EP2379335B1 - Verfahren und druckmaschine zum bedrucken eines substrates - Google Patents

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EP2379335B1
EP2379335B1 EP09796677.4A EP09796677A EP2379335B1 EP 2379335 B1 EP2379335 B1 EP 2379335B1 EP 09796677 A EP09796677 A EP 09796677A EP 2379335 B1 EP2379335 B1 EP 2379335B1
Authority
EP
European Patent Office
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substrate
energy
ink
printing
laser
Prior art date
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Active
Application number
EP09796677.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2379335A1 (de
Inventor
Frank Kleine Jaeger
Juergen Kaczun
Udo Lehmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Publication of EP2379335A1 publication Critical patent/EP2379335A1/de
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Publication of EP2379335B1 publication Critical patent/EP2379335B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/447—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources
    • B41J2/455—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using arrays of radiation sources using laser arrays, the laser array being smaller than the medium to be recorded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J29/00—Details of, or accessories for, typewriters or selective printing mechanisms not otherwise provided for
    • B41J29/38—Drives, motors, controls or automatic cut-off devices for the entire printing mechanism
    • B41J29/393—Devices for controlling or analysing the entire machine ; Controlling or analysing mechanical parameters involving printing of test patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/54—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed with two or more sets of type or printing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/382—Contact thermal transfer or sublimation processes
    • B41M5/38207—Contact thermal transfer or sublimation processes characterised by aspects not provided for in groups B41M5/385 - B41M5/395
    • B41M5/38221—Apparatus features

Definitions

  • the invention relates to a method of printing a substrate in a printing press, wherein in a first step, ink is transferred from a flexible support to the substrate according to a predetermined pattern by energy from a device for introducing energy through the flexible support into the ink is introduced, a portion of the color evaporates in the Einwirk Anlagen the energy and thereby a drop of paint is spun on the substrate to be printed and the step is repeated at least once, wherein color for amplifying the pattern generated at least partially transferred to the same positions on the substrate.
  • the invention relates to a printing machine, comprising a flexible support, which is coated with a paint réelleteilenden, and a device for introducing energy into the paint.
  • the device for introducing energy is arranged so that the energy can be introduced in a printing area on the side of the flexible carrier remote from the color, so that color is transferred from the flexible carrier to a substrate to be printed.
  • a method for printing on a substrate, in which drops of paint are thrown from a color-coated carrier onto a substrate to be printed is for example off US-B 6,241,344 known.
  • energy is introduced by the carrier into the ink on the carrier at the position where the substrate is to be printed.
  • a part of the color evaporates, so that it dissolves from the carrier.
  • Due to the pressure of the evaporating paint the ink droplet thus dissolved is thrown onto the substrate.
  • the necessary energy for transferring the color is introduced, for example, by a laser.
  • the carrier on which the paint is applied for example, is a circulating belt, on which by means of a coating device in front of the printing area color is applied.
  • the laser is located inside the circulating belt, so that the laser acts on the carrier on the side facing away from the paint.
  • a corresponding printing machine is still for example also off US 5,021,808 known. Again, color is applied from a reservoir with an applicator on a circulating belt, which is within the circulating belt, a laser through which the ink is evaporated at predetermined positions and is thrown onto the substrate to be printed.
  • the tape is made of a transparent material for the laser.
  • the circulating belt to be coated with an absorption layer in which the laser light is absorbed and converted into heat, thus evaporating the paint at the laser's exposure position.
  • the application of the paint on the flexible support is generally carried out by rolling mills, wherein a roller immersed in a paint-containing reservoir and the color is transferred by means of the roller on the flexible support.
  • the ink layer amount to be printed can be changed, for example, by varying the ink layer thickness on the ink carrier or by varying the laser power. This is for example in WO-A 03/074278 disclosed.
  • the ink layer thickness it is possible to print one print line multiple times with the same information. In this case, the print line is built up in several layers. The amount of printing substance to be transferred is thus almost unlimited.
  • the disadvantage here is that in conventional printing machines, the substrate to be printed continues to move continuously. As the line reprint increases, the pressure precision to be achieved thereby decreases.
  • the object of the present invention is to provide a method and a printing press which make it possible to vary the quantity of ink layer to be printed by multiple printing of a line, whereby an improved printing precision is achieved in comparison with the methods known from the prior art.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 for printing a substrate in a printing press.
  • a multi-layer paint application By repeating at least once the transfer of ink to the substrate to be printed in each case at the same position, a multi-layer paint application is achieved.
  • the multi-layer paint application creates a stronger image on the substrate.
  • By moving the Einwirk Kunststoffes the energy on the flexible support with the substrate to be coated ensures that the repeated application of paint takes place in exactly the same position as the previous application of paint. As a result, the printing precision can be improved compared to the methods known from the prior art.
  • the substrate In order to be able to transfer the ink in several layers at the same position to the substrate to be printed, the substrate is transported line by line in each case after the printing of one line.
  • the line is first printed, if a multiple application of color in the line is desired, the multiple application of the line is done and only after complete writing of the line, the substrate to be printed on is moved to print the next line.
  • a line by line transport is also possible by first printing a line, after printing the line, the substrate is transported on and the device for introducing energy is controlled so that it also moves on one line, so that the next line at the same position on the substrate as the previous one is printed and so a multiple application is possible.
  • the substrate is transported continuously through the printing machine.
  • a continuous transport is particularly favorable when large and heavy substrates are to be printed. It is carried out together with the substrate to be printed, a continuous movement of the Einbring Schemees of energy to print on the substrate. Only after completion of the printing of one line, for example a multiple print or a single print, the device is moved relative to the substrate to be printed so that the next line can be printed.
  • the Einwirk Scheme the energy so relative to the substrate that a renewed pressure on the same positions and thus a multiple printing with a multi-layer inking is possible.
  • the multiple printing is realized by writing the line once each with a power generator, a first power generator writing the line a first time and overwriting the line with other existing power generators until the first power source desired number of superimposed line printing is reached.
  • the maximum number of superimposed line printing in this embodiment corresponds to the number of power generators.
  • the energy generator are arranged offset. This makes it possible to compensate for the transport of the substrate.
  • a plurality of energy generators to be provided and for at least one of the energy generators to also be controllable such that the area of influence of the energy generator can be moved with the substrate.
  • the area of influence of the energy generator can be moved with the substrate.
  • the area of influence of the energy on the ink is preferably punctiform. This is achieved in particular by the energy being introduced into the paint in a focused manner by the flexible carrier.
  • the size of the point to which the energy to be introduced is focused corresponds to the size of the point to be transferred.
  • the points to be transmitted preferably have a diameter in the range of 10 to 200 .mu.m, in particular in the range of 40 to 100 .mu.m.
  • the size of the point to be transferred may differ depending on the substrate to be printed and the printed product produced therewith. For example, it is possible to choose a larger focus, especially in the production of printed circuit boards.
  • In printed matters in which a font is displayed generally small printing dots are preferred for producing a clear typeface. Even when printing images and graphics, it is advantageous to print as small dots as possible to create a clear image.
  • one line or multiple lines first easy to print and then to overprint the lines again, to provide parts of a line with a multi-layer inking or only single dots several times in succession to print and in this way already to produce the single point in a multi-layer paint application.
  • the multiple printing of individual dots has the advantage that only one line movement of the device for introducing energy per line is necessary for multiple printing of one line and also for a single print, and no multiple line movement.
  • the flexible carrier used in the printing machine which is coated with the ink to be printed on, is preferably configured in the form of a ribbon.
  • the flexible carrier is a film.
  • the thickness of the flexible carrier is preferably in the range of 1 to 1000 .mu.m, in particular in the range of 10 to 300 microns. It is advantageous to carry out the flexible carrier as possible in a small thickness, so that the energy introduced by the carrier is not scattered in the carrier and so a clean print image is generated.
  • transparent polymer films are suitable, for example, for the energy used. Suitable polymers are, for example, polyimides.
  • the flexible carrier is stored in a suitable device.
  • the carrier which is coated with paint
  • the carrier coated with ink is then unwound and passed over the printing area, in which color is transferred from the carrier to the substrate to be printed with the aid of a laser. Subsequently, the carrier is rewound for example again on a roll, which can then be brought to disposal.
  • the flexible support is designed as a circulating belt.
