WO2005120831A1 - Nahtlose 2d/3d oberflächenstrukturen auf rotativen prägeformen für uv casting verfahren - Google Patents

Nahtlose 2d/3d oberflächenstrukturen auf rotativen prägeformen für uv casting verfahren Download PDF

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WO2005120831A1
WO2005120831A1 PCT/EP2004/006383 EP2004006383W WO2005120831A1 WO 2005120831 A1 WO2005120831 A1 WO 2005120831A1 EP 2004006383 W EP2004006383 W EP 2004006383W WO 2005120831 A1 WO2005120831 A1 WO 2005120831A1
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WO
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cylinder
structures
embossing
embossing cylinder
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/006383
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Reich
Original Assignee
Hueck Folien Gmbh & Co.Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/08—Cylinders
    • B41F13/10—Forme cylinders
    • B41F13/11—Gravure cylinders

Definitions

  • the invention relates to a seamless embossing cylinder with seamless 2D / 3D structures.
  • WO 02/20268 describes a method for producing intaglio printing plates, the line structures being generated and processed using a computer program.
  • WO 02/20274 discloses data carriers with a security element which has at least in a partial area a halftone blind embossing produced in non-ink-bearing intaglio printing with the aid of an intaglio printing plate, also described.
  • an embossing cylinder is an endless printing tool and, accordingly, should also have endless structures that cannot be produced using conventional methods.
  • the object of the invention was to provide a seamless embossing cylinder and a method for its production.
  • the invention therefore relates to an embossing cylinder, characterized in that the embossing cylinder is seamless and has any 2D / 3D structural elements.
  • a method is preferably used in which a corresponding cylinder is imaged using laser or electron beam technology in accordance with the shapes, patterns, images, lines, letters, shapes and the like desired on the embossed web.
  • a corresponding data file is generated in a first step.
  • the corresponding grayscale image is, for example, an 8 bit grayscale image via a corresponding detection device, for example a scanner, such as an EBV scanner, such as e.g. Hell Graphics Systems S3300 into an electronic image processing program such as Read in bright Linocolor or Adobe Photoshop.
  • the corresponding grayscale image can also be generated electronically using suitable software, e.g. Adobe Illustrator, Corel Draw, Freehand etc. can be created.
  • the desired grayscale image is then created in a suitable software program, for example in Barco Fortuna, with the corresponding geometric shapes, e.g. Gulliochen, Sinus-Waves, Stripes etc. connected.
  • a suitable software program for example in Barco Fortuna, with the corresponding geometric shapes, e.g. Gulliochen, Sinus-Waves, Stripes etc. connected.
  • the geometric element Via the line thickness function provided by the corresponding software, e.g. Variable Linewith Generator, the geometric element is now modulated depending on the grayscale value.
  • the original grayscale image is converted into a 1 to 4 bit structure, which creates the desired 2D / 3D effect.
  • the image produced in this way is now exposed on a prepared cylinder in a corresponding exposure system.
  • a gravure cylinder with a core of iron tube with a wall thickness of 20 mm, and the following layers: 5-7 ⁇ m nickel layer, 300 ⁇ m copper layer; existing photosensitive layer with the corresponding patterns, shapes, lines, letters illustrated, developed and etched in the form of the previously defined grid.
  • the cylinder is coated in the usual way with a plastic transfer wheel, or by spraying, rolling, brushing, dipping, or by means of a curtain application process, preferably in a layer thickness of 2-10 ⁇ m with a commercially available photosensitive composition, for example LD 100, from OHKA Kogyo Ltd.
  • a commercially available photosensitive composition for example LD 100, from OHKA Kogyo Ltd.
  • compositions are also suitable.
  • the cylinder is then covered with an overcoat with a layer thickness of 1-5 ⁇ m, for example with OC-40 (from OHKA Kogyo Ltd) or with an analogous, similar, commercially available composition.
  • Development takes place after exposure in the usual way, for example without contact with sodium carbonate (0.5% solution), followed by a cleaning process with water and the cylinder is dried.
  • the image, pattern, shapes and the like defined by the laser or electron beam imaging are reflected on the surface of the cylinder by a subsequent conventional etching process following the laser or electron beam imaging.
  • the etching can be carried out in various ways, for example by means of an Fe (III) chloride solution or a Cu (II) chloride solution, optionally with the addition of HCl or H 2 SO 4 . If necessary, commercially available and known additives for flank protection can also be added to the etching solution.
  • the duration of the action of the etchant depends on the etchant used and is, for example when using a Cu chloride solution with the addition of an acid, about 90-2400 sec.
  • an electrochemical etching process can also be used.
  • the cylinder appears dull and optically dark. An impression or embossing of the surface therefore also leads to a very poor impression result.
  • a surface treatment with the electrolytic or chemical shine enhances the impression structure and creates a brilliant surface.
  • Anodizing or polishing is a valuable addition to the various polishing processes, but it is not a universal replacement for other processes. Neither all metals are suitable for this, nor can all desired surface profiles be produced with this process. These restrictive findings are important because failures and disappointments can only be avoided by marking out the limits of the application.
