EP3046773B1 - Vorrichtung und verfahren zum übertragen von fliessfähigen drucksubstanzen auf einen bedruckstoff - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum übertragen von fliessfähigen drucksubstanzen auf einen bedruckstoff Download PDF

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EP3046773B1
EP3046773B1 EP14766417.1A EP14766417A EP3046773B1 EP 3046773 B1 EP3046773 B1 EP 3046773B1 EP 14766417 A EP14766417 A EP 14766417A EP 3046773 B1 EP3046773 B1 EP 3046773B1
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EP
European Patent Office
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printing
cavities
substance
cavity
openings
Prior art date
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EP14766417.1A
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EP3046773A1 (de
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Dietmar Neuhaus
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/04—Printing plates or foils; Materials therefor metallic
    • B41N1/06—Printing plates or foils; Materials therefor metallic for relief printing or intaglio printing
    • 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
    • B41M1/10—Intaglio printing ; Gravure printing
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for transferring flowable printing substances, in particular flowable printing inks, onto a printing substrate.
  • flowable printing substances in particular flowable printing inks
  • the patterns to be printed are applied to the printing form.
  • the patterns can be applied in the form of depressions or elevations on a surface.
  • Printing ink is applied to the elevations (high pressure) or pressed into the cavities (gravure printing) and transferred to the substrate by contact with the printing substrate.
  • the mentioned methods have the disadvantage that each new pattern to be printed requires a new printing form.
  • EP 1 154 905 is a printing method for printing substrates with inks known that can be printed with only one printing form different patterns.
  • a printing plate is used, on the surface of which a grid of fine openings with adjoining cavities is embedded.
  • the fine openings form the grid points from which a pattern to be printed can be constructed.
  • the ink is sucked by means of a negative pressure in the cavities through the openings in the cavities. In selected cavities, an overpressure is then generated, whereby the ink through the to Cavities belonging openings on the substrate passes.
  • the previously known printing method can also provide that printing ink is sucked into only selective cavities.
  • the prior art printing process is relatively complicated, since on the one hand printing ink must not penetrate into the opening of the printing plate by itself, but on the other hand, the pressure difference generated in the cavity, which is generated for example by heating and cooling of the gas filling in the cavity must be sufficient to printing inks to pull in the openings. This is only possible if the surface properties of the printing form and the printing ink are precisely matched to one another. Moreover, the process of creating a negative pressure in a cavity and covering the associated orifice with ink must be timed very accurately. These conditions make this printing process susceptible to interference.
  • the printing form according to the invention is defined by the features of claim 1.
  • the inventive method is defined by the features of claim 11.
  • a printing form according to the invention for transferring flowable printing substance to a printing substrate having a body with a surface having a plurality of openings, with a plurality of cavities in the body, which terminate in the openings of the surface of the body and contain gas, wherein the cavities are each bounded by a wall adjacent to the opening, surrounding the respective cavity wall, and each having a cavity associated means for generating an overpressure in the cavity in question is provided that at least parts the surface of the body and / or wall surfaces of the walls of at least some, preferably all, cavities in a first, near-wall region of the wall of a surface wettable with the printing substance.
  • the printing form according to the invention enables the openings of the surface of the body to be closed in a gas-tight manner by the flowable printing substance.
  • the portion of the printing substance occluding the opening can be pressed onto the printing material to be printed.
  • the printing substance is at least partially drawn by capillary forces through the openings into the cavities.
  • the surface of the body consists of a wettable surface with the printing substance, so that the printing substance is applied to the surface of the body and wets it, should be between the surface of the printing plate and the substrate to be printed a distance be kept to prevent the printing substance passes without pressure in corresponding cavities on the substrate.
  • a distance is not necessary in an embodiment of the printing form in which the printing substance is drawn into the cavities, if excess printing ink is stripped off the printing form, for example via a doctor blade.
  • the printing form according to the invention has the advantage that the printing substance remains on the printing plate and / or in the cavities without external intervention and seals off the openings of the cavities in a gastight manner.
  • the contact angle between the printing substance and the surface of the body or between the printing substance and the wall surface in the first wall region is ⁇ 90 °, preferably ⁇ 45 °. This ensures a particularly advantageous wetting of the corresponding surfaces.
  • the device for generating an overpressure in a cavity has at least one deformable and / or movable wall area for changing the volume of the cavity, wherein the volume of the cavity can be reduced by deforming and / or moving the wall area.
  • the overpressure can be advantageously produced in the cavity. It can be provided that the deformable and / or movable wall portion of the cavity is biased into a first position and from this out by means of an actuator in a second position can be transferred, wherein the volume of the cavity in the first position of the wall portion is smaller than in the second position. In this way, the overpressure can be generated in a simple manner by the actuator is released in a transferred to the second position wall portion and is transferred by the bias of the wall portion in the first position. The force required for generating the overpressure is provided by the bias voltage.
  • the device for generating an overpressure in a cavity of a heating device for heating the gas in the cavity In this way it can be achieved with little device complexity that an overpressure is generated in a cavity in which the gas is heated via the heating device. Since the opening of the cavity during the printing process by the printing substance gas-tight is closed, increases by heating the gas, the pressure in the cavity until it is sufficient to push the printing substance from the opening of the cavity.
  • the heating device is designed for heating the gas in the cavity as a resistance heating element.
  • the heating device is designed to heat the gas in the cavity as a heating element which heats up by absorption of electromagnetic radiation.
  • the heating element preferably comprises a metal oxide.
  • electromagnetic radiation laser light is preferably used.
  • the wall surfaces of the walls of at least some, preferably all, cavities in a second, wall region remote from the opening consist of a surface that is poorly or not wettable with the printing substance.
  • the second wall region preferably adjoins the first wall region.
  • the printing substance penetrates into the cavity until the counter-pressure caused by the gas in the cavity is sufficient to allow further penetration of the printing substance to prevent.
  • a barrier against a deeper penetration of printing substance is formed.
  • the poorly or non-wettable surface has a contact angle with the printing substance which is greater than 90 °.
  • the gas disposed in the cavity may be, for example, air.
  • elevations are arranged as spacers to the printing materials on the surface.
  • the elevations of the surface may be formed by the roughness of the surface.
  • the maximum diameter of the openings is smaller than the capillary length of the printing substance. This determines the influence of gravity on the behavior of the Printing substance negligible in the openings of the printing plate.
  • the maximum diameter is understood to be the maximum distance between two directly opposite points on the opening edge, wherein the opening may also have a shape deviating from a circular shape.
  • the capillary length is equal to the square root of the quotient of the surface tension of the printing substance divided by the product of density of the printing substance and gravitational acceleration. For example, for a printing substance with the surface tension and the density of water, the capillary length is about 2.7 mm.
  • the gas in a cavity may also be heated by direct inductive, capacitive or resistive coupling of energy into the gas or by absorption of electromagnetic radiation by the gas.
  • the devices for generating an overpressure for discharging differently sized quantities of printing substance can produce different degrees of overpressures.
  • the printing form may further comprise a cooling device, via which the cavities can be cooled to ambient temperature.
  • the method for transferring flowable printing substance from a printing plate to a printing material provides that the printing substance is drawn into cavities into which open the openings of the surface of the printing plate by means of capillary forces, wherein the printing substance within the openings and the near-mouth region of the cavities located and / or the printing substance wets the surfaces, wherein the printing substance gas-tightly seals at least a portion of the openings, and that the printing substance is discharged by applying an overpressure from the cavities on the substrate, wherein a printing form according to the invention is used.
  • the method according to the invention can provide that the printing substance is drawn into the openings and into the areas close to the opening of all cavities of a group of cavities and / or the printing substance gas-tightly closes the openings of all cavities of a group of cavities, and that the discharge by selectively applying an overpressure occurs within selected cavities of this group of cavities.
  • the inventive method thus uses a printing plate according to the invention, in whose surface a grid of fine openings is introduced, from which the printed image is constructed.
  • Each of the openings opens into a cavity located behind it, which can be heated or cooled by suitable devices.
  • Each cavity has only one opening.
  • Flowable printing substance is applied by suitable devices on the surface of the printing plate to close the openings in the surface of the printing plate gas-tight with printing substance and thereby enclose a volume of gas in the associated cavities.
  • the printing substance can be spread on the printing form, sprayed on or applied by immersion in the printing substance.
