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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Oberflächen lassen sich durch die Bearbeitung mit Laserstrahlen individuell beschriften, gestalten oder veredeln, wobei durch die Laserstrahlung die Oberfläche eines Werkstücks oder eines Bauteils verändert wird und auf diese Weise Beschriftungen, Schaltbilder oder individuelle Ornamente eingebracht werden.
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Dabei können die Oberflächen auf unterschiedliche Weise verändert werden. So können beispielsweise bei einem Mehrschichtsystem Schichten abgetragen werden, wodurch Kernschichten freigelegt werden, die einen Kontrast zur abgetragenen Schicht aufweisen, so dass nach der entsprechenden Bearbeitung eine Markierung oder eine Beschriftung zu erkennen ist. Der Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, dass die Oberfläche eines so behandelten Werkstücks oder Bauteils nach der Behandlung uneben ist und eine fühlbare Oberflächenrauhigkeit aufweist. Dieser Nachteil kann durch einen zusätzlichen anschließenden Lackauftrag behoben werden, was jedoch mit einem entsprechenden Mehraufwand verbunden ist und darüber hinaus meist eine optisch unruhige Oberfläche zur Folge hat.
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Es gibt andere Verfahren, bei denen werden farbgebende Pigmente in der Oberfläche durch Laserabsorption verändert, wobei ein Kontrast mit dem unveränderten Teil der Oberfläche ausgebildet wird. Eine weitere Möglichkeit der Markierung, die besonders geeignet ist für Kunststoffbauteile, besteht darin, durch Laserstrahlung die Oberfläche punktgenau zu karbonisieren. Die dabei entstehenden Rußpartikel bewirken eine Schwarzfärbung des Kunststoffs. Der umgekehrte Effekt kann durch Aufschmelzen und Aufschäumen der Oberfläche erzielt werden, wobei Gasbläschen entstehen, durch die das auftreffende Licht diffus reflektiert wird, so dass diese Bereiche auf den Betrachter heller wirken als die Umgebung.
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In der
EP 0 413 664 B1 wird ein Verfahren zur Lasermarkierung von Kunststoffgegenständen beschrieben, wobei die zu beschriftenden Gegenstände einen strahlungsempfindlichen, eine Veränderung der Lichtreflexion verursachenden Zusatzstoff enthalten und einem Laser mit pulsiertem Licht so ausgesetzt werden, dass an den bestrahlten Stellen der Gegenstände eine visuelle Effektmarkierung entsteht, ohne dass die Oberfläche der beschrifteten Gegenstände vom Auge erkennbar geschädigt wird. Dabei wird als Zusatzstoff Molybdändisulfid verwendet.
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Die
DE 10 2006 029 941 A1 beschreibt ein Verfahren zum indirekten Beschriften transparenter Materialien mit einem Laser, wobei der Laserstrahl durch das Transparentmaterial hindurch auf ein absorbierendes Substrat geleitet wird, wobei das transparente Material vorzugsweise Glas ist. Als Substrat wird ein Metall oder ein Halbmetall eingesetzt, das in unmittelbarem Kontakt oder in einem konstanten Abstand zur Oberfläche des transparenten Materials angeordnet ist. Der fokussierte Laserstrahl erzeugt eine Energiedichte, die zum Verdampfen von Substratteilchen unter Bildung eines Dampfstrahls führt, der auf der dem Beschriftungsmaterial zugewandten Seite des transparenten Materials kondensiert. In Anhängigkeit von der Höhe der Energiedichte kann nun entweder eine Beschriftung durch anhaftende Substratteilchen oder durch Abtragen von Teilchen des transparenten Materials gebildet werden. Eine Beschriftung durch Materialabtrag erfolgt dann, wenn die Energiedichte so hoch ist, dass die Substratteilchen auf eine Temperatur erhitzt werden, die an der Oberfläche des transparenten Materials zu zusätzlichen lokalen Materialspannungen mit Rissbildungen oder zum lokalen Anschmelzen führt.