  • the essence of anodic polishing, also electrolytic polishing or electropolishing is that the surface to be polished as a positive pole, anode, in a suitable solution, the electrolyte, which has to be specially matched to the metal to be treated, more or less long, usually a few minutes to a quarter of an hour. The electropolishing process is therefore reversed like the galvanic metal deposition on the cathode.
  • the anodically switched metal dissolves in the electrolyte, but the dissolution takes place more strongly at the micro elevations on the surface than in the depressions. This results in a gradual leveling and smoothing in the micro range, which can lead to a high gloss.
  • the prerequisite for the success of electropolishing is that there is a polishable metal and that the appropriate electrolyte is used. Most homogeneous metals and alloys can be polished well. For example, the process is particularly suitable for stainless chrome-nickel steels, for many hard metals, for pure aluminum and not too high-alloyed aluminum, for copper-rich brass and other copper alloys, for precious metals. Various of the metals mentioned are difficult to bring mechanically to a high gloss.
  • the preferred attack on the areas protruding from the surface means that burrs on the workpiece are removed quickly. Electropolishing is therefore ideal for deburring workpieces, especially those that are difficult to deburr in other ways or that would require a lot of manual work.
  • the composition of the base metal, single-phase or multi-phase is irrelevant for deburring, and metals and alloys that are difficult to polish per se can also be well deburred electrolytically.
  • anodic polishing has no mechanical effect on the surface of the workpiece; rather, they become superficial layers that have been deformed by a previous mechanical treatment and inner ones Tensions were released during electropolishing, so that the unchanged basic structure of the material appears superficially.
  • metal is preferably dissolved at the points protruding from the surface. This leads to progressive smoothing and leveling. Macro roughness or unevenness remain unaffected. It is therefore not possible to produce an ideally flat surface or any other specific geometric profile by anodic polishing. If such a surface is required, the macro profile is to be produced by prior mechanical treatment, including mechanical grinding and polishing, and only then is the elimination of the micro-roughness still present and the production of high gloss by electrolysis.
  • Anodically polished surfaces are characterized primarily by the lack of micro-roughness. This results in various valuable properties of these surfaces, which are used technically: high gloss and excellent reflectivity (optics, decorative use), low friction coefficient, therefore lower friction losses and reduced frictional heat and less frictional wear (gears, bearings, shafts, pistons, piston rings, etc.) ), lower adsorption capacity and absorption capacity for gases and
  • electropolishing Compared to mechanical processes, electropolishing has some very valuable advantages: it does not require expensive manual work by qualified personnel, all sources of accidents and hazards that often occur during mechanical polishing are eliminated, even complicated shapes and metals that are difficult to polish can be electropolished effortlessly, there is no dust pollution.
  • the chemical shine differs from the electrolytic processes in that no external power source is required. However, the surface is removed in the same way as for anodic polishing. Instead of the direct effect of the electric current, correspondingly aggressive chemicals are used, which naturally consume the controlled degradation of the surface, that is to say continuously, and must be constantly supplemented. These solutions must also be specially tailored to each metal to be treated, which is more critical here than with the anodic polishing processes. Since there are no external power sources, the system costs are considerably lower than for electrolytic processes. On the other hand, the ongoing chemical costs, which replace the electricity costs, are usually higher.
  • the embossing cylinder according to the invention has a defined surface relief with different structures in different orientations and depths.
  • the embossing cylinder according to the invention is seamless and can therefore be used to produce embossed sheet-like materials with endless diffraction structures.
  • carrier films are preferably flexible plastic films, for example made of PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC in question.
  • the carrier films preferably have a thickness of 5 to 700 ⁇ m, preferably 5 to 200 ⁇ m, particularly preferably 5 to 50 ⁇ m.
  • metal foils for example Al, Cu, Sn, Ni, Fe or stainless steel foils with a thickness of 5-200 ⁇ m, preferably 10 to 80 ⁇ m, particularly preferably 20-50 ⁇ m, can also serve as the carrier substrate.
  • the films can also be surface-treated, coated or laminated, for example with plastics, or painted.
  • carrier substrates also paper or composites with paper, for example, composites with plastics with a grammage 20-500 g / m 2, preferably 40-200 g / m 2. be used.
  • woven or non-woven fabrics such as continuous fiber non-woven fabrics, staple fiber non-woven fabrics and the like, which can optionally be needled or calendered, can be used as carrier substrates.
  • Such fabrics or nonwovens preferably consist of plastics, such as PP, PET, PA, PPS and the like, but fabrics or nonwovens made of natural, optionally treated fibers, such as viscose fibers, can also be used.
  • the fabrics or nonwovens used have a weight per unit area of approximately 20 g / m 2 to 500 g / m 2 .
  • the carrier substrates can additionally have a lacquer layer, which can be unstructured or structured.
  • the lacquer layer can be, for example, an adhesive lacquer layer or a release-capable transfer lacquer layer; it can be thermally or reactive by radiation, for example UV radiation be cross-linked or cross-linkable and have additional properties such as scratch-resistant and / or antistatic finish or chemical resistance.