  • the temperature of the gas fillings in the cavity is referred to in this process as the starting temperature.
  • the printing substance is then transferred from the printing plate to the printing material in that individual cavities and thus the gas fillings of these cavities are heated in accordance with the printed image.
  • the temperature of these gas fillings with respect to the starting temperature and thus also their gas pressure relative to the ambient pressure increases.
  • Drucksubtanz is then pushed away from belonging to these cavities openings accelerated and supported by the then onset of gas flows from these Cavities spun on the substrate.
  • the heated cavities are cooled and returned to the starting temperature.
  • the openings are free and a gas exchange between these cavities and the environment can take place.
  • the cycle of the printing method according to the invention consisting of the gas-tight sealing of the openings with printing substance, the rapid heating of gas fillings in selected cavities according to the patterns to be printed, the consequent acceleration, ejection and transfer of printing substance to the substrate, the subsequent cooling of gas fillings, including gas exchange between the cavities and the environment, can then be run through again.
  • the distance between the printing plate and printing material is as small as possible in order to obtain the best possible resolution determined by the arrangement of the openings in the surface of the printing plate in the printed image on the printing substrate. Larger distances between the printing plate and the substrate cause a fanning of the application surface of the printing substance delivered to the substrate, whereby the resolution in the printed image is lower.
  • the best possible resolution in the print image is achieved when the substrate touches the printing form when transferring the printing substance. This is only possible if the printing substance penetrates into the openings of the printing plate and remains on the surface of the printing plate but no printing substance.
  • the printing substance penetrates only a little way into the openings of the printing form, since the cavity behind the openings may not be completely filled with printing substance, since a residual gas volume is necessary for the printing process according to the invention.
  • This can be supported by being immediately behind one Opening in the printing form, the inner wall of the cavity is such that it is well wetted by the printing substance, whereby capillary forces pull the printing substance into the opening.
  • the inner wall of the cavity is designed so that the wettability is significantly worse, thereby advantageously a barrier against further penetration of printing substance is formed in the cavities of the printing plate.
  • the penetration of printing substance into a cavity is limited by the fact that the gas volume is forced together in the cavity by the penetration of printing substance, whereby the pressure in the gas volume increases and thereby counteracts a force on the printing substance further penetration of the printing substance.
  • the printing substance need not necessarily penetrate into the openings of the printing plate in order to close them gas-tight.
  • a coherent film or film islands or individual drops of printing substance can also close openings in a gastight manner.
  • the printing substrate must not touch the printing substance, as otherwise uncontrolled printing substance could reach the printing substrate.
  • the necessary distance between the surface of the printing plate and the surface of the printing material is predetermined by elevations on the surface of the printing plate.
  • the order of the printing substance on the printing form takes place in such a way that the tips of the surveys are not covered with printing substance.
  • the amount of the maximum applied pressure substance is dependent on the height of these surveys.
  • the application of the printing substance is done so that the tips of these surveys are not covered with printing substance.
  • Printing substance is thus only between the elevations on the printing form. This is achieved, for example, by applying a sufficiently small amount of printing substance to the printing form. It can also be used to a squeegee To remove pressure substance from the elevations.
  • the elevations on the printing form serve as stops for the printing material. Direct contact between the printing substance and the printing material is prevented by the elevations on the printing form.
  • the surveys are available in sufficient number on the printing plate to prevent a concern of the printing material on the surface of the printing plate.
  • the protrusions may be arranged in a pattern on the surface of the printing form. Also possible is a disorderly random arrangement of the surveys. There must be only enough surveys per unit area to prevent direct contact between the printing substance and substrate.
  • a special shape of a printing plate with elevations is a printing plate with a rough surface.
  • the high peaks of the rough surface form the elevations and it is always applied only so much printing substance, that sufficiently many of the high peaks are not covered with printing substance.
  • this type of printing forme can be removed with a doctor blade, the printing substance of high peaks.
  • a printing form with elevations pressure substance penetrates into the cavities.
  • Such a printing form is particularly advantageous when the flowable printing substance is a suspension.
  • the dimensions of the openings in the printing plate and the dimensions of the solids in the suspension are selected so that, although the liquid of the suspension can penetrate into the cavities or is drawn by capillary forces into the cavities, but not the solids of the suspension. This excludes that the solids in the openings tilt and clog them.
  • the flowable printing substance can be a flowable printing ink if the printing method according to the invention and the printing form according to the invention are to be used in the graphic arts industry.
  • the flowable printing substance can also consist of electronic functional materials from which printed electronics can be produced using the printing process according to the invention.
  • the flowable printing substances can also be biologically or chemically active substances which are applied in a controlled manner to a printing material by the printing process according to the invention, in order to react there with other substances, for example.
  • the printing form according to the invention may for example consist of aluminum oxide, which is produced by anodic oxidation of a thin disk of aluminum.
  • the cavities may be blind holes, for example.
  • the diameters of the blind holes can be for example 400 nm.
  • the depth of the blind holes can be for example 100 microns.
  • the elevations may have, for example, a maximum height of 0.5 ⁇ m.
  • the distance between the elevations may be, for example, about 150 microns.
  • a printing form 1 according to the invention is shown schematically.
  • the printing plate 1 is formed in the illustrated embodiment as a hollow cylinder.
  • the printing form 1 has a body 2 with a surface 3 with openings 5, which in Fig. 1 are shown only schematically. How best of the FIGS. 2a and 2b emerges, in which the surfaces 3 two different embodiments of the printing form according to the invention are shown schematically in detail, are arranged behind the openings 5 cavities 7, which open into the openings 5. Each cavity 7 ends only in a single opening. 5
  • the printing form 1 is used for printing a printing substance on a substrate 100, which can be pressed against the surface 3, for example via a roller 102, or the roller 102 is held at a predetermined distance to the surface 3.
  • the pressure roller 1 further has a heating device 104, via which a gas located in the cavities 7 can be heated by means of individual heating devices.
  • the heating device 104 can be controlled via a control device 106.
  • the printing substance is applied to the surface 3 of the printing form 1 via a printing substance application device 108 with associated printing substance application control device 110.
  • a doctor not shown, may be provided, for example, a knife blade, over the excess printing substance before printing the substrate is strippable.
  • a cooling device 112 can be provided, via which the cavities 7 heated by means of the heating device 104 can be cooled.
  • the openings 5 are arranged in a grid pattern on the surface 3.
  • the cavities 7, which open into the openings 5, are blind-hole-shaped and bounded by a wall 9.
  • the wall surface 13a is formed as a readily wettable surface.
  • the wall surface 13b is formed as a surface poorly wettable by the printing substance.
  • the openings 5 preferably have a maximum diameter D, which is smaller than the capillary length of the printing substance. For an order of the printing substance on the surface 3, the printing substance is now sucked by the capillary action in the cavity 7 and closes the openings 3 each gas-tight.
  • FIGS. 2a and 2b differ only in that in the embodiment of the Fig. 2a the surface 3 of the printing form 1 forms a flat surface, whereas the surface 3 of the embodiment of Fig. 2b forms a curved surface.
  • the gas is heated in the cavity 7, so that this expands and forms an overpressure.
  • the gas for heating the gas, for example, end pieces 17 of the cavities 7 can be heated.
  • FIGS. 3a-3d the printing method according to the invention with the printing form 1 according to the invention is shown schematically in detail.
  • the printing substance 200 is applied. Due to the capillary forces, the printing substance is drawn through the opening 5 into the cavity 7, the above-described special configuration of the wall surface 13a causing the printing substance to remain only in the area close to the opening ( Fig. 3b ). Finally, the printing substance can be stripped off ( Fig. 3c ). The printing substance 200 closes the opening 5 gas-tight.
  • By subsequently heating the gas in the Cavity 7 by means of a cavity 7 associated heating device 19 forms an overpressure in the cavity 7. With a sufficiently strong and rapid heating of the gas and the associated pressure increases then the printing substance is pushed away from the opening 5, accelerated and supported by a then onset of gas flow from the cavities 7 on the substrate 100 thrown ( Fig. 3d ).
  • the printing method according to the invention by means of the printing form 1 according to the invention thus enables a very accurate print image, for example, selectively individual cavities 7 can be heated, so that a desired print image is achieved.
  • the surface 3 of the printing form 1 can also be formed as a readily wettable surface.