  • paint is applied to the flexible support with a suitable applicator before it reaches the printing position, ie the point at which the ink is deposited by means of the energy input from the support is transferred to the substrate to be printed achieved. After printing, some of the ink has been transferred from the support to the substrate. As a result, there is no more homogeneous color film on the support. Thus, for a next printing operation, it is necessary to coat the support again with paint. This is done the next time the corresponding position on the paint application device. In order to avoid that the ink dries on the flexible support and in order to produce a uniform ink layer on the support, it is advantageous to first remove the paint present on the support before a subsequent application of ink to the support.
  • the removal of the paint can be done for example by means of a roller or a squeegee. If a roll is used to remove the paint, it is possible to use the same roll with which the paint is also applied to the backing. For this purpose, it is advantageous if the rotational movement of the roller is in the opposite direction to the movement of the flexible carrier. The color removed from the flexible carrier can then be returned to the ink supply. Alternatively, if a roller is provided for removing the paint, it is of course also possible to provide a roller for removing the paint and a roller for applying paint.
  • the ink is to be removed from the flexible carrier with a doctor blade, then any doctor known to those skilled in the art can be used.
  • the flexible support In order to avoid that the flexible support is damaged when applying the paint or when removing the color, it is preferred if the flexible support with the aid of a counter roll against the applicator roll, with which the color is applied to the carrier Roll that removes the paint from the backing or presses the squeegee that removes paint from the backing.
  • the backpressure is adjusted so that the color is substantially completely removed, but there is no damage to the flexible support.
  • the device for introducing energy preferably comprises at least one laser.
  • Advantage of a laser is that the laser beam used can be bundled to a very small cross-section. Thus, a targeted energy input is possible.
  • a suitable absorber is contained in the ink, which absorbs the laser light and converts it into heat.
  • the flexible carrier is coated with a corresponding absorber or is made of such an absorber or contains such an absorber, which absorbs the laser light and converts it into heat.
  • the flexible carrier is made of a transparent material for the laser radiation and the absorber that converts the laser light into heat is contained in the paint. Suitable absorbers are, for example, carbon blacks, metal nitrites and metal oxides.
  • the printing press comprises a control unit with which the device for introducing energy can be controlled.
  • the control unit is in particular designed so that an exact multiple printing is possible without a slight line offset arises, so that no applied in a subsequent layer color is printed next to the previous layer.
  • the control unit in a first embodiment comprises a controllable mirror device.
  • the controllable mirror device With the controllable mirror device, the laser beam can be redirected according to the requirements of the pattern to be printed.
  • a suitable control and suitable drives for the mirrors With a suitable control and suitable drives for the mirrors, a very precise control of the laser is possible in this way. Actuators, for example, are used as the drive for the mirrors, as are known to the person skilled in the art.
  • controllable mirror device it is also possible to control the laser, for example, by using at least one acousto-optic or electro-optical modulator. It is also possible to use a plurality of acousto-optical or electro-optical modulators or to use acousto-optical and electro-optical modulators. In addition, a controllable mirror device may be provided in addition to the modulators.
  • the control unit includes controllable lens systems, with which the laser can be controlled so that a multiple printing of a line on the substrate is possible.
  • the laser is bundled by the controllable lens systems, so that it can be focused more precisely; on the other hand, precise control of a point on the flexible carrier is possible in order to be able to selectively transfer a colored dot to the substrate to be printed.
  • the control of the lenses is done, for example, by tilting individual lenses or by moving the lenses.
  • servomotors known to the person skilled in the art are preferably used.
  • the controllable lens system can also be used together with a controllable mirror device and / or acousto-optical or electro-optical modulators.
  • control unit by means of which, for example, the laser used is specifically controlled in order to realize a multiple pressure, it is alternatively also possible for the area of action of the energy to be moved with the substrate or moved counter to the transport direction of the substrate, the device is movably received for introducing energy. In this case, the entire device for introducing energy is moved along. This is required, for example, when a different energy than a laser is used. In particular, when using a laser, however, it is preferred to use a control device with which the laser beam is deflected targeted to allow multiple printing.
  • the device for introducing energy comprises at least two lasers as energy generators, which are arranged offset from one another in order to compensate for the line offset generated by the advance of the substrate can.
  • one line is first printed with the aid of the first laser and then a second print is made at the same printing position as the first line with the second laser, so that a line is printed several times by using several lasers.
  • a shift of the laser in the transport direction of the substrate for a multiple overprinting of the same line is then not necessary.
  • the deflection of the laser in the transport direction of the substrate can thus be reduced.
  • a tensioning device with which the flexible carrier is tensioned for example, to smooth waves in the flexible carrier.
  • a clamping device for example, the distance between the flexible support and the substrate to be printed can be adjusted. This makes it possible to set a constant distance between flexible carrier and substrate to be printed even with multiple printing and thus to ensure a uniform print quality.
  • a tensioning device with which the pressure gap can be set and the flexible carrier smoothed comprises at least two guide elements arranged on both sides of the device for introducing energy. In this case, generally at least one guide element in the transport direction of the flexible support is arranged in front of the device for introducing energy and at least one guide element behind the device for introducing energy.
  • the flexible support is located exactly in the area in which the energy is introduced and the color the substrate to be printed is transferred, stretched.
  • the guide element is exactly in the way of the energy to be introduced, so that the guide element for the energy to be introduced must be transparent.
  • suitable as a guide element for example, a transparent rod or preferably a guide element which is designed as a rod lens.
  • the advantage of using a rod lens is that the laser is bundled in it and so the print quality can be further improved.
  • the clamping device moves with the Einwirk Scheme of energy.
  • the guide elements when using at least two guide elements, they may also be positioned far enough apart that the distance between the guide elements is sufficient to realize a multiple pressure.
  • tensioning rollers or rigid guide elements are suitable as guide elements, but they must not be sharp-edged in the area in which the flexible carrier is guided over the bars in order to avoid damaging the flexible carrier.
  • any, known in the art ink is suitable.
  • the color can be both liquid and solid.
  • the use of liquid colors is preferred. These preferably have a viscosity of less than 10,000 mPas and more preferably a viscosity of less than 1,000 mPas.
  • liquid paints used contain at least one solvent and color-forming solids, for example pigments.
  • the paint contains, for example, a solvent and electrically conductive particles dispersed in the solvent.
  • a printed circuit board can be printed with the ink used.
  • it is particularly preferred when using a laser for energy input if the color also contains an additive that absorbs the laser radiation and converts it into heat. Suitable additives are, for example, carbon black or metal oxide pigments.
  • the substrate to be printed is preferably paper.
  • any other substrate can also be printed with the device according to the invention.
  • paperboard or other paper products plastics, for example plastic films such as those used for packaging, metal foils or composite films can be printed with the printing press according to the invention.
  • the printing machine and the method for printing printed circuit boards are also suitable.
  • the substrate to be printed is usually any printed circuit board substrate known to those skilled in the art.
  • the printed circuit substrate can be both solid and flexible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an inventively designed printing machine.
  • a printing machine 1 comprises a flexible carrier 3, which is designed as an endless belt in the embodiment shown here and is guided around a plurality of deflection rollers 5. On the flexible carrier 3, a color for printing a substrate 7 is applied.
  • a laser 11 is suitable as energy that is introduced into the paint.
  • Suitable lasers 11 which can be used to introduce energy into the paint are, for example, fiber lasers. The advantage of using a laser 11 is that it can be concentrated to a very small point with a cross section in the range of 10 to 100 ⁇ m and in this way a very accurate printed image can be generated.
  • the laser 11 can be moved with the substrate 7 in the transport direction 13 or moved against the transport direction 13 of the substrate 7.
  • the movement of the laser 11 in the transport direction 13 of the substrate 7 is shown with a first arrow 15 and the movement of the laser 11 against the transport direction 13 of the substrate 7 with a second arrow 17.
  • the movement of the laser 11 thus makes it possible to describe a line exactly several times without the edges of the pattern to be printed becoming unclear.
  • the next ink layer can be applied in this way in exactly the same position as the previously applied.
  • the laser 11 is moved to the next line to print it. If a multiple printing is provided, it is advantageous that the substrate 7 is moved slower than with a single print in order to be able to print the substrate 7 within the movement window of the laser 11.
  • the flexible carrier 3 is moved around the deflection rollers 5 at a constant speed.
  • the transport direction of the flexible carrier 3 is shown by an arrow 19.
  • the applicator 21 in the embodiment shown here comprises an applicator roll 23 with which the ink is applied to the flexible support 3.
