EP3687826A1 - Verfahren zur herstellung eines optisch variablen elements sowie entsprechendes element - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines optisch variablen elements sowie entsprechendes element

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EP3687826A1
EP3687826A1 EP18779562.0A EP18779562A EP3687826A1 EP 3687826 A1 EP3687826 A1 EP 3687826A1 EP 18779562 A EP18779562 A EP 18779562A EP 3687826 A1 EP3687826 A1 EP 3687826A1
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EP
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relief
elements
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created
shape
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EP18779562.0A
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Martin Imhof
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Publication of EP3687826A1 publication Critical patent/EP3687826A1/de
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Publication of EP3687826B1 publication Critical patent/EP3687826B1/de
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    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/324—Reliefs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/36—Identification or security features, e.g. for preventing forgery comprising special materials
    • B42D25/378—Special inks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44F—SPECIAL DESIGNS OR PICTURES
    • B44F1/00—Designs or pictures characterised by special or unusual light effects
    • B44F1/08—Designs or pictures characterised by special or unusual light effects characterised by colour effects
    • B44F1/10—Changing, amusing, or secret pictures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optically variable element and to a corresponding element.
  • Data carriers such as security documents or ID documents, but also other valuables, such as branded goods, are often provided with elements for the purpose of security, which permit verification of the authenticity of the data carrier and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
  • Optically variable elements show different representations to a viewer depending on the viewing angle.
  • an embossed structure and a contrasting coating such optically variable elements can be produced.
  • the embossed structure and the coating are coordinated so that different subjects become visible (or not visible) to the observer under different viewing angles or a motif moves.
  • WO 02/20280 A1 WO 2006/018232 A1 or DE 10 2014 012207 A1 show coated embossed structures with motif change.
  • the invention has for its object to provide a flexible but cost-effective production method for optically variable elements, which in particular also allows to create optically variable elements on the target substrate. This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a basic idea of the present solution is to additively produce the relief elements of a relief structure, which are conventionally produced by embossing, by means of printing in several sub-steps.
  • the approach turns out to be advantageous.
  • a relief structure is created and the created relief structure selectively modified, for example, colored.
  • the relief structure comprises a multiplicity of relief elements which lie next to one another in a plane and have a relief shape which is not parallel to the plane.
  • the created relief structure is selectively modified.
  • the modification and the relief shape of the relief elements are coordinated with one another such that for a viewer the modified relief structure shows different representations depending on the viewing angle.
  • the relief structure is at least partially created by means of an additive method, wherein for relief elements in each case a plurality of sub-steps of the additive method are carried out and the sub-steps, the relief shape of the relief element is determined.
  • the relief elements may, for example, be pimples, cones, pyramids (with a quadrangular or polygonal floor plan), truncated pyramids (with a four- or n-square layout), truncated cone, round nubb or gelabrough be formed.
  • the relief elements may have a directional surface as a relief shape.
  • the relief element with a directed surface may be, for example, a round or n-shaped, preferably quadrangular or hexagonal, surface.
  • the surface elements are preferably arranged adjacent to one another and / or gap-filling. The surface can be described by its orientation and its inclination (to the plane of the relief structure) and optionally by its height in relief.
  • the relief element can be designed as a relief line, for example roof-shaped with two flanks or with a round cross-section.
  • the relief elements are preferably arranged side by side in a (one or) two-dimensional relief grid.
  • the relief elements can be arranged in the relief frame at a distance or without spacing.
  • the relief elements with the relief shape (which is not parallel to the plane of the relief elements) have locally different heights. Due to the additive substeps, the relief element becomes locally different
  • the height profile of the relief elements is insofar the generated relief shape.
  • the relief form of the relief elements in the first embodiments is uniform.
  • the relief elements are formed differently only by the modification.
  • Previously are relief elements with identical relief form in the relief structure next to each other.
  • the relief shapes of the relief elements already differ from each other in the relief structure.
  • the relief elements differ, but the different relief elements do not yet form an optically variable structure. It is only through the selective modification of the relief elements that the observer recognizes the visual variability.
  • the relief elements of a relief structure may differ in their relief shape or size (or base area).
  • the relief elements in a relic ef Design may be different areas or different in a repeating pattern, each different in terms of relief shape and / or size.
  • the sub-steps for generating the relief shape are preferably carried out by means of additive printing.
  • additive printing it is possible to print by means of an inkjet process, wherein preferably (UV) curable ink is printed and (UV) cured.
  • the creation of the relief elements can also be done by means of (laser) stereolithography.
  • the relief shape could be generated additively by means of selective laser sintering when creating the relief elements.
  • the sub-steps of creating can also be done by screen printing or gravure.
  • screen printing or gravure printing relief elements are preferably produced with a height of 20-80 ⁇ / s.
  • Several round-round or flat-flat screen printing steps can be combined. For example, in a first partial step, a relief partial element or a screen printing layer with a thickness of 30 ⁇ m is produced.
  • the modification is printed as a color layer on the structures (by means of, for example, inkjet, offset, gravure printing).
  • the same material is added in the substeps.
  • the sub-steps within the relief element can be executed differently.
  • the substeps may be performed differently with respect to the amount of added material and / or with respect to a process parameter for the added material.
  • a process parameter in particular a temperature and / or a curing of a curable material can be varied.
  • the material preferably has higher temperature increased viscosity.
  • the added material can be cured differently in the partial steps, for example immediately completely cured, pre-cured or uncured.
  • the material applied in the partial steps is preferably a radiation-hardening material (UV / IR-curing).
  • the material is opaque, but in embodiments, transparent material can also be used.
  • the material is - at least on its surface - shiny or reflective, especially metallic reflective.
  • the relief element can thus be made reflective or by a reflective coating. It is also conceivable, first apply first material and only in final substeps (for the visible surface of the relief element) to use reflective material.
  • the coating can be a smoothing coating and / or a coating and / or a reflective coating.
  • the relief partial elements of at least one relief element, preferably several relief elements in one area, particularly preferably all relief elements of the relief structure, are coated together.
  • the relief elements are created in several preforming substeps with a first relief material and in a final, smoothing sub-step created with a second smoothing relief material.
  • the preforming and smoothing sub-steps thus form the shaping sub-steps for the relief element.
  • the smoothing relief material (or the coating) may include coloring / effect pigments and / or reflective pigments.
  • the pigments in the material are floating. Floating pigments are also referred to as leafing pigments. The pigments thus accumulate after application of the material on top of the binder.
  • Selective dyeing of the relief structure can be effected in particular by printing or lasering.
  • the added material may be a laser-sensitive material in (some or all of) sub-steps. Alternatively, a coating with laser-sensitive material.
  • the selective modification takes place in particular in a modification grid, which is adapted to the grid of the relief elements. Only preferred are the rasters identical. The selective modification can also take place by means of further additive substeps. Reference is made, for example, to DE 102011114647 AI.
  • the selective modification is preferably carried out by printing lines on the relief structure in at least one color, particularly preferably alternately different monochrome.
  • the lines occupy between 40-90% of the surface of the additively generated relief element or the relief structure.
  • the different colored lines, in the CIE-LAB color space differ in their hue.
  • Particularly preferred is the difference between the shades of adjacent lines by at least 40 units for the values
  • the step of selectively modifying makes the relief structure optically variable.
  • a change of subject and / or motive movement can thereby be generated for the viewer.
  • the subject shown may disappear (or become visible to the observer) or switch to another subject or move.
  • pumping movements, rotating movements or linear movements are known as movements.
  • the relief structure may include a embossing portion and a formative portion created thereon.
  • the embossed portion of the relief elements is formed from identical embossing elements. Starting from a uniform embossed structure can thus be formed a relief structure with different relief elements.
  • the uniform embossed structure is supplemented only in a range additive to the relief structure.
  • the embossed portion of the relief elements may also be formed from different embossing elements.
  • an embossed structure with differently oriented flat relief elements can be provided in a region with the relief portion.