  • the surface 3 is wetted with printing substance 200, whereby the openings 5 are sealed gas-tight.
  • the printing substance 200 remains completely on the surface 3 and does not penetrate or only slightly through the openings 5 in the cavities 7.
  • the printing substance 200 covers the surface 3 and at the same time penetrates through the openings 5 into the cavities 7.
  • the contact angle between the printing substance and the surface is less than 90 °, preferably less than 45 °.
  • FIG. 4 is a detailed representation of a surface of another printing form 1 according to the invention shown schematically.
  • This in Fig. 4 illustrated embodiment corresponds substantially to the in Fig. 2a illustrated embodiment.
  • the embodiment differs in that the cavity 7 is surrounded by a sleeve 21.
  • the sleeve 21 is part of the heater 19, which can be heated in a particularly advantageous manner and very quickly by the sleeve 21, the gas arranged in the cavity 7, since the entire cavity 7 is surrounded by the sleeve 21, so that the gas of almost can be heated on all sides.
  • FIGS. 5a-5c the printing method according to the invention is described with reference to a printing form 1, which has a surface 3, which is formed as a well wettable surface for the printing substance 200. Furthermore, the wall surface 13a in the wall region 11 near the opening is also formed as a readily wettable surface.
  • the in the FIGS. 5a-5c illustrated printing form 1 corresponds substantially to the printing form 1, which in the Fig. 2a is shown. It differs only in that the surface 3 is formed as a good wettable surface and further on the surface 3 elevations 23 are formed, which act as a spacer for a substrate 100.
  • the printing substance 200 is applied to the surface 3 ( Fig. 5b ). In this case, only so much printing substance 200 is applied that the elevations 23 protrude from the printing substance 200.
  • the printing substance 200 wets the surface 3 of the printing plate 1 and partially penetrates through the openings 5 in the cavities 7 a. As a result, the openings 5 of the cavities 7 are sealed gas-tight.
  • the roller 102 can be used.
  • a printing material 100 rests on the elevations 23 and thus does not touch the printing substance 200 applied to the surface 3.
  • a clean print image is achieved since the printing substance 200 can not reach the printing substrate 100 in an uncontrolled manner.
  • a doctor blade can be achieved that the ends of the projections 23 are free of printing substance.
  • the gas contained in the cavities 7 is heated, whereby an overpressure arises, which pushes the printing substance 200 from the cavity 7 and from the openings 5 and flings against the substrate 100.
  • the heating of the cavities 7 can be done for example by heating the end pieces 17. This can be done for example by a laser radiation 25, the in Fig. 5c is indicated schematically.
  • the material of the end piece 17 absorbs laser radiation of suitable wavelength, whereby the tail is heated.
  • the wavelength of the laser radiation and the optical properties of the material of the printing plate 1, which surrounds the cavities can be chosen so that the laser radiation is absorbed mainly by the end piece 17.
  • the tail 17 may include, for example, finely divided metallic inclusions which absorb laser radiation by exciting plasmons. It can be provided in an advantageous manner that the material of the printing form does not absorb the selected laser radiation, whereby it can be focused through the material on selected end pieces 17 to specifically heat the gas filling in the associated cavities 7.
  • the thermal conductivity of the end piece 17 or the sleeve 21 is better than the thermal conductivity of the material of the printing plate 1, whereby the heat input is reduced in the material of the printing form 1, when the end piece 17 or the sleeve 21, the absorbed laser radiation is heated.
  • FIGS. 6a and 6b show a further embodiment of a printing form 1 according to the invention with elevations 23.
  • the elevations 23 are located on the surface 3 of the printing form 1 and may be of different sizes.
  • the surface 3 of the printing plate 1 has openings 5 with adjoining cavities 7 via the exemplary embodiments described above.
  • the cavities 7 are formed as blind holes, which have a large aspect ratio (depth of the blind hole divided by its diameter). This means that there is a large volume of gas in the cavity, which can be heated. As a result, the printing substance can be spun on the printing material in an advantageous manner, since a powerful gas stream can be generated.
  • the elevations 23 are not arranged uniformly on the surface 3.
  • the elevation 23 is formed by the roughness of the surface 3.
  • the openings 5 are not arranged exclusively in the surface 3 between the elevations 23, but also in the surface of the elevations 23 itself. As a result, a very fine grid of openings 5 are formed, leaving only small open spaces that pass through the tips of the Elevations 23 are formed, with which no pressure can take place.
  • the surface 3 and wall surface is formed in the cavities 7 as a good wettable surface.
  • Fig. 6b is the printing form of the Fig. 6a with applied printing substance 200.
  • the pointed elevations 23 are not covered with printing substance 200. This can be achieved, for example, by stripping by means of a doctor blade. This will ensure that a laid out Substrate can not reach direct contact with the applied printing substance 200.
  • Printing forms as in FIGS. 6a and 6b can be prepared, for example, in an electrolyte by anodic oxidation of aluminum plates, wherein the blind holes form here in a matrix of alumina by self-assembly.
  • the printing plate 1 produced by this method has cavities in the form of blind holes with a diameter of about 400 nm and a depth of about 100 .mu.m, wherein the distances between the openings 5 of the blind holes are about 500 nm.
  • Large elevations 23 have, for example, a height of about 0.5 microns and a mean distance between adjacent large elevations of about 150 microns.
  • the enclosure of the cavities consists in such a printing form of anions enriched with alumina, which encloses the cavities in a sleeve shape.
  • the matrix of the printing form surrounding the sleeve is formed by pure aluminum oxide.
  • the laser radiation with a wavelength of 808 nm is absorbed by these sleeves.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von fließfähigen Drucksubstanzen, insbesondere fließfähigen Druckfarben, auf einen Bedruckstoff.
    Es gibt Druckverfahren, bei denen flüssige Druckfarbe durch Kontakt zwischen einer Druckform und einem Bedruckstoff auf diesen übertragen wird. Bei bekannten Verfahren sind die zu druckenden Muster auf der Druckform aufgebracht. Die Muster können in Form von Vertiefungen oder Erhöhungen auf einer Fläche aufgebracht sein. Druckfarbe wird auf die Erhöhungen aufgebracht (Hochdruck) oder in die Vertiefungen gedrückt (Tiefdruck) und durch Kontakt mit dem Bedruckstoff auf den Bedruckstoff übertragen. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, dass jedes neu zu druckende Muster eine neue Druckform erfordert. Aus EP 1 154 905 ist ein Druckverfahren zum Bedrucken von Bedruckstoffen mit Druckfarben bekannt, mit dem mit nur einer Druckform unterschiedliche Muster gedruckt werden können.
    Hierzu wird eine Druckform verwendet, an deren Oberfläche ein Raster feiner Öffnungen mit daran anschließenden Hohlräumen eingelassen ist. Die feinen Öffnungen bilden die Rasterpunkte, aus denen ein zu druckendes Muster aufgebaut werden kann. Bei einer Variante des vorbekannten Druckverfahrens wird die Druckfarbe mittels eines Unterdrucks in den Hohlräumen durch die Öffnungen in die Hohlräume gesaugt. In ausgewählten Hohlräumen wird anschließend ein Überdruck erzeugt, wodurch die Druckfarbe durch die zu den Hohlräumen gehörenden Öffnungen auf den Bedruckstoff gelangt. Das vorbekannte Druckverfahren kann auch vorsehen, dass nur in selektive Hohlräume Druckfarbe eingesaugt wird.
  • Das vorbekannte Druckverfahren ist relativ kompliziert, da einerseits Druckfarbe nicht von selbst in die Öffnung der Druckform eindringen darf, andererseits jedoch die in dem Hohlraum erzeugte Druckdifferenz, die beispielsweise durch Erwärmen und Abkühlen der Gasfüllung in dem Hohlraum erzeugt wird, ausreichen muss, um Druckfarben in die Öffnungen hineinzuziehen. Dies gelingt nur, wenn die Oberflächeneigenschaften von Druckform und Druckfarbe genau aufeinander abgestimmt sind. Darüber hinaus muss der Vorgang des Erzeugens eines Unterdrucks in einem Hohlraum und des Abdeckens der zugehörigen Öffnung mit Druckfarbe zeitlich sehr genau aufeinander abgestimmt werden. Diese Bedingungen machen dieses Druckverfahren anfällig für Störungen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckform und ein vereinfachtes Verfahren zum Bedrucken von Bedruckstoffen zu schaffen, bei denen mit nur einer Druckform unterschiedliche Muster gedruckt werden.