  • Both aqueous and solvent-based coating systems are suitable, in particular coating systems based on polyester-acrylate, PET-acrylate, urethane-acrylate, PVC, PMMA or epoxyacrylate.
  • the individual layers can be applied by known methods, for example by vapor deposition, sputtering, printing (gravure, flexographic, screen, offset, digital printing and the like), spraying, electroplating and the like.
  • textile materials such as woven or non-woven fabrics, such as continuous fiber non-woven fabrics, staple fiber non-woven fabrics and the like, which can optionally be needled or calendered, can be used as substrates.
  • fabrics or nonwovens preferably consist of plastics, such as PP, PET, PA, PPS and the like, but fabrics or nonwovens made of natural, optionally treated fibers, such as viscose, hemp or kenaf nonwovens and woven fabrics or mixtures thereof, can also be used Plastic fibers are used.
  • the carrier substrates have a corresponding coating, preferably a radiation-curable coating, for producing the diffraction structures.
  • the desired diffraction structure can then be shaped in any known manner by means of the embossing cylinder according to the invention.
  • a method can be used in which a carrier substrate is provided in a first step, in a second step this carrier substrate is coated with a radiation-curable lacquer in a coating method, in a third step this lacquer up to the gel point by excitation with radiation defined wavelength is pre-hardened, and at the same time the surface structure is molded, in a fourth step the further hardening (main hardening) of the radiation-curable lacquer is carried out by excitation of radiation of a wavelength different from that of the pre-hardening step, after which a post-hardening and, if necessary, further coating or finishing steps are carried out.
  • the carrier substrate is coated with a radiation-curable lacquer in a coating process such as, for example, a screen printing, gravure printing or flexographic printing process.
  • a coating process such as, for example, a screen printing, gravure printing or flexographic printing process.
  • the coating can be carried out selectively or over the entire surface.
  • the radiation-curable lacquer can, for example, be a radiation-curable lacquer system based on a polyester, an epoxy or polyurethane system which contains 2 or more different photoinitiators which are known to the person skilled in the art and which can initiate curing of the lacquer system to different extents at different wavelengths.
  • one photoinitiator can be activated at a wavelength of 200 to 400 nm
  • the second photoinitiator can then be activated at a wavelength of 370 to 600 nm.
  • Sufficient difference should be maintained between the activation wavelengths of the two photoinitiators so that the second photoinitiator is not excited too strongly while the first photoinitiator is activated.
  • the range in which the second photoinitiator is excited should be in the transmission wavelength range of the carrier substrate used. Electron radiation can also be used for the main curing (activation of the second photoinitiator).
  • a water-dilutable lacquer can also be used as the radiation-curable lacquer. Polyester-based paint systems are preferred.
  • the surface structure ie the diffraction, diffraction or relief structure, is shaped, for example, at a controlled temperature by means of a Matrix or using the embossing cylinder according to the invention in the radiation-curable lacquer layer which has been pre-cured to the gel point by activation of the first photoinitiator and is in this stage at the time of the impression.
  • a pre-drying may be carried out, for example by
  • the layer thickness of the radiation-curable lacquer applied can vary depending on the requirements of the end product and the thickness of the substrate and is generally between 0.5 and 50 ⁇ m, preferably between 2 and 10 ⁇ m, particularly preferably between 2 and 5 ⁇ m.
  • embossing cylinder according to the invention in any other known embossing process, ie also in known thermoplastic embossing processes.
  • embossing cylinder surface structures for security elements for documents of value or packaging, for printed circuit boards, for support structures for transistors based on metals or semiconductors or conductive polymers, in microelectronics, for conductor tracks for optical elements, for biochips, for basic structures for polymer chips can be used , for reflector systems, for Fresnel lenses, for microcannulas or microchannels, for light guide structures or also for decorative elements in architecture.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen nahtlosen Prägezylinder mit nahtlosen 2D/3D- Strukturen

Description

Nahtlose 2D/3D Oberflächenstrukturen auf rotativen Prägeformen für UV Casting Verfahren
Die Erfindung betrifft einen nahtlosen Prägezylinder mit nahtlosen 2D/3D- Strukturen.
Aus der WO 00/20217 ist eine Stichtiefdruckplatte zum vollflächigen Drucken zusammenhängender Druckbildbereiche bekannt, wobei in den gravierten farbaufnehmenden Bereichen Trennstege vorhanden sind, die derart gestaltet sind, dass sie keine Flächen in Höhe der Druckplattenoberfläche aufweisen.
In WO 02/20268 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stichtiefdruckplatten beschrieben, wobei die Linienstrukturen mittels eines Computerprogramms erzeugt und bearbeitet werden.
Aus der WO 02/20274 sind Datenträger mit einem Sicherheitselement bekannt, das wenigstens in einem Teilbereich eine im nicht farbführenden Stichtiefdruck mit Hilfe einer ebenfalls beschriebenen Stichtiefdruckplatte erzeugte Halbtonblindprägung aufweist.
