DE112009003380B4 - Coating device and use of a coating device - Google Patents
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Abstract
Beschichtungseinrichtung zum Beschichten einer Oberfläche eines Gegenstandes (2) mit einer ersten Station (8) zum Auftragen von Farbpulver (31), mit einer zweiten, einen Laser (4) aufweisenden Station zum selektiven Erhitzen des Farbpulvers (31) und einer dritten Station zum Entfernen von überschüssigem Farbpulver (31), wobei die erste Station (8) eine Walze aufweist, wobei die Walze mit Noppen oder mit anderen auf der Oberfläche verteilten Ausbuchtungen versehen ist, wobei Bürsten so angeordnet sind, dass sie das Farbpulver (31) von der Walze auskehren.Coating means for coating a surface of an article (2) with a first station (8) for applying color powder (31), a second station having a laser (4) for selectively heating the color powder (31) and a third station for removal excess paint powder (31), the first station (8) comprising a roller, the roller being provided with nubs or other surface-distributed protrusions, wherein brushes are arranged to remove the paint powder (31) from the roller sweep.
Description
Die Erfindung betrifft eine Beschichtungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer derartigen Beschichtungseinrichtung.The invention relates to a coating device with the features of the preamble of the first claim. The invention further relates to a use of such a coating device.
Zum Aufbringen von Schriftzeichen, Symbolen, Grafiken und Dekorationen von Gegenständen aller Art ist das Auftragen einer Farbschicht aus einer pastösen Masse, die anschließend trocknet, seit sehr langer Zeit bekannt. Bekannt ist es auch, die Haftfähigkeit dieser Farbschicht zu erhöhen, indem nach der Beschichtung der Gegenstand mitsamt der Farbschicht erhitzt wird. Ein Beispiel ist das Glasieren von Keramikgegenständen.For application of characters, symbols, graphics and decorations of objects of all kinds, the application of a color layer of a pasty mass, which subsequently dries, has been known for a very long time. It is also known to increase the adhesion of this color layer by heating the article together with the color layer after the coating. An example is the glazing of ceramic objects.
Wenn ein Gegenstand nicht vollflächig beschichtet werden soll, sondem nur Linien und Flächen aufgebracht werden sollen, die scharfkantig begrenzt sein müssen, so wird die Begrenzung durch selektives Auftragen der pastösen Farbmasse erreicht, wie z. B. durch einen Pinsel oder durch einen Druckvorgang, also das Aufdrücken einer farbtragenden Schicht, die die Abmessungen der gewünschten farbigen Fläche hat.If an object is not to be coated over the entire surface, but only lines and surfaces are to be applied, which must be sharp-edged limited, the limitation is achieved by selective application of pasty paint mass, such. B. by a brush or by a printing operation, so the pressing of a color-bearing layer having the dimensions of the desired colored area.
Ein anderes bekanntes Verfahren zum selektiven Auftragen einer Farbschicht ist ein Tintenstrahldrucker. Ein pulsierender Tintenstrahl erzeugt zahlreiche, nebeneinander gelegte Bildpunkte, die zu einer farbigen Fläche ineinander verfließen. Eine wesentliche Einschränkung dieses Verfahrens ist, dass die Arbeitstemperatur des Farbstoffes beim Aufbringen nicht frei gewählt werden kann, sondern vom Arbeitsprinzip des Tintenstrahldruckers bestimmt ist. Wenn der ausgestoßene Tintenstrahl auf einer Oberfläche aufgetroffen ist, dann hängt die Haftfähigkeit der Farbschicht nur davon ab, wie die Tinte und die Oberfläche des zu beschichtenden Materials miteinander reagieren. Eine Beeinflussung des Farbpunktes ist ausgeschlossen, sobald die Tinte die Düse des Tintenstrahldruckers verlassen hat.Another known method of selectively applying a colored layer is an inkjet printer. A pulsating ink jet creates numerous, juxtaposed pixels, which merge into a colored surface. An essential limitation of this method is that the working temperature of the dye during application can not be chosen freely, but is determined by the operating principle of the ink jet printer. When the ejected ink jet has hit a surface, the adhesiveness of the ink layer depends only on how the ink and the surface of the material to be coated react with each other. An influence of the color point is excluded, as soon as the ink has left the nozzle of the inkjet printer.
Ein anderes Verfahren, farbige Linien und Flächen aufzubringen und dauerhaft zu fixieren, wird in der Patentschrift
Anschließend wird von den nicht zu färbenden Bereichen der Oberfläche die nunmehr überschüssige Farbschicht abgewaschen. Zurück bleibt nur der angeschmolzene Bereich der ehemaligen Farbschicht als farbige Linien und Flächen.Subsequently, the now excess paint layer is washed off the non-colored areas of the surface. What remains is only the molten area of the former color layer as colored lines and surfaces.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Farbschicht ein Lösungsmittel, wie z. B. Wasser enthält, das mit dem zu beschichtenden Gegenstand reagieren kann, ihn z. B. zum Aufquellen bringt.A major disadvantage of this method is that the color layer is a solvent such. B. contains water that can react with the object to be coated, him z. B. brings to swelling.