  • the contact pressure required for applying the ink is realized by a counter-roller 25, which also serves as a deflection roller for the flexible carrier 3.
  • a Einfetzze 27 the color is applied to the applicator roll 23.
  • the inking roller 27 is inked in the embodiment shown here via a Einärbeschild 29.
  • the inking roller 27 can also be coated with paint by any other device known to the person skilled in the art.
  • the inking roller 27 it is thus possible, for example, for the inking roller 27 to be immersed in a reservoir of paint and thus to be coated with paint. It is also possible that the inking roller 27 is dispensed with and only one application roller 23 is provided. Also, more than two rollers may be provided to apply the paint on the flexible carrier 3.
  • a drip catcher 31 is provided in the embodiment shown here. Trapped by the drip 31 color is passed back into a reservoir 33 containing the color.
  • the color contained in the reservoir 33 can be added as needed from a solvent tank 35 solvent. This is necessary, for example, to replace evaporating solvent from the reservoir 33. It is also possible to add solvent from the solvent container 35, which has evaporated from the ink which is applied to the flexible carrier 3 and, with the aid of the applicator roll 23, is removed from the latter after printing and returned to the storage container 33.
  • an agitator 37 is further preferably provided. Suitable agitator 37 is any agitator known to the person skilled in the art. For example, any stirrer be provided. Suitable stirrers are, for example, propeller stirrers, disk stirrers, lattice stirrers, blade stirrers, anchor stirrers or radial stirrers.
  • the amount of solvent that has to be metered from the solvent tank 35 into the storage tank 33 can be determined, for example, by measuring the viscosity of the paint in the storage tank 33.
  • the amount of solvent to be metered is then determined via the viscometer 45.
  • the viscometer 45 is equipped with an automatic dosage for the solvent.
  • the paint is transported by a circulation pump 39 through a feed line 41 to the Einzeichbeschild 29.
  • the ink is then applied to the inking roller 27 with the inking label 29. Excess paint drips back into the drip 31 and runs from there via a return line 43 back into the reservoir 33rd
  • a clamping device in the printing area 9, with which the flexible support 3 can be tensioned so as to avoid bumps and waves in the flexible support.
  • a clamping device for example, a constant distance between the flexible support and the substrate to be printed 7 can be adjusted.
  • a tensioning device comprises, for example, a guide element, via which the flexible carrier 3 is guided. If only one guide element is provided, then this is preferably for the energy to be introduced, that is in the embodiment shown here for the laser 11, transparent. The laser 11 is then passed through the guide member to the flexible carrier 3.
  • a guide element is located in front of and a guide element behind the laser 11. At a small distance of the guide elements, these move with the laser. Alternatively, it is also possible to keep the distance between the guide elements so large that the laser can be moved between them with the substrate or moved counter to the transport direction 13 of the substrate 7.
  • the pressure region 9 can be realized with constant dimensions. This makes it possible to keep the printing gap between the flexible support 3 and the substrate 7 to be printed homogeneous and thereby to realize constant printing conditions and thus to improve the printed image.
  • FIG. 2 In detail, a device for introducing energy is shown, with which a multiple printing is possible during transport of the substrate to be printed.
  • the energy is introduced by means of a laser 11 into the flexible carrier 3 in order to transfer color to the substrate to be printed.
  • the laser beam 51 is first passed through a laser modulator 53.
  • the laser modulator 53 for example an AOM or EOM
  • the intensity of the laser 11 can be changed. This allows, for example, the laser on and off to print in a line only certain areas.
  • the laser beam 51 is directed via a deflection mirror 55 to a polygon mirror 57.
  • the deflection mirror 55 includes, for example, a servomotor 59 with which the direction of the deflection mirror 55 can be varied.
  • the laser beam 51 can be moved with the substrate 7 in the transport direction 13 or against the transport direction.
  • the polygon mirror 57 the laser beam 51 is deflected in accordance with the desired line position.
  • the polygon mirror 57 as shown here with an arrow 61, rotatable.
  • an f-theta lens 65 is positioned between the polygon mirror 57 and the 45 ° mirror 63.
  • the laser is deflected at the polygon mirror 57, guided by the f-theta objective 65, reflected at the 45 ° mirror and thus hits with its focal point on the flexible support 3, which is coated with a color layer, on.
  • the energy of the laser 11 is converted into heat.
  • a portion of the solvent evaporates in the paint and it forms a drop of color 67.
  • the color drops from the color layer of the flexible support 3 and is thrown onto the substrate to be printed 7, where it then dries, thus providing a printed color point. In this way, any pattern can be displayed.
  • a multiple printing is possible according to the invention by deflection with the aid of the deflection mirror 55, in which color is applied to the substrate 7 to be printed in several layers.
  • the deflection of the laser beam can also be realized by suitable controllable lenses. Any combination of controllable lenses, deflecting mirrors and laser modulators is conceivable.
  • each laser prints the line once ,

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrates in einer Druckmaschine, bei dem in einem ersten Schritt Farbe von einem flexiblen Träger auf das Substrat entsprechend einem vorgegebenen Muster übertragen wird, indem Energie von einer Vorrichtung zum Einbringen von Energie durch den flexiblen Träger in die Farbe eingebracht wird, ein Teil der Farbe im Einwirkbereich der Energie verdampft und dadurch ein Farbtropfen auf das zu bedruckende Substrat geschleudert wird und der Schritt mindestens einmal wiederholt wird, wobei Farbe zur Verstärkung des erzeugten Musters zumindest teilweise an den gleichen Positionen auf das Substrat übertragen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Druckmaschine, umfassend einen flexiblen Träger, der mit einer aufzudruckenden Farbe beschichtet ist, sowie eine Vorrichtung zum Einbringen von Energie in die Farbe. Die Vorrichtung zum Einbringen von Energie ist so angeordnet, dass die Energie in einem Druckbereich auf der der Farbe abgewandten Seite des flexiblen Trägers eingebracht werden kann, so dass Farbe vom flexiblen Träger auf ein zu bedruckendes Substrat übertragen wird.
  • Ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrates, bei dem Farbtropfen von einem mit einer Farbe beschichteten Träger auf ein zu bedruckendes Substrat geschleudert werden, ist zum Beispiel aus US-B 6,241,344 bekannt. Zum Übertragen der Farbe wird an der Position, an der das Substrat bedruckt werden soll, Energie durch den Träger in die Farbe auf dem Träger eingebracht. Hierdurch verdampft ein Teil der Farbe, so dass sich diese vom Träger löst. Durch den Druck der verdampfenden Farbe wird der so gelöste Farbtropfen auf das Substrat geschleudert. Durch gerichtetes Einbringen der Energie kann auf diese Weise die Farbe entsprechend eines zu druckenden Musters auf das Substrat übertragen werden. Die notwendige Energie zum Übertragen der Farbe wird zum Beispiel durch einen Laser eingebracht. Der Träger, auf dem die Farbe appliziert ist, ist zum Beispiel ein umlaufendes Band, auf das mit Hilfe einer Auftragsvorrichtung vor dem Druckbereich Farbe aufgetragen wird. Der Laser befindet sich im Inneren des umlaufenden Bandes, so dass der Laser auf den Träger auf der der Farbe abgewandten Seite einwirkt.
  • Eine entsprechende Druckmaschine ist weiterhin zum Beispiel auch aus US 5,021,808 bekannt. Auch hier wird Farbe aus einem Vorratsbehälter mit einer Auftragsvorrichtung auf ein umlaufendes Band aufgetragen, wobei sich innerhalb des umlaufenden Bandes ein Laser befindet, durch den die Farbe an vorgegebenen Positionen verdampft wird und so auf das zu bedruckende Substrat geschleudert wird. Das Band ist dabei aus einem für den Laser transparenten Material gefertigt. Um die Farbe gezielt zu verdampfen, ist es möglich, dass das umlaufende Band mit einer Absorptionsschicht beschichtet ist, in der das Laserlicht absorbiert wird und in Wärme umgewandelt wird, und so die Farbe an der Einwirkposition des Lasers verdampft.
  • Das Auftragen der Farbe auf den flexiblen Träger erfolgt dabei im Allgemeinen durch Walzwerke, wobei eine Walze in einen Farbe enthaltenden Vorratsbehälter eintaucht und die Farbe mit Hilfe der Walze auf den flexiblen Träger übertragen wird.