Bisher bekannte Verfahren zur Herstellung von Prägezylindern mit unterschiedlicher endloser Bildinformation für den Tiefdruck, wie Muletieren oder Rekombinieren, erlauben die Herstellung von Prägezylindern, die allerdings Nähte und Stöße aufweisen.
Ein Prägezylinder ist aber ein endloses Druckwerkzeug und sollte dementsprechend auch endlose Strukturen aufweisen, die mit den herkömmlichen Verfahren nicht erzeugbar sind.
Aufgabe der Erfindung war es einen nahtlosen Prägezylinder und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
BESTATIGUNGSKOPIE Gegenstand der Erfindung ist daher ein Prägezylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägezylinder nahtlos ist und beliebige 2D/3D Strukturelemente aufweist.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Prägezylinders wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet bei dem ein entsprechender Zylinder mit Hilfe der Laseroder Elektronenstrahltechnologie entsprechend den auf der geprägten Bahn gewünschten Mustern, Bildern, Linien, Buchstaben, Formen und dergleichen entsprechende Formen bebildert wird.
Dazu wird in einem ersten Schritt ein entsprechendes Datenfile generiert. Hierzu wird das entsprechende Graustufenbild beispielsweise ein 8 bit Graustufenbild über ein entsprechendes Erfassungsgerät, beispielsweise einen Scanner, wie einen EBV-Scanner, wie z.B. Hell Graphics Systems S3300 in ein elektronisches Bildverarbeitungsprogramm wie z.B. Hell Linocolor oder Adobe Photoshop eingelesen.
Das entsprechende Graustufenbild kann aber auch elektronisch mittels geeigneter Software, z.B. Adobe Illustrator, Corel Draw, Freehand usw. erstellt werden.
Das gewünschte Graustufenbild wird anschließend in einem geeignetem Softwareprogramm, beispielsweise in Barco Fortuna, mit den entsprechenden geometrischen Formen, z.B. Gulliochen, Sinus-Waves, Stripes usw. verbunden. Über die von der entsprechenden Software bereitgestellte Linienstärkenfunktion, z.B. Variable Linewith Generator wird nun das geometrische Element in Abhängigkeit des Graustufenwerts moduliert.
Das ursprüngliche Graustufenbild wird auf diese Weise in eine 1 bis 4 bit Struktur umgewandelt, wodurch der gewünschte 2D/3D Effekt entsteht.
Das auf diese Weise hergestellte Bild wird nun in einem entsprechenden Belichtungssystem auf einen vorbereiteten Zylinder belichtet. Beispielsweise wird mit Hilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls eine auf dem Zylinder, beispielsweise einem Tiefdruckzylinder mit einem Kern aus Eisenrohr mit Wandstärke 20 mm, und folgenden Schichten: 5-7μm Nickelschicht, 300μm Kupferschicht; vorhandene fotoempfindliche Schicht mit den entsprechenden Mustern, Formen, Linien, Buchstaben in Form des vorher definierten Rasters bebildert, entwickelt und geätzt.
Die Beschichtung des Zylinders erfolgt auf übliche Weise mit einem Kunststoffübertragungsrad, oder durch Sprühen Walzen, Streichen, Tauchen, oder mittels eines Vorhangauftragsverfahrens, vorzugsweise in einer Schichtdicke von 2 - 10 μm mit einer handelsüblichen fotoempfindlichen Zusammensetzung beispielsweise LD 100, Fa. OHKA Kogyo Ltd.
Es sind aber auch alle anderen bekannten und handelsüblichen Zusammensetzungen geeignet. Anschließend wird der Zylinder mit einem Overcoat mit einer Schichtdicke von 1 - 5 μm versehen, beispielsweise mit OC-40 (Fa. OHKA Kogyo Ltd) oder mit einer analogen ähnlichen handelsüblichen Zusammensetzung.
Die Entwicklung erfolgt nach der Belichtung auf übliche Weise, beispielsweise kontaktlos mit Natriumcarbonat (0,5% Lösung), daran schließt üblicherweise ein Reinigungsvorgang mit Wasser an, worauf der Zylinder getrocknet wird.
Durch ein anschließendes auf die Laser- bzw. Elektronenstrahlbebilderung folgendes konventionelles Ätzverfahren wird das durch die Laser- bzw. Elektronenstrahlbebilderung definierte Bild, Muster, Formen und dergleichen auf der Oberfläche des Zylinders wiedergespiegelt. Die Ätzung kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mittels einer Fe(lll)chlorid-Lösung oder einer Cu(ll)chlorid-Lösung gegebenenfalls unter Zusatz von HCI oder H2SO4. Der Ätzlösung können gegebenenfalls auch handelsübliche und bekannte Additive für den Flankenschutz beigegeben werden. Die Dauer der Einwirkung des Ätzmittels ist abhängig vom verwendeten Ätzmittel und beträgt beispielsweise bei Verwendung einer Cu-Chloridlösung unter Zusatz einer Säure etwa 90 - 2400 sec.
Es kann aber auch ein elektrochemisches Ätzverfahren verwendet werden.
Auf diese Weise können nahtlose Metalloberflächen für Tiefdruckzylinder jeder gewünschten Registerlänge mit einer bisher unerreichten Präzision hergestellt werden.