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In der
DE 10 2007 034 636 A1 wird ein lasersensitives Etikett mit einer Trägerschicht aus Polyolefin beschrieben, wobei die Trägerschicht ein Additiv enthält, das unter Laserbestrahlung einen Farbumschlag zeigt. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Etiketts ist auf der Trägerschicht eine transparente Laminatschicht aus einer Kunststofffolie angeordnet.
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Die bekannten Verfahren der Laserdekoration von Bauteiloberflächen haben meist den Nachteil, dass die Oberflächenqualität durch die Behandlung in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen oder Werkstückoberflächen zur Verfügung zu stellen, das Vorteile gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es auch, die entsprechenden laserbeschrifteten, markierten und/oder dekorierten Bauteile zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Dekorieren, Beschriften und/oder Markieren von Bauteiloberflächen, wobei in einem ersten Schritt mindestens eine farbgebende Schicht auf die Bauteiloberfläche aufgetragen wird, die dann anschließend ausgehärtet wird. In einem zweiten Schritt wird auf die mindestens eine farbgebende Schicht eine Klarlackschicht aufgetragen und ebenfalls anschließend ausgehärtet. Danach wird mindestens ein ausgewählter Bereich der mindestens einen farbgebenden Schicht durch Bestrahlen mit Laserstrahlung verändert, wobei zwischen dem mindestens einen ausgewählten Bereich der mindestens einen farbgebenden Schicht und der unveränderten farbgebendend Schicht ein Kontrast ausgebildet wird. Trotz der Bestrahlung mit Laser ist die Klarlackschicht nach dem Verändern des mindestens einen ausgewählten Bereichs der mindestens einen farbgebenden Schicht optisch und haptisch unverändert und unversehrt.
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Zur Beschichtung der Bauteiloberfläche wird die mindestens eine farbgebenden Schicht bevorzugt mit einer Schichtdicke von 15 μm aufgetragen, während die Klarlackschicht vorzugsweise mit einer Schichtdicke von ≤ 50 μm über die farbgebende Schicht aufgetragen wird. Dabei wird als Klarlack vorteilhaft ein Klarlack auf Acrylat-Basis eingesetzt, der vorzugsweise n-Butylacetat als Lösungsmittel umfasst.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil mit mindestens einer auf die Bauteiloberfläche aufgetragenen farbgebenden Schicht und einer darüber angeordneten Klarlackschicht, wobei die farbgebende Schicht ohne erkennbare optische oder haptische Veränderung der Klarlackschicht mittels einer Bestrahlung mit Laserstrahlung veränderbar ist. Nach dem Verändern des mindestens einen ausgewählten Bereiches der farbgebenden Schicht ist vorzugsweise ein Kontrast zu den unveränderten Bereichen der farbgebenden Schicht ausgebildet, wobei die Veränderungen sich randscharf von der verbleibenden farbgebenden Schicht absetzen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch mehrere unterschiedliche farbgebende Schichten übereinander auf das Bauteil aufgetragen werden, wobei unter Einwirkung von Laserstrahlung durch Verändern mindestens eines ausgewählten Bereiches mindesten einer der farbgebenden Schichten ein mehrfarbiges Dekor ausgebildet werden kann. Beim Auftragen mehrerer unterschiedlicher farbgebender Schichten auf die Bauteiloberfläche können durch Laserbestrahlung anschließend gezielt bestimmte Schichten abgetragen werden, so dass im Endeffekt ein mehrfarbiges Dekor entsteht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine farbgebende Schicht Metallpartikel als farbgebende Pigmente umfasst. Die Metallpartikel werden unter Einwirkung der Laserstrahlung verdampft und abgetragen und es kommt die Bauteiloberfläche oder eine andere unter der farbgebenden Schicht liegende Schicht zum Vorschein, die dann einen Kontrast zur farbgebenden Schicht bildet, so dass eine kontrastreiche, kantenscharfe Dekorierung ohne sicht- oder fühlbare Oberflächenveränderung des Klarlacks entsteht.