Andere Lösungsmittel können unerwünschte Wirkungen auf die menschliche Gesundheit, auf die Stabilität des zu beschichtenden Gegenstandes oder auf andere, vom Lösungsmittel kontaminierte Gegenstände haben. Ein weiterer Nachteil ist die eingeschränkte Lagerungsmöglichkeit, da das prinzipiell sehr leicht verdampfende Lösungsmittel auch mitunter bereits während der Lagerung der Farbe unerwünschterweise als Gas ausdiffundiert, so dass die Farbe nicht mehr verwendbar ist.Other solvents may have undesirable effects on human health, on the stability of the article to be coated, or on other solvent contaminated articles. A further disadvantage is the limited storage possibility, since the solvent, which in principle evaporates very easily, sometimes also undesirably diffuses out as gas during storage of the paint, so that the paint can no longer be used.
Ein ebenfalls sehr störender Nachteil des oben genannten Prinzips ist, dass die Farbe in den nicht zu färbenden Bereichen der Oberfläche abgewaschen werden muss, wozu Wasser oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel erforderlich ist. Dadurch wird die Kontaminierung des Gegenstandes mit Lösungsmitteln weiter verstärkt.An equally troublesome disadvantage of the above-mentioned principle is that the paint in the non-colored areas of the surface must be washed off, for which water or another suitable solvent is required. This further increases the contamination of the article with solvents.
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Beschichtungseinrichtung zum Beschichten einer Oberfläche mit Farbpulver zu schaffen, bei der Farbpulvers vorteilhaft beim Aufbringen dosiert werden kann.Against this background, the invention has the object to provide a coating device for coating a surface with colored powder, can be dosed advantageous in the color powder during application.
Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Verwendung der Beschichtungseinrichtung ist in Anspruch 7 angegeben. This object is achieved by a coating device having the features of
Die Beschichtungseinrichtung weist eine horizontal angeordnete Walze mit Noppen oder anderen, gleichmäßig auf der Oberfläche verteilten Ausbuchtungen auf. Oberhalb der Walze ist ein Trichter angeordnet, der Farbpulver auf die Noppen der Walze fallen lässt. Das Farbpulver wird durch Bürsten aus den Noppen ausgekehrt.The coating device has a horizontally arranged roller with nubs or other, evenly distributed on the surface bulges. Above the roller, a funnel is arranged, which drops color powder on the nubs of the roller. The color powder is swept out of the nubs by brushing.
Vorteilhaft besteht die Farbschicht aus einem Farbpulver besteht, dass Farbpigmente und ein Trägermaterial enthält und zuerst trocken aufgebaut wird und dann im Bereich der Linien und Flächen erhitzt wird und dann von den übrigen Bereichen wieder trocken entfernt wird.Advantageously, the color layer consists of a color powder which contains color pigments and a carrier material and is first built up dry and then heated in the region of the lines and surfaces and then removed again dry from the remaining areas.
Ein Merkmal der Erfindung ist also die Verwendung von Pulver zum Aufbau der Farbschicht. Ein wichtiger Vorteil ist, dass dieses Pulver zu seiner Verarbeitung nicht weiter aufbereitet werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich zahlreiche Werkstoffe, wie z. B. Kunststoff, in Form eines feinen Pulvers beim Aufbringen auf eine Oberfläche elektrostatisch aufladen, weil sie sich an der Wand des Behälters und an der Austrittsöffnung oder an der Düse reiben und dadurch an dem zu beschichtenden Gegenstand haften. Diese Wirkung beschränkt sich jedoch auf einen sehr geringen Abstand von der Oberfläche. Dadurch reguliert sich die Pulverschicht selbsttätig über die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands hinweg auf eine gleichmäßige Schichtdicke.A feature of the invention is therefore the use of powder to build up the color layer. An important advantage is that this powder does not need to be further processed for its processing. Another advantage is that numerous materials such. As plastic, electrostatic charge in the form of a fine powder when applied to a surface, because they rub against the wall of the container and at the outlet opening or at the nozzle and thereby adhere to the article to be coated. However, this effect is limited to a very small distance from the surface. As a result, the powder layer automatically regulates over the entire surface of the object to be coated away to a uniform layer thickness.
Das Auftragen eines Pulvers benötigt im Gegensatz zum Auftragen von Farbstoffnebeln mit Lösungsmitteln keine zusätzliche Zeit und keine zusätzliche Wärmequelle, um abzutrocknen. Vielmehr kann der nächste Schritt des Prozesses sofort erfolgen, nämlich die selektive Erhitzung der Flächen und der Linien, die gefärbt werden sollen, durch eine gerichtete Wärmequelle, wie z. B. einen Laserstrahl.Applying a powder, unlike applying dye mist with solvents, does not require extra time and heat to dry. Rather, the next step of the process can be instantaneous, namely the selective heating of the surfaces and lines to be colored by a directional heat source, such B. a laser beam.