Der Zylinder wirkt nach dem Ätzvorgang stumpf und optisch dunkel. Eine Abformung bzw. Prägung der Oberfläche führt daher auch zu einem sehr schlechten Abformergebnis. Eine Oberflächenbehandlung mit dem elektrolytischen bzw. chemischen Glänzen veredelt die Abformstruktur und erzeugt eine brilliante Oberfläche.
Das anodische Glänzen oder Polieren bildet eine wertvolle Ergänzung der verschiedenen Polierverfahren, es stellt jedoch keinen universellen Ersatz anderer Verfahren dar. Es eignen sich weder alle Metalle dafür, noch können mit diesem Verfahren alle gewünschten Oberflächenprofile hergestellt werden. Diese einschränkenden Feststellungen sind wichtig, weil nur durch Absteckung der Grenzen der Anwendungsmöglichkeit Misserfolge und Enttäuschungen vermieden werden können. Das Wesen des anodischen Polierens, auch elektrolytisches Polieren oder Elektropolieren, besteht darin, dass die zu polierende Oberfläche als positiver Pol, Anode, in einer geeigneten Lösung, dem Elektrolyten, der auf das zu behandelnde Metall speziell abgestimmt sein muss, mehr oder minder lange, meist einige Minuten bis zu einer Viertelstunde, behandelt wird. Der Elektropoliervorgang geht demnach umgekehrt wie die galvanische Metallabscheidung an der Kathode vor sich. Das anodisch geschaltete Metall löst sich im Elektrolyten auf, doch geht die Auflösung an den Mikroerhöhungen der Oberfläche stärker vor sich als in den Vertiefungen. Dadurch erfolgt eine allmähliche Einebnung und Glättung im Mikrobereich, die bis zu Hochglanz führen kann. Voraussetzung für den Erfolg des Elektropolierens ist, dass ein polierbares Metall vorliegt und dass der darauf abgestimmte Elektrolyt angewandt wird. Die meisten homogenen Metalle und Legierungen lassen sich gut polieren. So ist das Verfahren z.B. besonders geeignet für nichtrostende Chrom-Nickel-Stähle, für viele Hartmetalle, für Reinaluminium und nicht zu hoch legiertes Aluminium, für kupferreiches Messing und andere Kupferlegierungen, für Edelmetalle. Verschiedene der genannten Metalle sind mechanisch nur schwierig auf guten Hochglanz zu bringen. Bei heterogenen, mehrphasigen Systemen, wie z.B. Kohlenstoffstähle, zinkreiches oder bleihaltiges Messing, Aluminiumgusslegierungen, werden die einzelnen Phasen in verschiedenem Maße angegriffen, so dass es bei diesen Metallen meist nicht gelingt, durch anodisches Polieren einwandfreien Hochglanz zu erzielen. Die Erzielung von Seidenglanz ist hingegen oft möglich.
Der bevorzugte Angriff auf die aus der Oberfläche herausragenden Stellen führt dazu, dass am Werkstück vorhandene Grate rasch abgetragen werden. Das Elektropolieren eignet sich daher vorzüglich zum Entgraten von Werkstücken, insbesondere solchen, die auf andere Weise nur schwierig zu entgraten sind oder die dazu viel Handarbeit erfordern würden. Für das Entgraten spielt in der Regel die Zusammensetzung des Grundmetalls, einphasig oder mehrphasig, keine Rolle und auch an sich schlecht polierbare Metalle und Legierungen lassen sich gut elektrolytisch entgraten.
Beim anodischen Polieren erfolgt zum Unterschied von mechanischen Verfahren keinerlei mechanische Einwirkung auf die Oberfläche des Werkstückes; es werden vielmehr oberflächliche Schichten, die durch eine vorhergegangene mechanische Behandlung verformt wurden und innere Spannungen erhielten, beim Elektropolieren abgelöst, so dass das unveränderte Grundgefüge des Werkstoffes oberflächlich in Erscheinung tritt.
Diese Eigenart des anodischen Polierens bewirkt auch, dass etwa vorhandene Oberflächenfehler, wie Lunker, Riefen, Risse, Einschlüsse, nicht zugeschmiert werden, wie es beim mechanischen Polieren der Fall ist, sondern dass diese Fehler nach der anodischen Behandlung eher verstärkt in Erscheinung treten. Dies ist jedoch eine oft sehr wertvolle Eigenschaft dieser Verfahren. Die beim mechanischen Polieren zugeschmierten oder sonst wie verdeckten Fehlstellen täuschen nur eine in der Tat nicht vorhandene einwandfreie Oberfläche vor, die aber sehr oft bei nachfolgender Behandlung, z.B. in galvanischen Bädern, diese Fehler eindeutig erkennen lässt. Durch das anodische Polieren kann Ausschussware als solche erkannt werden, ehe noch weitere Arbeit darauf verwendet wurde. Aus diesem Grunde wird das Verfahren auch vielfach zur Fehlersuche eingesetzt. (Als Beispiel von vielen sei die Prüfung von Turbinenschaufeln für Flugzeugmotoren auf Fehlerfreiheit genannt.)