  • Die erfindungsgemäße Druckform ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 definiert.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Druckform zum Übertragen von fließfähiger Drucksubstanz auf einen zu bedruckenden Bedruckstoff mit einem Körper mit einer Oberfläche, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, mit einer Vielzahl von Hohlräumen in dem Körper, die in den Öffnungen der Oberfläche des Körpers enden und Gas enthalten, wobei die Hohlräume jeweils durch eine an die Öffnung anschließende, den jeweiligen Hohlraum umgebende Wandung begrenzt sind, und mit je einem Hohlraum zugeordneten Einrichtungen zum Erzeugen eines Überdrucks in dem betreffenden Hohlraum ist vorgesehen, dass zumindest Teile der Oberfläche des Körpers und/oder Wandungsoberflächen der Wandungen zumindest einiger, vorzugsweise aller, Hohlräume in einem ersten, öffnungsnahen Wandungsbereich aus einer mit der Drucksubstanz benetzbaren Oberfläche bestehen.
  • Die erfindungsgemäße Druckform ermöglicht durch die spezielle Ausgestaltung der Oberfläche des Körpers und/oder der Wandungsoberflächen einiger Hohlräume, dass die Öffnungen der Oberfläche des Körpers durch die fließfähige Drucksubstanz gasdicht verschlossen werden. Dadurch kann, durch Aufbringen eines Überdrucks in einem Hohlraum, der die Öffnung verschließende Anteil der Drucksubstanz auf den zu bedruckenden Bedruckstoff gedrückt werden. Bei einer erfindungsgemäßen Variante, bei der die Wandungsoberflächen der Hohlräume im öffnungsnahen Wandungsbereich aus einer benetzbaren Oberfläche bestehen, wird die Drucksubstanz über Kapillarkräfte zumindest teilweise durch die Öffnungen in die Hohlräume gezogen. Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Druckform, bei der die Oberfläche des Körpers aus einer mit der Drucksubstanz benetzbaren Oberfläche besteht, so dass die Drucksubstanz auf die Oberfläche des Körpers aufgetragen wird und diese benetzt, sollte zwischen der Oberfläche der Druckform und dem zu bedruckenden Bedruckstoff ein Abstand gehalten werden, um zu verhindern, dass die Drucksubstanz ohne Überdruck in entsprechenden Hohlräumen auf den Bedruckstoff gelangt. Ein derartiger Abstand ist bei einer Ausgestaltung der Druckform, bei dem die Drucksubstanz in die Hohlräume eingezogen wird, nicht notwendig, sofern überschüssige Druckfarbe beispielsweise über eine Rakel von der Druckform abgestreift wird.
  • Die erfindungsgemäße Druckform hat den Vorteil, dass die Drucksubstanz ohne äußeres Zutun auf der Druckform und/oder in den Hohlräumen verbleibt und die Öffnungen der Hohlräume gasdicht verschließt. Somit ist eine Abstimmung des Druckes in den Hohlräumen bereits bei Auftrag der Drucksubstanz nicht notwendig, wodurch die Druckform robuster und weniger störanfällig beim Bedrucken von Bedruckstoffen ist.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei auf die Druckform aufgetragener Drucksubstanz der Kontaktwinkel zwischen Drucksubstanz und Oberfläche des Körpers oder zwischen Drucksubstanz und Wandungsoberfläche in dem ersten Wandungsbereich <90°, vorzugsweise <45°, ist. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Benetzung der entsprechenden Oberflächen gewährleistet.
  • In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckform weist die Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks in einem Hohlraum mindestens einen verformbaren und/oder bewegbaren Wandungsbereich zum Verändern des Volumens des Hohlraums auf, wobei durch Verformen und/oder Bewegen des Wandungsbereichs das Volumen des Hohlraums verringerbar ist. Auf diese Weise lässt sich der Überdruck in vorteilhafte Weise in dem Hohlraum erzeugen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der verformbare und/oder bewegbare Wandungsbereich des Hohlraumes in eine erste Position vorgespannt ist und aus dieser heraus mittels eines Stellgliedes in eine Zweitposition überführbar ist, wobei das Volumen des Hohlraumes in der ersten Position des Wandungsbereiches kleiner ist als in der zweiten Position. Auf diese Weise kann der Überdruck auf einfache Weise erzeugt werden, indem das Stellglied bei einem in die zweite Position überführten Wandungsbereich gelöst wird und durch die Vorspannung der Wandungsbereich in die erste Position überführt wird. Die für die Erzeugung des Überdrucks notwendige Kraft wird dabei durch die Vorspannung bereitgestellt.
  • In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks in einem Hohlraum einer Heizungseinrichtung zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum aufweist. Auf diese Weise lässt sich mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand erreichen, dass ein Überdruck in einem Hohlraum erzeugt wird, in dem über die Heizungseinrichtung das Gas erwärmt wird. Da die Öffnung des Hohlraumes während des Druckvorgangs durch die Drucksubstanz gasdicht verschlossen wird, erhöht sich durch Erwärmen des Gases der Druck in dem Hohlraum, bis dieser ausreicht, um die Drucksubstanz von der Öffnung des Hohlraumes wegzudrücken.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Heizungseinrichtung zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum als Widerstand-Heizelement ausgebildet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Heizungseinrichtung zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum als ein sich durch Absorption elektromagnetischer Strahlung erwärmendes Heizelement ausgebildet ist. Das Heizelement weist vorzugsweise ein Metalloxid auf. Als elektromagnetische Strahlung wird vorzugsweise Laserlicht verwendet. Durch eine derartige Ausgestaltung der Heizungseinrichtung lässt sich das Gas in dem Hohlraum auf besonders vorteilhafte Weise und sehr schnell erwärmen, wobei gleichzeitig einzelne Hohlräume sehr gezielt angesteuert werden können. Durch ein schnelles Erwärmen des Gases wird erreicht, dass die Drucksubstanz, die die Öffnung des Hohlraumes gasdicht verschließt, nicht nur aus der Öffnung herausgepresst oder von der Öffnung weggedrückt wird, sondern die Drucksubstanz wird aufgrund einer schnellen Druckerhöhung des Gases durch eine schnelle Erwärmung des Gases beschleunigt und auf vorteilhafte Weise auf den Bedruckstoff geschleudert. Auf diese Weise ist ein besonders vorteilhafter Druck möglich, wobei insbesondere bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckform, bei der die Oberfläche des Körpers mit Abstand von dem Bedruckstoff angeordnet ist, kann dieser Abstand in vorteilhafter Weise überwunden werden kann.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandungsoberflächen der Wandungen zumindest einiger, vorzugsweise aller, Hohlräume in einem zweiten, öffnungsfernen Wandungsbereich aus einer mit der Drucksubstanz schlecht bzw. nicht benetzbaren Oberfläche bestehen. Dabei schließt der zweite Wandungsbereich vorzugsweise an den ersten Wandungsbereich an.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem lediglich der erste Wandungsbereich aus einer mit der Drucksubstanz gut benetzbaren Oberfläche besteht, dringt die Drucksubstanz so tief in den Hohlraum ein, bis der durch das Gas in dem Hohlraum bewirkte Gegendruck ausreicht, um ein weiteres Eindringen der Drucksubstanz zu verhindern. Durch das Vorsehen eines zweiten Wandungsbereiches, der eine mit der Drucksubstanz schlecht bzw. nicht benetzbaren Oberfläche aufweist, wird eine Barriere gegen ein tieferes Eindringen von Drucksubstanz gebildet. Die schlecht bzw. nicht benetzbare Oberfläche weist einen Kontaktwinkel mit der Drucksubstanz auf, der größer als 90° beträgt.
  • Das in dem Hohlraum angeordnete Gas kann beispielsweise Luft sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Oberfläche Erhebungen als Abstandshalter zu den Bedruckstoffen angeordnet sind. Dadurch wird insbesondere bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der die Oberfläche des Körpers aus einer gut benetzbaren Oberfläche besteht, verhindert, dass der Bedruckstoff mit der mit der Drucksubstanz benetzten Oberfläche in Kontakt kommt.