Diese Wärmequelle kann in drei Varianten wirken: Wenn die Schmelzpunkte des Gegenstandes und des Farbpulvers in einem ähnlichen Bereich liegen, ist es sinnvoll, nicht nur das Farbpulver zu schmelzen, sondern auch – über das Farbpulver als Wärmeleiter – die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes zu verflüssigen, jedoch nur bis zu einer sehr geringen Eindringtiefe. Dadurch verbindet sich die flüssige Farbschicht mit der angeschmolzenen Oberfläche des Gegenstandes sehr innig – ähnlich einer Schweißverbindung – wodurch die Beschichtung besonders dauerhaft auf dem Gegenstand haftet.This heat source can act in three variants: If the melting points of the object and the color powder are in a similar range, it makes sense not only to melt the color powder, but also - via the color powder as a heat conductor - to liquefy the surface of the object to be coated , but only up to a very small penetration depth. As a result, the liquid paint layer with the fused surface of the article connects very intimately - similar to a welded joint - whereby the coating adheres particularly durable on the object.
Die zweite Möglichkeit ist, dass die Farbpulverschicht schmilzt, aber die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes nicht schmilzt oder nur erweicht wird. Dann werden die Elemente der Farbschicht jedoch ganz exakt der Oberfläche des Gegenstandes angepasst und dringen in Vertiefungen und Öffnungen der Oberflächenstruktur ein, wodurch sie ebenfalls darauf haften.The second possibility is that the color powder layer melts, but the surface of the article to be coated does not melt or is only softened. Then, however, the elements of the ink layer are perfectly matched to the surface of the article and penetrate into depressions and openings of the surface structure, whereby they also adhere to it.
Die dritte Möglichkeit ist, dass nur die Oberfläche des Gegenstandes anschmilzt, nicht aber die Partikel des Farbpulvers, die dann von den flüssigen Bestandteilen der Oberfläche des Gegenstands teilweise umschlossen werden und dadurch haften.The third possibility is that only the surface of the article melts, but not the particles of color powder, which are then partially enclosed by the liquid components of the surface of the article and thereby adhere.
Die Auswahl einer dieser drei Methoden wird von der Materialpaarung zwischen Farbpulver und Material des Gegenstands bestimmt. Zu bevorzugen ist die Variante, dass sowohl die Oberfläche als auch das Farbpulver schmelzen und sich in einem Bereich beiderseits der Trennlinie miteinander vermischen.The choice of one of these three methods is determined by the material pairing between the color powder and the material of the article. The preferred variant is that both the surface and the color powder melt and mix in an area on either side of the dividing line.
Das verwendete Farbpulver enthält stets Farbpigmente und ein Trägermaterial. In den meisten Fällen werden die Farbpigmente und das Trägermaterial verschiedene Werkstoffe sein. In die Erfindung ist jedoch ausdrücklich eingeschlossen, dass das Trägermaterial selbst auch die Funktion eines Farbpigments übemehmen kann. Darüber hinaus kann – je nach Anwendung – das Farbpulver noch weitere Bestandteile enthalten, wie z. B. einen medizinischen Wirkstoff für die Herstellung von Tabletten. Denkbar ist auch, dass die Farbintensität der Pigmente sehr gering ist oder gegen Null geht.The color powder used always contains color pigments and a carrier material. In most cases, the color pigments and the carrier material will be different materials. However, the invention expressly includes that the carrier material itself can also assume the function of a color pigment. In addition - depending on the application - the color powder may contain other ingredients such. B. a medicinal agent for the production of tablets. It is also conceivable that the color intensity of the pigments is very low or goes to zero.
Die Beschichtungseinrichtung ist sowohl für einfarbigen als auch für mehrfarbigen Farbauftrag geeignet. Mehrfarbdruck wird im einfachsten Fall dadurch erreicht, dass Farbschichten mit jeweils verschiedenen Farbpigmenten nebeneinander aufgetragen werden.The coating device is suitable both for monochrome and for multicolor paint application. Multicolour printing is achieved in the simplest case by applying color layers, each with different color pigments, side by side.
Es ist jedoch auch möglich, dass auf und/oder direkt anschließend an eine erste Farbschicht wenigstens eine weitere Farbschicht aufgebracht wird. Diese beiden Farbschichten sollten dann sinnvoller Weise jeweils das gleiche Trägermaterial aufweisen oder zumindest ein Trägermaterial, das mit dem benachbarten oder darunter liegenden Trägermaterial verschmilzt, so dass die Farbschichten auch in der Zone ihrer gegenseitigen Berührung innig miteinander verbunden sind.However, it is also possible that at least one further color layer is applied to and / or directly after a first color layer. These two color layers should then expediently each have the same carrier material or at least one carrier material, which melts with the adjacent or underlying carrier material, so that the color layers are intimately interconnected in the zone of their mutual contact.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform des Farbpulvers besteht die Mehrzahl seiner Partikel aus mechanisch fest mit Trägermaterial verbundenen Farbpigmenten. Der Vorteil ist, dass nach dem Auftragen des Farbpulvers beim Schmelzen des Trägermaterials durch den Laser eine Verbindung zu den Farbpartikeln nicht erst hergestellt werden muss, sondem bereits besteht. Außerdem ist eine gleichmäßige Vermischung von Trägermaterial und Farbpartikeln sicher gestellt.In a very advantageous embodiment of the colored powder, the majority of its particles consist of color pigments which are mechanically firmly bonded to the carrier material. The advantage is that after the application of the color powder when the carrier material is melted by the laser, a connection to the color particles does not have to be established first, otherwise already exists. In addition, a uniform mixing of carrier material and color particles is ensured.