  • Während des Druckvorgangs kann die zu verdruckende Farbschichtmenge zum Beispiel durch Variation der Farbschichtdicke auf dem Farbträger oder durch Variation der Laserleistung verändert werden. Dies ist zum Beispiel in WO-A 03/074278 offenbart.
  • Alternativ ist es zur Variation der Farbschichtdicke möglich, eine Druckzeile mehrfach mit denselben Informationen zu bedrucken. In diesem Fall wird die Druckzeile in mehreren Schichten aufgebaut. Die zu übertragende Drucksubstanzmenge ist dadurch nahezu unbegrenzt. Nachteil dabei ist jedoch, dass sich in üblichen Druckmaschinen das zu bedruckende Substrat kontinuierlich weiterbewegt. Bei steigender Zeilendruckwiederholung sinkt hierdurch die zu erreichende Druckpräzision.
  • In EP 0 523 647 und EP 0 343 443 werden Laserdrucker offenbart.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Druckmaschine bereitzustellen, die es ermöglichen, die zu verdruckende Farbschichtmenge durch Mehrfachdruck einer Zeile zu variieren, wobei eine verbesserte Druckpräzision gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erzielt wird.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Bedrucken eines Substrates in einer Druckmaschine.
  • Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch eine Druckmaschine gemäß Anspruch 5.
  • Durch das mindestens einmalige Wiederholen des Übertragens von Farbe auf das zu bedruckende Substrat an jeweils der gleichen Position wird ein mehrschichtiger Farbauftrag erzielt. Durch den mehrschichtigen Farbauftrag wird ein kräftigeres Bild auf dem Substrat erzeugt. Durch das Mitbewegen des Einwirkbereiches der Energie auf den flexiblen Träger mit dem zu beschichtenden Substrat wird gewährleistet, dass der wiederholte Farbauftrag an exakt der gleichen Position erfolgt wie der vorhergehende Farbauftrag. Hierdurch lässt sich im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Druckpräzision verbessern.
  • Um die Farbe in mehreren Schichten jeweils an der gleichen Position auf das zu bedruckende Substrat übertragen zu können, wird das Substrat zeilenweise jeweils nach dem Drucken einer Zeile transportiert. Hierbei wird zunächst die Zeile gedruckt, wenn ein mehrfaches Auftragen von Farbe in der Zeile erwünscht ist, erfolgt das mehrfache Auftragen der Zeile und erst nach vollständigem Schreiben der Zeile wird das zu bedruckende Substrat weiterbewegt, um die nächste Zeile zu drucken. Ein zeilenweiser Transport ist jedoch auch möglich, indem zunächst eine Zeile gedruckt wird, nach dem Drucken der Zeile das Substrat weitertransportiert wird und die Vorrichtung zum Einbringen von Energie so gesteuert wird, dass sich diese ebenfalls eine Zeile weiterbewegt, so dass die nächste Zeile an der gleichen Position auf dem Substrat wie die vorhergehende gedruckt wird und so ein Mehrfachauftrag möglich ist.
  • Das Substrat wird kontinuierlich durch die Druckmaschine transportiert. Ein kontinuierlicher Transport ist insbesondere dann günstig, wenn große und schwere Substrate bedruckt werden sollen. Es erfolgt zusammen mit dem zu bedruckenden Substrat eine kontinuierliche Bewegung des Einbringbereiches der Energie, um das Substrat zu bedrucken. Erst nach Abschluss des Druckes einer Zeile, beispielsweise einem Mehrfachdruck oder einem Einfachdruck wird die Vorrichtung relativ zum zu bedruckenden Substrat so bewegt, dass die nächste Zeile gedruckt werden kann. Neben einem einzeiligen Drucken ist es selbstverständlich alternativ auch möglich, zunächst mehrere Zeilen zu drucken, dann den Einwirkbereich der Energie so relativ zum Substrat zu bewegen, dass ein erneuter Druck auf die gleichen Positionen erfolgt und so ein Mehrfachdruck mit einem mehrschichtigen Farbauftrag möglich ist.
  • Bei einem Mehrfachdruck ist es vorteilhaft, das Substrat mit einer geringeren Geschwindigkeit zu bewegen als bei einem Einfachdruck, um ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, einen mehrfachen Farbauftrag zu realisieren.
  • Wenn die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mehrere Energieerzeuger umfasst, wird der Mehrfachdruck dadurch realisiert, dass die Zeile mit jeweils einem Energieerzeuger einmal geschrieben wird, wobei ein erster Energieerzeuger die Zeile ein erstes Mal schreibt und die Zeile mit weiteren vorhandenen Energieerzeugern überschrieben wird, bis die gewünschte Anzahl an übereinander liegenden Zeilendrucken erreicht ist. Die maximale Anzahl an übereinander liegenden Zeilendrucken entspricht in dieser Ausführungsform der Anzahl der Energieerzeuger. Um jeweils an der gleichen Position auf dem Substrat drucken zu können, sind die Energieerzeuger versetzt angeordnet. Hierdurch lässt sich der Transport des Substrates ausgleichen.
  • Weiterhin ist es in einer Ausführungsform auch möglich, dass mehrere Energieerzeuger vorgesehen sind und mindestens einer der Energieerzeuger zudem so steuerbar ist, dass der Einwirkbereich des Energieerzeugers mit dem Substrat mitbewegt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine Zeile nacheinander mit verschiedenen Energieerzeugern zu drucken und gleichzeitig auch, eine Zeile mehrfach mit einem Energieerzeuger zu drucken. Hierdurch kann die Anzahl an übereinander liegenden Zeilendrucken größer sein als die Anzahl der Energieerzeuger.
  • Um ein sauberes Druckbild zu erzielen ist der Einwirkbereich der Energie auf die Farbe vorzugsweise punktförmig. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Energie fokussiert durch den flexiblen Träger in die Farbe eingebracht wird. Die Größe des Punktes, auf den die einzubringende Energie fokussiert wird entspricht dabei der Größe des zu übertragenden Punktes. Die zu übertragenden Punkte weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 200 µm, insbesondere im Bereich von 40 bis 100 µm, auf. Die Größe des zu übertragenden Punktes kann jedoch in Abhängigkeit vom zu bedruckenden Substrat und dem damit hergestellten Druckerzeugnis abweichen. So ist es zum Beispiel möglich, insbesondere bei der Herstellung von gedruckten Leiterplatten einen größeren Fokus zu wählen. Dagegen werden bei Druckerzeugnissen, bei denen eine Schrift dargestellt wird, im Allgemeinen kleine Druckpunkte zum Erzeugen eines klaren Schriftbildes bevorzugt. Auch beim Drucken von Bildern und Grafiken ist es vorteilhaft, möglichst kleine Punkte zu drucken, um ein klares Bild zu erzeugen.
  • Um einen mehrschichtigen Farbauftrag zu erhalten, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Zeile oder mehrere Zeilen zunächst einfach zu drucken und anschließend die Zeilen erneut zu überdrucken, Teile einer Zeile mit einem mehrschichtigen Farbauftrag zu versehen oder nur einzelne Punkte mehrfach nacheinander zu bedrucken und auf diese Weise bereits den einzelnen Punkt in einem mehrschichtigen Farbauftrag zu erzeugen. Der Mehrfachdruck von einzelnen Punkten hat den Vorteil, dass sowohl bei Mehrfachdruck einer Zeile als auch bei einem Einfachdruck jeweils nur eine Zeilenbewegung der Vorrichtung zum Einbringen von Energie pro Zeile notwendig ist und keine mehrfache Zeilenbewegung.
  • Der in der Druckmaschine eingesetzte flexible Träger, der mit der aufzudruckenden Farbe beschichtet ist, ist vorzugsweise bandförmig ausgestaltet. Besonders bevorzugt ist der flexible Träger eine Folie. Die Dicke des flexiblen Trägers liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 1 bis 1000 µm, insbesondere im Bereich von 10 bis 300 µm. Es ist vorteilhaft, den flexiblen Träger möglichst in einer geringen Dicke auszuführen, damit die durch den Träger eingebrachte Energie nicht im Träger gestreut wird und so ein sauberes Druckbild erzeugt wird. Als Material eignen sich zum Beispiel für die eingesetzte Energie transparente Polymerfolien. Geeignete Polymere sind zum Beispiel Polyimide.