  • the height of the relief elements is between 5 and 500 ⁇ .
  • a height of the relief element of 100 ⁇ to 300 ⁇ ⁇ is generated. More preferably, the relief element has an edge with slopes of 5 to 85 degrees, more preferably from 40 to 85 degrees.
  • the present method can also be used to create relief elements with novel relief shapes. The partial steps generate the locally different height of the relief elements. In contrast to the embossing but now also an undercut can be generated. Embossed elements can be created with relief shapes or partial surfaces in the angular range of +/- 90 degrees to the plane of the elements. Maximum vertical (90 degrees) can in particular be a side wall of the embossed relief element.
  • the relief structure comprises at least two relief elements with a relief shape, which have an angle of more than 90 degrees to the plane in a section, wherein the two sections have different, preferably opposite, orientations.
  • a primer is first applied, for example sprayed on, before the relief material is applied additively.
  • the primer causes a smoothing and / or better adhesion.
  • the optically variable element comprises additional information which can be recognized by means of UV or IR light.
  • the relief material, the material of the modification or the imprint are IR and / or UV active (in particular absorbent or luminescent).
  • the relief structure may comprise, in addition to the additively created relief elements, further relief elements which have been produced in particular by means of (blind) embossing or intaglio printing.
  • the present optically variable element comprised a relief structure formed from a plurality of adjacent in a plane relief elements, the relief elements have a non-planar-parallel relief shape; and a modification (for example coloring) coloring of the relief structure, wherein the modification and the relief shape of the relief elements are coordinated with one another such that for a viewer the modified relief structure shows different representations depending on the viewing angle.
  • the relief elements comprise additively created relief partial elements which determine the relief shape of the relief element.
  • the optically variable element can be produced as described above. It can be generated both on an intermediate carrier to be transferred from the subcarrier to a target substrate or generated directly on a target substrate.
  • the optically variable element can be used in particular as a security element for value documents, such as banknotes or passports, or as a design element for packaging.
  • Fig. 2a, b, c three relief elements of different relief form with imprint in each case in cross section and in plan view;
  • Fig. 3a, b, c three additively generated relief elements with corresponding relief shape in cross section;
  • FIG. 6a, b two different honeycomb-shaped, relief elements with additive produced share on uniform embossing in cross-section and in plan view; two different honeycomb-shaped, relief elements with partly additive produced share on non-uniform embossing in cross-section and in plan view; and schematic representation of an apparatus for producing an optically variable element with additive substeps.
  • the optically variable security element 6 is a patch that has been transferred to the substrate. Such a patch can be designed with or without its own carrier layer, such as film.
  • the security element 6 is regularly by means of pressure and / or heat, for example by means of a heat sealing lacquer, fixed on the substrate.
  • the optically variable security element 7 was created directly on the substrate 2 (or its imprint 3).
  • the optically variable security element 8 is a security thread which lies on the substrate 2, is completely embedded therein (and is only visible through openings / windows in the substrate) or is partially embedded in the substrate and lies partially thereon.
  • the optically variable security element 9 is arranged overlapping with, here completely in, the security element 8. It can be a locally created or transmitted element.
  • Each of the optically variable elements 6, 7, 8, 9 may have been constructed according to the present method.
  • FIGS. 2 a to 2 c show three examples of relief elements 10 with imprint 20 for optically variable security elements with a relief structure.
  • the relief elements 10 are each shown in cross section (upper half of the illustration) and in plan view (lower half of the illustration).
  • the relief elements 10 differ in their relief shape from each other.
  • the imprint 20 is designed differently.
  • FIG. 2 a shows a relief element 10 with a triangular cross-section, which is of line-shaped design.
  • the imprint 20 is punctiform, for example, as part of a screened imprint, applied to an edge of the relief element 10.
  • Fig. 2b shows a relief element 10 with an oval cross-section.
  • the relief elements 10 and 11 are - like knobs formed and - arranged side by side in the relief structure.
  • the imprint 20 is designed as a linear example in FIG.
  • WO 2006/018232 AI shows to Fig. 2b a variety of alternative relief shapes for the relief demesem, in particular pyramidal with different bases, cones, cylindrical or oval (possibly as a stump) and considered non-linear imprints, similar to in Fig. 2a enable a motif change.
  • DE 102011114647 A1 is an example of another possible form of modification of the relief structure which is not formed by a print (or alternatively a laser).
  • individual relief elements are modified in their relief form.
  • Fig. 2c shows a relief element 10, which is designed with a flat, directed surface. In Fig. 2c, the surface is inclined at a certain angle to the right and provided with a full-surface imprint 20.
  • the orientation is symbolized by an arrow in the lower illustration.
  • the imprint could also be part of the surface, for example punctiform, designed.
  • An adjacent relief element 11 may, as shown, have a different (or the same) orientation and (also have a similar or different-colored imprint) or - as shown - be free of an imprint.
  • the relief elements may differ from each other in particular with respect to orientation and angle of inclination.
  • orientation and angle of inclination For example in WO
  • the directional surface of the relief element 10 is in particular a reflective surface.
  • the relief element 10 is honeycomb-shaped in Fig. 2c, but may also have rectangular, square or similar also surface-filling shape in plan view.
  • the relief structure comprises a plurality of corresponding directly adjacent relief elements whose orientation can be selected individually.
  • FIGS. 3a to 3c show how the relief elements 10 shown in FIGS. 2a to c can be created additively from different relief subelements.
  • Fig. 3a shows a triangular relief element 10, which is generated by additive printing of three relief partial elements 31, 32 and 33.
  • the same relief material is preferably printed one above the other in succession in the three partial steps.
  • the relief partial elements 31, 32, 33 have been generated differently, so in particular are not identical in shape.
  • the relief partial element 31 was at higher Temperature (and thus greater viscosity of the material) and optionally produced with a larger amount of material. Due to the increased viscosity, a flat and wide relief partial element 31 forms.
  • the partial relief element 32 was generated at a second (eg normal) temperature and optionally with a second amount.
  • the relief element 10 comprises at least the three overlapping relief partial elements, which are recognizable in cross section. It can be seen that the relief shape of the relief element 10 is determined by the substeps of the additive method.
  • Relief element may include a plurality of (linear) adjacent relief partial elements or may be designed linear.
  • the relief partial elements 31, 32, 33 can be two-stage, by means of (UV)
  • each relief partial element 31, 32, 33 can be individually cured after its application.
  • the hardened relief partial elements 31, 32, 33 can then be completely cured together.
  • the relief partial elements 31, 32, 33 may, for example, have been produced one after the other with a (the same) print head or also successively with different print heads.
  • Fig. 3b shows a semicircular (or knob-shaped) relief element 10, which comprises three relief partial elements 34, 35 and 36.
  • the relief shape of the relief element 10 is again generated by means of correspondingly adapted sub-steps of the printing.
  • the relief material and / or the selected temperature lead to an adaptation of the relief partial elements 35, 36 to the shape of the first relief partial element.
  • An adaptation of the parameter application width of the added material could also have been varied in the present case. It In each case the same material is applied additive in at least three partial steps in order to produce the relief element with the relief mold.
  • Fig. 3c shows the directional surface of the relief element 10 of Fig. 2c, which was generated additive.
  • the relief element 10 comprises a plurality of relief partial elements 37, 38 and 39.
  • the relief partial elements are in turn designed or produced differently.
  • the relief partial elements 37 are produced with more material and increased temperature.
  • the Reliefteiletti 38 are created with average amount of material and average application temperature.
  • the relief partial elements 39 are produced as flat relief partial elements, for example by a small amount and a further elevated temperature.
  • relief elements 39 delimiting the relief element are produced with another relief material.
  • the other relief material may preferably have reflective properties if the actual relief material is, for example, (transparent or opaque and) non-reflective.
  • Each of the relief elements 10 from FIGS. 3 a to 3 c is one of the plurality of relief elements of a relief structure which, as described above, together with a modification of the relief structure, for example by an imprint, serves as an optically variable element.