Dabei sollten die vorrangig aus Farbpigmenten bestehenden, festen Farbpartikel mit vorrangig aus dem Trägermaterial bestehenden Trägerpartikeln wenigstens auf einem Teil ihrer Oberfläche fest verbunden sein. Je größer der Anteil der Oberfläche der Farbpartikel ist, die mit dem Trägermaterial verbunden ist, desto gleichmäßiger ist die Farbverteilung und desto besser haften die Farbpartikel auf der zu beschichtenden Fläche. Idealerweise sollte deshalb jedes Farbpartikel vollständig von Trägermaterial umgeben sein.In this case, the predominantly consisting of color pigments, solid color particles should be firmly connected to at least on a part of its surface with primarily consisting of the carrier carrier particles. The larger the proportion of the surface of the colorant particles bonded to the substrate, the more uniform the color distribution and the better adhered the colorant particles on the surface to be coated. Ideally, therefore, each color particle should be completely surrounded by carrier material.
In einer praxisgerechten Ausführungsform haben die Partikel des Farbpulvers eine mittlere Große von etwa 40 bis 60 Mikrometern, und die daran haftenden oder zumindest teilweise davon eingeschlossenen Farbpartikel sind bis zu etwa 15 Mikrometern groß.In a practical embodiment, the particles of color powder have an average size of about 40 to 60 microns, and the color particles adhered or at least partially enclosed are up to about 15 microns in size.
Ein effizientes Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Farbpulvers, bei dem Farbpartikel mechanisch an Partikeln aus Trägermaterial haften, gliedert sich in die folgenden drei Schritte: Im ersten Schritt werden Farbpigmente und Pellets aus thermoplastischem Kunststoff in einem Extruder durch Schmelzen des Kunststoffs miteinander vermischt und zu einem Strang geformt. Im zweiten Schritt werden sie zu nunmehr farbpigmenthaltigen Pellets zerhackt, die dann im dritten Schritt zum Farbpulver zermahlen werden.An efficient process for the preparation of the above-described colored powder, in which color particles adhere mechanically to particles of support material, is divided into the following three steps: In the first step, color pigments and pellets of thermoplastic material are mixed together in an extruder by melting the plastic and become a Strand shaped. In the second step, they are chopped up to now color pigment-containing pellets, which are then ground in the third step to the color powder.
Das Zermahlen eines thermoplastischen Kunststoffs wird dadurch behindert, dass die beim Zermahlen frei werdende Reibungswärme den Kunststoff anschmilzt oder im schlimmsten Fall sogar vollständig verflüssigt. Um das zu vermeiden, wird in der Praxis der Mahlvorgang abgebrochen, bevor die Kunststoffpartikel beginnen zu schmelzen. Leider sind sie dann meistens noch relativ groß.The grinding of a thermoplastic material is hampered by the fact that released during grinding frictional heat melts the plastic or even completely liquefied in the worst case. To avoid this, in practice, the grinding process is stopped before the plastic particles start to melt. Unfortunately, they are usually still relatively large.
Allzu große Partikel des Farbpulvers erfordern eine größere Energiemenge vom Laser. Dadurch verlängert sich die benötigte Zeit, und die Gleichmäßigkeit und die Haftung der Farbschicht verschlechtern sich. Deshalb wird eine Größe der Partikel des Farbpulvers von etwa 40 bis 60 Mikrometer bevorzugt.Too large particles of color powder require a larger amount of energy from the laser. This prolongs the time required, and the uniformity and adhesion of the ink layer deteriorate. Therefore, a particle size of the color powder of about 40 to 60 microns is preferred.
Um derart kleine Korngrößen der Partikel des Farbpulvers erreichen zu können, müssen zumindest die Pellets und möglichst auch noch die bereits teilweise im Mahlwerk zerkleinerten Pellets gekühlt werden. Eine Möglichkeit zur Kühlung ist die Zugabe von flüssigem Stickstoff.In order to be able to achieve such small particle sizes of the particles of the colored powder, at least the pellets and if possible also the pellets, which have already been partially comminuted in the grinding mill, must be cooled. One possibility for cooling is the addition of liquid nitrogen.