  • In einer Ausführungsform der Druckmaschine ist der flexible Träger in einer geeigneten Vorrichtung bevorratet. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, dass der Träger, der mit Farbe beschichtet ist, zu einer Rolle aufgewickelt ist. Zum Bedrucken wird der mit Farbe beschichtete Träger dann abgewickelt und über den Druckbereich geführt, in dem mit Hilfe eines Lasers Farbe vom Träger auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird. Anschließend wird der Träger zum Beispiel wieder auf eine Rolle aufgewickelt, die dann zur Entsorgung gebracht werden kann. Bevorzugt ist es jedoch, dass der flexible Träger als umlaufendes Band ausgebildet ist. In diesem Fall wird Farbe mit einer geeigneten Auftragsvorrichtung auf den flexiblen Träger aufgebracht, bevor dieser die Druckposition, d.h. die Stelle, an der die Farbe mit Hilfe des Energieeintrags vom Träger auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird, erreicht. Nach dem Druckvorgang ist ein Teil der Farbe vom Träger auf das Substrat übertragen worden. Dadurch befindet sich kein homogener Farbfilm mehr auf dem Träger. Für einen nächsten Druckvorgang ist es somit erforderlich, den Träger erneut mit Farbe zu beschichten. Dies erfolgt beim nächsten Durchlauf der entsprechenden Position an der Farbauftragsvorrichtung. Um zu vermeiden, dass Farbe am flexiblen Träger antrocknet und um jeweils eine gleichmäßige Farbschicht auf dem Träger zu erzeugen, ist es vorteilhaft vor einem nachfolgenden Farbauftrag auf den Träger zunächst die auf dem Träger befindliche Farbe zu entfernen. Das Entfernen der Farbe kann zum Beispiel mit Hilfe einer Rolle oder einem Rakel erfolgen. Wenn eine Rolle zum Abtragen der Farbe eingesetzt wird, so ist es möglich, dass die gleiche Rolle verwendet wird, mit der auch die Farbe auf den Träger aufgebracht wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Drehbewegung der Rolle der Bewegung des flexiblen Trägers entgegengerichtet ist. Die vom flexiblen Träger entfernte Farbe kann dann wieder dem Farbvorrat zugeführt werden. Wenn eine Rolle zum Abnehmen der Farbe vorgesehen ist, ist es alternativ selbstverständlich auch möglich, dass eine Rolle zum Abnehmen der Farbe vorgesehen ist und eine Rolle zum Farbauftrag.
  • Wenn die Farbe mit einem Rakel vom flexiblen Träger entfernt werden soll, so kann jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Rakel eingesetzt werden.
  • Um zu vermeiden, dass der flexible Träger beim Auftragen der Farbe bzw. beim Abnehmen der Farbe beschädigt wird, ist es bevorzugt, wenn der flexible Träger mit Hilfe einer Gegenwalze gegen die Auftragswalze, mit der die Farbe auf den Träger aufgebracht wird, bzw. die Rolle, mit der die Farbe vom Träger entfernt wird, oder dem Rakel, mit dem die Farbe vom Träger entfernt wird, gedrückt wird. Der Gegendruck wird dabei so eingestellt, dass die Farbe im Wesentlichen vollständig entfernt wird, es jedoch nicht zu einer Schädigung des flexiblen Trägers kommt.
  • Die Vorrichtung zum Einbringen von Energie umfasst vorzugsweise mindestens einen Laser. Vorteil eines Lasers ist, dass der eingesetzte Laserstrahl auf einen sehr kleinen Querschnitt gebündelt werden kann. Somit ist ein zielgerichteter Energieeintrag möglich. Um die Farbe vom flexiblen Träger zumindest teilweise zu verdampfen und auf das Substrat zu übertragen, ist es erforderlich, das Licht des Lasers in Wärme umzuwandeln. Hierzu ist es einerseits möglich, dass in der Farbe ein geeigneter Absorber enthalten ist, der das Laserlicht absorbiert und in Wärme umwandelt. Alternativ ist es auch möglich, dass der flexible Träger mit einem entsprechenden Absorber beschichtet ist oder aus einem solchen Absorber gefertigt ist bzw. einen solchen Absorber enthält, der das Laserlicht absorbiert und in Wärme umwandelt. Bevorzugt ist es jedoch, dass der flexible Träger aus einem für die Laserstrahlung transparenten Material gefertigt ist und der Absorber, der das Laserlicht in Wärme umwandelt, in der Farbe enthalten ist. Als Absorber eignen sich zum Beispiel Ruße, Metallnitrite und Metalloxide.
  • Als Laser, der eingesetzt wird, um die Farbe vom flexiblen Träger auf das Substrat zu übertragen, eignen sich zum Beispiel Faserlaser, die im Grundmode betrieben werden. Um eine Zeile mehrfach drucken zu können ist es bevorzugt, wenn die Druckmaschine eine Steuereinheit umfasst, mit der die Vorrichtung zum Einbringen von Energie gesteuert werden kann. Die Steuereinheit ist dabei insbesondere so gestaltet, dass ein exaktes Mehrfachdrucken möglich ist, ohne dass ein leichter Zeilenversatz entsteht, so dass keine in einer nachfolgenden Schicht aufgebrachte Farbe neben der vorhergehenden Schicht aufgedruckt wird.
  • Bei Einsatz eines Lasers als Vorrichtung zum Einbringen von Energie umfasst die Steuereinheit in einer ersten Ausführungsform eine steuerbare Spiegelvorrichtung. Mit der steuerbaren Spiegelvorrichtung lässt sich der Laserstrahl entsprechend der Anforderungen an das zu druckende Muster umlenken. Mit einer geeigneten Ansteuerung und geeigneten Antrieben für die Spiegel ist auf diese Weise eine sehr präzise Steuerung des Lasers möglich. Als Antrieb für die Spiegel werden zum Beispiel Stellmotoren eingesetzt, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
  • Alternativ zu einer steuerbaren Spiegelvorrichtung ist es auch möglich, den Laser zum Beispiel durch Verwendung mindestens eines akustooptischen oder elektrooptischen Modulators zu steuern. Auch der Einsatz mehrerer akustooptischer oder elektrooptischer Modulatoren oder der Einsatz von akustooptischen und elektrooptischen Modulatoren ist möglich. Zudem kann zusätzlich zu den Modulatoren auch eine steuerbare Spiegelvorrichtung vorgesehen sein.
  • In einer dritten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit steuerbare Linsensysteme, mit denen der Laser so gesteuert werden kann, dass ein Mehrfachdruck einer Zeile auf dem Substrat möglich ist. Durch die steuerbaren Linsensysteme wird einerseits der Laser gebündelt, so dass er präziser fokussiert werden kann, andererseits ist damit auch ein genaues Ansteuern eines Punktes auf dem flexiblen Träger möglich, um gezielt einen Farbpunkt auf das zu bedruckende Substrat übertragen zu können. Das Steuern der Linsen erfolgt zum Beispiel durch Kippen von einzelnen Linsen oder durch ein Verschieben der Linsen. Hierzu werden ebenso wie bei der steuerbaren Spiegelvorrichtung vorzugsweise dem Fachmann bekannte Stellmotoren eingesetzt. Auch das steuerbare Linsensystem kann zusammen mit einer steuerbaren Spiegelvorrichtung und/oder akustooptischen bzw. elektrooptischen Modulatoren eingesetzt werden.
  • Neben dem Einsatz einer Steuereinheit, durch die beispielsweise der eingesetzte Laser gezielt gesteuert wird, um einen Mehrfachdruck zu realisieren, ist es alternativ auch möglich, dass der Einwirkbereich der Energie dadurch mit dem Substrat mitbewegt werden kann oder entgegen der Transportrichtung des Substrates bewegt werden kann, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie bewegbar aufgenommen ist. In diesem Fall wird die gesamte Vorrichtung zum Einbringen von Energie mitbewegt. Dies ist zum Beispiel dann erforderlich, wenn eine andere Energie als ein Laser eingesetzt wird. Insbesondere bei Einsatz eines Lasers ist es jedoch bevorzugt, eine Steuereinrichtung einzusetzen, mit der der Laserstrahl gezielt umgelenkt wird, um einen Mehrfachdruck zu ermöglichen.