  • FIG. 4 shows a further preferred variant for producing a relief element 10.
  • a plurality of relief partial elements 41, 42 is created additively in order to determine the relief shape.
  • the relief element (individually or together with a plurality of relief elements) is provided with a smoothing, preferably reflective, coating 45.
  • the relief elements 10 should reflect primarily according to their orientation.
  • the surface which is formed by the relief partial elements 42 Even if reflective material is already used, it may not reflect adequately.
  • the smoothing coating 45 takes place.
  • the coating comprises floating, reflecting pigments 46. The pigments therefore accumulate on the binder 47 on the upper side of the coating 45. A surface which reflects in a particularly well-directed manner is formed.
  • FIGS. 5 to 7 show variants in which relief elements 11, 12 are created completely additively (FIG. 5) or are formed from a stamping component and an additive-produced component (FIGS. 6 and 7).
  • Fig. 5a shows in cross-section - along the line A of Fig. 5b - two relief elements 11 and 12. Both relief elements are formed in substeps additive from the relief sub-elements 51, 52 and 53. The partial steps are adapted so that the relief element 11 has a first inclination angle (35 degrees) and the relief element 12 has a second inclination angle (25 degrees). The orientation of the adjacent relief elements 11, 12, as indicated in Fig. 5b by the arrows, identical. Both relief elements are completely created by additive substeps. It would also be conceivable to provide a first subregion (not shown) as an embossed relief and to create the relief elements completely (and / or partially) in an additive manner - partly illustrated - in the second subregion.
  • Fig. 6a again shows in cross-section - along the line A of Fig. 6b - two relief elements 11 and 12.
  • the relief elements 11, 12 comprise a embossing portion 160 and a pressure portion 60. Similar embossing elements 161 form the embossed portion of the relief structure.
  • different pressure components 60 which are generated additively by relief partial elements 61, 62, different relief elements 11, 12 are formed.
  • the relief element 12 has, as indicated in Fig. 6b, a different orientation (down) and a different angle of inclination (25 degrees) as the relief element 11 (35 degrees and to the right).
  • a uniform relief structure, with similar relief elements 161, can thus be designed individually for each relief element.
  • Fig. 7a shows in cross-section - along the line A of Fig. 6b - two relief elements 11 and 12, which comprise a nonuniform embossing portion 170 and a pressure component 70.
  • the embossing elements 171 and 172 are already aligned differently and different heights.
  • the additively added relief partial elements 71, 72 generate the relief shape of the relief element 11. In the example shown, the relief element 172 remains unchanged.
  • FIG. 8 shows schematically a device for producing the optically variable element.
  • Value documents 1 are successively supplied to printing units 81, 82, 83 and 86 on a conveyor belt 88.
  • the printing units 81, 82, 83 preferably each comprise a printing unit and a curing unit.
  • the relief printing units 81, 82 and 83 additively print the relief material onto the document of value.
  • Each relief printing unit generates at least one relief partial element.
  • a parameter of the printing process can be varied during printing. In particular, temperature and amount of material are such parameters.
  • the relief material is curable, so it is added and then cured by the relief pressure unit. The degree of hardening forms another parameter which can be used flexibly.
  • An optional curing unit useful in two-stage curing is not shown, but may be used to fully cure the relief elements individually pre-cured in the embossing units 81, 82 and 83, particularly before the selective modification takes place.
  • a motif printing unit 86 selectively prints at certain positions a motif that is visually variable by the relief structure for the viewer.
  • the ink of the relief printing unit comprises a liquid, low-viscous and optionally pigmented substance prepared by using a die-coating technique, e.g. the ink-jet technique is applied. It is modified in its aggregate state, preferably hardened. This happens e.g. physically by solvent removal and / or chemically by polymerization or UV curing to a solid material.
  • the printing units it is optionally possible to use different materials, which differ in particular primarily with respect to their viscosity.
  • a uniform base material is used, which is different viscous by different admixtures.
  • the first printing unit 81 can apply a viscous material with a large-diameter printing nozzle and a high-viscosity material in the printing unit 83 with a smaller printing nozzle.
  • the applied material comprises a solvent which evaporates after application.
  • this spatial distance is selectively adjustable according to the required time interval in the y- and / or x-direction by variably placeable pressure or spray heads and / or traverses.
  • individual material layers are cured by means of laser and the workpiece is built up layer by layer.
  • the powder is applied to a building platform with the aid of a doctor blade or roller over the entire surface in a thickness of 1 to 200 ⁇ .
  • the layers are sintered or melted step by step into the powder bed by triggering a laser beam corresponding to the layer contour of the component.
  • the build platform is now slightly lowered and a new layer raised.
  • the powder is made available by lifting a powder platform or as a stock in the squeegee.
  • the processing is done layer by layer in vertical direction, which makes it possible to create also undercut contours.
  • the energy that is supplied by the laser is absorbed by the powder and leads to a locally limited sintering of particles while reducing the total surface area. This creates any three-dimensional geometries that allow flank angles with undercuts.
  • the deformed plate After cooling, the deformed plate retains the given shape.
  • plates are used in thicknesses of 0.3 to 10 mm. This means that everything from light packaging to stable objects is possible. Lich. After formation of the nub structure, inkjet-resolved, color-resolved information can be applied to the material, which in turn generates tilt-dependent optical variability.

Landscapes

  • Printing Methods (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements, mit den Schritten: - Erstellen einer Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen (11, 12), wobei die Reliefelemente eine nicht zu der Ebene parallele Reliefform aufweisen; und - selektives Modifizieren der Reliefstruktur, wobei das Modifizieren und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt. Die Reliefstruktur wird mittels eines additiven Verfahrens erstellt, wobei für jedes Reliefelement (11, 12) mehrere Teilschritte des additiven Verfahrens ausgeführt werden, und wobei die Teilschritte für das Reliefelement (11, 12) die Reliefform des Reliefelements bestimmen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements
sowie entsprechendes Element
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements sowie ein entsprechendes Element.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Ele- menten versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Optisch variable Elemente zeigen abhängig vom Betrachtungswinkel einem Betrachter unterschiedliche Darstellungen. Insbesondere mit Hilfe einer Prägestruktur und einer kontrastierenden Be- schichtung können solche optisch variablen Elemente erzeugt werden. Die Prägestruktur und die Beschichtung sind so aufeinander abgestimmt, dass unter verschiedenen Betrachtungswinkeln für den Betrachter unterschiedliche Motive sichtbar werden (oder nicht sichtbar werden) oder aber ein Motiv sich bewegt. Beispielsweise WO 02/20280 AI, WO 2006/018232 AI oder DE 10 2014 012207 AI zeigen beschichtete Prägestrukturen mit Motiv Wechsel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles aber kostengünstiges Herstellungsverfahren für optisch variable Elemente anzugeben, welches es insbesondere auch erlaubt optisch variable Elemente auf dem Zielsubstrat zu erstellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Lösung ist es, die - herkömmlich durch Prägen erstellten - Reliefelemente einer Reliefstruktur mittels Drucken in mehreren Teilschritten additiv zu erzeugen. Insbesondere in Sonderfällen, beispielsweise wenn nur kleine Stückzahlen von optisch variablen Elemen- ten auf Basis der gleichen Relief struktur erstellt werden oder für neuartige Reliefstrukturen, beispielsweise mit negativen Reliefflanken, stellt sich der Ansatz als vorteilhaft heraus.
In einem Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements wird eine Relief struktur erstellt und die erstellte Relief struktur selektiv modifiziert, beispielsweise gefärbt. Die Reliefstruktur umfasst eine Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen, die eine nicht zu der Ebene parallele Reliefform aufweisen. Die erstellte Reliefstruktur wird selektiv modifiziert. Die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente sind so aufeinander abgestimmt, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt. Vorliegend wird die Reliefstruktur zumindest teilweise mittels eines additiven Verfahrens erstellt, wobei für Reliefelemente jeweils mehrere Teilschritte des additiven Verfahrens ausgeführt werden und durch die Teil- schritte die Reliefform des Reliefelements bestimmt wird.