Es ist dabei ein Vorteil, dass sich die Farbschicht sowohl in Vertiefungen als auch auf Erhebungen der zu beschichtenden Oberfläche etwa in der gleichen Schichtstärke ablagert. Dadurch ist das Auftragen einer Farbschicht aus Pulver dem Auftragen einer lösungsmittelhaltigen, viskosen Farbschicht überlegen, weil diese von Erhebungen herunter fließt und die Tendenz hat, sich in Vertiefungen zu sammeln.It is an advantage that deposits the color layer both in depressions and on elevations of the surface to be coated in about the same thickness. As a result, the application of a color coat of powder is superior to the application of a solvent-containing, viscous paint layer, because it flows down from surveys and tends to collect in depressions.
Nach dem Auftragen der Farbschicht aus einem Farbpulver folgt als nächster Schritt das selektive Erwärmen der mit Farbe zu beschichtenden Linien und Flächen. Dazu kann im Prinzip jede gerichtete Wärmequelle verwendet werden, wie z. B. Leuchtdioden oder Laserdioden.After applying the color coat of a color powder, the next step is the selective heating of the lines and surfaces to be coated with paint. For this purpose, in principle, any directed heat source can be used, such. As light-emitting diodes or laser diodes.
Besonders attraktiv sind jedoch Laser, weil sie eine verhältnismäßig große Energiemenge auf kleinstem Raum fokussieren und dabei die zu temperierende Fläche relativ exakt begrenzen. Dabei ist das erfinderische Prinzip auf keinen bestimmten Typ eines Lasers beschränkt, sondem kann je nach Material und Anwendungsfall mit verschiedenen Arten von Lasern ausgeführt werden.However, lasers are particularly attractive because they focus a relatively large amount of energy in the smallest space and thereby limit the surface to be tempered relatively exactly. In this case, the inventive principle is not limited to any particular type of laser, but it can be performed depending on the material and application with different types of lasers.
Ein CO2-Laser ist ein elektrisch angeregter Gaslaser mit typischen Ausgangsleistungen zwischen 10 Watt und 20 Kilowatt. Seine Wellenlänge von 10,6 Mikrometer liegt deutlich über dem Bereich sichtbaren Lichtes, weshalb das von ihm abgestrahlte Licht meist mit Umlenkspiegeln aus Kupfer oder metallbeschichtetem Silizium auf die Farbschicht geführt wird. CO2-Laser sind relativ effizient und kostengünstig und daher weit verbreitet.A CO 2 laser is an electrically excited gas laser with typical output power between 10 watts and 20 kilowatts. Its wavelength of 10.6 microns is well above the range of visible light, which is why the light emitted by it is usually performed with deflecting mirrors of copper or metal-coated silicon on the ink layer. CO 2 lasers are relatively efficient and inexpensive and therefore widely used.
Die Excimer-Laser erzeugen Strahlen im ultravioletten Wellenbereich. Excimer-Laser werden gepulst betrieben mit einer Pulsdauer meist zwischen 4 und 40 Nanosekunden. Diese Art von Laser ist vor allem für sehr feine und sehr genau begrenzte Union und Farbflächen geeignet. Eine andere weit verbreitete Variante ist ein YAG-Laser, ein Feststofflaser, der Yttrium und Aluminium als ein Granat, also in einer speziellen Kristallform als strahlerzeugendes Medium enthält. Aber auch viele andere Arlen von Lasertypen sind verwendbar.The excimer lasers generate beams in the ultraviolet wavelength range. Excimer lasers are operated pulsed with a pulse duration usually between 4 and 40 nanoseconds. This type of laser is especially suitable for very fine and very precisely defined union and color areas. Another widely used variant is a YAG laser, a solid-state laser that contains yttrium and aluminum as a garnet, ie in a special crystal form as a jet-generating medium. But also many other types of laser types are usable.
Stets werden die Strahlen des Lasers oder aus anderen gerichteten Wärmequellen ausschließlich auf die zu färbenden Linien oder Flächen gerichtet. Dabei ist die Leistung der Wärmequelle auf die Materialeigenschaften des Farbpulvers und des Gegenstands abzustimmen. Idealerweise wird sowohl das Farbpulver als auch die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands geschmolzen, wobei die Eindringtiefe der geschmolzenen Zone im Gegenstand nur wenige Moleküle umfassen muss. Um jedoch die Verbindung zu beschleunigen, ist eine Vergrößerung der Eindringtiefe sinnvoll. Dann ergeben sich Konvektionen der beiden zu vermischenden Flüssigkeiten und damit eine beschleunigte und intensivierte Verbindung. In den meisten Fällen ist die Eindringtiefe jedoch deutlich kleiner als 1 Millimeter.The rays of the laser or other directed heat sources are always directed exclusively at the lines or surfaces to be colored. The power of the heat source must be matched to the material properties of the colored powder and the object. Ideally, both the paint powder and the surface of the object to be coated are melted, whereby the penetration depth of the molten zone in the article must comprise only a few molecules. However, to speed up the connection, increasing the penetration depth makes sense. Then There are convections of the two liquids to be mixed and thus an accelerated and intensified compound. In most cases, however, the penetration depth is significantly less than 1 millimeter.