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In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass Versuche gezeigt haben, dass sich insbesondere bei dem Einsatz. von Metallpartikel enthaltenden farbgebenden Schichten der Zusatz eines Elastifizierers oder Weichmachers im Klarlack positiv auf das Verhalten der Klarlackschicht bei der Bestrahlung mit Laserstrahlen auswirkt. So wurden in diesen Fällen selbst bei relativ dicken farbgebenden Schichten bzw. Klarlackschichten nach der Laserbestrahlung unversehrte Oberflächen erhalten. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die Klarlackschicht zumindest kurzzeitig unter der Einwirkung von Laserstrahlung möglicherweise eine gewisse Gasdurchlässigkeit aufweisen muss, um ein Entweichen des verdampften Metalls zu ermöglichen, wobei die Gasdurchlässigkeit durch das Vorhandensein eines Elastifizierers erleichtert werden könnte oder die Reversibilität der für die Gasdurchlässigkeit eventuell erforderlichen Veränderungen der Klarlackschicht erhöht werden könnte.
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Je nachdem welche Anforderungen an die Oberfläche gestellt werden, kann als Klarlack ein matter oder glänzender, gegebenenfalls kratzfester Klarlack eingesetzt werden, der nach Möglichkeit darüber hinaus gegen Chemikalien resistent sein kann.
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Der Grundkörper für das Bauteil kann aus Metall oder Kunststoff bestehen, so dass für das Verfahren insgesamt eine große Anwendungsbreite resultiert, wobei die erfindungsgemäßen Bauteile insbesondere im Bereich der Sicherheitstechnik zur Bereitstellung von durch Klarlack geschützten Dekoren und/oder Beschriftungen, in der Automobilindustrie zur Bereitstellung von Außen- oder Innenbauteilen mit hochwertigen Dekorflächen und in der Medizintechnik zur Bereitstellung von leicht zu reinigenden dauerhaft gekennzeichneten Oberflächen verwendet werden.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1
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Es wurden Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff mit einem metallische Partikel als Farbpigmente enthaltenden Dekorlack grundiert, wobei der Dekorlack mit einer Schichtdicke von ca. 10 μm auf die Kunststoffoberfläche aufgetragen wurde. Bei dem Dekorlack handelte es sich um einen Al-Partikel umfassenden, in den Fachkreisen als „Galvanosilber” bekannten Lack. Nach dem thermischen Aushärten der farbgebenden Schicht (Dekorlack), wurde auf den Dekorlack eine ca. 30 μm dicke Klarlackschicht aufgetragen, die thermisch ausgehärtet wurde. Als Klarlack wurde ein Produkt der Firma Ritzi Lackiertechnik GmbH, D-78609 Tuningen mit dem Handelsnamen translas 01 eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen n-Butylacetat umfassenden Klarlack auf Acrylat-Basis.
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Das so vorbehandelte Bauteil wurde anschließend mittels Laserstrahlung bearbeitet, wobei ein Laser der Firma Trumpf Laser Marking Systems AG, CH-7214 Grüsch mit der Bezeichnung VMC5 eingesetzt wurde. Das System arbeitet mit einer Wellenlänge von 1064 nm und dem laseraktiven Medium Nd:YV04.
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Bei dieser Behandlung wird die Metallpartikel enthaltende Dekorschicht abgetragen und es kommt die Bauteiloberfläche zum Vorschein, die einen Kontrast zu unversehrten farbgebenden Schicht bildet. Der die farbgebende Schicht bedeckende Klarlack bleibt bei dieser Operation unversehrt und es sind weder optische noch fühlbare Veränderungen der Lackoberfläche zu erkennen. Das so erhaltene Dekor zeichnet sich durch eine außerordentliche Kantenschärfe aus.