  • Die Erhebungen der Oberfläche können durch die Rauheit der Oberfläche gebildet sein.
  • Bei der Verwendung einer Druckform mit Erhebungen ist darauf zu achten, dass die Oberfläche nur so weit mit Drucksubstanz benetzt sind, dass die Spitzen der Erhebungen nicht mit Drucksubstanz bedeckt sind, so dass verhindert wird, dass Drucksubstanz unkontrolliert auf den Bedruckstoff gelangt.
  • In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der maximale Durchmesser der Öffnungen kleiner ist als die Kapillarlänge der Drucksubstanz. Dadurch wird der Einfluss der Gravitation auf das Verhalten der Drucksubstanz in den Öffnungen der Druckform vernachlässigbar. Als maximaler Durchmesser wird der maximale Abstand zweier direkt gegenüberliegender Punkte auf dem Öffnungsrand verstanden, wobei die Öffnung auch eine von einer Kreisform abweichende Form besitzen kann. Die Kapillarlänge ist gleich der Quadratwurzel aus den Quotienten Oberflächenspannung der Drucksubstanz dividiert durch das Produkt aus Dichte der Drucksubstanz und Erdbeschleunigung. Beispielsweise beträgt für eine Drucksubstanz mit der Oberflächenspannung und der Dichte von Wasser die Kapillarlänge ca. 2,7 mm.
  • Das Gas in einem Hohlraum kann auch durch direkte induktive, kapazitive oder resistive Einkopplung von Energie in das Gas oder durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Gas erwärmt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtungen zum Erzeugen eines Überdrucks zum Austragen von unterschiedlich großen Mengen von Drucksubstanz unterschiedlich hohe Überdrücke erzeugen können.
  • Die Druckform kann ferner eine Kühlvorrichtung aufweisen, über die die Hohlräume auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden können.
  • Das Verfahren zum Übertragen von fließfähiger Drucksubstanz von einer Druckform auf ein Bedruckstoff sieht vor, dass die Drucksubstanz in Hohlräume, in die die Öffnungen der Oberfläche der Druckform münden, mittels Kapillarkräften eingezogen wird, wobei sich die Drucksubstanz innerhalb der Öffnungen und dem öffnungsnahen Bereich der Hohlräume befindet und/oder die Drucksubstanz die Oberflächen benetzt, wobei die Drucksubstanz zumindest einen Teil der Öffnungen gasdicht verschließt, und dass die Drucksubstanz durch Aufbringen eines Überdrucks aus den Hohlräumen auf den Bedruckstoff ausgetragen wird, wobei eine erfindungsgemäße Druckform verwendet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass die Drucksubstanz in die Öffnungen und in die öffnungsnahen Bereiche sämtlicher Hohlräume einer Gruppe von Hohlräumen eingezogen wird und/oder die Drucksubstanz die Öffnungen sämtlicher Hohlräume einer Gruppe von Hohlräumen gasdicht verschließt, und dass der Austrag durch selektives Aufbringen eines Überdrucks innerhalb ausgewählter Hohlräume dieser Gruppe von Hohlräumen erfolgt.
  • Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass in allen Hohlräumen dieser Gruppe ein Überdruck erzeugt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet somit eine erfindungsgemäße Druckform, in deren Oberfläche ein Raster feiner Öffnungen eingebracht ist, aus denen das Druckbild aufgebaut wird. Jede der Öffnungen mündet in einen dahinter liegenden Hohlraum, der durch geeignete Vorrichtungen geheizt bzw. gekühlt werden kann. Jeder Hohlraum besitzt nur eine Öffnung. Fließfähige Drucksubstanz wird durch geeignete Vorrichtungen auf die Oberfläche der Druckform aufgetragen, um die Öffnungen in der Oberfläche der Druckform gasdicht mit Drucksubstanz zu verschließen und hierdurch ein Gasvolumen in den zugehörigen Hohlräumen einzuschließen. Die Drucksubstanz kann auf die Druckform aufgestrichen, aufgesprüht oder durch Eintauchen in die Drucksubstanz aufgetragen werden. Die Temperatur der Gasfüllungen in den Hohlraum wird bei diesem Vorgang als Ausgangstemperatur bezeichnet. Die Drucksubstanz wird anschließend dadurch von der Druckform auf den Bedruckstoff übertragen, dass entsprechend dem Druckbild einzelne Hohlräume und damit die Gasfüllungen dieser Hohlräume erwärmt werden. Dadurch steigt die Temperatur dieser Gasfüllungen gegenüber der Ausgangstemperatur und damit auch deren Gasdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Mit einer hinreichend starken und schnellen Erwärmung dieser Gasfüllungen und der damit verbundenen Druckerhöhung in diesen Gasfüllungen wird dann Drucksubtanz von den zu diesen Hohlräumen gehörenden Öffnungen weggedrückt, beschleunigt und unterstützt durch die dann einsetzende Gasströmungen aus diesen Hohlräumen auf den Bedruckstoff geschleudert. Anschließend werden die erwärmten Hohlräume gekühlt und so auf die Ausgangstemperatur zurückgebracht. Hierbei sind die Öffnungen frei und ein Gasaustausch zwischen diesen Hohlräumen und der Umgebung kann erfolgen.
  • Der Zyklus des erfindungsgemäßen Druckverfahrens bestehend aus dem gasdichten Verschließen der Öffnungen mit Drucksubstanz, der schnellen Erwärmung von Gasfüllungen in ausgewählten Hohlräumen entsprechend den zu druckenden Mustern, dem daraus folgenden Beschleunigen, Herausschleudern und Übertragen von Drucksubstanz auf den Bedruckstoff, dem daran anschließenden Kühlen von Gasfüllungen, einschließlich Gasaustausch zwischen den Hohlräumen und Umgebung, kann dann erneut durchlaufen werden.
  • Beim Übertrag von Drucksubstanz von der Druckform auf den Bedruckstoff ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen Druckform und Bedruckstoff möglichst klein ist, um die durch die Anordnung der Öffnungen in der Oberfläche der Druckform vorgegebene bestmögliche Auflösung auch im Druckbild auf dem Bedruckstoff zu erhalten. Größere Abstände zwischen der Druckform und dem Bedruckstoff verursachen eine Auffächerung der Auftragsfläche der auf den Bedruckstoff abgegebenen Drucksubstanz, wodurch die Auflösung im Druckbild geringer wird. Die bestmögliche Auflösung im Druckbild wird erreicht, wenn der Bedruckstoff die Druckform beim Übertrag der Drucksubstanz berührt. Dies ist nur dann möglich, wenn die Drucksubstanz in die Öffnungen der Druckform eindringt und auf der Oberfläche der Druckform aber keine Drucksubstanz zurückbleibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass nach dem Auftrag der Drucksubstanz auf die Druckform überschüssige Drucksubstanz mit einer Rakel von der Druckform abgestreift wird. Vorteilhaft dringt die Drucksubstanz nur ein Stück weit in die Öffnungen der Druckform ein, da der Hohlraum hinter den Öffnungen nicht vollständig mit Drucksubstanz gefüllt werden darf, da ein Restgasvolumen für das erfindungsgemäße Druckverfahren notwendig ist. Dies kann dadurch unterstützt werden, dass gleich hinter einer Öffnung in der Druckform die innere Wandung des Hohlraums so beschaffen ist, dass sie gut von der Drucksubstanz benetzt wird, wodurch Kapillarkräfte die Drucksubstanz in die Öffnung ziehen.
  • Ab einer vorgegebenen Eindringtiefe jedoch ist die innere Wandung des Hohlraums so ausgeführt, dass die Benetzbarkeit deutlich schlechter ist, wodurch vorteilhaft eine Barriere gegen ein weiteres Eindringen von Drucksubstanz in die Hohlräume der Druckform gebildet wird.
  • Das Eindringen von Drucksubstanz in einen Hohlraum wird dadurch begrenzt, dass durch das Eindringen von Drucksubstanz das Gasvolumen im Hohlraum zusammengedrängt wird, wodurch sich der Druck im Gasvolumen erhöht und hierdurch eine Kraft auf die Drucksubstanz dem weiteren Eindringen der Drucksubstanz entgegenwirkt.