Ein Laser als Wärmequelle kann als Rasterlaser oder als Scannerlaser arbeiten. Bei einem Rasterlaser lässt eine Schablone den Laserstrahl nur auf die zu erhitzenden Linien und Flächen strahlen und deckt die übrigen Bereiche ab. Der Vorteil ist, dass ein leistungsstarker Laser eingesetzt weiden kann, wodurch die für das Erhitzen erforderliche Zeit sinkt. Alternativ dazu wird der Lichtstrahl eines Scannerlasers entlang der zu beschichtenden Linien und Flächen geführt. Dadurch entfällt die Schablone, aber dadurch steigt auch die zum Erhitzen erforderliche Zeit an, sinkt also die Bearbeitungsgeschwindigkeit.A laser as a heat source can work as a scanning laser or as a scanner laser. In a raster laser, a stencil lets the laser beam radiate only on the lines and surfaces to be heated and covers the remaining areas. The advantage is that a powerful laser can be used, reducing the time required for heating. Alternatively, the light beam of a scanning laser is guided along the lines and surfaces to be coated. This eliminates the template, but this increases the time required for heating, so decreases the processing speed.
Die Frequenz des Lasers sollte auf die Materialeigenschaften des Gegenstandes und des Farbpulvers abgestimmt sein. Dafür kann ein Laserprinzip gewählt werden, das geeignet ist. Zusätzlich kann die Frequenz durch einen Frequenzvervielfacher oder einen Frequenzteiler noch besser auf das Material adaptiert werden.The frequency of the laser should be matched to the material properties of the object and the color powder. For this purpose, a laser principle can be selected which is suitable. In addition, the frequency can be better adapted to the material by a frequency multiplier or a frequency divider.
Wenn also im zweiten Schritt die zu beschichtenden Linien und Flächen durch Erhitzung fixiert sind, muss im dritten Schritt das überschüssige Farbpulver von den außerhalb gelegenen Bereichen entfernt werden. Als dafür geeignete Verfahren nennt die Erfindung: Abbürsten, Wegblasen oder Abschütteln.So if in the second step, the lines and surfaces to be coated are fixed by heating, in the third step, the excess color powder must be removed from the outside areas. The invention calls for suitable processes: brushing, blowing away or shaking off.
Für das Wegblasen ist eine praktische Ausführungsform eine Absaugkammer. In dieser Kammer wird das überschüssige Farbpulver durch Druckluft vom Gegenstand weg geblasen. Der entstehende Staub wird in der Kammer durch Absaugen der darin enthaltenen Luft auf ein Filter zu bewegt und lagert sich auf der Oberfläche dieses Filters ab, nur die Luft tritt zwischen den Staubpartikeln und dem Filter hindurch nach draußen. Es bildet sich eine Farbpulverschicht auf dem Filter, die in regelmäßigen Abständen dadurch vom Filter abgestoßen wird, dass über ein Ventil stoßartig Druckluft in den Filter gedrückt wird. Der Druck ist so hoch, dass er das Vakuum überlagert. Dadurch werden die aneinander haftenden Partikel des Farbpulvers abgestoßen und fallen von der Schwerkraft getrieben nach unten, z. B. in einen bereitstehenden Sammelbehälter.For blowing away, a practical embodiment is a suction chamber. In this chamber, the excess color powder is blown away from the object by compressed air. The resulting dust is moved in the chamber by sucking the air contained therein to a filter and settles on the surface of this filter, only the air passes between the dust particles and the filter through to the outside. It forms a color powder layer on the filter, which is repelled by the filter at regular intervals that a valve impetus compressed air is forced into the filter. The pressure is so high that it superimposes the vacuum. As a result, the adhering particles of the paint powder are repelled and falling down by gravity down, z. B. in a waiting collection container.
Auf der Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Beschichtungseinrichtung mit drei Stationen sinnvoll. Die erste Station, die ”Pulverauftragung”, dient zum Auftragen der Farbpulverschicht z. B. nach einem der beschriebenen Verfahren. In der nächsten Station werden die zu beschichtenden Linien und Flächen mit einer gerichteten Wärmequelle, wie z. B. einem Laser erhitzt. In der dritten Station der ”Pulverentfernung” wird das überschüssige Farbpulver entfernt, z. B. in einer Absaugkammer. Eine solche Beschichtungseinrichtung kann aus drei Kammern bestehen, in die die Gegenstände durch Öffnen eines Tores eingefahren, bearbeitet und durch ein weiteres Tor wieder heraus und in die nächste Station gefahren werden.On the basis of the method according to the invention, a coating device with three stations makes sense. The first station, the "powder application", is used to apply the color powder layer z. B. according to one of the methods described. In the next station, the lines and surfaces to be coated with a directional heat source, such. B. a laser heated. In the third station of the "powder removal" the excess color powder is removed, z. B. in a suction. Such a coating device may consist of three chambers into which the objects are retracted by opening a gate, processed and driven out through another gate out and in the next station.