Die Reliefelemente können in ihrer Reliefform beispielsweise als Noppen, Kegel, Pyramiden (mit vier- oder n-eckigem Grundriss), Pyramidenstumpf (mit vier- oder n-eckigem Grundriss), Kegelstumpf, runde Noppe oder Ku- gelabschnitt ausgebildet sein. Weiter können die Reliefelemente eine gerichtete Fläche als Reliefform aufweisen. Das Reliefelement mit gerichteter Fläche (Flächenelement) kann beispielsweise eine runde oder n-eckige, vorzugsweise vier- oder sechseckige, Fläche sein. In der Reliefstruktur sind die Flächenelemente bevorzugt aneinander grenzend und/ oder lückenlos flächenfüllend angeordnet. Die Fläche kann durch ihre Ausrichtung und ihre Neigung (zu der Ebene der Reliefstruktur) sowie optional durch ihre Höhe im Relief beschrieben werden. Das Reliefelement kann als Relieflinie, beispielsweise dachförmig mit zwei Flanken oder mit rundem Querschnitt, ausgebildet sein. Die Reliefelemente sind vorzugsweise in einem (ein- oder) zweidimensionalen Reliefraster nebeneinander angeordnet. Die Reliefelemente können in dem Reliefraster mit Abstand oder ohne Abstand angeordnet sein. Die Relief elemente mit der Reliefform (die nicht zur Ebene der Reliefelemente parallel ist) weisen lokal unterschiedliche Höhen auf. Durch die additiven Teilschritte wird das Reliefelement mit lokal unterschiedlichen
Höhen erzeugt. Das Höhenprofil der Relief elemente ist insofern die erzeugte Reliefform.
In der Reliefstruktur ist die Reliefform der Reliefelemente in ersten Ausge- staltungen einheitlich. Insbesondere werden erst durch die Modifikation die Reliefelemente unterschiedlich ausgebildet. Zuvor liegen Reliefelemente mit identischer Relief form in der Relief struktur nebeneinander. In zweiten Ausgestaltungen unterscheiden sich bereits die Reliefformen der Relief elemente in der Reliefstruktur untereinander. Bevorzugt unterscheiden sich die Relie- f elemente, die unterschiedlichen Relief elemente bilden jedoch noch keine optisch variable Struktur. Erst durch die selektive Modifikation der Reliefelemente entsteht die für den Betrachter erkennbare optische Variabilität. Die Reliefelemente einer Reliefstruktur können in ihrer Reliefform oder Größe (bzw. Grundfläche) unterschiedlich sein. Die Reliefelemente in einer Reli- efstruktur können bereichsweise unterschiedlich sein oder in einem sich wiederholenden Muster unterschiedlich sein, jeweils unterschiedlich hinsichtlich Relief form und/ oder Größe. Die Teilschritte für das Erzeugen der Reliefform erfolgt bevorzugt mittels additivem Drucken. Insbesondere kann mittels eines Inkjet- Verfahrens gedruckt werden, wobei vorzugsweise (UV-)härtbare Tinte gedruckt und (UV-) gehärtet wird. Das Erstellen der Relief elemente kann ebenso mittels (Laser-)Stereolithographie erfolgen. Die Reliefform könnte - alternativ zum Drucken - additiv mittels selektivem Lasersintern beim Erstellen der Reliefelemente erzeugt werden.
Die Teilschritte des Erstellens können auch jeweils im Siebdruck oder Tiefdruck erfolgen. Mittels Siebdruck oder Tiefdruck werden Reliefelemente be- vorzugt mit einer Höhe von 20-80 μπ\ erstellt. Es können mehrere Rund- Rund oder Flach-Flach Siebdruckschritte kombiniert werden. Beispielsweise wird in einem ersten Teilschritt ein Reliefteilelement bzw. eine Siebdruckschicht mit 30 μιη Dicke erzeugt. In einem zweiten Teilschritt folgen 20 μπ und in einem letzten Siebdruckteilschritt 10 μη Materialauftrag. Abschlie- ßend wird wiederum die Modifikation als Farbschicht auf die Strukturen gedruckt (mittels z.B. Inkjet, Offset, Tiefdruck).
In der Regel wird in den Teilschritten das gleiche Material hinzugefügt. Die Teilschritte innerhalb des Reliefelements können unterschiedlich ausgeführt werden. Insbesondere können die Teilschritte unterschiedlich hinsichtlich der Menge des addierten Materials und/ oder hinsichtlich eines Verfahrensparameters für das addierte Material ausgeführt werden. Als Verfahrensparameter können insbesondere eine Temperatur und/ oder eine Härtung eines härtbaren Materials variiert werden. Das Material weist vorzugsweise bei höherer Temperatur eine erhöhte Viskosität auf. Somit können durch Wahl der Temperatur unterschiedliche Reliefteilelemente hinzugefügt werden (Temperatur 1 => rundes Relief teilelement, Temperatur 2 => ovales Reliefteilelement und Temperatur 3 => flaches Teilelement). Ebenso kann das ad- dierte Material in den Teilschritten unterschiedlich ausgehärtet werden, beispielsweise sofort vollständig gehärtet, vorgehärtet oder ungehärtet. Eine beispielsweise flächige, vollständige Aushärtung kann in einem späteren Schritt erfolgen, insbesondere erst nach einem überlappenden Teilschritt. Das in den Teilschritten aufgebrachte Material ist bevorzugt ein Strahlungshärtendes Material (UV-/IR-härtend). In der Regel ist das Material opak, in Ausgestaltungen kann jedoch auch transparentes Material verwendet werden. Bevorzugt ist das Material - zumindest an seiner Oberfläche - glänzend oder reflektierend, insbesondere metallisch reflektierend. Das Reliefelement kann somit oder durch eine reflektierende Beschichtung reflektierend ausgestaltet sein. Denkbar ist zudem auch, zunächst erstes Material aufzubringen und erst in abschließenden Teilschritten (für die sichtbare Oberfläche des Reliefelements) reflektierendes Material zu verwenden. Werden die Relief elemente beispielsweise in formgebenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt und in einem Zusatzschritt die Reliefstruktur beschichtet, kann die Beschichtung eine glättende Beschichtung und/ oder eine f arbgebende Beschichtung und/ oder eine reflektierende Beschichtung sein. Die Reliefteilelemente zumindest eines Relief elements, be- vorzugt mehrerer Reliefelemente in einem Bereich, besonders bevorzugt aller Reliefelemente der Reliefstruktur werden gemeinsam beschichtet.
Alternativ oder ergänzend werden die Reliefelemente in mehreren vorformenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt und in einem abschließenden, glättenden Teilschritt mit einem zweiten glättenden Reliefmaterial erstellt. Die vorformenden und die glättenden Teilschritt bilden somit die formgebenden Teilschritte für das Reliefelement. Das glättende Reliefmaterial (bzw. die Beschichtung) kann Färb-/ Effektpigmente und/ oder reflektierende Pigmente umfassen. Besonders bevorzugt sind die Pigmente in dem Material (dessen Löse- und/ oder Bindemittel) aufschwimmend. Aufschwimmende Pigmente werden auch als Leafing-Pigmente bezeichnet. Die Pigmente sammeln sich also nach dem Aufbringen des Materials oben auf dem Bindemittel.
Das selektive Modifizieren der Reliefstruktur erfolgt
- durch Färben der Relief struktur, insbesondere mittels Drucken, oder
- durch weitere, modifizierende Teilschritte des additiven Verfahrens.
Ein selektives Färben der Reliefstruktur kann insbesondere durch Drucken oder Lasern erfolgen. Das addierte Material kann in (einigen oder allen) Teilschritten insofern ein lasersensitives Material sein. Alternativ erfolgt eine Beschichtung mit lasersensitivem Material. Das selektive Modifizieren erfolgt insbesondere in einem Modifikationsraster, welche an das Raster der Reliefelemente angepasst ist. Nur bevorzugt sind die Raster identisch. Das selektive Modifizieren kann auch mittels weiteren additiven Teilschritten erfolgen. Es wird beispielsweise auf DE 102011114647 AI verwiesen.