  • Neben der Verwendung von nur einem Laser ist es weiterhin auch möglich, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mindestens zwei Laser als Energieerzeuger umfasst, die versetzt zueinander angeordnet sind, um den durch den Vorschub des Substrates erzeugten Zeilenversatz ausgleichen zu können. In diesem Fall wird eine Zeile zunächst mit Hilfe des ersten Lasers gedruckt und anschließend erfolgt ein zweiter Druck an der gleichen Druckposition wie die erste Zeile mit dem zweiten Laser, so dass eine Zeile durch Verwendung von mehreren Lasern mehrfach gedruckt wird. Eine Verschiebung des Lasers in Transportrichtung des Substrates für ein mehrfaches Überdrucken der gleichen Zeile ist dann nicht notwendig. Die Auslenkung des Lasers in Transportrichtung des Substrates kann somit verringert werden. Wenn jedoch auch Mehrfachdrucke realisiert werden sollen, bei denen die Anzahl der übereinander liegenden Drucke einer Zeile größer ist als die Anzahl der vorhanden Laser, ist es zusätzlich möglich, mindestens einen Laser so zu steuern, dass dieser eine Zeile mehrfach schreiben kann.
  • Zur Verbesserung des Druckbildes ist es weiterhin möglich, eine Spannvorrichtung vorzusehen, mit der der flexible Träger gespannt wird, um beispielsweise Wellen im flexiblen Träger zu glätten. Zudem kann mit einer Spannvorrichtung zum Beispiel auch der Abstand zwischen dem flexiblen Träger und dem zu bedruckenden Substrat eingestellt werden. Hierdurch ist es möglich, auch bei Mehrfachdruck einen konstanten Abstand zwischen flexiblem Träger und zu bedruckendem Substrat einzustellen und so eine gleichmäßige Druckqualität zu gewährleisten. Eine Spannvorrichtung, mit der sich der Druckspalt einstellen lässt und der flexible Träger glätten lässt, umfasst zum Beispiel mindestens zwei Führungselemente, die beidseitig der Vorrichtung zum Einbringen von Energie angeordnet sind. In diesem Fall ist im Allgemeinen mindestens ein Führungselement in Transportrichtung des flexiblen Trägers vor der Vorrichtung zum Einbringen von Energie und mindestens ein Führungselement hinter der Vorrichtung zum Einbringen von Energie angeordnet. Durch die Führungselemente wird der flexible Träger genau in dem Bereich, in dem die Energie eingebracht wird und die Farbe auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird, gespannt. Alternativ ist es auch möglich, nur ein Führungselement einzusetzen. In diesem Fall befindet sich das Führungselement genau im Weg der einzubringenden Energie, so dass das Führungselement für die einzubringende Energie transparent sein muss. In diesem Fall eignet sich als Führungselement zum Beispiel eine transparente Stange oder bevorzugt ein Führungselement, das als Stablinse ausgebildet ist. Vorteil der Verwendung einer Stablinse ist, dass in dieser der Laser gebündelt wird und so die Druckqualität weiter verbessert werden kann. Um einen Mehrfachdruck realisieren zu können, bei der der Einwirkbereich der Energie mit dem zu bedruckenden Substrat bewegt wird, ist es erforderlich, dass sich die Spannvorrichtung mit dem Einwirkbereich der Energie mitbewegt. Alternativ können bei Verwendung von mindestens zwei Führungselementen diese auch soweit auseinander positioniert sein, dass der Abstand zwischen den Führungselementen ausreichend ist, um einen Mehrfachdruck zu realisieren. Als Führungselemente eignen sich zum Beispiel Spannrollen oder starre Führungselemente, die jedoch in dem Bereich, in dem der flexible Träger über die Stangen geführt wird, nicht scharfkantig sein dürfen, um eine Beschädigung des flexiblen Trägers zu vermeiden.
  • Als Farbe, die mit der erfindungsgemäßen Druckmaschine auf das zu bedruckende Substrat übertragen werden kann, eignet sich jede beliebige, dem Fachmann bekannte Druckfarbe. Die Farbe kann dabei sowohl flüssig als auch fest sein. Bevorzugt ist jedoch der Einsatz von flüssigen Farben. Diese weisen vorzugsweise eine Viskosität von weniger als 10.000 mPas und besonders bevorzugt eine Viskosität von weniger als 1.000 mPas auf. Üblicherweise enthalten eingesetzte flüssige Farben mindestens ein Lösungsmittel und farbbildende Feststoffe, beispielsweise Pigmente. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Farbe zum Beispiel ein Lösungsmittel und im Lösungsmittel dispergierte elektrisch leitfähige Partikel enthält. In diesem Fall kann mit der eingesetzten Farbe beispielsweise eine Leiterplatte gedruckt werden. Zusätzlich ist es insbesondere bei Einsatz eines Lasers zum Energieeintrag bevorzugt, wenn die Farbe weiterhin ein Additiv enthält, das die Laserstrahlung absorbiert und in Wärme wandelt. Geeignete Additive sind zum Beispiel Ruß- oder Metalloxidpigmente.
  • Wenn herkömmliche Druckfarben eingesetzt werden, so ist das zu bedruckende Substrat vorzugsweise Papier. Es kann aber auch jedes beliebige andere Substrat mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedruckt werden. So können mit der erfindungsgemäßen Druckmaschine zum Beispiel auch Pappe oder andere Papiererzeugnisse, Kunststoffe, beispielsweise Kunststofffolien wie sie für Verpackungen eingesetzt werden, Metallfolien oder Verbundfolien bedruckt werden. Auch eignen sich die Druckmaschine und das Verfahren zum Bedrucken von Leiterplatten. In diesem Fall ist das zu bedruckende Substrat üblicherweise ein beliebiges, dem Fachmann bekanntes Leiterplattensubstrat. Das Leiterplattensubstrat kann sowohl fest als auch flexibel sein.
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckmaschine,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Energie.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckmaschine.
  • Eine Druckmaschine 1 umfasst einen flexiblen Träger 3, der in der hier dargestellten Ausführungsform als Endlosband ausgeführt ist und um mehrere Umlenkrollen 5 geführt ist. Auf den flexiblen Träger 3 wird eine Farbe zum Bedrucken eines Substrates 7 aufgetragen.
  • Zum Bedrucken des Substrates 7 wird in einem Druckbereich 9 Energie durch den flexiblen Träger 3 in die Farbe eingebracht. Durch das Einbringen der Energie in die Farbe verdampft ein Teil der Farbe, wodurch ein Farbtropfen auf das Substrat 7 geschleudert wird. Als Energie, die in die Farbe eingebracht wird, eignet sich zum Beispiel ein Laser 11. Geeignete Laser 11, die eingesetzt werden können, um Energie in die Farbe einzubringen, sind zum Beispiel Faserlaser. Vorteil der Verwendung eines Lasers 11 ist, dass dieser sich auf einen sehr kleinen Punkt mit einem Querschnitt im Bereich von 10 bis 100 µm bündeln lässt und auf diese Weise ein sehr genaues Druckbild erzeugt werden kann.
  • Um während des Transports des Substrates 7 in Transportrichtung 13 einen Mehrfachdruck von einzelnen Zeilen zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß der Laser 11 mit dem Substrat 7 in dessen Transportrichtung 13 mitbewegt werden oder entgegen die Transportrichtung 13 des Substrates 7 bewegt werden. Die Bewegung des Lasers 11 in Transportrichtung 13 des Substrates 7 ist mit einem ersten Pfeil 15 und die Bewegung des Lasers 11 entgegen der Transportrichtung 13 des Substrates 7 mit einem zweiten Pfeil 17 dargestellt. Durch die Bewegung des Lasers 11 ist es somit möglich, eine Zeile exakt mehrfach zu beschreiben, ohne dass dabei die Ränder des zu druckenden Musters unklar werden. Die jeweils nächste Farbschicht kann auf diese Weise an exakt der gleichen Position aufgebracht werden wie die zuvor aufgetragene.
  • Wenn eine Zeile mehrfach gedruckt worden ist, wird nach dem Drucken der Zeile der Laser 11 in die nächste Zeile bewegt um diese dann zu drucken. Wenn ein Mehrfachdruck vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, dass das Substrat 7 langsamer bewegt wird als bei einem Einfachdruck, um innerhalb des Bewegungsfensters des Lasers 11 das Substrat 7 bedrucken zu können.