Während des anodischen Poliervorganges wird Metall bevorzugt an den aus der Oberfläche herausragenden Stellen aufgelöst. Dadurch findet eine fortschreitende Glättung und Einebnung statt. Makrorauhigkeiten oder -Unebenheiten bleiben hingegen unberührt. Es ist daher nicht möglich, durch anodisches Polieren etwa eine ideal ebene Fläche oder sonst ein bestimmtes geometrisches Profil exakt herzustellen. Wird eine solche Oberfläche gefordert, so ist das Makroprofil durch vorherige mechanische Behandlung, auch mechanisches Schleifen und Polieren, herzustellen und erst die Beseitigung der dann noch vorhandenen Mikrorauhigkeiten und die Herstellung von Hochglanz geschieht durch Elektrolyse.
Wird demnach eine leicht wellige, matte Oberfläche elektropoliert, so bleibt die Welligkeit im Wesentlichen erhalten, auch wenn Hochglanz erreicht wird. Wird die gleiche Ausgangsoberfläche mechanisch geschliffen, bzw. poliert, so wird die Welligkeit beseitigt, aber die resultierende Oberfläche zeigt bei genügend starker Vergrößerung stets die Schleif- oder Polierriefen entsprechend der Größe des angewandten Schleifkornes.
Anodisch polierte Oberflächen sind somit vor allem gekennzeichnet durch das Fehlen von Mikrorauhigkeiten. Daraus ergeben sich verschiedene wertvolle Eigenschaften dieser Oberflächen, die technisch genützt werden: Hoher Glanz und bestes Reflexionsvermögen (Optik, dekorative Verwendung), niedriger Reibungskoeffizient, daher geringere Reibungsverluste und verminderte Reibungswärme und geringerer Reibungsverschleiß (Zahnräder, Lager, Wellen, Kolben, Kolbenringe usw.), geringeres Adsorptionsvermögen und Absorptionsvermögen für Gase und
Flüssigkeiten (Vakuumtechnik), es ist auch überall dort bedeutsam, wo besonderer
Wert auf große Reinheit und Reinigungsmöglichkeit gelegt wird (medizinische Geräte, Krankenhauseinrichtungen, Färbebottiche, Druckwalzen).
Gegenüber mechanischen Verfahren hat das Elektropolieren einige sehr wertvolle Vorteile: es erfordert keine teure Handarbeit qualifizierter Kräfte, sämtliche beim mechanischen Polieren oft bestehenden Unfall- und Gefahrenquellen fallen weg, auch komplizierte Formen und schwer polierbare Metalle lassen sich mühelos elektropolieren, es gibt keine Staubbelästigung.
Als Nachteile sind zu erwähnen die nicht universelle Anwendbarkeit, das Hantieren mit oft sehr konzentrierten Säuren, bzw. generell die nasse Bearbeitung in Betrieben, die sonst keine Nassbehandlung anwenden, verhältnismäßig teure Anlagen, das Anfallen von Abwässern, die besonders zu behandeln sind, wofür eigene Anlagen benötigt werden.
Die Verfahren lassen sich voll automatisieren, auch die Fertigung von Kleinteilen in großen Stückzahlen in besonders dafür entwickelten Geräten ist möglich.
Das chemische Glänzen unterscheidet sich von den elektrolytischen Verfahren dadurch, dass keine äußere Stromquelle erforderlich ist. Die Abtragung der Oberfläche geschieht jedoch in gleicher Weise wie beim anodischen Polieren. An Stelle der unmittelbaren Wirkung des elektrischen Stromes werden entsprechend aggressive Chemikalien verwendet, die den gelenkten Abbau der Oberfläche, das heißt, naturgemäß laufend verbraucht und sind ständig zu ergänzen. Auch diese Lösungen müssen auf jedes zu behandelnde Metall besonders abgestimmt sein, das hier eher noch etwas kritischer ist als bei den anodischen Polierverfahren. Da äußere Stromquellen fehlen, sind die Anlagekosten erheblich geringer als für elektrolytische Verfahren. Die laufenden Chemikalienkosten, die an Stelle der Stromkosten treten, sind hingegen meist höher.
Die Beschaffenheit der chemisch geglänzten Oberflächen ist im Prinzip die gleiche wie von anodisch geglänzten. Die Verfahren werden im Hinblick auf den Chemikalienverbrauch vor allem dort eingesetzt, wo nur geringe Materialmengen abzulösen sind. Wegen der außerordentlich einfachen Handhabung und der billigen Anlagen werden sie jedoch im großen Umfange technisch angewandt. Als ältestes Verfahren dieser Reihe ist das Glanzbrennen von Messing und anderen Kupferlegierungen zu nennen. Neuerdings werde besonders Leichtlegierungen auf diese Weise geglänzt.
Der erfindungsgemäße Prägezylinder weist ein definiertes Oberflächenrelief mit unterschiedlichen Strukturen in unterschiedlichen Ausrichtungen und Tiefen auf. Der erfindungsgemäße Prägezylinder ist nahtlos und kann daher zur Herstellung geprägter bahnförmiger Materialien mit endlosen Beugungsstrukturen verwendet werden.