Das selektive Modifizieren erfolgt bevorzugt indem mindestens einfarbig, besonders bevorzugt abwechselnd verschieden einfarbige, Linien auf die Reliefstruktur gedruckt werden. Die Linien belegen zwischen 40-90 % der Oberfläche der additiv erzeugten Reliefelement bzw. der Reliefstruktur. Besonders bevorzugt unterscheiden sich die verschiedenfarbigen Linien, im CIE-LAB Farbraum, in ihrem Farbton. Besonders bevorzugt liegt die Diffe- renz zwischen den Farbtönen benachbarter Linien, um mindestens 40 Einheiten für die Werte | a | und/ oder | b | des CIE-LAB Farbraumes auseinander.
Durch den Schritt des selektiven Modifizierens wird die Relief struktur op- tisch variabel. Für den Betrachter kann dadurch insbesondere ein Motivwechsel und/ oder eine Motivbewegung erzeugt werden. Das dargestellte Motiv kann für den Betrachter abhängig vom Betrachtungswinkel verschwinden (bzw. sichtbar werden) oder in ein anderes Motiv wechseln bzw. sich bewegen. Als Bewegungen sind insbesondere pumpende Bewegungen, rotierende Bewegungen oder lineare Bewegungen bekannt.
In vorteilhaften Ausgestaltungen wird nicht - wie bisher angenommen - die ganze Reliefstruktur in seiner vollen Höhe additiv erstellt. Die Reliefstruktur kann einen Prägeanteil und einen darauf additiv erstellten, formgebenden Anteil umfassen. Bevorzugt ist der Prägeanteil der Reliefelemente aus identischen Prägeelementen gebildet. Ausgehend von einer einheitlichen Prägestruktur kann somit eine Relief struktur mit unterschiedlichen Reliefelementen gebildet werden. Vorzugsweise wird die einheitliche Prägestruktur nur in einem Bereich additiv zu der Relief struktur ergänzt. Alternativ kann der Prägeanteil der Reliefelemente auch aus unterschiedlichen Prägeelementen gebildet sein. Insbesondere kann eine Prägestruktur mit unterschiedlich ausgerichteten flächigen Reliefelementen in einem Bereich mit dem Reliefanteil versehen werden. Die Höhe der Reliefelemente liegt zwischen 5 und 500 μηι. Bevorzugt wird eine Höhe des Relief elements von 100 μπι bis 300 μπ\ erzeugt. Weiter bevorzugt weist das Reliefelement eine Flanke mit Steigungen von 5 bis 85 Grad, besonders bevorzugt von 40 bis 85 Grad. Durch das vorliegende Verfahren können auch Reliefelemente mit neuartigen Reliefformen erzeugt werden. Durch die Teilschritte wird die lokal unterschiedliche Höhe der Reliefelemente erzeugt. Im Unterschied zur Prägung kann aber nun auch eine Hinterschneidung erzeugt werden. Geprägte Ele- mente können mit Reliefformen bzw. Teilflächen im Winkelbereich von +/- 90 Grad zur Ebene der Elemente erzeugt werden. Maximal senkrecht (90 Grad) kann insbesondere eine Seitenwand des geprägten Reliefelements verlaufen. Vorliegend können nun Reliefelemente mit einer Reliefform erzeugt werden, die abschnittsweise einen Winkel von mehr als 90 Grad zur Ebene aufweist, insbesondere mehr als +90 Grad in einem ersten Abschnitt und mehr als -90 Grad in einem zweiten Abschnitt aufweisen. Bevorzugt umfasst die Reliefstruktur zumindest zwei Reliefelemente mit einer Reliefform, die in einem Abschnitt einen Winkel von mehr als 90 Grad zur Ebene aufweisen, wobei die beiden Abschnitte unterschiedliche, bevorzugt entgegengesetzte, Ausrichtungen haben.
In bevorzugten Ausgestaltungen wird zunächst ein Primer aufgetragen, beispielsweise aufgesprüht, bevor das Reliefmaterial additiv aufgebracht wird. Der Primer bewirkt eine Glättung und/ oder eine bessere Haftung.
In weiter bevorzugten Ausgestaltungen umfasst das optisch variable Element eine Zusatzinformation, welche mittels UV- oder IR-Licht erkennbar ist. Das Reliefmaterial, das Material der Modifikation oder der Aufdruck sind IR- und/ oder UV-aktiv (insbesondere absorbierend oder lumineszie- rend).
Die Relief struktur kann zusätzlich zu den additiv erstellten Reliefelementen weitere Reliefelemente umfassen, die insbesondere mittels (Blind-) Prägung oder Stichtiefdruck erzeugt wurden. Das vorliegende optisch variable Element umfasste eine Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen, wobei die Relief elemente eine nicht ebenen-parallele Reliefform aufweisen; und einer Modifikation (beispielsweise Färbung) Färbung der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt. Die Reliefelemente umfassen dabei additiv erstellte Reliefteil- elemente, welche die Relief form des Relief elements bestimmen.
Das optisch variable Element kann wie zuvor beschrieben hergestellt werden. Es kann dabei sowohl auf einem Zwischenträger erzeugt werden, um vom Zwischenträger auf ein Zielsubstrat übertragen zu werden oder direkt auf einem Zielsubstrat erzeugt werden. Das optisch variable Element kann insbesondere als Sicherheitselement für Wertdokumente, wie Banknoten o- der Pässe, oder als Designelement für Verpackungen verwendet werden.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nach- folgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Wertdokument mit mehreren optisch variablen Elementen;
Fig. 2a, b, c drei Reliefelemente unterschiedlicher Reliefform mit Aufdruck jeweils im Querschnitt und in Draufsicht; Fig. 3a, b, c drei additiv erzeugte Reliefelemente mit entsprechender Reliefform im Querschnitt;
Fig. 4 ein additiv erzeugte Reliefelement mit glättender, reflektierender Beschichtung im Querschnitt;
Fig. 5a, b zwei wabenförmige, rein additiv erzeugte Reliefelemente im
Querschnitt und in Draufsicht; Fig. 6a, b zwei unterschiedliche wabenförmige, Reliefelemente mit additiv erzeugtem Anteil auf einheitlichem Prägeanteil im Querschnitt und in Draufsicht; zwei unterschiedliche wabenförmige, Reliefelemente mit teilweise additiv erzeugtem Anteil auf uneinheitlichem Prägeanteil im Querschnitt und in Draufsicht; und schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines optisch variablen Elements mit additiven Teilschritten.
Fig. 1 zeigt ein Wertdokument 1, wie beispielsweise eine Banknote, welches mit mehreren, unterschiedlichen Arten von optisch variablen Sicherheitselementen 6, 7, 8, 9 versehen ist. Ein Substrat 2 des Wertdokuments 1 weist einen Aufdruck 3 auf, der insbesondere alle Flächen außerhalb der Sicherheitselemente 6, 7, 8, 9 bedeckt. Das optisch variable Sicherheitselement 6 ist ein Patch, der auf das Substrat übertragen wurde. Ein solcher Patch kann mit oder ohne eigene Trägerschicht, wie Folie, ausgestaltet sein. Das Sicherheitselement 6 wird regelmäßig mittels Druck und/ oder Wärme, beispielsweise mittels eines Heißsiegellacks, auf dem Substrat befestigt. Das optisch variable Sicherheitselement 7 wurde direkt auf dem Substrat 2 (oder dessen Aufdruck 3) erstellt. Das optisch variable Sicherheitselement 8 ist ein Sicherheitsfaden, der auf dem Substrat 2 liegt, vollständig darin eingebettet ist (und nur durch Öffnungen/ Fenster im Substrat sichtbar ist) oder teilweise in das Substrat eingebettet ist und teilweise darauf liegt. Das optisch variable Sicherheitselement 9 ist überlappend mit, hier vollständig in, dem Sicherheitselement 8 angeordnet. Es kann ein lokal erstelltes oder übertragenes Element sein.