  • Um jeweils frische Farbe auf das Substrat 7 übertragen zu können, ist es notwendig, den Laser jeweils über Bereiche des flexiblen Trägers zu führen, aus denen noch keine Farbe entfernt worden ist. Hierzu wird der flexible Träger 3 mit konstanter Geschwindigkeit um die Umlenkrollen 5 bewegt. Die Transportrichtung des flexiblen Trägers 3 ist mit einem Pfeil 19 dargestellt.
  • Die Farbe, die im Druckbereich 9 auf das Substrat 7 gedruckt wird, wird mit einer Auftragsvorrichtung 21 auf den flexiblen Träger 3 aufgetragen. Um einen gleichmäßigen Farbauftrag zu gewährleisten, umfasst die Auftragsvorrichtung 21 in der hier dargestellten Ausführungsform eine Auftragswalze 23, mit der die Farbe auf den flexiblen Träger 3 aufgebracht wird. Der zum Aufbringen der Farbe erforderliche Anpressdruck wird durch eine Gegenwalze 25, die gleichzeitig als Umlenkrolle für den flexiblen Träger 3 dient, realisiert. Mit Hilfe einer Einfärbewalze 27 wird die Farbe auf die Auftragswalze 23 aufgebracht. Die Einfärbewalze 27 wird in der hier dargestellten Ausführungsform über einen Einfärbeschild 29 eingefärbt. Alternativ zum Einfärbeschild 29 kann die Einfärbewalze 27 jedoch auch durch jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Vorrichtung mit Farbe beschichtet werden. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Einfärbewalze 27 in einen Vorratsbehälter mit Farbe eintaucht und so mit Farbe beschichtet wird. Auch ist es möglich, dass auf die Einfärbewalze 27 verzichtet wird und nur eine Auftragswalze 23 vorgesehen ist. Auch können mehr als zwei Walzen vorgesehen sein, um die Farbe auf dem flexiblen Träger 3 aufzubringen.
  • Um von der Einfärbewalze 27 abtropfende Farbe aufzufangen, ist in der hier dargestellten Ausführungsform ein Tropfenfänger 31 vorgesehen. Vom Tropfenfänger 31 aufgefangene Farbe wird zurück in einen Vorratsbehälter 33, der die Farbe enthält, geleitet. Der im Vorratsbehälter 33 enthaltenen Farbe kann bei Bedarf aus einem Lösungsmittelbehälter 35 Lösungsmittel zugegeben werden. Dies ist zum Beispiel notwendig, um aus dem Vorratsbehälter 33 verdunstendes Lösungsmittel zu ersetzen. Auch kann aus dem Lösungsmittelbehälter 35 Lösungsmittel ergänzt werden, das aus der Farbe, die auf dem flexiblen Träger 3 aufgebracht ist, und mit Hilfe der Auftragswalze 23 nach dem Drucken wieder von dieser entfernt und zurück in den Vorratsbehälter 33 geführt wird, verdunstet ist. Um die Farbe im Vorratsbehälter 33 homogen zu halten, ist weiterhin vorzugsweise ein Rührwerk 37 vorgesehen. Als Rührwerk 37 eignet sich jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Rührwerk. So kann zum Beispiel ein beliebiger Rührer vorgesehen sein. Geeignete Rührer sind zum Beispiel Propellerrührer, Scheibenrührer, Gitterrührer, Blattrührer, Ankerrührer oder Radialrührer.
  • Die Menge an Lösungsmittel, die aus dem Lösungsmittelbehälter 35 in den Vorratsbehälter 33 dosiert werden muss, kann zum Beispiel durch Viskositätsmessung der Farbe im Vorratsbehälter 33 ermittelt werden. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, den Vorratsbehälter 33 mit einem Viskometer 45 auszustatten. Über das Viskometer 45 wird dann die Menge an zu dosierendem Lösungsmittel bestimmt. Vorzugsweise ist das Viskometer 45 mit einer automatischen Dosierung für das Lösungsmittel ausgestattet.
  • Aus dem Vorratsbehälter 33 wird die Farbe mit einer Umwälzpumpe 39 durch eine Zulaufleitung 41 zum Einfärbeschild 29 transportiert. Die Farbe wird dann mit dem Einfärbeschild 29 auf die Einfärbewalze 27 aufgetragen. Überschüssige Farbe tropft in den Tropfenfänger 31 zurück und läuft von dort über eine Rücklaufleitung 43 zurück in den Vorratsbehälter 33.
  • Um zu vermeiden, dass Farbe auf dem flexiblen Träger 3 antrocknet und so zu Unebenheiten und damit einer Verschlechterung des Druckbildes führt, wird nicht auf das Substrat 7 übertragene Farbe nach dem Drucken mit Hilfe der Auftragswalze 23 wieder vom flexiblen Träger 3 abgenommen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Drehrichtung der Auftragswalze 23 der Transportrichtung 17 des flexiblen Trägers 3 entgegengerichtet ist. Die mit Hilfe der Auftragswalze 23 vom flexiblen Träger 3 entfernte Farbe wird mit Hilfe der Einfärbewalze 27 von der Auftragswalze 23 abgestreift und tropft in den Tropfenfänger 31, vom dem aus sie über die Rücklaufleitung 43 zurück in den Vorratsbehälter 33 gefördert wird.
  • Alternativ zur Auftragswalze 23, mit der die Farbe vom flexiblen Träger 3 abgenommen ist, ist es auch möglich, die Farbe zum Beispiel mit Hilfe eine Rakels oder einer beliebigen anderen Vorrichtung von dem flexiblen Träger 3 zu entfernen, bevor neue Farbe aufgetragen wird. Auch ist es zum Beispiel möglich, eine zweite Walze vorzusehen, mit der die Farbe vom flexiblen Träger 3 abgenommen wird.
  • Zur Verbesserung des Druckbildes ist es in einer Ausführungsform möglich, eine Spannvorrichtung im Druckbereich 9 vorzusehen, mit der der flexible Träger 3 gespannt werden kann, um so Unebenheiten und Wellen im flexiblen Träger zu vermeiden. Zudem kann mit einer solchen Spannvorrichtung zum Beispiel auch ein konstanter Abstand zwischen dem flexiblen Träger und dem zu bedruckenden Substrat 7 eingestellt werden. Eine solche Spannvorrichtung umfasst zum Beispiel ein Führungselement, über welches der flexible Träger 3 geführt wird. Wenn nur ein Führungselement vorgesehen ist, so ist dieses vorzugsweise für die einzubringende Energie, das heißt in der hier dargestellten Ausführungsform für den Laser 11, transparent. Der Laser 11 wird dann durch das Führungselement zum flexiblen Träger 3 geleitet.
  • Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel zwei Führungselemente vorzusehen, von denen sich ein Führungselement vor und ein Führungselement hinter dem Laser 11 befindet. Bei einem geringen Abstand der Führungselemente bewegen sich diese mit dem Laser mit. Alternativ ist es auch möglich, den Abstand zwischen den Führungselementen so groß zu halten, dass der Laser zwischen diesen mit dem Substrat mitbewegt oder entgegen der Transportrichtung 13 des Substrates 7 bewegt werden kann.
  • Durch eine solche Spannvorrichtung kann der Druckbereich 9 mit konstanten Abmessungen realisiert werden. Dies ermöglicht es, den Druckspalt zwischen dem flexiblen Träger 3 und dem zu bedruckenden Substrat 7 homogen zu halten und dadurch konstante Druckbedingungen zu realisieren und so das Druckbild zu verbessern.
  • In Figur 2 ist detailliert eine Vorrichtung zum Einbringen von Energie dargestellt, mit der ein Mehrfachdruck bei Transport des zu bedruckenden Substrates möglich ist.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform wir die Energie mit Hilfe eines Lasers 11 in den flexiblen Träger 3 eingebracht, um Farbe auf das zu bedruckende Substrat zu übertragen. Um einen Mehrfachdruck, das heißt ein mehrfaches Bedrucken einer Zeile zur Erhöhung der Schichtdicke der Farbe auf dem zu bedruckenden Substrat 7 zu erzielen, wird der Laserstrahl 51 zunächst über einen Lasermodulator 53 geleitet. Im Lasermodulator 53, beispielsweise einem AOM oder EOM, kann die Intensität des Lasers 11 verändert werden. Hierdurch lässt sich zum Beispiel der Laser an- und ausschalten, um in einer Zeile nur bestimmte Bereiche zu drucken. Alternativ ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel einen akustooptischen oder einen elektrooptischen Modulator einzusetzen, mit dem der Laserstrahl umgelenkt werden kann, um einen Mehrfachdruck bei sich bewegendem Substrat 7 zu ermöglichen.