  • Die Drucksubstanz muss nicht unbedingt in die Öffnungen der Druckform eindringen, um diese gasdicht zu verschließen. Ein zusammenhängender Film oder Filminseln oder einzelne Tropfen aus Drucksubstanz können Öffnungen auch gasdicht verschließen. In diesem Fall darf der Bedruckstoff die Drucksubstanz aber nicht berühren, da sonst unkontrolliert Drucksubstanz auf den Bedruckstoff gelangen könnte. In vorteilhafter Weise wird der notwendige Abstand zwischen der Oberfläche der Druckform und der Oberfläche des Bedruckstoffs durch Erhebungen auf der Oberfläche der Druckform vorgegeben. Der Auftrag der Drucksubstanz auf die Druckform erfolgt hierbei auf derartige Weise, dass die Spitzen der Erhebungen nicht mit Drucksubstanz bedeckt sind. Die Menge der maximal aufgetragenen Drucksubstanz ist abhängig von der Höhe dieser Erhebungen. Der Auftrag der Drucksubstanz erfolgt so, dass die Spitzen dieser Erhebungen nicht mit Drucksubstanz bedeckt werden. Drucksubstanz befindet sich somit nur zwischen den Erhebungen auf der Druckform. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass hinreichend wenig Drucksubstanz auf die Druckform aufgetragen wird. Es kann auch eine Rakel verwendet werden, um Drucksubstanz von den Erhebungen zu entfernen. Die Erhebungen auf der Druckform dienen als Anschläge für den Bedruckstoff. Ein direkter Kontakt zwischen Drucksubstanz und dem Bedruckstoff wird durch die Erhebungen auf der Druckform verhindert. Die Erhebungen sind dabei in ausreichender Anzahl auf der Druckform vorhanden, um ein Anliegen des Bedruckstoffs auf der Oberfläche der Druckform zu verhindern.
  • Die Erhebungen können geordnet in einem Muster auf der Oberfläche der Druckform angebracht sein. Möglich ist auch eine ungeordnete zufällige Anordnung der Erhebungen. Es müssen lediglich hinreichend viele Erhebungen pro Flächeneinheit vorhanden sein, um einen direkten Kontakt zwischen Drucksubstanz und Bedruckstoff zu verhindern.
  • Eine besondere Ausformung einer Druckform mit Erhebungen ist eine Druckform mit einer rauen Oberfläche. In diesem Falle bilden die hohen Spitzen der rauen Oberfläche die Erhebungen und es wird auch immer nur so viel Drucksubstanz aufgetragen, dass hinreichend viele der hohen Spitzen nicht mit Drucksubstanz bedeckt sind. Mit dieser Art von Druckform kann mit einer Rakel die Drucksubstanz von hohen Spitzen entfernt werden.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei einer Druckform mit Erhebungen Drucksubstanz in die Hohlräume eindringt. Eine derartige Druckform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die fließfähige Drucksubstanz eine Suspension ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abmessungen der Öffnungen in der Druckform und die Abmessungen der Festkörper in der Suspension so gewählt werden, dass zwar die Flüssigkeit der Suspension in die Hohlräume eindringen kann bzw. durch Kapillarkräfte in die Hohlräume eingezogen wird, jedoch nicht die Festkörper der Suspension. Hierdurch wird ausgeschlossen, dass die Festkörper in den Öffnungen verkanten und diese verstopfen.
  • Die fließfähige Drucksubstanz kann eine fließfähige Druckfarbe sein, wenn das erfindungsgemäße Druckverfahren und die erfindungsgemäße Druckform in der grafischen Industrie verwendet werden soll.
  • Die fließfähige Drucksubstanz kann aber auch aus elektronischen Funktionsmaterialien bestehen, aus denen mit dem erfindungsgemäßen Druckverfahren gedruckte Elektronik hergestellt werden kann.
  • Die fließfähigen Drucksubstanzen können auch biologisch oder chemisch wirksame Substanzen sein, die durch das erfindungsgemäße Druckverfahren kontrolliert auf einen Bedruckstoff aufgetragen werden, um dort beispielsweise mit anderen Substanzen zu reagieren.
  • Die erfindungsgemäße Druckform kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen, die durch anodische Oxidation einer dünnen Scheibe aus Aluminium hergestellt wird.
  • Die Hohlräume können beispielsweise Sacklöcher sein. Die Durchmesser der Sacklöcher können beispielsweise 400 nm betragen. Die Tiefe der Sacklöcher kann beispielsweise 100 µm betragen.
  • Bei einer Druckform, deren Oberfläche rau ist, wobei durch die Rauheit die erfindungsgemäßen Erhebungen gebildet werden, können die Erhebungen beispielsweise eine maximale Höhe von 0,5 µm besitzen. Der Abstand zwischen den Erhebungen kann beispielsweise ca. 150 µm betragen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckform,
    Figuren 2a und 2b
    schematische Detaildarstellungen der Oberfläche einer Druckform,
    Figuren 3a-3d
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckverfahrens,
    Figur 4
    eine schematische Detaildarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Oberfläche einer Druckform,
    Figuren 5a-5c
    eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckform mit Erhebungen sowie das damit durchgeführte erfindungsgemäße Druckverfahren und
    Figuren 6a und 6b
    eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckform mit Erhebungen an der Oberfläche.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Druckform 1 schematisch dargestellt. Die Druckform 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgebildet. Die Druckform 1 weist einen Körper 2 mit einer Oberfläche 3 mit Öffnungen 5 auf, die in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Wie am besten aus den Fign. 2a und 2b hervorgeht, in denen die Oberflächen 3 zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Druckform schematisch in Detaildarstellung dargestellt sind, sind hinter den Öffnungen 5 Hohlräume 7 angeordnet, die in die Öffnungen 5 münden. Jeder Hohlraum 7 endet nur in einer einzigen Öffnung 5.
  • Die Druckform 1 dient zum Bedrucken einer Drucksubstanz auf einen Bedruckstoff 100, der beispielsweise über eine Walze 102 gegen die Oberfläche 3 angedrückt werden kann, oder aber die Walze 102 in einem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche 3 gehalten wird.
  • Die Druckwalze 1 weist ferner eine Heizvorrichtung 104 auf, über die mittels einzelner Heizeinrichtungen ein in den Hohlräumen 7 befindliches Gas erwärmt werden kann. Die Heizvorrichtung 104 ist über eine Steuerungsvorrichtung 106 steuerbar.
  • Die Drucksubstanz wird über eine Drucksubstanzauftragsvorrichtung 108 mit dazugehöriger Drucksubstanzauftragssteuerungsvorrichtung 110 auf die Oberfläche 3 der Druckform 1 aufgetragen. Zusätzlich kann eine nicht dargestellte Rakel vorgesehen sein, beispielsweise eine Messerrakel, über die überschüssige Drucksubstanz vor dem Bedrucken des Bedruckstoffes abstreifbar ist.
  • Es kann ferner eine Kühlungsvorrichtung 112 vorgesehen sein, über die die mittels der Heizungsvorrichtung 104 erwärmten Hohlräume 7 abgekühlt werden können.
  • Wie am besten aus Fign. 2a und 2b hervorgeht, sind die Öffnungen 5 rasterförmig auf der Oberfläche 3 angeordnet. Die Hohlräume 7, die in die Öffnungen 5 münden, sind sacklochförmig ausgebildet und durch eine Wandung 9 begrenzt. In einem ersten, öffnungsnahen Wandungsbereich 11 ist die Wandungsoberfläche 13a als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet. In einem zweiten, öffnungsfernen Wandbereich 15 ist die Wandungsoberfläche 13b als von der Drucksubstanz schlecht benetzbare Oberfläche ausgebildet. Ferner besitzen die Öffnungen 5 vorzugsweise einen maximalen Durchmesser D, der kleiner ist als die Kapillarlänge der Drucksubstanz. Bei einem Auftrag der Drucksubstanz auf die Oberfläche 3 wird nun die Drucksubstanz durch die Kapillarwirkung in den Hohlraum 7 eingesogen und verschließt die Öffnungen 3 jeweils gasdicht.
  • Durch das in den Hohlräumen 7 angeordnete Gas wird bei dem Eindringen der Drucksubstanz in die Hohlräume 7 ein Gegendruck aufgebaut, der ein Eindringen der Drucksubstanz nur bis zu einer bestimmten Tiefe zulässt, da der Gegendruck des Gases in dem Hohlraum 7 der Kapillarwirkung entgegenwirkt. Gleichzeitig oder alternativ bewirkt der Übergang zwischen der gut benetzbaren Oberfläche der ersten Wandungsoberfläche 13a und der schlecht benetzbaren Oberfläche der zweiten Wandungsoberfläche 13b eine Barriere gegen weiteres Eindringen von Drucksubstanz.
