbußen hinsichtlich Farbstoffeintragung und Oberfläche des Kunststoffes führen kann.
  • Bekannt ist ferner das Beschriften eines Kunststoffteiles mit einem Laserstrahl, wobei dieser entsprechend dem Schriftzug geführt wird.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es durch die Einwirkung der Energie des Laserstrahles zu irreversiblen Umsetzungen im Kunststoff kommt, die meist mit signifikanten Farbänderungen verbunden sind. Die Farbänderung ist nur bedingt einstellbar: das heißt es ist nur eine helle Schrift auf dunklem Untergrund bzw. eine dunkle Schrift auf hellem Hintergrund möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, flexibles Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen zu finden, mit dem konturenscharfe, abriebfeste Zeichen in jeder gewünschten Farbe und Größe auf belie- bigem Hintergrund nur durch zeichnerische oder elektronische Vorgabe erzeugt werden können, wobei eine Zerstörung des Kunststoffes nicht eintreten darf.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch aelöst, daß über mindestens einen entsprechend den Schriftzeichen steuerbaren Laserstrahl als Wärmeträger der Subtimationsfarbstoff über die gasförmige Phase in die jeweils punktuell erhitzte Oberfläche des Kunststoffes eindiffundiert wird.
  • Es wurde überraschend gefunden, daß mittels einer kurzwelligen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, der Sublimationsfarbstoff trotz Phasenwechsel ohne wesentliche Veränderung der Farbe in die entsprechend dem ge-wünschten Zeichen nacheinander erhitzte Oberfläche des Kunststoffes infolge des Partialdruckgefälles so tief eindiffundiert werden kann, daß ein konturenscharfes, abriebfestes, gut lesbares, farbiges Zeichen entsteht, wobei die Farbe je nach Bedeutung (z.B. signalrot) und Untergrund beliebig gewählt werden kann. Wegen der kurzen, gezielten, gleichmäßigen Einstrahlunaen und der berührungslosen Energie-Übertragung tritt keine Materialschädi- gung auf. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Flexibilität, da der Laserstrahl über Leitlinien (Zeichnungen) bzw. EDV-Programme gesteuert werden kann.
  • Für-eine farbige Bedruckung haben sich Laserstrahlen mit einer Wellenlänge λ von 100 - 1500 nm, insbesondere von 1000 - 1500 nm bewährt. Die Leistungsdichte sollte 114 - 220 J/cm2, insbesondere 124 - 150 J/cm2, bei einer Einwirkzeit von 0,2 - 0,8 s/mm2, insbesondere 0,5 - 0,7 s/mm2, betragen. Vorteilhafte Ergebnisse sind mit einem Nd-YAG-Festkörperlaser (λ = 1,06 µm) mit einem Brennfleckdurchmesser zwischen 0,05 - 0,1 mm Durchmesser bei einer Wiederholfrequenz 0,5 - 15 KHz unter einer Stromstärke von 10-25 A und einer Geschwindigkeit von 5 - 50 mm/s, insbesondere von 5-15 mm/s, zu erzielen. Die Diffusionsmenge hängt von Stromstärke mal Modenzahl durch Geschwindigkeit ab. Die Erweichungstemperatur des Kunststoffes sollte dabei mindestens 30° C über der Sublimationstemperatur des Farbstoffes liegen.
  • In einer besonderen Durchführung des Verfahrens wird der direkt auf die Oberfläche flächig aufgebrachte Sublimationsfarbstoff eindiffundiert.
  • Durch flächiges Aufbringen eines Farbstoffes durch Schütten, Sprühen, Streichen oder Drucken ist es möglich, jedes Zeichen mit dem Laserstrahl entsprechend dem vorgegebenen Verlauf abzufahren. Die nicht eindiffundierten Reste an Farbstoffen werden anschließend entfernt.
  • In einer anderen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff auf einem Trägermaterial an der Oberfläche des Kunststoffes vorbeigeführt.
  • Mit Hilfe von Trägermaterial, das aus Papier, Gewebe oder Folie bestehen kann, wird der Sublimationsfarbstoff an die Stelle herangeführt, wo der Laserstrahl auftrifft. Vorteilhaft ist hierfür eine Vorrichtung mit einem schrittweise durchlaufenden Band, welches vor der Benutzung von einer Spule ab-und nach dem Signieren auf der nächsten Spule wieder aufgewickelt wird.
  • In einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens wird dem gasförmigen Farbstoff der Weg entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles gesperrt.
  • Durch eine gasundurchlässige Schicht, die gleichzeitig als Trägermaterial dienen kann, kann die gasförmige Phase des Sublimationsfarbstoffes nur in Richtung des zu beschriftenden Kunststoffes abwandern.