  • Der Laserstrahl 51 wird nach verlassen des Lasermodulators 53 über einen Umlenkspiegel 55 zu einem Polygonspiegel 57 geleitet. Der Umlenkspiegel 55 umfasst zum Beispiel einen Stellmotor 59, mit dem die Richtung des Umlenkspiegels 55 variiert werden kann. Hierdurch lässt sich der Laserstrahl 51 mit dem Substrat 7 in Transportrichtung 13 bewegen oder entgegen der Transportrichtung. Am Polygonspiegel 57 wird der Laserstrahl 51 entsprechend der gewünschten Zeilenposition umgelenkt. Hierzu ist der Polygonspiegel 57, wie hier mit einem Pfeil 61 dargestellt, drehbar.
  • Um den Laserfokus nach Reflexion an einem 45°-Spiegel 63 in einer Ebene zu halten, ist zwischen dem Polygonspiegel 57 und dem 45°-Spiegel 63 ein f-theta-Objektiv 65 positioniert. Je nach Position des zu druckenden Punktes wird der Laser am Polygonspiegel 57 abgelenkt, durch das f-theta-Objektiv 65 geleitet, am 45°-Spiegel reflektiert und trifft so mit seinem Fokuspunkt auf den flexiblen Träger 3, der mit einer Farbschicht beschichtet ist, auf. In einer Adsorptionsschicht auf dem flexiblen Träger 3 oder durch ein geeignetes Adsorbens in der Farbe wird die Energie des Lasers 11 in Wärme umgewandelt. Hierdurch verdampft ein Teil des Lösungsmittels in der Farbe und es bildet sich ein Farbtropfen 67. Der Farbtropfen löst sich aus der Farbschicht vom flexiblen Träger 3 und wird auf das zu bedruckende Substrat 7 geschleudert, wo er anschließend trocknet und so einen gedruckten Farbpunkt liefert. Auf diese Weise lässt sich jedes beliebige Muster darstellen. Um das Muster zu verstärken ist erfindungsgemäß durch Umlenkung mit Hilfe des Umlenkspiegels 55 ein Mehrfachdruck möglich, bei dem Farbe in mehreren Schichten auf das zu bedruckende Substrat 7 aufgetragen wird.
  • Neben der hier dargestellten Ausführungsform mit Lasermodulator 53 und Umlenkspiegel 55 ist es alternativ auch möglich, zur Umlenkung des Laserstrahls 51 nur einen oder mehrere Lasermodulatoren oder alternativ nur Umlenkspiegel einzusetzen. Weiterhin kann die Umlenkung des Laserstrahls auch durch geeignete steuerbare Linsen realisiert werden. Auch jede beliebige Kombination aus steuerbaren Linsen, Umlenkspiegeln und Lasermodulatoren ist denkbar.
  • Weiterhin ist es auch noch möglich, anstelle des gesteuerten Lasers oder alternativ dazu mehrere Laser zu verwenden, die versetzt zueinander angeordnet sind, um den Transport des Substrates 7 auszugleichen und mit denen nacheinander eine Zeile mehrfach geschrieben werden kann, wobei jeder Laser die Zeile einmal druckt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckmaschine
    3
    flexibler Träger
    5
    Umlenkrolle
    7
    Substrat
    9
    Druckbereich
    11
    Laser
    13
    Transportrichtung des Substrates 7
    15
    Bewegung in Transportrichtung 13
    17
    Bewegung entgegen der Transportrichtung 13
    19
    Transportrichtung des flexiblen Trägers 3
    21
    Auftragsvorrichtung
    23
    Auftragswalze
    25
    Gegenwalze
    27
    Einfärbewalze
    29
    Einfärbeschild
    31
    Tropfenfänger
    33
    Vorratsbehälter
    35
    Lösungsmittelbehälter
    37
    Rührwerk
    39
    Umwälzpumpe
    41
    Zulaufleitung
    43
    Rücklaufleitung
    45
    Viskometer
    51
    Laserstrahl
    53
    Lasermodulator
    55
    Umlenkspiegel
    57
    Polygonspiegel
    59
    Stellmotor
    61
    Drehung des Polygonspiegels 57
    63
    45°-Spiegel
    65
    f-theta-Objektiv
    67
    Farbtropfen

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bedrucken eines Substrates (7) in einer Druckmaschine, folgende Schritte umfassend:
    (a) Übertragen von Farbe von einem flexiblen Träger (3) auf das Substrat (7) entsprechend einem vorgegebenen Muster, indem Energie von einer Vorrichtung zum Einbringen von Energie durch den flexiblen Träger (3) in die Farbe eingebracht wird, ein Teil der Farbe im Einwirkbereich der Energie verdampft und dadurch ein Farbtropfen (67) auf das zu bedruckende Substrat (7) geschleudert wird,
    (b) mindestens einmaliges Wiederholen von Schritt (a), wobei Farbe zur Verstärkung des erzeugten Musters zumindest teilweise an den gleichen Positionen auf das Substrat (7) übertragen wird,
    wobei das Substrat während des Bedruckens durch die Druckmaschine (1) transportiert wird und die Vorrichtung zum Einbringen von Energie nach dem Übertragen von Farbe in Schritt (a) so gesteuert wird, dass die Farbe bei der Wiederholung in Schritt (b) wieder an der gleichen Position wie in Schritt (a) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (7) kontinuierlich durch die Druckmaschine (1) transportiert wird und die Vorrichtung zum Einbringen von Energie zum Wiederholen des Schrittes (a) zum Auftragen von Farbe an der gleichen Position auf dem Substrat (7) mit dem Substrat (7) mitbewegt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mindestens einen Laser (11) umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (11) für das mehrfache Beschreiben einer Zeile durch ein steuerbares Linsensystem, steuerbare Spiegel und/oder Lasermodulatoren gesteuert wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mehrere Laser umfasst, die versetzt zueinander angeordnet sind, um den Transport des Substrates auszugleichen, so dass die Wiederholung des Schrittes (a) jeweils durch einen anderen Laser erfolgt.
  5. Druckmaschine, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und umfassend einen flexiblen Träger (3), der mit einer aufzudruckenden Farbe beschichtet ist, sowie eine Vorrichtung zum Einbringen von Energie in die Farbe, wobei die Vorrichtung zum Einbringen von Energie so angeordnet ist, dass die Energie in einem Druckbereich (9) auf der der Farbe abgewandten Seite des flexiblen Trägers (3) eingebracht werden kann, so dass Farbe in einem Einwirkbereich der Energie vom flexiblen Träger (3) auf ein zu bedruckendes Substrat (7) übertragen wird, wobei die Vorrichtung zum Einbringen von Energie so steuerbar ist, dass der Einwirkbereich der Energie mit dem zu bedruckenden Substrat (7) mitbewegt werden kann oder entgegen der Transportrichtung (13) des Substrates (7) bewegt werden kann, um eine Zeile mehrfach schreiben zu können, und/oder dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mehrere Energieerzeuger umfasst, die versetzt zueinander angeordnet sind, um einen Transport des zu bedruckenden Substrates auszugleichen, so dass eine Zeile nacheinander mit aufeinander folgenden Energieerzeugern geschrieben werden kann wobei eine Steuereinheit umfasst ist, mit der die Vorrichtung zum Einbringen von Energie so gesteuert werden kann, dass eine Zeile mehrfach gedruckt werden kann, indem das Substrat (7) kontinuierlich durch die Druckmaschine (1) transportiert wird und die Vorrichtung zum Einbringen von Energie zum Wiederholen des Schrittes (a) zum Auftragen von Farbe an der gleichen Position auf dem Substrat (7) mit dem Substrat (7) mitbewegt wird.
  6. Druckmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie mindestens einen Laser (11) als Energieerzeuger umfasst.
  7. Druckmaschine gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine steuerbare Spiegelvorrichtung (55, 57) umfasst.
  8. Druckmaschine gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen akustooptischen oder elektrooptischen Modulator (53) umfasst.
  9. Druckmaschine gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit steuerbare Linsensysteme umfasst.
  10. Druckmaschine gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einwirkbereich der Energie dadurch mit dem Substrat (7) mitbewegt werden kann oder entgegen der Transportrichtung (13) des Substrates (7) bewegt werden kann, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Energie bewegbar aufgenommen ist.
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