  • Die Ausführungsbeispiele der Fign. 2a und 2b unterscheiden sich lediglich darin, dass beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2a die Oberfläche 3 der Druckform 1 eine ebene Oberfläche bildet, wohingegen die Oberfläche 3 des Ausführungsbeispiels der Fig. 2b eine gekrümmte Oberfläche bildet.
  • Zum Bedrucken wird das Gas in dem Hohlraum 7 erwärmt, so dass sich dieses ausdehnt und einen Überdruck bildet. Zum Erwärmen des Gases können beispielsweise Endstücke 17 der Hohlräume 7 erwärmt werden.
  • In den Fign. 3a-3d ist das erfindungsgemäße Druckverfahren mit der erfindungsgemäßen Druckform 1 schematisch im Detail dargestellt.
  • Zunächst wird die Drucksubstanz 200 die Oberfläche 3 einer Druckform 1 aufgetragen. Durch die Kapillarkräfte wird die Drucksubstanz durch die Öffnung 5 in den Hohlraum 7 gezogen, wobei die zuvor beschriebene spezielle Ausgestaltung der Wandungsoberfläche 13a bewirkt, dass die Drucksubstanz nur im öffnungsnahen Bereich verbleibt (Fig. 3b). Abschließend kann die Drucksubstanz abgestreift werden (Fig. 3c). Die Drucksubstanz 200 verschließt die Öffnung 5 gasdicht. Durch anschließendes Erwärmen des Gases in dem Hohlraum 7 mittels einer dem Hohlraum 7 zugeordneten Heizungseinrichtung 19 bildet sich ein Überdruck in dem Hohlraum 7 aus. Mit einer hinreichend starken und schnellen Erwärmung des Gases und der damit verbundenen Druckerhöhungen wird dann die Drucksubstanz von der Öffnung 5 weggedrückt, beschleunigt und unterstützt durch eine dann einsetzende Gasströmung aus den Hohlräumen 7 auf den Bedruckstoff 100 geschleudert (Fig. 3d).
  • Das erfindungsgemäße Druckverfahren mittels der erfindungsgemäßen Druckform 1 ermöglicht somit ein sehr genaues Druckbild, wobei beispielsweise selektiv einzelne Hohlräume 7 beheizt werden können, so dass ein gewünschtes Druckbild erreicht wird.
  • Zusätzlich oder alternativ zu der Ausgestaltung der Wandungsoberflächen 13a, 13b kann auch die Oberfläche 3 der Druckform 1 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet sein. Bei einer derartig ausgestalteten Druckform 1 wird die Oberfläche 3 mit Drucksubstanz 200 benetzt, wodurch die Öffnungen 5 gasdicht verschlossen werden. Bei der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckform 1, bei der nur die Oberfläche 3 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet ist, verbleibt die Drucksubstanz 200 vollständig auf der Oberfläche 3 und dringt nicht oder nur geringfügig durch die Öffnungen 5 in die Hohlräume 7. Bei einer erfindungsgemäßen Druckform 1, bei der sowohl die Oberfläche 3 als auch die Wandungsoberfläche 13a im öffnungsnahen Wandungsbereich 11 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet ist, überdeckt die Drucksubstanz 200 die Oberfläche 3 und dringt gleichzeitig durch die Öffnungen 5 in die Hohlräume 7 ein.
  • Bei einer gut benetzbaren Oberfläche ist der Kontaktwinkel zwischen Drucksubstanz und der Oberfläche kleiner als 90°, vorzugsweise kleiner als 45°.
  • In Fig. 4 ist eine Detaildarstellung einer Oberfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Druckform 1 schematisch dargestellt. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich darin, dass der Hohlraum 7 mit einer Hülse 21 umgeben ist. Die Hülse 21 ist Teil der Heizeinrichtung 19, wobei durch die Hülse 21 das in dem Hohlraum 7 angeordnete Gas in besonders vorteilhafter Weise und sehr schnell erwärmt werden kann, da der gesamte Hohlraum 7 von der Hülse 21 umgeben ist, so dass das Gas von nahezu allen Seiten her erwärmt werden kann.
  • In den Fign. 5a-5c ist das erfindungsgemäße Druckverfahren anhand einer Druckform 1 beschrieben, die eine Oberfläche 3 aufweist, die als für die Drucksubstanz 200 gut benetzbare Oberfläche ausgebildet ist. Ferner ist auch die Wandungsoberfläche 13a im öffnungsnahen Wandungsbereich 11 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet. Die in den Fign. 5a-5c dargestellte Druckform 1 entspricht im Wesentlichen der Druckform 1, die in der Fig. 2a dargestellt ist. Sie unterscheidet sich lediglich darin, dass die Oberfläche 3 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet ist und ferner an der Oberfläche 3 Erhebungen 23 ausgebildet sind, die als Abstandshalter für einen Bedruckstoff 100 wirken.
  • Die Drucksubstanz 200 wird auf die Oberfläche 3 aufgetragen (Fig. 5b). dabei wird lediglich so viel Drucksubstanz 200 aufgetragen, dass die Erhebungen 23 aus der Drucksubstanz 200 herausragen. Die Drucksubstanz 200 benetzt die Oberfläche 3 der Druckform 1 und dringt teilweise durch die Öffnungen 5 in die Hohlräume 7 ein. Dadurch werden die Öffnungen 5 der Hohlräume 7 gasdicht verschlossen.
  • Auf die Erhebungen 23 auf der Oberfläche 3 kann verzichtet werden, wenn durch eine alternative Vorrichtung der Abstand zwischen Oberfläche 3 und Bedruckstoff 100 eingestellt werden kann. Hierfür kann beispielsweise die Walze 102 verwendet werden.
  • Wie in Fig. 5c dargestellt ist, liegt ein Bedruckstoff 100 auf den Erhebungen 23 auf und berührt somit die auf der Oberfläche 3 aufgetragene Drucksubstanz 200 nicht. Dadurch wird ein sauberes Druckbild erreicht, da die Drucksubstanz 200 nicht unkontrolliert auf den Bedruckstoff 100 gelangen kann. Durch die Verwendung einer Rakel kann erreicht werden, dass die Enden der Erhebungen 23 frei von Drucksubstanz sind.
  • In selektiv ausgewählten Hohlräumen 7 oder allen Hohlräumen 7 wird das in den Hohlräumen 7 enthaltene Gas erwärmt, wodurch ein Überdruck entsteht, der die Drucksubstanz 200 aus dem Hohlraum 7 und von den Öffnungen 5 wegdrückt und gegen den Bedruckstoff 100 schleudert. Die Erwärmung der Hohlräume 7 kann beispielsweise durch Erwärmung der Endstücke 17 erfolgen. Dies kann beispielsweise durch eine Laserstrahlung 25 erfolgen, die in Fig. 5c schematisch angedeutet ist. Der Werkstoff des Endstücks 17 absorbiert Laserstrahlung geeigneter Wellenlänge, wodurch das Endstück erwärmt wird.
  • Bei der Nutzung von Laserstrahlung kann die Wellenlänge der Laserstrahlung und die optischen Eigenschaften des Werkstoffes der Druckform 1, der die Hohlräume umgibt, so gewählt werden, dass die Laserstrahlung hauptsächlich von dem Endstück 17 absorbiert wird. Das Endstück 17 kann beispielsweise fein verteilte metallische Einschlüsse enthalten, welche Laserstrahlung dadurch absorbieren, dass Plasmonen angeregt werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Werkstoff der Druckform die gewählte Laserstrahlung nicht absorbiert, wodurch diese durch den Werkstoff hindurch auf ausgewählte Endstücke 17 fokussiert werden kann, um die Gasfüllung in den zugehörigen Hohlräumen 7 gezielt zu erwärmen. In ähnlicher Form können auch die Hülsen 21 bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erwärmt werden.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeleitfähigkeit des Endstücks 17 oder der Hülse 21 besser ist als die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes der Druckform 1, wodurch der Wärmeeintrag in den Werkstoff der Druckform 1 verringert wird, wenn das Endstück 17 oder die Hülse 21 die absorbierte Laserstrahlung erwärmt wird.