Als bahnförmige Materialien kommen beispielsweise Trägerfolien vorzugsweise flexible Kunststofffolien, beispielsweise aus Pl, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC in Frage. Die Trägerfolien weisen vorzugsweise eine Dicke von 5 - 700 μm, bevorzugt 5 - 200 μm, besonders bevorzugt 5 - 50 μm auf.
Ferner können als Trägersubstrat auch Metallfolien, beispielsweise AI-, Cu-, Sn-, Ni-, Fe- oder Edelstahlfolien mit einer Dicke von 5 - 200 μm, vorzugsweise 10 bis 80 μm, besonders bevorzugt 20 - 50 μm dienen. Die Folien können auch oberflächenbehandelt, beschichtet oder kaschiert beispielsweise mit Kunststoffen oder lackiert sein.
Ferner können als Trägersubstrate auch Papier oder Verbünde mit Papier, beispielsweise Verbünde mit Kunststoffen mit einem Flächengewicht von 20 - 500 g/m2, vorzugsweise 40 - 200 g/m2. verwendet werden.
Ferner können als Trägersubstrate Gewebe oder Vliese, wie Endlosfaservliese, Stapelfaservliese und dergleichen, die gegebenenfalls vernadelt oder kalandriert sein können, verwendet werden. Vorzugsweise bestehen solche Gewebe oder Vliese aus Kunststoffen, wie PP, PET, PA, PPS und dergleichen, es können aber auch Gewebe oder Vliese aus natürlichen, gegebenenfalls behandelten Fasern, wie Viskosefasern eingesetzt werden. Die eingesetzten Gewebe oder Vliese weisen ein Flächengewicht von etwa 20 g/m2 bis 500 g/m2 auf.
Die Trägersubstrate können zusätzlich eine Lackschicht aufweisen, die unstrukturiert oder strukturiert sein kann. Die Lackschicht kann beispielsweise eine haftende Lackschicht oder eine releasefähige Transferlackschicht sein, sie kann durch Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, thermisch oder reaktiv vernetzt oder vernetzbar sein und zusätzliche Eigenschaften wie z.B. kratzfeste und/oder antistatische Ausrüstung oder chemische Beständigkeit besitzen. Geeignet sind sowohl wässrige als auch lösungsmittelhältige Lacksysteme, insbesondere auch Lacksysteme auf Basis Polyester - Acrylat, PET-Acrylat, Urethan-Acrylat, PVC, PMMA oder Epoxyacrylat.
Die einzelnen Schichten können durch bekannte Verfahren, beispielsweise durch Bedampfen, Sputtern, Drucken (Tief-, Flexo-, Sieb-, Offset-, Digitaldruck und dergleichen), Sprühen, Galvanisieren und dergleichen aufgebracht werden..
Ferner können als Substrate textile Materialien wie Gewebe oder Vliese, wie Endlosfaservliese, Stapelfaservliese und dergleichen, die gegebenenfalls vernadelt oder kalandriert sein können, verwendet werden. Vorzugsweise bestehen solche Gewebe oder Vliese aus Kunststoffen, wie PP, PET, PA, PPS und dergleichen, es können aber auch Gewebe oder Vliese aus natürlichen, gegebenenfalls behandelten Fasern, wie Viskosefaser-, Hanf- oder Kenafvliese und -gewebe bzw. deren Mischungen mit Kunststofffasern eingesetzt werden.
Die Trägersubstrate weisen zur Herstellung der Beugungsstrukturen eine entsprechende Beschichtung, vorzugsweise eine strahlungshärtbare Beschichtung auf.
Die Abformung der gewünschten Beugungsstruktur kann dann mittels des erfindungsgemäßen Prägezylinders auf jede bekannte Weise erfolgen.
Vorteilhafterweise kann dabei aber ein Verfahren angewendet werden, bei dem in einem ersten Schritt ein Trägersubstrat bereitgestellt wird, in einem zweiten Schritt dieses Trägersubstrat in einem Beschichtungsverfahren mit einem strahlungshärtbaren Lack beschichtet wird, in einem dritten Schritt dieser Lack bis zum Gelpunkt durch Anregung mit Strahlung einer definierten Wellenlänge vorgehärtet wird, und gleichzeitig die Abformung der Oberflächenstruktur durchgeführt wird, in einem vierten Schritt die weitere Aushärtung (Haupthärtung) des strahlungshärtbaren Lacks durch Anregung Strahlung einer zum Vorhärtungsschritt unterschiedlichen Wellenlänge durchgeführt, worauf eine Nachhärtung und gegebenenfalls weitere Beschichtungs- bzw. Veredelungsschritte durchgeführt werden.
Das Trägersubstrat wird in einem Beschichtungsverfahren wie beispielsweise einem Siebdruck-, Tiefdruck- oder Flexodruckverfahren mit einem strahlungshärtbaren Lack beschichtet. Die Beschichtung kann selektiv oder vollflächig erfolgen.