Jedes der optisch variablen Elemente 6, 7, 8, 9 kann nach dem vorliegenden Verfahren erstellt worden sein.
In Fig. 2a bis 2c sind für optisch variable Sicherheitselemente mit Reliefstruk- tur drei Beispiele von Relief elementen 10 mit Aufdruck 20 dargestellt. Die Reliefelemente 10 sind jeweils im Querschnitt (obere Hälfte der Darstellung) und in Aufsicht (untere Hälfte der Darstellung) gezeigt. Die Reliefelemente 10 unterscheiden sich in ihrer Reliefform voneinander. Zudem ist der Aufdruck 20 jeweils unterschiedlich gestaltet.
Fig. 2a zeigt ein Reliefelement 10 mit dreieckigem Querschnitt, welches li- nienförmig ausgebildet ist. In der Reliefstruktur liegt eine Vielzahl der li- nienförmigen Relief elemente parallel nebeneinander. Der Aufdruck 20 ist punktförmig, beispielsweise als Teil eines gerasterten Aufdrucks, auf einer Flanke des Reliefelements 10 aufgebracht. Eine Vielzahl von Punkten, die auf jeweils der gleichen Flanke aufgebracht sind, bildet ein optisch variables Motiv, welches der Betrachter nur unter bestimmten Betrachtungswinkeln (von rechts oder von oben) sieht bzw. ihm unter bestimmten Betrachtungswinkeln (von links) verborgen bleibt. Fig. 2b zeigt ein Reliefelement 10 mit ovalem Querschnitt. Die Reliefelemente 10 und 11 sind - wie Noppen ausgebildet und - in der Reliefstruktur nebeneinander liegend angeordnet. Der Aufdruck 20 ist in Fig. 2b als Beispiel li- nienförmig ausgestaltet und erstreckt sich - vorzugsweise nicht parallel über die Relief struktur aus noppenförmigen Relief elementen 10, 11. Unter anderem die nicht parallele Anordnung führt bei entsprechender Anpassung von Relief struktur und Aufdruck zu einem Bewegungseffekt (bewegtes Motiv). Für den Betrachter entsteht bei einer Änderung des Betrachtungswinkels ein sich bewegendes Motiv, welches sich insbesondere rotierend, pumpend oder linear bewegt. Ein solcher Effekt wird beispielsweise in WO 2016/020066 A2 genauer beschrieben.
Beispielsweise WO 2006/018232 AI zeigt zu Fig. 2b eine Vielzahl alternativer Relief formen für die Relief demente, insbesondere auch pyramidal mit verschiedenen Grundflächen, Kegel, zylindrisch oder oval (ggf. jeweils als Stumpf) und betrachtet nicht-linienförmige Aufdrucke, die ähnlich wie in Fig. 2a eine Motivwechsel ermöglichen. DE 102011114647 AI ist dagegen ein Beispiel für eine ebenso mögliche andere Form der Modifikation der Reliefstruktur, die nicht durch einen Aufdruck (oder alternativ eine Laserung) gebildet ist. In einer regelmäßigen Reliefstruktur sind einzelne Reliefelemente in ihrer Reliefform modifiziert. Fig. 2c zeigt ein Reliefelement 10, welches mit einer ebenen, gerichteten Fläche ausgestaltet ist. In Fig. 2c ist die Fläche in einem bestimmten Winkel nach rechts geneigt und mit einem vollflächigen Aufdruck 20 versehen. Die Ausrichtung wird in der unteren Darstellung durch einen Pfeil symbolisiert. Der Aufdruck könnte auch teilflächig, beispielsweise punktförmig, ausgestaltet sein. Ein benachbartes Reliefelement 11 kann - wie dargestellt - eine andere (oder die gleiche) Ausrichtung haben und (ebenso einen gleichartigen oder andersfarbigen Aufdruck aufweisen) oder - wie dargestellt - frei von einem Aufdruck sein.
Die Reliefelemente können sich insbesondere bezüglich Ausrichtung und Neigungswinkel voneinander unterscheiden. Beispielsweise in WO
2013/ 045054 AI wird eine derartige Relief struktur genauer beschrieben. Die gerichtete Fläche des Reliefelements 10 ist insbesondere eine reflektierende Fläche.
Das Relief element 10 ist in Fig. 2c wabenförmig, kann aber in Aufsicht ebenso rechteckige, quadratische oder ähnliche ebenfalls flächenfüllende Form haben. Die Relief struktur umfasst eine Vielzahl der entsprechend direkt aneinander grenzenden Reliefelemente, deren Ausrichtung jeweils individuell gewählt werden kann.
In Fig. 3a bis 3c ist gezeigt, wie die in Fig. 2a bis c dargestellten Reliefelemen- te 10, additiv aus verschiedenen Reliefteilelementen erstellt werden können.
Fig. 3a zeigt ein dreieckiges Reliefelement 10, welches durch additives Drucken von drei Relief teilelementen 31, 32 und 33 erzeugt wird. Bevorzugt wird in den drei Teilschritten hintereinander jeweils das gleiche Reliefmate- rial übereinander gedruckt. In Fig. 3a sind die Reliefteilelemente 31, 32, 33 unterschiedlich erzeugt worden, sind also insbesondere nicht identisch in ihrer Form. Durch geeignete Wahl der Druckparameter Materialmenge und/ oder Materialtemperatur können unterschiedliche Relief teilelemente übereinander erzeugt werden. Das Reliefteilelement 31 wurde bei höherer Temperatur (und somit größerer Viskosität des Materials) und optional mit größerer Materialmenge erzeugt. Durch die erhöhte Viskosität bildet sich ein flaches und breites Relief teilelement 31. Das Relief teilelement 32 wurde bei einer zweiten (z.B. normalen) Temperatur und ggf. mit einer zweiten Menge erzeugt. Es bildet sich ein eher rundes Reliefteilelement 32. Das Reliefteilelement 33 wurde dagegen mit gesenkter Materialtemperatur erzeugt. Es entsteht ein überhöhtes schmales Relief teilelement 33. Das Relief element 10 umfasst zumindest die drei sich überlappenden Reliefteilelemente, die im Querschnitt erkennbar sind. Erkennbar wird die Relief form des Relief ele- mentes 10 durch die Teilschritte des additiven Verfahrens bestimmt. Das
Reliefelement kann dabei eine Vielzahl (linienförmig) nebeneinander liegender Relief teilelemente umfassen oder kann linienförmig gestaltet sein.
Die Reliefteilelemente 31, 32, 33 können zweistufig, mittels (UV-)
Bestrahlung, ausgehärtet werden. Insbesondere kann jedes Reliefteilelement 31, 32, 33 nach seinem Aufbringen einzeln angehärtet werden. Die angehärteten Reliefteilelemente 31, 32, 33 können dann gemeinsam vollständig ausgehärtet werden. Die Reliefteilelemente 31, 32, 33 können beispielsweise nacheinander mit einem (dem gleichen) Druckkopf oder auch nacheinander mit verschiedenen Druckköpfen erzeugt worden sein.
Fig. 3b zeigt ein halbrundes (oder noppenförmiges) Relief element 10, welches drei Reliefteilelemente 34, 35 und 36 umfasst. Die Reliefform des Relie- felementes 10 wird wiederum mittels entsprechend angepasster Teilschritte des Druckens erzeugt. Das Relief material und/ oder die gewählte Temperatur führen zu einer Anpassung der Reliefteilelemente 35, 36 an die Form des ersten Relief teilelementes. Eine Anpassung des Parameters Aufbringbreite des addierten Materials könnte vorliegend ebenfalls variiert worden sein. Es wird in mindestens drei Teilschritten jeweils das gleiche Material additiv aufgebracht, um das Reliefelement mit der Reliefform zu erzeugen.