Denkbar ist auch das Beschichten von durchlaufendem ”Endlosmaterial” wie z. B. Schläuchen oder Profilen. Eine interessante Anwendung ist z. B. das Beschriften von Schläuchen. Eine besondere Herausforderung ist die Beschriftung von sogenannten ”Wellschläuchen”, also Schläuchen, bei denen die Außenwand wellenförmig ist, so dass ihr Durchmesser über die Länge hinweg regelmäßig wechselt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, sowohl die Wellenberge als auch die Wellentäler mit den Linien von Schriftzeichen zu versehen. Die Erfindung ermöglicht es auch, die Linien der Schriftzeichen nur auf die Wellenberge, also die größten Durchmesser des Wellschlauches, zu beschränken. Dann kann die Schrift auch dann erkannt werden, wenn der Blick nicht in etwa senkrecht auf die Oberfläche des Schlauches fällt sondem in einem spitzen Winkel.Also conceivable is the coating of continuous "endless material" such. As hoses or profiles. An interesting application is z. As the labeling of hoses. A particular challenge is the labeling of so-called "corrugated hoses", ie hoses in which the outer wall is wave-shaped, so that their diameter changes regularly over the length. The method according to the invention makes it possible to provide both the wave crests and the wave troughs with the lines of characters. The invention also makes it possible to limit the lines of the characters only to the peaks, ie the largest diameter of the corrugated tube. Then the writing can be recognized even if the view does not fall approximately perpendicular to the surface of the tube but at an acute angle.
Eine andere interessante Anwendung ist das Dosieren des Wirkstoffs von Tabletten. Sowohl der Gegenstand als auch die Farbschicht müssen aus einem im Magen lösbaren und verdaulichen Material bestehen. Das Farbpulver enthält als weiteren Bestandteil den medizinischen Wirkstoff. Um diesen zu dosieren wird von der aufgebrachten, noch pulverförmigen Farbschicht nur ein bestimmter Anteil durch Erhitzen fixiert. Das übrige Farbpulver mit dem übrigen Wirkstoff wird weg geblasen und beim nächsten Beschichtungsvorgang verwendet.Another interesting application is the dosing of the active ingredient of tablets. Both the article and the color layer must be made of a digestible and digestible material. The color powder contains as another ingredient the medicinal agent. To dose this is fixed by the applied, still powdered paint layer only a certain proportion by heating. The remaining color powder with the remaining active ingredient is blown away and used in the next coating process.
Bei dieser Anwendung werden das Material des Gegenstands und das Farbpulver natürlich auch durch Erhitzen verflüssigt, dürfen aber in diesem Temperaturbereich noch keine chemische Umformung erleiden, die die Wirksamkeit und die Magenverträglichkeit einschränkt. Ein denkbares Material könnte z. B. Zucker sein, das unter Wärmeeinfluss karamellisiert und dadurch gut haftet.In this application, the material of the article and the color powder are of course also liquefied by heating, but may not undergo any chemical transformation in this temperature range, which limits the effectiveness and the gastric tolerability. A conceivable material could z. For example, be sugars caramelized under heat and thus good adhesion.
Der Vorteil der Verwendung der Beschichtungseinrichtung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist, dass auch sehr kleine Stückzahlen von Tabletten mit einer bestimmten Dosierung mit wirtschaftlich sinnvollen Kosten hergestellt werden können. Ein weiterer, entscheidender Vorteil ist, dass beim Verfahren ein Text oder ein Symbol für den Wirkstoff auf die Tablette aufgebracht werden kann, sodass auch an der Tablette selber noch erkennbar ist, welcher Wirkstoff darin enthalten ist. Zusätzlich kann auch die jeweilige Dosierung noch grafisch erkennbar sein. Die Auswahl der zu fixierenden Linien und Flächen erfüllt also eine Doppelfunktion: Einmal die tatsächliche Bereitstellung der gewünschten Dosis und zum zweiten ihre nach außen hin sichtbare Kennzeichnung.The advantage of using the coating device over the prior art is that even very small quantities of tablets with a certain dosage can be produced at economically reasonable costs. Another decisive advantage is that in the process, a text or a symbol for the active ingredient can be applied to the tablet, so that even on the tablet itself is still recognizable, which active ingredient is contained therein. In addition, the respective dosage can still be graphically recognizable. The selection of the lines and surfaces to be fixed thus fulfills a double function: once the actual delivery of the desired dose and secondly their externally visible label.