  • In einer nützlichen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff direkt über das Trägermaterial auf den Kunststoff gepreßt.
  • Mittels einer mechanischen Spannvorrichtung oder durch Anlegen von Vakuum bei gasdichtem Trägermaterial werden sehr kurze Wege für das Eindiffundieren des Farbstoffes geschaffen.
  • In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Trägermaterial über eine transparente Vorrichtung, die den Laserstrahl nahezu ungehindert durchläßt, gegen den Kunststoff gepreßt.
  • Da beispielsweise ein transparenter PU-Körper bei Wellenlängen im Bereich 1000 - 1500 nm, in dem beispielsweise der Nd-YAG-Festkörper-Laser strahlt, bei der üblichen Einwirkzeit praktisch keine Veränderung beim Durchstrahlen mit einem Laserstrahl aufweist, ist es möglich, über Fluidkissen das Trägermaterial sauber anzudrücken, wobei das Fluid als Energieträger beispielsweise zur Vorwärmung des Farbstoffes und damit schnelleren Eintritts in die gasförmige Phase dienen kann.
  • In einer weiteren Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff in gasförmiger Phase an den Bereich, wo der Laserstrahl auftrifft, mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Verdichtung vorbeigeführt.
  • Durch Zuführen von Farbstoff in gasförmiger Phase mit hoher Geschwindigkeit und Verdichtung durch trichterförmige Ausbildung des Gaskanals kann ein intensiver Effekt erzielt werden, wobei der überschüssige Farbstoff immer wieder sofort abgesaugt wird, um erneut dem Kreislauf zugesetzt zu werden.
  • In einer Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff in thermoplastisch verarbeitbare, gießfähige oder preßbare Kunststoffe eindiffundiert.
  • Das Verfahren kann unter anderem vorteilhaft bei Werkstoffen wie Acrylnitril-Butadien - Styrol (Novodur
    Figure imgb0001
    ) Celluloseacetat (Cellidor
    Figure imgb0002
    ) - Polyamide (Durethan
    Figure imgb0003
    ) Polycarbonat (Makrolon
    Figure imgb0004
    ), Polyester sowie Polybutylenterephthalat (Pocan
    Figure imgb0005
    ) oder einer Mischung der genannten Polymere sowie vorzugsweise (PC/ABS-Blend (Bayblend
    Figure imgb0006
    ) PC/PBTP-Blend (Makroblend
    Figure imgb0007
    ) sowie Polyurethan als auch Silikonkautschuke eingesetzt werden. Insbesondere sind thermoplastische Werkstoffe verarbeitbar.
  • Als Farbstoffe sind Thermodiffusionsfarben und Sublimationsfarben (RESIREN T®) geeignet.
    • Beispiel 1
  • Ein mit Resiren T, blau flächig bedrucktes Transfer-Druckpapier wird auf eine Schreibmaschinentaste aus Novodur PH-AT (ABS) positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers anaeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06 µm und (in Kreisform)über das Papier geführt. Nach Entfernen des Papiers ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.
    • Beispiel 2
  • Eine mit Resiren T, rot flächig bedruckte Polyesterfolie (Hostaphan RE 0.050 mm) wird auf eine Schalterabdeckung aus Pocan B 1505 (PBTP) positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06 µm) und (in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.
    • Beispiel 3
  • Eine mit Resiren T, schwarz flächig bedruckte Polyesterfolie (Hostaphan RE 0,050 n) wird auf einem Kunststoffgehäuse aus Durethan BKV 30 positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06µm) und (in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen, indem ein Farbstoff mittels eines Wärmeträgers auf einen Kunststoff übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einen entsprechend den Schriftzeichen steuerbaren Laserstrahl als Wärmeträger der Sublimationsfarbstoff über die gasförmige Phase in die jeweils punktuell erhitzte Oberfläche des Kunststoffes eindiffundiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt auf der Oberfläche flächig aufgebrachte Sublimationsfarbstoff eindiffundiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff auf einem Trägermaterial an der Oberfläche des Kunststoffes vorbeigeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem gasförmigen Farbstoff der Weg entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles gesperrt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff direkt über das Trägermaterial auf den Kunststoff gepreßt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial über eine transparente Vorrichtung, die den Laserstrahl nahezu ungehindert durchläßt, gegen den Kunststoff gepreßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff in gasförmiger Phase an dem Bereich, wo der Laserstrahl auf die Oberfläche des Kunststoffes auftrifft, mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Verdichtung vorbeigeführt wird.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff in thermoplastisch verarbeitbare, gießfähige oder preßbare Kunststoffe eindiffundiert wird.
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