Fig. 3c zeigt die gerichtete Fläche des Reliefelementes 10 aus Fig. 2c, welche additiv erzeugt wurde. Das Reliefelement 10 umfasst eine Vielzahl von Reliefteilelementen 37, 38 und 39. In der gezeigten Darstellung sind die Reliefteilelemente wiederum unterschiedlich gestaltet bzw. erzeugt. Beispielsweise werden die Reliefteilelemente 37 mit mehr Material und erhöhter Temperatur erzeugt. Die Reliefteilelemente 38 werden mit mittlerer Materialmenge und mittlerer Auftragstemperatur erstellt. Die Reliefteilelemente 39 werden als flache Reliefteilelemente erzeugt, beispielsweise durch kleine Menge und weiter erhöhte Temperatur. Alternativ werden - insbesondere die das Reliefelement begrenzenden - Reliefteilelemente 39 mit einem anderen Reliefmaterial erzeugt. Das andere Reliefmaterial kann bevorzugt reflektierende Ei- genschaften aufweisen, wenn das eigentliche Reliefmaterial beispielsweise (transparent oder opak und) nicht reflektierend ist.
Jedes der Reliefelemente 10 aus Fig. 3a bis 3c (sowie der weiteren Figuren) ist eines der Vielzahl von Reliefelementen einer Reliefstruktur, welche - wie zuvor beschrieben - zusammen mit einer Modifikation der Reliefstruktur, beispielsweise durch einen Aufdruck, als optisch variables Element dient.
Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Variante zur Erzeugung eines Reliefelements 10. Eine Vielzahl von Reliefteilelementen 41, 42 wird additiv erstellt, um die Reliefform zu bestimmen. In einem abschließenden Schritt, wird das Reliefelement (individuell oder gemeinsam mit mehreren Reliefelementen) mit einer glättenden, vorzugsweise reflektierenden, Beschichtung 45 versehen. Die Relief elemente 10 sollen primär gemäß ihrer Ausrichtung reflektieren. Die Oberfläche, welche durch die Reliefteilelemente 42 gebildet wird, könnte, selbst wenn bereits reflektierendes Material verwendet wird, nicht ausreichend gerichtet reflektieren. Um eine ausreichend gerichtete Reflektion zu erreichen erfolgt die glättende Beschichtung 45. Vorliegend umfasst die Beschichtung aufschwimmende, reflektierende Pigmente 46. Die Pigmente sammeln sich daher auf dem Bindemittel 47 an der Oberseite der Beschichtung 45. Es bildet sich eine besonders gut gerichtet reflektierende Fläche aus.
In den Fig. 5 bis 7 sind Varianten gezeigt, in welchen Reliefelemente 11, 12 vollständig additiv erstellt werden (Fig. 5) oder aus einem Prägeanteil und einem additiv erstellten Anteil gebildet werden (Fig. 6 und 7).
Fig. 5a zeigt im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 5b - zwei Reliefelemente 11 und 12. Beide Reliefelemente werden in Teilschritten additiv aus den Reliefteilelementen 51, 52 und 53 gebildet. Die Teilschritte werden so angepasst, dass das Relief element 11 einen ersten Neigungswinkel (35 Grad) und das Relief element 12 einen zweiten Neigungswinkel (25 Grad) aufweist. Die Ausrichtung der aneinander grenzenden Relief elemente 11, 12 ist, wie in Fig. 5b durch die Pfeile angedeutet, identisch. Beide Reliefelemente werden vollständig durch additive Teilschritte erstellt. Denkbar wäre es ebenfalls einen ersten nicht dargestellten Teilbereich als geprägtes Relief bereit zu stellen und in - einem - teils dargestellten - zweiten Teilbereich die Reliefelemente vollständig (und/ oder teilweise) additiv zu erstellen.
Fig. 6a zeigt wiederum im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 6b - zwei Reliefelemente 11 und 12. Die Reliefelemente 11, 12 umfassen einen Prägeanteil 160 und einen Druckanteil 60. Gleichartige Prägeelemente 161 bilden den Prägeanteil der Reliefstruktur. Durch unterschiedliche Druckanteile 60, die additiv durch Reliefteilelemente 61, 62 erzeugt werden, entstehen unterschiedliche Reliefelemente 11, 12. Das Reliefelement 12 weist, wie in Fig. 6b angedeutet, eine andere Ausrichtung (nach unten) und einen anderen Neigungswinkel (25 Grad) auf als das Relief element 11 (35 Grad und nach rechts). Eine einheitliche Relief struktur, mit gleichartigen Relief elemen- ten 161, kann somit für jedes Relief element individuell ausgestaltet werden.
Fig. 7a zeigt dagegen im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 6b - zwei Relief elemente 11 und 12, welche einen uneinheitlichen Prägeanteil 170 und einen Druckanteil 70 umfassen. Die Prägeelemente 171 und 172 sind bereits unterschiedlich ausgerichtet und unterschiedlich hoch. Die additiv hinzuge- fügten Reliefteilelemente 71, 72 erzeugen die Reliefform des Reliefelements 11. Im gezeigten Beispiel bleibt das Relief element 172 unverändert.
In Fig. 8 ist schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen des optisch variablen Elements gezeigt. Wertdokumente 1 werden auf einem Transportband 88 nacheinander Druckeinheiten 81, 82, 83 und 86 zugeführt. Die Druckeinheiten 81, 82, 83 umfassen bevorzugt jeweils eine Druckeinheit und eine Härtungseinheit. Die Reliefdruckeinheiten 81, 82 und 83 drucken additiv das Reliefmaterial auf das Wertdokument. Jede Reliefdruckeinheit erzeugt zumindest ein Reliefteilelement. Wie zuvor bereits angedeutet, kann beim Dru- cken ein Parameter des Druckprozesses variiert werden. Insbesondere Temperatur und Materialmenge sind solche Parameter. Bevorzugt ist das Reliefmaterial härtbar, wird also addiert und anschließend durch die Relief druck- einheit gehärtet. Der Grad der Härtung bildet einen weiteren flexibel nutzbaren Parameter.
Eine optionale - bei zweistufiger Härtung nutzbare - Aushärtungseinheit ist nicht gezeigt, kann aber verwendet werden, um die einzeln in den Reliefdruckeinheiten 81, 82 und 83 vorgehärteten Relief elemente gemeinsam vollständig auszuhärten, insbesondere bevor die selektive Modifikation erfolgt. Nach der Reliefdruckeinheit 83 liegt auf dem Substrat die Relief struktur mit Reliefelementen vor. Eine Motivdruckeinheit 86 druckt selektiv an bestimmten Positionen ein Motiv auf, das durch die Reliefstruktur für den Betrachter optisch variabel ist.
Die Tinte der Reliefdruckeinheit umfasst eine flüssige, niedrig viskose und ggf. pigmentierte Substanz, die unter Verwendung einer Düsenauftragstechnik z.B. der Ink-Jet Technik aufgebracht wird. Sie wird in ihrem Aggregatzu- stand verändert, bevorzugt gehärtet. Dies geschieht z.B. physikalisch durch Lösungsmittelentzug und/ oder chemisch durch Polymerisation oder UV Härtung zu einem festen Material.
In den Druckeinheiten können optional unterschiedliche Materialien ver- wendet werden, die sich insbesondere primär hinsichtlich ihrer Viskosität unterscheiden. Bevorzugt wird ein einheitliches Grundmaterial verwendet, das durch unterschiedliche Beimischungen unterschiedlich viskos ist. So kann beispielsweise die erste Druckeinheit 81 eine zähflüssiges Material mit einer Druckdüse mit großem Durchmesser aufbringen und in die Druckein- heit 83 mit kleinerer Druckdüse ein hoch viskoses Material. Optional umfasst das aufgebrachte Material ein Lösemittel, welches nach dem Aufbringen verdampft.