  • Fign. 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckform 1 mit Erhebungen 23. Die Erhebungen 23 befinden sich auf der Oberfläche 3 der Druckform 1 und können unterschiedlich groß sein. Die Oberfläche 3 der Druckform 1 weist über den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen Öffnungen 5 mit daran anschließenden Hohlräumen 7 auf. Bei dieser Druckform 1 sind die Hohlräume 7 als Sacklöcher ausgebildet, die ein großes Aspektverhältnis (Tiefe des Sackloches dividiert durch seinen Durchmesser) aufweisen. Dies bedeutet, dass in dem Hohlraum ein großes Gasvolumen vorhanden ist, das erwärmt werden kann. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise die Drucksubstanz auf den Bedruckstoff geschleudert werden, da ein kräftiger Gasstrom erzeugt werden kann. Die Erhebungen 23 sind nicht gleichmäßig auf der Oberfläche 3 angeordnet. Es müssen lediglich hinreichend viele Erhebungen 23 pro Flächeneinheit vorhanden sein, damit diese als Anschlag für den Bedruckstoff 100 wirken können und den Bedruckstoff 100 zuverlässig stützen. Die Erhebung 23 wird durch die Rauheit der Oberfläche 3 gebildet. Dabei sind die Öffnungen 5 nicht ausschließlich in der Oberfläche 3 zwischen den Erhebungen 23 angeordnet, sondern auch in der Oberfläche der Erhebungen 23 selbst. Dadurch kann ein sehr feines Raster von Öffnungen 5 gebildet werden, wobei nur kleine Freiflächen verbleiben, die durch die Spitzen der Erhebungen 23 gebildet werden, mit denen kein Druck erfolgen kann.
  • Bei den in Fign. 6a und 6b dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Oberfläche 3 sowie Wandungsoberfläche in den Hohlräumen 7 als gut benetzbare Oberfläche ausgebildet. In Fig. 6b ist die Druckform der Fig. 6a mit aufgetragener Drucksubstanz 200 gezeigt. Die spitzen Erhebungen 23 sind nicht mit Drucksubstanz 200 bedeckt. Dies kann beispielsweise durch Abstreifen mittels einer Rakel erreicht werden. Dadurch wird erreicht, dass ein angelegter Bedruckstoff keinen direkten Kontakt zu der aufgetragenen Drucksubstanz 200 erreichen kann.
  • Druckformen, wie sie in Fign. 6a und 6b dargestellt sind, können beispielsweise in einem Elektrolyten durch anodische Oxidation von Aluminiumplatten hergestellt werden, wobei die Sacklöcher sich hierbei in einer Matrix aus Aluminiumoxid durch Selbstorganisation ausbilden. Die mittels dieses Verfahrens hergestellte Druckform 1 weist Hohlräume in Form von Sacklöchern mit einem Durchmesser von ca. 400 nm und einer Tiefe von ca. 100 µm auf, wobei die Abstände zwischen den Öffnungen 5 der Sacklöcher ca. 500 nm betragen. Große Erhebungen 23 haben beispielsweise eine Höhe von ca. 0,5 µm und einen mittleren Abstand zwischen benachbarten großen Erhebungen von ca. 150 µm. Die Einfassung der Hohlräume besteht in einer solchen Druckform aus mit Anionen angereichertes Aluminiumoxid, welches die Hohlräume hülsenförmig umschließt. Die die Hülse umgebende Matrix der Druckform wird durch reines Aluminiumoxid gebildet. Die Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 808 nm wird von diesen Hülsen absorbiert. Durch geeignete Beschichtungen der Wandungsoberflächen der Hohlräume 7 lassen sich deren Benetzungseigenschaften für die Drucksubstanz vorgeben, wodurch die zuvor beschriebene Barriere für die Benetzung erreicht wird.

Claims (12)

  1. Druckform (1) zum Übertragen von fließfähiger Drucksubstanz (200) auf einen zu bedruckenden Bedruckstoff (100), mit
    - einem Körper (2) mit einer Oberfläche (3), die eine Vielzahl von Öffnungen (5) aufweist,
    - einer Vielzahl von Hohlräumen (7) in dem Körper (2), die in den Öffnungen (5) der Oberfläche (3) des Körpers (2) enden und Gas enthalten, wobei die Hohlräume (7) jeweils durch eine an die Öffnung (5) anschließende, den jeweiligen Hohlraum (7) umgebenden Wandung (9) begrenzt sind, und
    - jedem Hohlraum zugeordneten Einrichtungen zum Erzeugen eines Überdrucks in dem betreffenden Hohlraum,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest Teile der Oberfläche (3) des Körpers (2) und/oder die Wandungsoberflächen (13a) der Wandungen (9) zumindest einiger Hohlräume (7) in einem ersten, öffnungsnahen Wandungsbereich (11) aus einer mit der Drucksubstanz (200) benetzbaren Oberfläche bestehen.
  2. Druckform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei auf die Druckform (1) aufgetragener Drucksubstanz (200) der Kontaktwinkel zwischen Drucksubstanz (200) und Oberfläche (3) des Körpers (2) oder zwischen Drucksubstanz und Wandungsoberfläche (13a) in dem ersten Wandungsbereich (11) kleiner als 45° ist.
  3. Druckform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks in einem Hohlraum (7) mindestens einen verformbaren und/oder bewegbaren Wandungsbereich zum Verändern des Volumens des Hohlraumes (7) aufweist, wobei durch Verformen und/oder Bewegen des Wandungsbereichs das Volumen des Hohlraumes (7) verringerbar ist.
  4. Druckform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks in einem Hohlraum (7) eine Heizungseinrichtung (19) zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum (7) aufweist.
  5. Druckform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Heizungseinrichtung (19) zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum (7) als Widerstandsheizelement ausgebildet ist.
  6. Druckform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungseinrichtung zum Erwärmen des Gases in dem Hohlraum (7) als ein sich durch Absorption elektromagnetischer Strahlung erwärmendes Endstück (17) oder sich erwärmende Hülse (21) ausgebildet ist.
  7. Druckform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsoberflächen (13b) der Wandungen (9) zumindest einiger, Hohlräume (7) in einem zweiten, öffnungsfernen Wandungsbereich (15) aus einer mit der Drucksubstanz (200) nicht benetzbaren Oberfläche bestehen, wobei der zweite Wandungsbereich (15) an den ersten Wandungsbereich (11) anschließt.
  8. Druckform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche Erhebungen (23) als Abstandshalter zu dem Bedruckstoff (100) angeordnet sind.
  9. Druckform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (23) durch die Rauheit der Oberfläche (3) gebildet sind.
  10. Druckform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser (D) der Öffnungen (5) kleiner ist als die Kapillarlänge der Drucksubstanz (200).
  11. Verfahren zum Übertragen von fließfähiger Drucksubstanz (200) von einer Druckform (1) auf einen Bedruckstoff (100), bei dem
    - die Drucksubstanz (200) in in Öffnungen (5) der Oberfläche (3) der Druckform (1) mündende Hohlräume (7) mittels Kapillarkräften einzogen wird, wobei sich die Drucksubstanz (200) innerhalb der Öffnungen (5) und dem öffnungsnahen Bereichen der Hohlräume (7) befindet und/oder die Drucksubstanz (200) die Oberfläche (3) benetzt, wobei die Drucksubstanz (200) zumindest einen Teil der Öffnungen (5) gasdicht verschließt,
    - die Drucksubstanz (200) durch Aufbringen eines Überdrucks in den Hohlräumen (7) auf den Bedruckstoff (100) ausgetragen wird,
    wobei die Druckform (1) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Drucksubstanz (200) in die Öffnungen und in die öffnungsnahen Bereiche sämtlicher Hohlräume (7) einer Gruppe von Hohlräumen (7) eingezogen wird und/oder die Drucksubstanz (200) die Öffnungen (5) sämtlicher Hohlräume (7) einer Gruppe von Hohlräumen (7) gasdicht verschließt und
    - dass der Austrag durch selektives Aufbringen eines Überdrucks innerhalb ausgewählter Hohlräume (7) dieser Gruppe von Hohlräumen (7) erfolgt.
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