Eine andere Anwendung im pharmazeutischen Bereich ist das Aufbringen eines Data-Matrix-Codes auf Tabletten oder Tablettenschachteln. Dieser Code dient zur Echtheitszertifizierung eines ersten, mit einem bestimmten Exemplar eines Tintenstrahldruckers aufgebrachten Matrix-Codes. Über ein Lesegerät wird das Rauschverhalten des ersten Data-Matrix-Codes erfasst und das Ergebnis dieser Überprüfung in einem zweiten aufgedruckten Data-Matrix-Code hinterlegt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein solcher Data-Matrix-Code auch auf der Verpackung eines Arzneimittels aufgebracht werden. Besonders interessant ist es jedoch, dieses Echtheitszertifikat auch auf den Tabletten selber aufzubringen, was nachträgliche Manipulationen eines bereits geprüften und wieder verpackten Arzneimittels sehr erschwert.Another application in the pharmaceutical field is the application of a data matrix code on tablets or tablet boxes. This code is used to certify the authenticity of a first matrix code applied to a particular copy of an inkjet printer. A reader is used to record the noise behavior of the first Data Matrix code and to store the result of this check in a second printed Data Matrix code. According to the method of the invention, such a data matrix code can also be applied to the packaging of a drug. It is particularly interesting, however, to apply this certificate of authenticity on the tablets themselves, which makes subsequent manipulation of an already tested and re-packaged drug very difficult.
Eine andere, vielleicht in nicht so ferner Zukunft sehr wichtige Anwendung ist das Aufbringen von elektrisch halbleitenden Schichten, mit denen Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt wird. Bislang sind dafür fast ausschließlich Siliziumkristalle verwandt worden, deren Verarbeitung jedoch recht umständlich und daher teuer ist.Another very important application, perhaps in the not so distant future, is the application of electrically semiconducting layers to convert sunlight into electricity. So far, almost exclusively silicon crystals have been used, but their processing is quite cumbersome and therefore expensive.
Derzeit sind halbleitende Schichten aus organischen Materialien wie z. B. Kohlenwasserstoff-Polymeren in Entwicklung. Diese Werkstoffe sind im Prinzip thermoplastisch verformbar und können deshalb mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf Trägermaterialien wie z. B. Folien aufgebracht werden. Zwar ist ein niedrigerer Wirkungsgrad als wie bei der Verwendung von Silizium zu erwarten, aber durch die dramatische Reduzierung der Kosten werden insgesamt die Wirtschaftlichkeit und damit die Verbreitung von Solarmodulen deutlich verbessert.Currently semiconducting layers of organic materials such. B. hydrocarbon polymers under development. These materials are in principle thermoplastically deformable and can therefore with a process according to the invention on support materials such. B. films are applied. Although lower efficiency than that expected from the use of silicon is to be expected, the overall cost-effectiveness and thus the proliferation of solar modules is significantly improved by the dramatic reduction in costs.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:In the following, further details and features of the invention will be explained in more detail with reference to an example. However, this is not intended to limit the invention, but only to explain. It shows in a schematic representation:
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Die
The
In
In
In
In
In
In
In
In der ersten Station, der Pulverauftragung
In der ersten Station, der Pulverauftragung
In der zweiten Station, der Erhitzung, strahlt eine gerichtete Wärmequelle
In
Zwischen den beschichteten Bereichen des Schlauches, also auf denjenigen Teilen seiner Oberfläche, die unbeschichtet bleiben sollen, darf das Farbpulver
In der dritten Station, der Pulverentfernung, werden die nicht geschmolzenen, immer noch pulverförmigen Reste der Farbschicht
Das weggeblasene, überschüssige Farbpulver
Dazu ist der Filter
Ein gleichartiger Sammelbehälter
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
-
Linien und Flächen, als Beschichtung auf Gegenstand
2 Lines and surfaces, as a coating onobject 2 - 22
- Gegenstand, der beschichtet wirdObject that is being coated
- 33
-
Farbschicht, auf Gegenstand
2 aus Farbpulver31 Paint layer, onobject 2 fromcolor powder 31 - 3131
-
Farbpulver zum Aufbau der Farbschicht
3 Color powder for building up the color layer3 - 44
- Wärmequelleheat source
- 55
-
Absaugkammer zur Entfernung des überschüssigen Farbpulvers
31 Suction chamber for removing theexcess color powder 31 - 5151
-
Filter in Absaugkammer, zur Anlagerung des überschüssigen Farbpulvers
31 Filter in suction chamber, for the attachment of theexcess color powder 31 - 66
- Druckluftcompressed air
- 6161
-
Ventil, lässt Druckluft
6 kurzzeitig in den Filter31 Valve, leavescompressed air 6 briefly in thefilter 31 - 77
-
Unterdruck, saugt die Luft aus der Absaugkammer
5 abNegative pressure, sucks the air from the suction chamber5 from - 7171
-
Luftpumpe, erzeugt die Druckluft
6 und den Unterdruck7 Air pump, generates thecompressed air 6 and the negative pressure7 - 88th
-
Pulverauftragung, zum Aufbau der Farbschicht
3 auf dem Gegenstand2 Powder application, to build up the color layer3 on theobject 2 - 8181
-
Trichter zur Führung des Farbpulvers
31 Funnel for guiding thecolored powder 31 - 8282
-
Sieb, zur Verteilung des Farbpulvers
2 auf dem Gegenstand2 Sieve, to distribute thecolor powder 2 on theobject 2 - 99
-
Sammelbehälter für überschüssiges Farbpulver
31 Collecting container forexcess paint powder 31
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