Zum Aufbringen verschiedener Reliefmaterialien ist es günstig, diese zur Vermeidung einer Prozessmedienvermischung in separaten Systemen aufzubringen, wobei jeweils ein oder mehrere Düsen, Druck- bzw. Spritzköpfe verwendet werden können, die hintereinander parallel zur Substratlaufrichtung montiert werden (z.B. entlang einer Papierbahn oder entlang eines Zylinders). Werden verschiedene oder gleiche Materialien hintereinander punktgenau neben- und übereinander hinzugefügt, ist dabei ein An- oder Aushärten der einzelnen Schichten erforderlich. Das Aufbringen der folgenden Reliefteil- elemente erfolgt in materialbedingt unterschiedlichen zeitlichen Abständen. Sie können dazu wechselweise in verschiedener Laufrichtung oder, bei ausreichendem räumlichen Abstand der die unterschiedlichen Medien führenden Druck- bzw. Spritzköpfe, in gleicher Laufrichtung aufgebracht werden. Bevorzugt ist dieser räumliche Abstand entsprechend dem erforderlichen zeitlichen Abstand in y- und/ oder x- Richtung durch variabel platzierbare Druck- bzw. Spritzköpfe und/ oder Traversen gezielt einstellbar. Es ist aber auch möglich, bei jeder Walzenumdrehung nur ein Teilelement aufzutragen und das Substrat erst nach Fertigstellung dem nächsten Produktionsschritt weiterzugeben.
Auch mit anderen additiven Fertigungsverfahren wie dem selektiven Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen für Metalle oder dem selektiven Lasersintern für Polymere, Keramik und Metalle können funktionelle Reliefstrukturen erzeugt werden, die unter gegebenen Blickwinkeln unter- schiedliche Erscheinungsfarben oder„Kippbildinformationen" anzeigen. Im Folgenden wird das selektive Lasersintern als Beispiel detaillierter Beschrieben.
Bei einem solchen Verfahren werden einzelne Materialschichten mittels La- ser ausgehärtet und das Werkstück wird Schicht für Schicht aufgebaut. Das Pulver wird auf eine Bauplattform mit Hilfe einer Rakel oder Walze vollflächig in einer Dicke von 1 bis 200 μπι aufgebracht. Die Schichten werden durch eine Ansteuerung eines Laserstrahles entsprechend der Schichtkontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht aufgezogen. Das Pulver wird durch Anheben einer Pulverplattform oder als Vorrat in der Rakel zur Verfügung gestellt. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikale Richtung, dadurch ist es möglich, auch hinterschnit- tene Konturen zu erzeugen. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche. Es entstehen so beliebige dreidimensionale Geometrien die auch Flankenwinkel mit Hinterschneidungen erlauben.
Mit Hilfe dieser Technik könnte man Lasergesinterte Prototypen oder Einzelteile direkt mit einem funktionellen„Sicherheitsmerkmal versehen", welches z.B. ein Herstellerlabel als betrachtungswinkelabhängiges Kippbild zeigt. Neben Wertpapieren, Produktverpackungen die in mit einem taktilen Inkjetdrucks funktionalisiert werden können gibt es noch weitere Alternative Ausgangsmaterialien wie z.B. erzeugte Spritzgußteile oder Tiefziehteile die mittels (taktilen) Inkjetdrucks funktionalisiert werden. Eine Alternative zur vollständigen Erzeugung der Reliefelemente mittels Inkjet ist, dass die Reliefelemente teilweise (analog zu Fig. 6 und 7) mit einem Vakuum-Tiefziehverfahren, auch Vakuumformen oder Thermof orming genannt in einem Thermoplasten erzeugt werden. Die im Unterschied zum Spritzgießen, bei dem erhitzter Kunststoff in einen Hohlraum (Form) ge- spritzt wird, ist der Ausgangsstoff eine Kunststoffplatte. Diese wird bis zum thermoelastischen Zustand erwärmt und dann auf das Werkzeug gesaugt. Nach dem Abkühlen behält die verformte Platte die gegebene Form. Üblicherweise werden Platten in den Stärken von 0,3 bis 10 mm eingesetzt. Damit ist von leichten Verpackungen bis zu stabilen Gegenständen alles mög- lich. Nach Bildung der Noppenstruktur kann mittels Inkjet eine ortsaufgelöste farbige Information auf dem Material aufgebracht werden und damit wiederum kippwinkelabhängige optische Variabilität erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
Wertdokument
Substrat
Aufdruck, 7, 8, 9 Sicherheitselement 0, 11, 12 Reliefelement
0 Modifizierender Aufdruck 1, 32, ... 39 Reliefteilelemente
1, 42, 51 - 53 Reliefteilelemente
5 Ausgleichsschicht
6 Metallpigmente
7 Bindemittel 0, 70 Druckanteil
1, 62, 71, 72 Reliefteilelemente
60, 170 Prägeanteil
61, 171, 172 Prägeelement 1, 82, 83 Reliefdruckeinheit6 Motiv druckeinheit8 Transportbahn

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements (6, 7, 8, 9), mit den Schritten:
- Erstellen einer Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Relief elementen (10, 11, 12), wobei die Relief elemente eine nicht zu der Ebene parallele Reliefform aufweisen;
- selektives Modifizieren der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Relief form der Relief elemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur (10, 20) abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reliefstruktur zumindest teilweise mittels eines additiven Verfahrens erstellt wird,
wobei für Reliefelemente (10,11,12) jeweils mehrere Teilschritte des additiven Verfahrens ausgeführt werden, und
wobei die Teilschritte die Reliefform des Reliefelements (10,11,12) bestimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Reliefform der Reliefelemente in der Reliefstruktur einheitlich ist, oder
- sich die Reliefformen der Reliefelemente in der Reliefstruktur unterscheiden, insbesondere hinsichtlich eines der Parameter Ausrichtung und/ oder Neigung einer reflektierenden Relief elementfläche.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschritte mittels additivem Drucken erfolgen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilschritten zumindest drei übereinander liegende Reliefteilelemente erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschritte innerhalb des Relief elements unterschiedlich ausgeführt werden, insbesondere unterschiedlich hinsichtlich der Menge des addierten Materials und/ oder eines Verfahrensparameters für das addierte Material.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilschritten Material aufgebracht wird, dass UV-härtend und/ oder reflektierend und/ oder opak ist und/ oder eingefärbt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Modifizieren der Reliefstruktur erfolgt
- durch Färben der Reliefstruktur, insbesondere mittels Drucken, oder
- durch weitere, modifizierende Teilschritte des additiven Verfahrens.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente in den formgebenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt werden und in einem Zusatzschritt die Reliefstruktur beschichtet wird, wobei die Beschichtung (45)
- eine glättende Beschichtung und/ oder
- eine bereichsweise oder vollflächige, f arbgebende Beschichtung und/ oder
- eine reflektierende Beschichtung ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente in mehreren ersten, vorformenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt werden und in einem abschließenden, glättenden Teilschritt mit einem zweiten glättenden Reliefmaterial erstellt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das glättende Relief material Farbpigmente und/ oder reflektierende Pigmente (46) umfasst, die in dem Material insbesondere aufschwimmend sind.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente (11, 12) aus einem Prägeanteil (160, 170) und einem darauf additiv erstellten, formgebenden Anteil (60, 70) gebildet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeanteil (160) der Relief elemente aus identischen Prägeelementen (161) gebildet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prä- geanteil (160) der Relief elemente aus unterschiedlichen Prägeelementen (171,
172) gebildet ist.
14. Optisch variables Element (6, 7, 8, 9), mit:
- einer Relief struktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebenei- nander liegenden Reliefelementen (10, 11, 12), wobei die Reliefelemente eine nicht ebenen-parallele Reliefform aufweisen;
- einer Modifikation der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reliefelemente (10, 11, 12) additiv erstellte Reliefteilelemente (31, 32, 33) umfassen, welche die Reliefform des Reliefelements bestimmen.
15. Optisch variables Element (6, 7, 8, 9) nach Anspruch 14, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
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