Der strahlungshärtbare Lack kann beispielsweise ein strahlungshärtbares Lacksystem auf Basis eines Polyester-, eines Epoxy- oder Polyurethansystems das 2 oder mehr verschiedene, dem Fachmann geläufige Photoinitiatoren enthält, die bei unterschiedlichen Wellenlängen eine Härtung des Lacksystems in unterschiedlichem Ausmaß initiieren können. So kann beispielsweise ein Photoinitiator bei einer Wellenlänge von 200 bis 400 nm aktivierbar sein, der zweite Photoinitiator dann bei einer Wellenlänge von 370 bis 600 nm aktivierbar. Zwischen den Aktivierungswellenlängen der beiden Photoinitiatoren sollte genügend Differenz eingehalten werden, damit nicht eine zu starke Anregung des zweiten Photoinitiators erfolgt, während der erste Photoinitiator aktiviert wird. Der Bereich, in dem der zweite Photoinitiator angeregt wird, sollte im Transmissionswellenlängenbereich des verwendeten Trägersubstrats liegen. Für die Haupthärtung (Aktivierung des zweiten Photoinitiators) kann auch Elektronenstrahlung verwendet werden.
Als strahlungshärtbarer Lack kann auch ein wasserverdünnbarer Lack verwendet werden. Bevorzugt werden Lacksysteme auf Polyesterbasis.
Die Abformung der Oberflächenstruktur, also der Diffraktions-, Beugungs- oder Reliefstruktur erfolgt beispielsweise bei kontrollierter Temperatur mittels einer Matrize oder unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prägezylinders in die strahlungshärtbare Lackschicht, die durch Aktivierung des ersten Photoinitiators bis zum Gelpunkt vorgehärtet wurde und zum Zeitpunkt der Abformung sich in diesem Stadium befindet.
Wird ein wasserverdünnbarer strahlungshärtbarer Lack verwendet kann gegebenenfalls eine Vortrocknung vorgeschaltet werden, beispielsweise durch
IR-Strahler.
Die Schichtdicke des aufgebrachten strahlungshärtbaren Lacks kann je nach Anforderung an das Endprodukt und Dicke des Substrats variieren und beträgt im allgemeinen zwischen 0,5 und 50 μm, vorzugsweise zwischen 2 und 10 μm, besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 μm.
Es ist aber auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Prägezylinders in jedem anderen bekannten Prägeverfahren, also auch in bekannten thermoplastischen Prägeverfahren möglich.
Besonders vorteilhaft können mit dem erfindungsgemäßen Prägezylinder Oberflächenstrukturen für Sicherheitselemente für Wertdokumente oder Verpackungen, für Leiterplatten, für Stützstruktren für Transistoren auf Basis von Metallne oder Halbleitern oder leitenden Polymeren, in der Mikroelektronik, für Leiterbahnen für optische Elemente, für Biochips, für Grundstrukturen für polymere Chips, für Reflektorsysteme, für Fresnelllinsen, für Mikrokanülen oder Mikrokanäle, für Lichtleiterstrukturen oder auch für dekorative Elemente in der Architektur hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche:
1) Prägezylinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägezylinder nahtlos ist und beliebige 2D/3D Strukturelemente aufweist.
2) Verfahren zur Herstellung eines Prägezylinders nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein entsprechendes 8 bit Graustufenbild über ein Erfassungsgerät in ein Bildverarbeitungsprogramm eingelesen wird, mit den entsprechenden Formen über eine geeignete Software verbunden wird und somit in ein 1 bis 4 bit Graustufenbild umgewandelt wird, das den 2D/3D-Effekt zeigt und auf einen vorbereiteten Zylinder belichtet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder mit Hilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls bebildert wird.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder anschließend mit einem Overcoat versehen, die Bebilderung entwickelt und anschließend poliert wird.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoberfläche anschließend anodisch und/oder mechanisch poliert wird.
6) Verwendung des Prägezylinderzylinders nach Anspruch 1 zur Herstellung von 2D/3D Strukturen auf beschichteten oder un beschichteten Trägermaterialien, die für Sicherheitselemente, Verpackungen , für Leiterplatten, für Stützstrukturen für Transistoren auf Basis von Metallen oder Halbleitern oder leitenden Polymeren, in der Mikroelektronik, für Leiterbahnen für optische Elemente, für Biochips, für Grundstrukturen für polymere Chips, für Reflektorsysteme, für Fresnelllinsen, für Mikrokanülen oder Mikrokanäle, für Lichtleiterstrukturen oder auch für dekorative Elemente in der Architektur und dergleichen verwendet werden.
7) Sicherheitselemente, Verpackungen, Leiterplatten, Stützstrukturen für Transistoren auf Basis von Metallen oder Halbleitern oder leitenden Polymeren, Leiterbahnen für optische Elemente, Biochips oder Grundstrukturen für polymere Chips, Reflektorsysteme, Fresnelllinsen, Mikrokanülen oder Mikrokanäle, Lichtleiterstrukturen, dekorative Elemente hergestellt unter Verwendung eines Prägezylinders nach Anspruch 1.
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