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Beispiel 2
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Farbig lackierte Metallbauteile wurden mit einem Klarlack auf Acrylat-Basis beschichtet. Als Klarlack wurde ein Produkt der Firma Nano-X GmbH, D-66130 Saarbrücken mit der Produktbezeichnung VB KR 3812 eingesetzt. Die Schichtdicke des Farblackes betrug 8 μm, während die Schichtdicke der Klarlackschicht 25 μm aufwies. Wie in Beispiel 1 erfolgt die Laserbestrahlung mit einem Laser VMC5 der Firma Trumpf. Unter Einwirkung des Laserstrahls wurde die Farblackschicht an ausgewählten Bereichen karbonisiert und die dabei entstandenen Rußpartikel haben diesen Bereichen eine schwarze Farbe verliehen, die im Kontrast zur ursprünglichen Farbe steht. Auch in diesem Fall hat die Klarlackschicht die Laserbestrahlung ohne sichtbare oder fühlbare Veränderungen überstanden, während auf der Oberfläche des Bauteils ein kantenscharfes Dekor zu erkennen ist.
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Beispiel 3
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Ein Bauteil aus thermoplastischem Kunststoff wurde mit einem Metallpartikel als farbgebende Pigmente enthaltenden Dekorlack mit einer Schichtdicke von ca. 8 μm beschichtet. Als Dekorlack wurde Al-Metallpartikel enthaltendes „Galvanosilber” eingesetzt, das thermisch ausgehärtet wurde. Der anschließend aufgetragene und mit UV-Strahlung ausgehärtete hochglänzende Klarlack war ein Produkt der Firma Lackfabrik Votteler GmbH & Co. KG, 70825 Korntal-Münchingen, der unter dem Handelsnamen Cry-Lux-Lack mit der Artikelnummer 115440180 vertrieben wird. Wie in den vorherigen Fällen wurde die Laserbestrahlung mit einem Laser VMC5 der Firma Trumpf vorgenommen.
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Nach der Laserbehandlung sind bei der Klarlackschicht keine sichtbaren oder fühlbaren Veränderungen zu erkennen.
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Darüber hinaus wurde das so beschichtete und dekorierte Bauteil einem sogenannten Schwitzwassertest bei 50°C und 98% relativer Luftfeuchte unterzogen, ohne dass eine Verschlechterung oder ein Aufplatzen des Klarlackes beobachtet wurde. Das gleiche Bauteil wurde ebenfalls einem Gitterschnitttest nach DIN EN ISO 2409 unterzogen. Auch hier konnten keine sich lösenden Schichtpartikel ermittelt werden, die auf eine Beschädigung der Klarlackschicht hingewiesen hätten.
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Beispiel 4
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Ausgesuchte Bereiche eines Bauteils aus einem thermoplastischen Kunststoff wurden zunächst mit einer 8 μm dicken Farblackschicht beschichtet. Nachdem diese Bereiche ausgehärtet waren, wurde das gesamte Bauteil mit einem Metallpartikel enthaltenem Dekorlack (Galvanosilber) beschichtet. Die ca. 8 μm dicke Schicht wurde thermisch ausgehärtet. Auf diese Schicht wurde eine ca. 20 μm dicke Klarlackschicht auf Acrylat-Basis aufgetragen, wobei ein Klarlack der Firma BASF SE, 67056 Ludwigshafen mit der Bezeichnung Laromer PO 9026 eingesetzt wurde. Die Laserbehandlung erfolgte wiederum mit dem Lasersystem VMC5 der Firma Trumpf. In den Bereichen der Dreifachbeschichtung wurde die Dekorlackschicht mit Hilfe der Laserstrahlung entfernt, während gleichzeitig die darunterliegende Farblackschicht karbonisiert wurde, so dass in diesen Bereichen ein konturscharfes schwarzes Dekor erhalten wurde, während in den nur zweischichtig vorliegenden Bereichen durch die Laserbestrahlung lediglich der Dekorlack entfernt wird und damit die Bauteilfarbe selber zum Vorschein kommt, so dass auf diese Weise ein mehrfarbiges Dekor erhalten wird.
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Auch in diesem Fall wurde das fertige Produkt, an dessen Klarlackbeschichtung weder optische noch haptische Veränderungen zu erkennen waren, einem Schwitzwassertest und einem Gitterschnitttest unterzogen. In beiden Tests konnte keine schadhafte Veränderung des Klarlacks ermittelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0413664 B1 [0005]
- DE 102006029941 A1 [0006]
- DE 102007034636 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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